[发明专利]具有弯曲部段的燃烧器喷嘴/预混器

说明书

技术领域

本发明涉及在燃料和空气在燃气涡轮发动机中燃烧之前对燃料和空气进行预混，并且更具体地，涉及包括弯曲部段以改进混合的燃烧器喷嘴/预混器。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括用于对进入的空气流进行压缩的压缩机。空气流在燃烧器中与燃料混合并且点燃，以用于产生热燃烧气体。燃烧气体接着流向涡轮。涡轮从气体提取能量以用于驱动轴。轴为压缩机以及通常另一个元件(例如发电机)提供动力。

来自流套筒(flow sleeve)的冷空气进入燃烧器头端区域并且在多个喷嘴之间分配。总体而言，空气通过进口流动调节器(IFC)并且沿周向方向变得均匀。随后，空气在沿轴向设置的叶片的作用下旋转，并且燃料通过叶片中的孔被喷射至流中，以对燃料和空气进行预混。

来自燃烧气体的排气排放物通常是考虑因素并且可能受到强制限制。某些类型的燃气涡轮发动机设计成用于低排气排放物操作，并且具体而言，用于具有最小燃烧动力、充足的自动点火、以及火焰保持余量的低NO_X(氮氧化物)操作。

低NO_X燃烧器典型地包括围绕发动机的圆周沿周向彼此邻接的多个燃烧筒(can)。每一个筒都可以具有定位在其中的一个或多个燃料空气混合器或者喷嘴。喷嘴使用旋流空气来对燃料和空气进行混合，并且因此被称作“旋流器”。旋流器可以具有多个沿周向间隔开的叶片，以用于随着压缩空气流和燃料通过其中而对压缩空气流和燃料进行旋流和混合。

燃烧器喷嘴用于通过最小的压力损失提供燃料空气预混。在更短的距离上并且更高效地执行预混功能将是期望的。通过在更短的距离上的更多的燃料-空气混合，能够减少燃烧排放物。此外，现有的旋流器叶片典型地包括用于燃料的内部通路，并且因此，旋流器叶片的尺寸比期望中大并且制造更昂贵。简化结构并且消除旋流器叶片中的内部通路将是期望的。

发明内容

一种用于在燃料和空气在燃气涡轮发动机中燃烧之前对燃料和空气进行预混的装置包括环形燃料通路，环形燃料通路接收来自燃料源的燃料、包绕环形燃料通路的环形空气通路、以及多个旋流器叶片，多个旋流器叶片邻近燃料增压室部段布置在环形空气通路中。环形燃料通路具有上游通路、比上游通路窄的颈部通路、以及从颈部通路向较宽的通路弯曲的燃料增压室部段。环形空气通路接收将与燃料通路中的燃料混合的空气以用于下游燃烧。

在另一个示例性实施例中，一种燃烧器包括外壳、以及布置在外壳中的多个喷嘴。喷嘴中的每一个喷嘴都包括用于在燃料和空气在燃气涡轮机中燃烧之前对燃料和空气进行预混的装置的结构。

在又一个示例性实施例中，一种用于在燃料和空气在燃气涡轮发动机中燃烧之前对燃料和空气进行预混的装置包括环形燃料通路，环形燃料通路接收来自燃料源的燃料。环形燃料通路包括燃料增压室并且具有波形形状，波形形状具有由波谷部段包绕的波峰部段。环形空气通路包绕环形燃料通路。环形空气通路接收将与燃料通路中的燃料混合的空气以用于下游燃烧。多个旋流器叶片邻近燃料增压室布置在环形空气通路中。

附图说明

图1是燃气涡轮发动机的侧视横截面图；

图2是燃烧器喷嘴/预混器的剖视图；

图3是燃烧器喷嘴的端视图；以及

图4是示出了旋流器叶片的近视图。

具体实施方式

图1示出了燃气涡轮发动机10的横截面图。燃气涡轮发动机10包括压缩机20，以对进入的空气流进行压缩。压缩空气流接着被输送至燃烧器30，在燃烧器30处，压缩空气流与来自多个进入燃料线路40的燃料混合。燃烧器30可以包括布置在外壳55中的多个燃烧器筒或喷嘴50。众所周知，燃料和空气可以在喷嘴50内混合并且点燃。热燃烧气体接着被输送至涡轮60，以便驱动压缩机20和外部负载(例如发电机等)。喷嘴50典型地包括一个或多个旋流器。

图2是根据优选实施例的燃烧器喷嘴/预混器的剖视图。喷嘴50是在外壳55内以阵列布置的若干喷嘴中的一个。喷嘴50包括环形燃料通路62，环形燃料通路62接收来自燃料源的燃料。环形燃料通路62包括上游通路64、如图所示地比上游通路64窄的颈部通路66、以及从颈部通路66向较宽的通路弯曲的燃料增压室部段68。燃料通路如图所示地限定了波形形状，该波形形状具有由波谷部段包绕的波峰部段。环形空气通路70包绕环形燃料通路62，并且接收将与燃料通路62中的燃料混合的空气以用于下游燃烧。空气通路70的入口71可以是如图所示的圆形。多个旋流器叶片72邻近燃料增压室部段68布置在环形空气通路70中。