[实用新型]燃烧器和燃气涡轮

说明书

联邦政府研究声明

本实用新型是根据美国能源部授予的合同No.DE-FC26-05NT42643，在政府支持下完成的。政府对本实用新型具有某些权利。

技术领域

本实用新型大体涉及诸如可结合到燃气涡轮或其它涡轮机中的燃烧器。

背景技术

燃烧器常用于工业运行和功率发生运行中，以点燃燃料来产生具有高温和高压的燃烧气体。例如，诸如燃气涡轮的涡轮机典型地包括用以产生功率或推力的一个或多个燃烧器。典型的燃气涡轮包括入口区段、压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。入口区段对工作流体(例如空气)进行清洁和调节，并且将工作流体供应到压缩机区段。压缩机区段使工作流体的压力升高，并且将压缩工作流体供应到燃烧区段。燃烧区段混合燃料与压缩工作流体，并且点燃混合物，以产生具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体流到涡轮区段，在那里，燃烧气体膨胀而产生功。例如，燃烧气体在涡轮区段中膨胀可使连接到发电机上的轴旋转，以产生电。

燃烧区段可包括在压缩机区段和涡轮区段之间布置成环形的一个或多个燃烧器，并且多种参数会影响燃烧器的设计和运行。例如，较高的燃烧气体温度一般会改进燃烧器的热力学效率。但是，较高的燃烧气体温度也会促进拢焰状况，其中，燃烧火焰朝由喷嘴供应的燃料移动，很可能导致喷嘴在较短的时间里加速受损。另外，较高的燃烧气体温度一般会提高双原子氮的分裂速率，从而增加氮氧化物(NOx)的产生。相反，与减少的燃料流和/或部分负载运行(减速)相关联的较低的燃烧气体温度一般会降低燃烧气体的化学反应速率，从而增加一氧化碳和未燃烃的产生。

在特定的燃烧器设计中，燃烧器可包括沿径向在燃烧器的至少一部分上延伸的端帽。多个管可沿径向在端帽上布置成一个或多个管束，以允许压缩工作流体流体地传送通过端帽且传送到燃烧室中。供应到端帽的内部的燃料稳压室的燃料可在管周围流动，以及在流过挡板且流到管中之前对管提供对流冷却。燃料和压缩工作流体在管的内部混合，然后流出管且流到燃烧室中。

虽然有效地使得能够有较高的运行温度，同时防止拢焰和控制不合需要的排放，但一些燃料和运行条件可在燃烧器中产生非常高的频率。燃烧器中与高频率相关联的振动增加可减少一个或多个燃烧器构件的使用寿命。备选地或另外，燃烧动态的高频率可在管和/或燃烧室的内部产生压力脉冲，压力脉冲可不利地影响燃烧火焰的稳定性，减小拢焰的设计裕度，以及/或者增加不合需要的排放。因此，对于在燃烧器的宽运行水平范围内提高燃烧器的热力学效率，保护燃烧器以免加速磨损，提高火焰稳定性，以及/或者减少不合需要的排放，调节燃烧器中的共振频率的系统将是有用的。

实用新型内容

在以下描述中阐述本实用新型的各方面和优点，或者根据该描述，本实用新型的各方面和优点可为显而易见的，或者可通过实践本实用新型来学习本实用新型的各方面和优点。

本实用新型的一个实施例是一种燃烧器，其包括沿径向在燃烧器的至少一部分上延伸的端帽。端帽包括上游表面和下游表面，上游表面沿轴向与下游表面隔开。多个管从上游表面延伸通过端帽的下游表面，以通过端帽而提供流体连通。多个管中的第一组管中的各个管具有紧邻上游表面的入口，以及在下游表面的下游的出口。各个出口具有第一部分和第二部分，与第二部分相比，第一部分从入口延伸不同的轴向距离。

本实用新型的另一个实施例是一种燃烧器，其包括沿径向在燃烧器的至少一部分上延伸的端帽。端帽包括上游表面和下游表面，上游表面沿轴向与下游表面隔开。第一管束沿径向在端帽的至少一部分上延伸，以通过端帽而提供流体连通。第一管束中的第一多个管延伸到下游表面的下游。第一多个管中的各个管具有紧邻上游表面的第一入口，以及在下游表面的下游的第一出口。各个第一出口具有第一部分和第二部分，与第二部分相比，第一部分从第一入口延伸不同的轴向距离。第二管束沿径向在端帽的至少一部分上延伸，以通过端帽而提供流体连通。第二管束中的第二多个管延伸到下游表面的下游。第二多个管中的各个管具有紧邻上游表面的第二入口，以及在下游表面的下游的第二出口。各个第二出口具有第三部分和第四部分，与第四部分相比，第三部分从第二入口延伸不同的轴向距离。

在一个实施例中，燃烧器进一步包括在所述多个管中的第二组管，其延伸到所述下游表面的下游，其中，所述多个管中的所述第二组管中的各个管具有倾斜出口。

在一个实施例中，燃烧器进一步包括基本与所述端帽的轴向中心线对齐的燃料喷嘴，其中，所述多个管沿周向包围所述燃料喷嘴。