[发明专利]火焰片燃烧器穹顶

说明书

技术领域

本发明大体涉及设备和方法来将燃料-空气混合物引导到燃烧系统中。更具体而言，半球形穹顶定位在燃烧衬套的入口的附近，以便以更有效的方式引导燃料-空气混合物，以更好地控制进入燃烧衬套的燃料-空气混合物的速度。

背景技术

为了减少来自燃气涡轮的污染排放量，政府机构已经颁布了许多法令，要求减少氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的量。较低的燃烧排放通常可归因于较高效的燃烧过程，尤其是关于燃料喷射器位置、空气流率和混合有效性。

早期的燃烧系统利用扩散型喷嘴，其中，燃料通过扩散在火焰区附近与燃料喷嘴外部的空气混合。扩散型喷嘴在历史上产生较高排放，因为燃料和空气基本在相互接触之后就燃烧而未混合，而且以化学计量的方式在高温下燃烧，以保持充分的燃烧器稳定性和低的燃烧动态。

预混合燃料和空气且获得低排放的备选手段可通过使用多个燃烧级来进行。为了对燃烧器提供多个燃烧级，混合且燃烧而形成燃烧气体的燃料和空气也必须分级。通过控制传送到燃烧系统中的燃料和空气的量，可控制可用功率以及排放。燃料可通过燃料系统或通往特定燃料喷射器的专用燃料回路内的一系列阀分级。但是，对于由发动机压缩机供应的较大量的空气，空气可能较难分级。实际上，由于燃气涡轮燃烧系统的大体设计的原因，如图1所显示，通往燃烧器的空气流典型地由燃烧衬套本身中的开口的大小控制，并且因此不可容易调节。现有技术燃烧系统100的示例在图1中以横截面显示。燃烧系统100包括流动套管102，其包含燃烧衬套104。燃料喷射器106固定到壳体108上，壳体108封装径向混合器110。固定到壳体108的前部部分上的是盖112和母火喷嘴组件114。

但是，虽然显示了在燃烧之前预混合燃料和空气有助于降低排放，但是喷射的燃料-空气预混合物的量往往由于各种燃烧器变量而改变。因而，关于控制喷射到燃烧器中的燃料-空气预混合物的量，仍然存在障碍。

发明内容

本发明公开了一种设备和方法来改进在将混合物喷射到多级燃烧系统的燃烧衬套中之前对燃料-空气混合的控制。更具体而言，在本发明的实施例中，提供了燃气涡轮燃烧器，其具有大体圆柱形流动套管和包含在其中的大体圆柱形燃烧衬套。燃气涡轮燃烧器还包括成组的主燃料喷射器和燃烧器穹顶组件，燃烧器穹顶组件包围燃烧衬套的入口端且具有大体半球形横截面。穹顶组件沿轴向延伸向所述成组的主燃料喷射器且在燃烧衬套内延伸，以形成一系列通路，燃料-空气混合物传送通过通路，其中，对应地设置通路的大小以调整燃料-空气预混合物的流量。

在本发明的备选实施例中，公开了一种用于燃气涡轮燃烧器的穹顶组件。穹顶组件包括围绕燃烧器的轴线延伸的环形的半球形帽、固定在半球形帽的径向外侧部分上的外部环形壁和也固定在半球形帽的径向内侧部分上的内部环形壁。得到的穹顶组件具有大体U形横截面，横截面的大小设置成包围燃烧衬套的入口部分。

在本发明的又一个实施例中，公开了一种控制燃气涡轮燃烧器的燃料-空气混合物的速度。该方法包括引导燃料-空气混合物通过位于燃烧衬套的径向外侧的第一通路以及然后引导来自第一通路的燃料-空气混合物通过位于第一通路附近的第二通路。燃料-空气混合物然后被引导离开第二通路和通过半球形穹顶帽所形成的第四通路，从而使燃料-空气混合物反转方向。燃料-空气混合物然后传送通过位于燃烧衬套内的第三通路。

将在后面的描述中部分地阐述本发明的额外的优点和特征，而且在审查以下内容之后，本发明的额外的优点和特征的一部分将对本领域技术人员变得显而易见，或者可从本发明的实践习得。现在将特别地参照附图来描述本发明。

附图说明

参照附图，在下面详细描述本发明，其中：

图1为现有技术的燃烧系统的横截面。

图2为根据本发明的实施例的燃气涡轮燃烧器的横截面。

图3为根据本发明的实施例的图2的燃气涡轮燃烧器的一部分的详细截面图。

图4A为根据本发明的实施例的穹顶组件的横截面图。

图4B为根据本发明的备选实施例的穹顶组件的横截面图。

图5为公开调整进入燃气涡轮燃烧器的燃料-空气混合物的过程的流程图。

具体实施方式

作为参照，本申请结合了美国专利No.6,935,116、No.6,986,254、No.7,137,256、No.7,237,384、No.7,308,793、No.7,513,115和No.7,677025的主题。