用于燃氣渦輪機的燃料噴嘴組件和使燃料流轉向的方法技術

本發明專利技術公開用于燃氣渦輪機的燃料噴嘴組件和使燃料流轉向的方法，所述組件包括：圓柱形中心體部、與中心體部共軸并且圍繞中心體部延伸的圓柱形罩、以及具有下游邊緣的轉向引導件，該下游邊緣沿位于中心體部與通向罩的入口之間的通路延伸，其中該轉向引導件僅部分地圍繞中心體部延伸。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及燃氣渦輪機中的燃料燃燒，并且具體而言涉及將壓縮空氣引導至燃燒器中的燃燒區域。
技術介紹
燃氣渦輪機燃燒器對大量的燃料和壓縮空氣進行混合，并且使所獲得的空氣和燃料混合物燃燒。傳統的用于工業燃氣渦輪機的燃燒器通常包括圓柱形燃燒“罐(can) ”的環形陣列，在圓柱形燃燒“罐”中空氣和燃料混合以及產生燃燒。來自軸流壓縮機的壓縮空氣流入燃燒器中。通過延伸到每一個罐中的燃料噴嘴組件噴射燃料。燃料和空氣的混合物在每一個罐的燃燒室中燃燒。燃燒氣體從每一個罐排放到通向渦輪的管道中。來自壓縮機的加壓空氣在罐的后端處進入燃燒罐，后端同樣也是熱燃燒氣體從罐流向渦輪的端部。壓縮空氣流過形成在罐的圓柱形壁與內圓柱形燃燒襯套之間的環形管道。當熱燃燒氣體流過襯套的內部時，相對較冷的壓縮空氣對襯套的壁進行冷卻。熱燃燒氣體沿與壓縮空氣的流動大體相反的方向流過管道。當壓縮空氣到達燃燒器罐的頭部端時，空氣轉向180度，以進入燃料噴嘴中的一個燃料噴嘴。為了進入外燃料噴嘴，壓縮機空氣的流動方向發生緊密并且快速的逆轉。這個突然的轉向能夠在空氣中產生低速流動區域，而空氣流的其它區域處于明顯更高的速度。當空氣進入用于壓縮空氣的最靠近燃燒室中的雙壁流動路徑的外燃料噴嘴時，低速流的出現是最激烈的。通過燃料噴嘴的均勻流速是期望的，以提供空氣與燃料的均勻混合和均勻燃燒。由于低速區域提供用于將火焰停泊(anchor)在燃料噴嘴內側的區域，因此燃料噴嘴中的低速空氣流區域還造成噴嘴內側的火焰保持風險。燃料噴嘴中的火焰能夠毀壞噴嘴的硬件。此外，低速空氣流能夠造成空氣和燃料混合物中的局部變化。這些變化能夠包括這樣的區域在所述區域中，燃料和空氣混合物過于豐富(rich)，從而導致過高的燃燒溫度以及氮氧化物(NOx)的過度產生。始終期望能夠在燃燒器罐中保持穩定火焰、減少燃氣渦輪機中的燃燒而產生的NOx排放物、以及保持通過燃料噴嘴的均勻空氣流速度。
技術實現思路
構想了一種用于燃氣渦輪機的燃料噴嘴組件，該組件包括圓柱形中心體部、與中心體部共軸并且圍繞中心體部延伸的圓柱形罩(shroud)、以及具有下游邊緣的轉向引導件，該下游邊緣延伸到位于中心體部與罩之間的通路的入口中，其中轉向引導件僅部分地圍繞中心體部延伸。轉向引導件可以是成形為與罩的入口區域相符合的薄片。轉向引導件可以具有廣口彎曲入口區域和大體直的出口區域。轉向引導件可以通過肋或柱(post)安裝至罩或中心體部。轉向引導件可以沿圍繞燃料噴嘴的弧延伸，并且該弧可以處于200度至35度的范圍內。轉向引導件可以位于鄰近外部雙壁環形流動管道的罩的一側，壓縮機空氣通過外部雙壁環形流動管道并且朝向該組件徑向向內轉向。構想了一種用于燃氣渦輪機的燃燒室，該燃燒室包括環形流動管道，加壓空氣沿與形成在該燃燒室中的燃燒氣體的流動相反的方向流過環形流動管道；具有內側表面的端蓋組件；徑向向內轉向件，該徑向向內轉向件接近端蓋組件的內側表面位于流動管道中；至少一個燃料噴嘴組件，該燃料噴嘴組件包括圓柱形中心體部、與中心體部共軸并且圍繞中心體部延伸的圓柱形罩、以及具有下游邊緣的轉向引導件，該下游邊緣朝向位于中心體部與罩之間的通路延伸，其中轉向引導件僅部分地圍繞中心體部延伸，并且轉向引導件與環形流動管道的出口對齊且接近環形流動管道的出口，使得轉向引導件將空氣從環形流動管道導入位于中心體部與罩之間的通路中。轉向引導件可以位于鄰近環形流動管道的罩的一側。構想了一種將加壓空氣導入燃燒室中的燃料噴嘴組件的空氣流動管道中的方法，該方法包括以下步驟使加壓空氣沿第一方向移動通過燃燒室中的環形管道，并且使空氣從管道朝向燃料噴嘴徑向向內轉向；經過轉向的加壓空氣流入位于燃料噴嘴組件的圓柱形罩與中心體部之間的通路中；當經過轉向的加壓空氣流入通路中時,通過具有入口邊緣和出口邊緣的轉向弓I導件對空氣進行導向，入口邊緣與從環形管道流動的經過轉向的空氣對齊，出口邊緣與通路對齊，其中轉向引導件僅部分地圍繞中心體部延伸。轉向引導件可以鄰近環形管道的出口，并且在與環形管道相反的中心體部的一側的位置處對進入通路的空氣進行導向。轉向引導件可以接近通向罩的入口，并且經過導向的空氣是在流動通向罩的入口附近的空氣。轉向引導件可以使流入通路的徑向向外部分中的空氣的速度增加。轉向引導件可以將經過轉向的空氣導入位于轉向引導件與罩的入口部分之間的狹窄間隙中，其中入口部分具有廣口，并且轉向引導件將經過轉向的空氣導入位于轉向引導件與罩的廣口之間的狹窄間隙中。附圖說明圖1是工業燃氣渦輪機中的傳統燃燒室的圖示，其中以橫截面示出燃氣渦輪機。圖2是燃燒室的一部分的橫截面圖，其示出燃燒空氣通過燃燒室的雙壁并且轉向到外燃料噴嘴組件中的流動路徑。圖3是圍繞中心燃料噴嘴組件布置的燃料噴嘴組件的環形陣列的透視圖。圖4是外燃料噴嘴組件的側面的透視圖，其中罩的一部分是透明的，以示出轉向引導件。圖5和圖6是安裝至燃料噴嘴組件的中心體部的轉向引導件的前透視圖和后透視圖。圖7是燃料噴嘴組件的陣列的視圖，以示出轉向引導件在外燃料噴嘴組件上的取向。圖8是燃料噴嘴組件的側面和背面的透視圖，其中轉向引導件附連至罩。圖9是圖8中所示的燃料噴嘴組件的橫截面圖，其中所述橫截面所沿的平面與交叉體部的軸線垂直。圖10和圖11是示意圖，以橫截面示出具有喇叭口入口的罩和不具有喇叭口(belΙ-mouth)入口的罩上的轉向引導件。圖12和圖13是通過具有轉向引導件的管道和不具有轉向引導件的管道的空氣流的視圖。具體實施例方式圖1是側視圖，其中以部分橫截面示出傳統的燃氣渦輪發動機2，燃氣渦輪發動機2包括軸向渦輪4、燃燒室6的環形陣列、和軸流壓縮機8，軸流壓縮機8產生被管道輸送到燃燒室的壓縮空氣10。燃料12被噴射到燃燒室中并且與壓縮空氣混合。空氣燃料混合物在燃燒室中燃燒，并且熱燃燒氣體14從所述室流向渦輪以驅動渦輪輪葉16，從而使渦輪4旋轉。渦輪的旋轉通過軸18使壓縮機轉動，軸18連接渦輪和壓縮機。壓縮機的旋轉為燃燒室產生壓縮空氣。圖2是燃燒室6的一部分的橫截面圖，以示出燃料噴嘴組件20。每一個燃燒室6 (也稱作“罐”)都包括基本圓柱形的套筒22，套筒22靠近壓縮機的排放端固定至燃氣渦輪機的殼體24。燃燒罐的前端由端蓋組件26封閉，端蓋組件26可以聯接至燃料供給管、歧管和相關聯的閥28，以用于將氣體燃料或液體燃料12進給至每一個燃燒室的燃料噴嘴。端蓋組件26圍繞容納在圓柱形套管22內的中心燃料噴嘴組件30對燃料噴嘴組件20的圓形陣列進行支承。加壓空氣10進入燃燒室6的端部并且流過(見箭頭32)形成在室6的圓柱形套管22與內圓柱形襯套36之間的環形管道34。加壓空氣32沿與形成在室中的燃燒氣體的流動相反的流動方向朝向端蓋組件26流過管道34。加壓空氣通過管道34的環形部分轉向，管道34的該環形部分的橫截面可以呈U形38。為了協助空氣流轉向，轉向引導件42定位在燃料噴嘴組件20的每一個燃料噴嘴組件20上并且靠近空氣管道34的U形部分38的出口。轉向引導件42可以安裝成接近燃料噴嘴的后部軸環(collar)44。圖3是圍繞中心燃料噴嘴組件30布置的燃料噴嘴組件20 (被稱作外燃料噴嘴組件)的環形陣列的透視圖。燃料噴嘴組件20、30在其后部軸環44處附連本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于燃氣渦輪機的燃料噴嘴組件，所述組件包括：中心體部；罩，所述罩與所述中心體部共軸并且圍繞所述中心體部延伸，以及轉向引導件，所述轉向引導件具有下游邊緣，所述下游邊緣沿位于所述中心體部與通向所述罩的入口之間的通路延伸，其中所述轉向引導件僅部分地圍繞所述中心體部延伸。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：JT斯特瓦特，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：