燃燒噴嘴及其相關方法技術

本發明專利技術提供一種燃燒噴嘴及其相關方法，該燃燒噴嘴包括混合部段和出口部段。混合部段包括空氣入口和燃料入口。出口部段包括以預定圖案形成于出口表面上的多個噴口。多個噴口的核心面積與出口表面面積的比率大于0.25。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術提供一種，該燃燒噴嘴包括混合部段和出口部段。混合部段包括空氣入口和燃料入口。出口部段包括以預定圖案形成于出口表面上的多個噴口。多個噴口的核心面積與出口表面面積的比率大于0.25。【專利說明】
本專利技術總體上涉及燃燒器，并且更具體地，涉及用于將空氣-燃料混合物噴射到燃燒器內的燃燒區域中的燃燒噴嘴。
技術介紹
燃燒器是發生燃燒的發動機的部件或區域。例如在燃氣渦輪機發動機中，壓縮器將高壓空氣進給到燃燒器或燃燒室。燃燒器然后在恒定壓力下加熱空氣以及燃料。在燃燒之后，生成的廢氣經由噴嘴引導輪葉從燃燒器進給到渦輪機。例如在燃氣渦輪機組或聯合循環機組中使用的這樣的發動機在更高溫度和更高壓力條件下操作以獲得更高的操作效率，并且傾向于增加廢氣流中的排放(例如CO、NOx)O盡管用于生成排放的各種因素是已知的，但是主要因素是燃燒器中的火焰溫度。燃氣渦輪機中的CO排放是需要遠離基本負荷(最大容量)條件操作的機器的重要參數。增加的CO排放與同機器的部分負荷操作相關的典型更低的壓力/溫度關聯。這樣的條件由在火焰鋒面中產生的CO的不足消耗表征。
技術實現思路
根據本專利技術的一個示例性實施例，公開了一種燃燒噴嘴。所述燃燒噴嘴包括混合部段和出口部段。所述混合部段包括空氣入口和燃料入口。所述出口部段包括以預定圖案形成于出口表面上的多個噴口。所述多個噴口的核心面積與出口表面面積的比率大于0.25。所述多個噴口中的兩個相互相鄰噴口之間的間距表示從一個噴口的中心延伸到所述相互相鄰噴口中的另一個噴口的另一個相應中心的距離。所述間距沿著直線圖案延伸；或者所述間距可沿著弧形圖案延伸。根據本專利技術的另一示例性實施例，公開了一種燃氣渦輪機。所述燃氣渦輪機包括空氣壓縮器，聯接到所述壓縮器的燃燒器，以及聯接到所述燃燒器的渦輪機。所述燃燒器包括殼體，以及布置在所述殼體內的燃燒區域的上游的示例性燃燒噴嘴。其中所述燃燒噴嘴包括:混合部段，所述混合部段包括空氣入口和燃料入口 ；以及出口部段，所述出口部段包括以預定圖案形成于出口表面上的多個噴口 ；其中所述多個噴口的核心面積與出口表面面積的比率大于0.25 ;以及聯接到所述燃燒器的渦輪機。所述圖案包括六邊形圖案、變體六邊形圖案、方形圖案、或者圓形圖案。所述多個噴口中的兩個相互相鄰噴口之間的間距與噴口直徑的比率大于1.5。所述間距表示從一個噴口的中心延伸到所述相互相鄰噴口中的另一個噴口的另一個相應中心的距離。根據本專利技術的另一示例性實施例，一種方法包括在示例性燃燒噴嘴的混合部段內混合空氣和燃料以生成空氣-燃料混合物。所述方法還包括經由所述示例性燃燒噴嘴的出口部段將所述空氣-燃料混合物噴射到布置在所述示例性燃燒噴嘴的下游的燃燒區域。根據本專利技術的另一示例性實施例，公開了一種用于形成示例性燃燒噴嘴的方法。所述方法包括:形成燃燒噴嘴，包括:形成混合部段，所述混合部段包括空氣入口和燃料入口 ；以及形成出口部段，所述出口部段包括以預定圖案形成于出口表面上的多個噴口 ；其中所述多個噴口的核心面積與出口表面面積的比率大于0.25。【專利附圖】【附圖說明】當參考附圖閱讀以下詳細描述時，本專利技術的這些和其它特征、方面和優點將變得更好理解，在附圖中相似的附圖標記始終表示相似的部分，其中:圖1是具有根據本專利技術的示例性實施例的示例性燃燒器的燃氣渦輪發動機的示意圖；圖2是具有根據本專利技術的示例性實施例的示例性燃燒噴嘴的燃燒器的示意圖；圖3是根據本專利技術的示例性實施例的燃燒噴嘴的出口部段的示意圖；圖4是根據本專利技術的示例性實施例的燃燒噴嘴的出口部段的透視圖；圖5是根據本專利技術的示例性實施例的以六邊形圖案布置的多個噴嘴噴口的示意圖；圖6是根據本專利技術的示例性實施例的以方形圖案布置的多個噴嘴噴口的示意圖；圖7是根據本專利技術的示例性實施例的以變體六邊形圖案布置的多個噴嘴噴口的示意圖；以及圖8是根據本專利技術的示例性實施例的以放射狀/圓形圖案布置的多個噴嘴噴口的示意圖。【具體實施方式】根據本專利技術的實施例，公開了一種燃燒噴嘴。所述示例性燃燒噴嘴包括具有空氣入口和燃料入口的混合部段。所述噴嘴還包括出口部段，所述出口部段具有以預定圖案形成于出口表面上的多個噴口。所述多個噴口的核心面積與噴嘴出口總表面面積的比率大于0.25。根據本專利技術的具體實施例，公開了一種具有示例性燃燒噴嘴的燃氣渦輪機。根據某些其它實施例，公開了一種與燃燒噴嘴相關的方法。在部分負荷條件下，由示例性燃燒噴嘴生成的內-噴口再循環區域(the intra-jet recirculation zones)足夠大以消耗在燃燒器的火焰鋒面(flame front)處產生的一氧化碳(CO)。現在參見附圖并且首先參考圖1，示出了具有低排放燃燒器12的燃氣渦輪機10。燃氣渦輪機10包括配置成壓縮環境空氣的壓縮器14。燃燒器12與壓縮器14流體連通，并且配置成接收來自壓縮器14的壓縮空氣11、并且燃燒燃料流以生成燃燒器出口氣體流13。在所示實施例中，燃燒器12包括限定燃燒面積的燃燒器外殼20。在一個實施例中，燃燒器12包括筒形燃燒器。在備選實施例中，燃燒器12包括筒-環形燃燒器或純環形燃燒器。另夕卜，燃氣渦輪機10包括位于燃燒器12的下游的渦輪機16。渦輪機16配置成膨脹燃燒器出口氣體流13以驅動外部負荷。在所示實施例中，壓縮器14由渦輪機16經由軸18生成的動力驅動。燃燒器12包括燃燒器噴嘴以用于接收壓縮空氣11和燃料流，混合空氣11和燃料流以生成空氣-燃料混合物，并且將空氣-燃料混合物噴射到燃燒區域。參考后面的圖更詳細地解釋燃燒噴嘴。參考圖2，示出了根據圖1的方面的燃燒器12。示例性燃燒器12包括限定燃燒室24的燃燒器外殼22。蓋組件(未顯示)可以設在燃燒器外殼22的一個端部上。燃燒器內襯26布置在燃燒器外殼22內。燃燒器內襯26可以帶有多個稀釋孔。燃燒噴嘴28布置在燃燒室24內。示例性燃燒噴嘴28包括混合部段30和出口部段32。燃燒器12還包括用于將燃料供應到燃燒室24的燃料增壓室34。燃料經由設在混合部段30中的一個或多個燃料入口孔36進入燃燒噴嘴28。混合部段30也具有用于接收來自壓縮器的空氣流11的空氣入口 38。在某些實施例中，燃料可以包括烴、天然氣、或高純氫氣、或氫、或生物氣、或一氧化碳、或合成氣、或惰性氣體、或水蒸氣、或具有預定量的稀釋劑的氧化劑。稀釋劑可以包括氮、二氧化碳、水、蒸汽等。燃燒噴嘴28的混合部段30配置成混合空氣11和燃料并且生成空氣_燃料混合物。出口部段32配置成接收空氣-燃料混合物，并且將空氣-燃料混合物噴射到燃燒室24的燃燒區域40。出口部段32配置成在燃燒器12的燃燒區域40中生成空氣-燃料混合物的紊流(turbulent flow)。出口部段32包括以預定圖案形成于出口表面42上的多個噴口。參考后面的圖更詳細地解釋具有多個噴口的出口表面42。參考圖3，示出了具有多個噴口 44的出口表面42。根據本專利技術的實施例，多個噴口44被間隔設置從而占據出口表面42的較大面積。在所不實施例中，多個噴口 44的核心面積被定義為由離表面中心46最遠的多個噴口 44中的噴口包圍的面積。在所示實施例中，多個噴口 44的核心面積的圓周由圓48表示。如參考后面的圖解釋，可以以不同圖案本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃燒噴嘴，所述燃燒噴嘴包括：混合部段，所述混合部段包括空氣入口和燃料入口；以及出口部段，所述出口部段包括以預定圖案形成于出口表面上的多個噴口；其中所述多個噴口的核心面積與出口表面面積的比率大于0.25。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：UO伊達霍薩，AR布蘭德，H凱林，MJ休斯，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：