用于分段式环形燃烧系统的燃料喷射模块技术方案

本公开涉及一种用于分段式环形燃烧系统的燃料喷射模块。所述燃料喷射模块包括壳体主体、燃料喷嘴部分和至少一个燃料喷射喷枪。所述燃料喷嘴部分流体连通到所述壳体主体内的燃料喷嘴增压室，并且至少一个燃料喷射喷枪流体连通到所述壳体主体内的喷射器燃料增压室。在一些情况下，所述燃料喷嘴部分是具有一个或多个子集管的束管式燃料喷嘴。所述燃料喷射喷枪沿所述壳体主体的径向侧定位或者周向定位在两个子集管之间。液体燃料盒延伸穿过所述燃料喷嘴部分、所述燃料喷射喷枪或者这两者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分段式环形燃烧系统的燃料喷射模块关于由联邦政府赞助的研究的声明本专利技术以美国能源部合同编号DE-FE0023965受政府支持。政府对本专利技术拥有特定权利。相关申请案的交叉引用本申请是非临时申请，主张2016年3月25日提交的第62/313,258号美国临时申请的优先权，此申请全部公开内容以引用方式并入本文中。
本说明书中所公开的主题涉及一种用于燃气涡轮机的分段式环形燃烧系统。更确切地说，本公开涉及用于一种燃气涡轮机的分段式环形燃烧系统的燃料喷射模块。
技术介绍
工业用燃气涡轮机燃烧系统通常燃烧烃类燃料并且产生污染空气的排放物，例如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。燃气涡轮机中分子氮的氧化取决于位于燃烧器中的气体的温度以及位于燃烧器内最高温度区域中的反应物的停留时间。因此，燃气涡轮机所产生的NOx量可以通过将燃烧器温度维持在低于产生NOx的温度或通过限制燃烧器中的反应物的停留时间来减少或控制。控制燃烧器温度的一种方法涉及在燃烧之前对燃料和空气进行预混合以形成燃料空气混合物。所述方法可以包括燃料喷射器的轴向分级，其中第一燃料空气混合物在所述燃烧器的一次或初级燃烧区域处喷射并且点燃以产生主高能燃烧气体流，并且其中第二燃料空气混合物经由定位在所述初级燃烧区域下游的多个径向定向并且周向隔开的燃料喷射器或轴向分级燃料喷射器组件来喷射到所述主高能燃烧气体流中并且与其混合。所述第二燃料空气混合物喷射到所述二次燃烧区域中有时称为“横流喷射(jet-in-crossflow)”布置。轴向分级喷射增加了可用燃料完全燃烧的可能性，进而减少污染空气的排放物。但是对于常规轴向分级燃料喷射燃烧系统，使送至各种燃烧器部件以用于冷却的空气流、送至燃烧器头端以用于第一燃料空气混合物的空气流以及/或者送至轴向分级燃料喷射器以用于第二燃料空气混合物的空气流之间达到平衡，同时在燃气涡轮机的整个操作范围内维持排放物合规性中存在各种挑战。因此，包括轴向分级燃料喷射的改进的燃气涡轮机燃烧系统在行业内将是有用的。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点在以下说明中进行阐述，或可以从说明书中清楚地看出，或可以通过实践本专利技术了解到。本公开的各种实施例涉及一种分段式环形燃烧系统。所述分段式环形燃烧系统包括燃料喷射模块的环形阵列，所述燃料喷射模块具有燃料喷嘴部分以及一个或多个燃料喷射喷枪这两者。在一些实施例中，所述燃料喷嘴部分是束管式燃料喷嘴部分，所述束管式燃料喷嘴部分包括至少部分被壳体主体围绕的多个管。每个管轴向延伸穿过限定在所述壳体主体内的燃料喷嘴增压室并且包括一个或多个燃料口(孔)，所述一个或多个燃料口(孔)允许燃料从所述燃料喷嘴增压室流入对应管中，其中所述管中，燃料与进入所述管的入口端中的空气混合。一个或多个燃料增压室可以轴向、径向或以一些其他配置布置，并且各个管(或子集管)的燃料口可以位于一个或多个轴向平面中。在各种实施例中，多个燃料喷射喷枪流体连通到限定在所述壳体内的喷射器增压室。在特定实施例中，单个燃料喷射模块的所有所述燃料喷射喷枪沿所述壳体主体的一个径向侧定位。在一个实施例中，每个燃料喷射模块的所述束管式燃料喷嘴部分的所述多个管细分成第一子集管和第二子集管。所述燃料喷射喷枪周向定位在所述第一子集管与第二子集管之间。密封件例如呼拉圈形密封件或弹簧型密封件可以沿所述壳体主体的一侧或多侧定位。所述密封件使两个周向相邻或径向相邻的燃料喷射模块之间形成流体密封。在其他实施例中，花键型密封件可以至少部分围绕所述壳体主体的外周边。在特定实施例中，所述束管式燃料喷嘴部分和所述燃料喷射喷枪从所述分段式环形燃烧系统的上游端供给燃料。例如，所述束管式燃料喷嘴部分和燃料喷射喷枪可以从端盖供给燃料。或者，所述束管式燃料喷嘴和/或燃料喷射喷枪可以从位于所述燃料喷射模块的径向外部的燃料歧管或从某个其他位置供给燃料。在特定实施例中，每个燃料喷射喷枪延伸到限定在相应燃料喷射板内的预混合通道以及/或者为其提供燃料，所述预混合通道具有位于所述燃料喷射板的第一侧壁和第二侧壁中的一者上的出口。在一个实施例中，所述预混合通道具有沿单个侧壁的出口。在其他实施例中，基于相应出口所在的侧壁，所述预混合通道可以分类成压力侧预混合通道和吸入侧预混合通道。因此，燃料和空气的第二可燃混合物可以从所述燃料喷射板的一个或两个侧壁喷射到二次燃烧区域中，所述二次燃烧区域位于由一个或多个相应燃料喷射模块的(束管式)燃料喷嘴部分产生的火焰的下游。至少两个燃料回路(一个用于燃料喷嘴部分并且一个用于燃料喷射喷枪)提供流体连通到相应燃料喷射板中。在一个实施例中，所述燃料回路限定在具有管中管布置的导管内，其中用于所述燃料喷射喷枪的燃料通过形成于在所述导管内、介于内管与外管之间的径向最外侧回路输送，并且用于所述燃料喷射模块的所述燃料喷嘴部分的燃料通过至少部分由所述内管限定的内部回路输送。或者，所述内管及其对应燃料回路可以将燃料传送到所述燃料喷射喷枪，并且所述外管及其对应燃料回路可以将燃料传送到所述燃料喷嘴部分。在其他实施例中，可以采用单独的燃料导管。在特定实施例中，所述至少两个燃料回路可以包括连接到液体燃料源(liquidfuelsupply)的液体燃料回路以及流体连通到气体燃料源(gaseousfuelsupply)的气体燃料回路。在特定实施例中，所述燃料喷射模块中的每个或一些燃料喷射模块还可以包括至少一个点火器(igniter)。所述点火器可以居中地位于相应束管式燃料喷嘴的相应后板内，或者可以位于某个其他位置。每个点火器的点火将点燃从所述燃料喷射模块的所述束管式燃料喷嘴部分流出的第一燃料和空气预混合物。在一个实施例中，点火器可以设置在所有所述燃料喷射模块中的一部分中。在特定实施例中，所述燃料喷射板中的一个或多个燃料喷射板可以包括或限定交叉喷射管(cross-firetube)，所述交叉喷射管提供周向相邻的初级燃烧区域和/或二次燃烧区域之间的流体连通。因此，当点火器进行点火时，火焰可以经由所述交叉喷射管沿周向围绕整个环形燃烧系统传播。所属领域的普通技术人员通过阅读本说明书将更好地了解此类实施例的特征和方面，以及其他内容。附图说明本说明书剩余部分中更确切地以完整和可实现地方式公开了各种实施例，包括申请之时已知的最佳模式，包括对附图的参考，在附图中：图1示出可以包括本公开各种实施例的示例性燃气涡轮机的原理框图；图2是根据本公开至少一个实施例的燃气涡轮机的示例性燃烧部分的上游视图。图3是根据本公开至少一个实施例的示例性分段式环形燃烧系统的一部分的压力侧的局部分解透视图；图4是根据本公开至少一个实施例的示例性分段式环形燃烧系统的一部分的吸入侧的局部分解透视图；图5是根据本公开至少一个实施例的示例性燃烧器喷嘴和对应燃料喷射模块的压力侧的截面图；图6提供沿图5所示的线6-6截取的根据本公开一个实施例的燃烧器喷嘴的截面透视图；图7提供沿图5所示的线7-7截取的根据本公开一个实施例的燃烧器喷嘴的截面透视图；图8提供沿图5所示的线8-8截取的根据至少一个实施例的燃烧器喷嘴的截面图；图9提供根据本公开至少一个实施例的示例性燃烧器喷嘴的下游截面透视图；图10提供根据本公开至少一个实施例的图9中所示的示例性燃料喷射板的一部分的放大图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料喷射模块，包括：壳体主体；燃料喷嘴部分，所述燃料喷嘴部分限定在所述壳体主体内并且具有限定在所述壳体主体内的燃料喷嘴增压室；以及至少一个燃料喷射喷枪，所述至少一个燃料喷射喷枪与限定在所述壳体主体内的喷射器燃料增压室流体连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.25 US 62/313258;2017.03.21 US 15/4644061.一种燃料喷射模块，包括：壳体主体；燃料喷嘴部分，所述燃料喷嘴部分限定在所述壳体主体内并且具有限定在所述壳体主体内的燃料喷嘴增压室；以及至少一个燃料喷射喷枪，所述至少一个燃料喷射喷枪与限定在所述壳体主体内的喷射器燃料增压室流体连通。2.根据权利要求1所述的燃料喷射模块，其中所述至少一个燃料喷射喷枪包括与所述喷射器燃料增压室流体连通的多个燃料喷射喷枪。3.根据权利要求2所述的燃料喷射模块，进一步包括连接到燃料源的燃料导管，所述喷射器导管限定第一燃料回路，其中所述第一燃料回路与喷射器燃料增压室流体连通，并且其中所述多个燃料喷射喷枪中的每个喷枪包括限定一个或多个喷射口的燃料分配尖端。4.根据权利要求3所述的燃料喷射模块，其中所述多个燃料喷射喷枪中的至少一个燃料喷射喷枪包括波纹管部分，所述波纹管部分设置在所述至少一个燃料喷射喷枪的所述燃料分配尖端的上游。5.根据权利要求3所述的燃料喷射模块，进一步包括燃料导管，所述燃料导管限定与所述燃料喷嘴增压室流体连通的第二燃料回路，并且其中所述燃料导管被所述燃料导管周向围绕。6.根据权利要求2所述的燃料喷射模块，其中所述多个燃料喷射喷枪沿所述壳体主体的侧壁部分设置。7.根据权利要求2所述的燃料喷射模块，其中所述燃料喷嘴部分包括第一子集束管和第二子集束管，并且其中所述多个燃料喷射喷枪周向设置在所述第一子集束管与所述第二子集束管之间。8.根据权利要求1所述的燃料喷射模块，其中所述壳体主体包括前板、后板以及从所述前板轴向延伸到所述后板的外周壁，并且其中所述燃料喷嘴部分进一步包括多个管，所述多个管中的每...

【专利技术属性】
技术研发人员：JD贝里，MJ休斯，JS弗拉纳根，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US