用于燃气涡轮机的液体燃料喷嘴组件和将燃料喷射到燃烧器中的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于燃气涡轮机的液体燃料喷嘴组件和将燃料喷射到燃烧器中的方法。所述液体燃料喷嘴包括：在内管的端部的导向喷嘴，导向喷嘴将来自内管的液体燃料排出到燃烧器的燃烧室中；偏转器，其与导向喷嘴同轴并且包括圆柱形部段和截头圆锥形部段；中管，其与内管同轴并且具有围绕偏转器的圆柱形部段延伸的端部，其中吹扫空气通道设在中管和内管之间，吹扫空气通道的出口面向偏转器的截头圆锥形部段；以及喷射喷嘴，其具有接收来自中管和外管之间的燃料通道的液体燃料的环形敞开端部，其中喷射喷嘴包括具有指向偏转器的截头圆锥形部段的出口的喷嘴通道的环形阵列，且喷嘴通道设在截头圆锥形部段的外缘边的径向内侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃气涡轮机的液体燃料喷嘴组件和将燃料喷射到燃烧 器中的方法
本专利技术涉及燃气涡轮机中的燃料燃烧，并且特别地涉及用于燃气涡轮机中的燃烧 器的液体燃料喷嘴。
技术介绍
燃气涡轮机燃烧器混合大量燃料和压缩空气、燃烧最后产生的混合物并且生成燃 烧气体以驱动涡轮机。用于工业燃气涡轮机的常规燃烧器典型地包括空气和燃料在其中混 合并且发生燃烧的圆柱形燃烧罐的环形阵列。来自压缩器（例如轴流式压缩器）的压 缩空气流入燃烧器中。 燃料通过延伸到每个罐中的燃料喷嘴组件喷射。燃料喷嘴组件可以被配置成燃烧 液体燃料。这些燃料喷嘴组件典型地包括将经计量的量的燃料喷射到罐的燃烧室中的液体 雾化喷嘴。燃料喷嘴组件可以从一对同轴雾化喷嘴排出燃料。当燃料从喷嘴排出时燃料可 以混合以帮助燃料的雾化。 用于液体燃料的燃料喷嘴组件往往是复杂的机械装置。长期以来需要燃料喷嘴组 件，其具有用于燃料和吹扫气体的较少通道和孔、机械上简单、耐用并且控制相对简单。
技术实现思路
本专利技术设想了一种新型液体燃料喷嘴组件，其紧邻排出液体燃料的喷嘴的下游在 圆锥形偏转器上产生燃料膜。吹扫气体帮助在偏转器的表面上移动该膜。当膜在偏转器的 缘边上流动时，膜分裂成小滴并且被雾化。燃料的分裂和雾化由在偏转器的缘边被引导的 喷气（airblast)空气的剪切（shearing)和紧靠在偏转器的下游的气动失速（aerodynamic stalling)而增强。燃料膜的使用以及吹扫空气和喷气空气的相互作用增强液体燃料雾化 的质量和燃料燃烧的稳定性。 在本说明书中构思并且公开了一种用于燃气涡轮机的燃烧器的液体燃料喷嘴组 件，该液体燃料喷嘴组件包括：位于内管的端部的导向喷嘴，导向喷嘴将来自内管的液体燃 料排出到燃烧器的燃烧室中；偏转器，偏转器与导向喷嘴同轴、并且包括圆柱形部段和截 头圆锥形部段；中管，中管与内管同轴、并且具有围绕偏转器的圆柱形部段延伸的端部，其 中吹扫空气通道在中管和内管之间，其中吹扫空气通道的出口面向偏转器的截头圆锥形部 段；以及喷射喷嘴，喷射喷嘴具有接收来自中管和外管之间的燃料通道的液体燃料的环形 敞开端部，其中喷射喷嘴包括具有指向偏转器的截头圆锥形部段的出口的喷嘴通道的环形 阵列，并且喷嘴通道在截头圆锥形部段的外缘边的径向内侧。 在本说明书中构思并且公开了一种用于燃气涡轮机的燃料喷嘴组件，该组件包 括：在液体燃料中心管的端部的导向喷嘴；与中心管同轴并且围绕中心管延伸的中管，其 中用于吹扫空气的环形通道在中管和中心管之间；偏转器，偏转器包括圆柱形部段和从圆 柱形部段向外延伸的截头圆锥形部段，其中圆柱形部段坐靠在导向喷嘴的外环形表面上、 与导向喷嘴同轴、并且包括开口以将来自圆柱形部段的外表面的吹扫空气管道输送到形成 于圆柱形部段和导向喷嘴之间的内环形管道；用于吹扫空气的环形通道，环形通道延伸到 中管和偏转器的圆柱形部段的外表面之间，其中环形通道的出口邻近偏转器的圆柱形部段 和截头圆锥形部段之间的接合部；以及喷射喷嘴，喷射喷嘴具有配置成接收来自中管和外 管之间的燃料通道的液体燃料的环形敞开端部，其中喷射喷嘴包括具有与偏转器的截头圆 锥形部段对准的出口的喷嘴通道的环形阵列，并且喷嘴通道在截头圆锥形部段的外缘边的 径向内侧。 在本说明书中构思并且公开了一种雾化正由燃气涡轮机的燃烧器中的燃料喷嘴 组件排出的液体燃料的方法，该方法包括：沿着偏转器的外表面在燃料喷嘴组件的排出端 部段排出吹扫空气，其中偏转器具有圆柱形部段和从圆柱形部段向外延伸的截头圆锥形部 段，并且外表面至少包括截头圆锥形部段的面对排出的吹扫空气的表面；将液体燃料排出 到偏转器的外表面上，其中液体燃料在外表面上形成膜，并且在外表面上流动的吹扫空气 在外表面上移动液体燃料；当液体燃料的膜在截头圆锥形部段的缘边上流动时，液体燃料 被雾化；朝着截头圆锥形部段的缘边引导喷气空气以增强液体燃料的雾化；以及在燃料喷 嘴组件的下游的燃烧区中燃烧液体燃料、喷气空气和吹扫空气。 【附图说明】 在下面进一步描述并且在附图中示出本专利技术的结构、操作和特征，其中： 图1是工业燃气涡轮机中的常规燃烧器的横截面图。 图2是安装到工业燃气涡轮机中的燃烧罐的端部壳体的燃料喷嘴组件的横截面 图。 图3是图2中所示的燃料喷嘴组件的出口区域的横截面图。 图4是侧视图，在横截面中显示了安装在燃料喷嘴组件上的导向喷嘴和偏转器。 图5是作为燃料喷嘴组件的部件的喷射喷嘴的横截面的侧视图。 图6是作为燃料喷嘴组件的部件的偏转器的横截面的透视图。 图7是燃料喷嘴组件的侧面的横截面图，其中该视图指向导向喷嘴和偏转器。 【具体实施方式】 图1是侧视图，在部分横截面中显示了包括轴流式涡轮机12、燃烧器14的环形阵 列和轴流式压缩器16的涡轮发动机10。工作流体18 (例如大气）由压缩器加压，并且被管 道输送到每一个燃烧器14。每个燃烧器的一个端部联接到歧管，所述歧管将液体燃料20和 吹扫气体22 (例如压力下的大气）输送到燃烧器。燃料和吹扫气体流动通过每个燃烧室中 的燃料喷嘴组件24、与加压工作流体混合并且在每个燃烧器的燃烧室26中燃烧。燃烧气体 28从燃烧室流动通过燃烧室和涡轮机之间的管道30,以驱动涡轮机的叶片（桨叶）32并且 转动燃气涡轮机的轴。轴的旋转驱动压缩器16并且转移来自燃气涡轮机的有用输出功率。 每个燃烧器14具有外圆柱形壳体34。来自压缩器的压缩空气（例如工作流体18) 流动通过燃烧器中的形成于圆柱形套筒36和圆柱形燃烧内衬38之间的环形管道40。燃烧 室26设在燃烧器的中空内衬内。压缩空气在与燃烧气体流动通过燃烧区的相反流动方向 上流动。 端盖42在与用于热燃烧气体的管道30相对的端部覆盖每个燃烧器。端盖支撑用 于歧管的联接器44,所述歧管将液体燃料20和被动吹扫空气22提供给每个燃烧器。端盖 42包括将液体燃料20和吹扫空气22引导到燃料喷嘴组件24的通道。 图2是安装到燃气涡轮机中的燃烧罐的端盖42的燃料喷嘴组件24的横截面图。 燃料喷嘴组件附连到坐靠在端盖42的前表面上的安装法兰46。圆锥形基座49支撑液体燃 料和吹扫空气流动通过的一组同心管。内管50形成用于液体燃料或液体燃料乳化液（在 本说明书中被统称为液体燃料）的大体直的通道。液体燃料乳化液的例子是柴油乳化液， 例如柴油燃料混合物中水的乳化液。液体燃料20通过联接器供应到内管的入口 52,流动通 过管，并且通过在燃料喷嘴组件的前面的导向喷嘴54排出。 吹扫空气22在压力下通过联接器流动到燃料喷嘴组件，并且进入与内管50同轴 的环形吹扫空气通道58。吹扫空气通道58限定在内管50和与内管同心的中管60之间。 除了流动通过内管以外，液体燃料流动通过第二燃料通道62。第二燃料通道62是 由中管60和外管64限定的环形通道。第二燃料通道和第一燃料通道将液体燃料给送到设 于燃料喷嘴组件的前（排出）端处的双燃料喷嘴布置。第一燃料喷嘴是设在燃料喷嘴组件 的中心轴线处的导向喷嘴54。第二燃料喷嘴是设在第二燃料通道62的排出端处的喷射喷 嘴84。导向喷嘴54和喷射喷嘴8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气涡轮机的燃烧器的液体燃料喷嘴组件，所述液体燃料喷嘴包括：位于内管的端部的导向喷嘴，所述导向喷嘴将来自所述内管的液体燃料排出到所述燃烧器的燃烧室中；偏转器，所述偏转器与所述导向喷嘴同轴、并且包括圆柱形部段和截头圆锥形部段；中管，所述中管与所述内管同轴、并且具有围绕所述偏转器的所述圆柱形部段延伸的端部，其中吹扫空气通道位于所述中管和所述内管之间，其中所述吹扫空气通道的出口面向所述偏转器的所述截头圆锥形部段；以及喷射喷嘴，所述喷射喷嘴具有接收来自所述中管和外管之间的燃料通道的液体燃料的环形敞开端部，其中所述喷射喷嘴包括具有指向所述偏转器的所述截头圆锥形部段的出口的喷嘴通道的环形阵列，并且所述喷嘴通道设在所述截头圆锥形部段的外缘边的径向内侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1. 一种用于燃气涡轮机的燃烧器的液体燃料喷嘴组件，所述液体燃料喷嘴包括： 位于内管的端部的导向喷嘴，所述导向喷嘴将来自所述内管的液体燃料排出到所述燃 烧器的燃烧室中； 偏转器，所述偏转器与所述导向喷嘴同轴、并且包括圆柱形部段和截头圆锥形部段； 中管，所述中管与所述内管同轴、并且具有围绕所述偏转器的所述圆柱形部段延伸的 端部，其中吹扫空气通道位于所述中管和所述内管之间，其中所述吹扫空气通道的出口面 向所述偏转器的所述截头圆锥形部段；以及 喷射喷嘴，所述喷射喷嘴具有接收来自所述中管和外管之间的燃料通道的液体燃料 的环形敞开端部，其中所述喷射喷嘴包括具有指向所述偏转器的所述截头圆锥形部段的出 口的喷嘴通道的环形阵列，并且所述喷嘴通道设在所述截头圆锥形部段的外缘边的径向内 侧。2. 根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述偏转器包括从所述圆柱形部段向 内延伸的第二截头圆锥形部段，其中环形空气通道形成于所述第二截头圆锥形部段和所述 导向喷嘴的锥形突出部之间。3. 根据权利要求1或2所述的燃料喷嘴组件，其中，所述燃料喷嘴组件还包括用于喷气 空气的环形通道，其中所述环形通道的出口将喷气空气引导到所述偏转器的缘边上。4. 根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述喷射喷嘴中的所述喷嘴通道被定 向成相对于中心管的轴线具有5至25度的偏航。5. 根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述偏转器的截头圆锥形部分的表面 涂覆有燃料疏憎组合物。6. 根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述燃料喷嘴组件还包括形成于所述 外管的中空端部区域内的腔，其中所述腔向在所述外管的端部的燃烧区开放，并且所述喷 射喷嘴和所述偏转器的端部位于所述腔内。7. 根据权利要求6所述的燃料喷嘴组件，其中，所述偏转器的外缘边设在所述腔的下 游。8. -种用于燃气涡轮机的燃料喷嘴组件，所述组件包括： 位于液体燃料中心管的端部的导向喷嘴； 与所述中心管同轴并且围绕所述中心管延伸的中管，其中用于吹扫空气的环形通道设 在所述中管和所述中心管之间； 偏转器，所述偏转器包括圆柱形部段和从所述圆柱形部段向外延伸的截头圆锥形部 段，其中所述圆柱形部段坐靠在所述导向喷嘴的外环形表面上、与所述导向喷嘴同轴、并且 包括开口以将来自所述圆柱形部段的外表面的吹扫空气管道输送到形成于所述圆柱形部 段和所述导向喷嘴之间的内环形管道； 用于吹扫空气的环形通道，所述环形通道延伸到所述中管和所述偏转器的所述圆柱形 部段的外表面之间，其中所述环形通道的出口邻近所述偏转器的所述圆柱形部段和所述截 头圆锥形部段之间的接合部；以及 喷射喷嘴，所述喷射喷嘴具有配置成接收来自所述中管和外管之间的燃料通道的液体 燃料的环形敞开端部，其中所述喷射喷嘴包括喷嘴通道的环形阵列，所述喷嘴通道的环形 阵列具有与所述偏转器的所述截头圆锥形部段对准的出口，并且所述喷嘴通道设在所述截 头圆锥形部段的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：BB舍尔什恩约夫，AP苏博塔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US