燃气涡轮燃烧室的多文丘利管燃料喷射器制造技术

一种燃气涡轮用的燃烧室包括一个主燃料喷射器（２０）以便用来接受压缩机排放的空气并将空气和燃料混合而后流到在下游的催化区（２２）。主燃料喷射器包括一排文丘利管。每一个文丘利管（４２）都有一个入口（４４）、一个喉管（４６）和一个扩散器（４８）。有一个设在前板和后板（３０、３２）之间的主燃料供给封闭环腔（３８）将燃料供到辅助的环状封闭环腔（６４），后者设有供给孔（６６），可将燃料供到文丘利管内在喉管上游的入口内。扩散器（４８）从喉管处的圆形横截面转变到在扩散管出口处的具有多个斜角互联侧壁的截角锥体状，可使出口处的各文丘利管之间没有显著的间隙。采用这种布置可以在催化区入口处获得燃料／空气、速度和温度的均匀分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃气涡轮燃烧室的燃料喷射器，特别涉及一种催化和干态低NOx用的多文丘利管燃料喷射器。
技术介绍
燃气涡轮的燃烧室例如催化燃烧室的主要构件包括(1)预燃器，该器通常构成一个扩散式的燃烧室，将一小部分燃料燃烧以便足够地提高空气的温度，使下游的催化剂激活；(2)预混室，该室包括主燃料喷射器，用来完成燃料和空气的混合；(3)催化剂，该剂能在不产生NOx的无焰反应下将燃料部分转变；(4)烧净区带，该区带包括在一具有从催化区流动过来的贫燃料/空气混合物的后催化区的衬套内进行均匀的燃烧，该项燃烧由于温度较低不会产生NOx。这种型式的燃烧能够产生极低的排放物。多文丘利管曾在催化燃烧室内被用作主燃料喷射器。例如可见美国专利4,845,952和4,966,001。这种配置的目的是要在催化区入口提供均匀的燃料/空气混合物。应该认识到在催化区入口的整个庞大的横断面积上必须保持燃料分布的极其均匀。燃料/空气的混合是将燃料分布到充满燃烧室横断面的大量文丘利管内，接着在文丘利管内以及在文丘利管出口平面和催化区入口之间的下游区域进行空气动力学的混合来完成的。除了均匀的燃料/空气混合物外，催化剂在越过催化区入口平面时需要有均匀的温度和均匀的速度。这些因素中缺少任何一个，催化剂就不能很好地作用。还应认识到多文丘利管能产生层流，而层流能抑制大规模的混合和气流的预先调制，这样在扩散器出口和催化区入口之间就只能完成局部的混合。那就是说，在该横断面的区域内混合是受限制的。例如，如果一个流动区域具有比其余流域高的温度或速度，那么热力的或速度的不良分布将会有害地在催化区入口显示出来。因此，燃气涡轮的燃烧室需要有一种燃料喷射器以在催化区入口处提供均匀程度改进的燃料/空气、温度和速度的分布。专利技术概述按照本专利技术的较优方案所提供的组合包括一个燃烧室、一个气流调制器、一个具有多侧面扩散器和改进燃料回路的文丘利管设计。气流调制器可以用2003.08.27申请的共同未决的美国专利申请10/648,203中所说明和图示的型式，其内容在这里被引用供参考。除了气流调制器外，设有具有截圆锥状剖面形状的多文丘利管以便促进燃料/空气的混合，在催化区入口处提供均匀分布的燃料/空气、速度和温度，及消除持有火焰的气流流出。在文丘利管的设计中取消了再循环区(即在文丘利管的出口平面和其下游之间的流动区间)以及持有火焰所需的势能。该文丘利管有一个三部分的构造以改善燃料在各文丘利管之间的分布，该构造的钎焊接头还设有热屏蔽以提高机械的耐用性。该文丘利管燃料回路还在文丘利管周围由间隔开的轴向前壁和后壁限定的主燃料封闭环腔和通往文丘利管收敛入口的燃料供给入口之间设有辅助封闭环腔。由于每一个文丘利管都设有辅助封闭环腔，燃料进入到封闭环腔的平面就可用最大可能有的距离与燃料喷射到文丘利管内的平面隔开。而且冷燃料是沿着燃料封闭环腔的冷侧流动，从而可将在前板和后板上的钎焊接头的热应力减为极小。按照本专利技术的一个较优方案所提供的燃气涡轮的燃烧室具有一个壳体，该燃烧室壳体包括一个气流衬套用来接受压缩机排放的空气；一个在气流衬套下游的主燃料喷射器用来接受压缩机排放的空气并混合空气和燃料；一个在主燃料喷射器下游的催化区用来接受来自主燃料喷射器的空气和燃料的混合物。该主燃料喷射器包括(i)一排文丘利管，每一个文丘利管包括一个收敛的入口、一个喉管和一个扩散器以便使燃料/空气的混合物大致沿轴向地在其内流动通过而后从所说扩散器离开，(ii)一块前板和(iii)一块后板被一个在两板之间限定的燃料供给封闭环腔的外壳环绕着；每一决板上都设有多个开口以便安装文丘利管；而每一个文丘利管都有至少一个燃烧供给孔以便在喉管的轴向上游位置将来自燃料供给封闭环腔的燃料供给到文丘利管的入口内。按照本专利技术另一个方案所提供的燃气涡轮的燃烧室具有一个壳体，该燃烧室壳体包括一个气流衬套用来接受压缩机排放的空气；一个在气流衬套下游的主燃料喷射器用来接受压缩机排放的空气；一个在主燃料喷射器下游的催化区用来接受来自主燃料喷射器的空气和燃料的混合物；主燃料喷射器包括一排环绕燃烧室轴线的文丘利管，每一个文丘利管包括一个收敛的入口、一个喉管和一个扩散器，供燃料/空气的混合物流动，每一个文丘利管都设有燃料供给孔以便使燃料流到文丘利管内，所说扩散器具有多个分散而与中心轴线偏斜的侧壁，文丘利管的阵列被环绕中心轴线而并排地布置在圆周上并在径向上互相间隔开。附图的简要说明附图说明图1为一局部的透视图，部分被裂开并用剖面示出在燃气涡轮中使用的催化燃烧室的一部分，该燃气涡轮引用按照本专利技术的一个优选方案的多文丘利管配置；图2为多文丘利管配置的透视图；图3为其剖视图；图4为在图3中大致沿4-4线切开的剖视图；图5为一放大的局部视图，部分为剖面，示出文丘利管和燃料的封闭环腔；图6为文丘利扩散管的局部透视图；图7为从上游方向看去的多文丘利管的扩散区的放大的局部透视图。本专利技术的详细说明通常的燃气涡轮具有一排环绕涡轮的轴线沿圆周间隔布置的燃烧室，用来燃烧燃料/空气的混合物并使燃烧产物流动通过一个过渡件以便沿着涡轮级阶段的灼热燃气路径流动，从而将含有能量的气流转变成机械能来转动涡轮的转子。涡轮的压缩机将其部分压缩空气供应给每一个燃烧室以便与燃料混合。图1中示出涡轮所用燃烧室中一个的一部分，应该知道涡轮的其他燃烧室也都有类似的设计。较小的燃气涡轮可只具有一个如图1所示的燃烧室。参阅图1，燃烧室10包括一个具有内部衬套14的预燃器区12。衬套14设有多个孔16以便接受压缩机排出的空气使它在预燃器区12内流动。预燃器区12还包括燃料喷嘴用来将燃料供给到预燃器区。从预燃器区出来的燃烧产物的气流具有一个就流动速度和温度而言都是在中心为峰值的流动分布。没有造成通往另外的燃料喷射器(如美国专利4,845,952中说明的文丘利管式燃料喷射器)所需的均匀流动。图1中的燃料喷射器20构成多文丘利管配置的一部分，其中某些方面是按照本专利技术的较优实施例的。从预燃器区12出来的空气和燃烧产物及从燃料喷射器20出来的燃料流到催化剂或催化区22。结果在催化区入口处的流动就缺乏均匀性。一种提供这种均匀性的方法是在预燃器区12和燃料喷射器20之间设计一个气流调制器24。气流调制器的细节可在2003.08.27申请的、题为“燃气涡轮燃烧室的气流控制器”的美国专利申请10/648,203中找到，其内容被本文引用，供参考。在构成主燃料喷射器一部分的多文丘利管配置21(今后将简称为MVT)的入口处设有一块多孔板24来帮助燃料/空气流动的调制以便在催化区22的入口处获得最佳的混合及流量和温度的均匀分布。主燃料喷射器20包括一对在轴向上间隔开的多孔板即前板30和后板32(图1、3和5)。板30和32各具有多孔并在轴向上构成开口的对齐的环状阵列例如在板30的图4中的开口34。有一形成封闭环腔38的外壳36包围着前、后板30和32并固定在其边缘上。如图2和4所示，有多个燃料入口40，在本例中为4个，被相等间隔地布置在外壳36的周边上以便将燃料供给到封闭环腔38。通过板30和32的开口被文丘利管42封闭并构成MVT 21的一部分。这样每一对通过板30和32在轴向上对齐的开口分别安装一个文丘利管42。每一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮的燃烧室具有：一个包括用来接受压缩机的排放空气的一气流衬套（１４）的燃烧室壳体；一个在所说用来接受该压缩机的排放空气并使空气和燃料混合的气流衬套下游的主燃料喷射器（２０）；一个在所说主燃料喷射器下游的催化 区（２２），用来接受来自该主燃料喷射器的空气和燃料的混合物；所说主燃料喷射器包括：（ｉ）一排文丘利管（４２），每一个文丘利管包括一个收敛的入口（４４）、一个喉管（４６）和一个扩散器（４８），以便使燃料／空气混合物大致沿轴向流过其间， 自所说扩散器排出，（ｉｉ）一块前板（３０）和（ｉｉｉ）一块后板（３２），被一个在所说两板之间限定一燃料供给封闭环腔（３８）的外壳（３６）包围；每一块所说板（３０、３２）具有多个开口（３４），以安装文丘利管；及每一个所说文丘利 管入口（４４）具有至少一个燃料供给孔（６６），以便在所说喉管（４６）的轴向上游位置将来自所说燃料供给封闭环腔的燃料供给到所说文丘利管入口内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CA迪努，IZ胡，JM斯托里，TR法雷尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]