用于减弱燃气轮机预混器中火焰保持的信管及相关方法技术

本发明专利技术涉及用于减弱燃气轮机预混器中火焰保持的信管及相关方法。具体而言，一种用于燃气轮机的燃烧器的燃料喷嘴组件，包括：喷嘴本体，其具有前部和限定穿过所述喷嘴本体的燃料通道的内管，其中所述前部紧邻所述燃烧器的燃烧段；在所述内管周围的外壳体，其中在所述外壳体和所述内管之间限定了空气通道；气体导管，其设置在所述空气通道中并具有紧邻所述喷嘴本体的前部的出口，其中燃料仅在所述燃烧器中出现回火状态时才开始流经所述可膨胀导管；以及预混燃料通道和端口，其将燃料排出至所述燃烧器的预混段，其中所述气体导管具有通向所述预混燃料通道的气体导管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃气轮机燃烧系统，且具体涉及一种燃料喷嘴设计，其在燃烧火焰回火或火焰保持(flame holding)事件期间使燃烧器损坏 降至最低。
技术介绍
燃气轮机燃烧器将大量的燃料和压缩空气相混合和燃烧因而形 成的混合物。用于工业燃气轮机的常规燃烧器通常包括环形排列的圆 筒形燃烧"罐，，，空气和燃料在其中混合并发生燃烧。来自轴向压缩 机的压缩空气流入燃烧器中。燃料经延伸到各罐中的燃料喷嘴组件喷 射。燃料和空气的混合物在各罐的燃烧室中燃烧。燃烧气体从各罐排 放到通向涡轮的管道中。设计成用于低排放的燃烧罐包括预混室和燃烧室。各燃烧罐中的 燃料喷嘴组件可将燃料和空气喷射到该罐的腔室中。 一部分来自喷嘴 组件的燃料排出到该罐的预混室中，在预混室中添加空气并与燃料预 先混合。预混室中预混的空气和燃料有助于在各罐的燃烧室中快速和 有效地燃烧以及因燃烧产生的低排放。空气和燃料的混合物从预混室 向下游流至燃烧室，燃烧室耐受燃烧并在一些状态下接收由燃料喷嘴 组件的前部所排出的额外燃料的。额外燃料提供了使火焰稳定用于低 功率运行的手段，并可在高功率状态完全切断。具有预混室的燃烧罐中可能发生回火或火焰保持状态。预混室不 能耐受燃烧。当火焰从下游的燃烧室蔓延到预混室中时发生回火，这 通常是由瞬变过渡状态造成的。当有可能通过诸如火花或压缩机喷射 的热态外来物之类的外部源而在预混区域中生成火焰时发生火焰保持，且火焰随后在再循环区域或虚弱的边界层区域中稳定，该区域紧 接将燃料排出到预混室中的燃料喷嘴组件部分的下游。回火或火焰保 持导致的损坏可包括烧坏不能耐受燃烧热量的燃烧器构件。烧坏这些 燃烧器构件导致的损坏可能导致这些构件发生故障和开裂。如果燃烧 器的裂片流入燃烧气流中，则它们有可能损坏热气体通路，例如燃气 轮机中的涡轮。燃料喷嘴组件中的信管(fUse)通过将燃料从用于预混室的燃料喷嘴转移而防止火焰保持。燃料从预混室的转移致使异常火焰烧尽并防 止在预混室中进一步地燃烧。然而，常规的信管设计，例如美国专利5,685,139所公开的信管设计，并不适合于所有类型的燃料喷嘴组件。 因此，需要新型的信管设计。
技术实现思路
已开发了一种用于燃气轮机的燃烧器的燃料喷嘴组件，包括喷 嘴本体，其具有前部和限定穿过该喷嘴本体的燃料通道的内管；外管，其在内管周围并限定外管和内管之间的空气通道；外管的弱化区域， 其在回火事件中烧穿，从而致使一部分预混燃料绕开喷射器和从弱化 区域排出；可膨胀导管，其设置在空气通道中并具有接近弱化区域的 出口 ，其中，当外管的弱化区域烧穿且燃料流从该管道经弱化区域向喷 嘴本体的前部排出时燃料流经可膨胀导管；以及附接在喷嘴本体上的套环(collar)，其包括从套环排出燃料的预混燃料通道和端口，其中， 可膨胀管道具有通向预混燃料通道的入口 。已开发了 一种用于在燃气4仑机的燃烧器中熄灭回火状态的方法， 该方法包括将燃料和压缩空气从燃料喷射器组件喷射至燃烧器的预 混室，其中，喷射的燃料和压缩空气在预混室中未正常燃烧；在燃烧 器中的预混室下游的燃烧室中燃烧燃料和压缩空气；从喷射器组件的 前部经穿过燃料喷射器的喷嘴本体的空气通道向燃烧室提供空气；从 具有位于喷射器组件前部的出口的燃料通道将燃料喷射至燃烧室；响应于接近燃料喷射器组件的回火状态而开启导管的出口，其中，该出 口紧邻喷射器组件的前部且导管穿过空气通道；通过开启出口将燃料 从预混室转移到导管，以及通过转移燃料而熄灭回火状态的火焰。附图说明图1是以局部截面显示燃气轮机的常规燃烧罐的侧视图。图2是燃料喷嘴组件的透视图。图3是结合在燃料喷嘴组件的燃料喷嘴本体中的信管组件的透视图。图4是燃料喷嘴组件的后套环中的信管组件的截面侧视图。 图5是喷嘴本体的前部的截面侧视图。具体实施例方式图1是侧视图，以局部截面显示了燃气轮机12的常规燃烧器10， 燃气轮机12包括压缩机13(用压缩机壳体14代表)以及用单个涡轮叶 片16代表的涡轮段15。燃烧器包括设置在压缩机壳体14周围的环形 排列的燃烧罐18。压缩机13由沿共用轴线与压缩机驱动地连接的涡 轮驱动。来自压缩机的压缩空气进入燃烧器10的各个燃烧罐18并流经(见 空气箭头19)形成在圆筒形套管22和罐的圓筒形内衬垫24之间的环 形管道20。压缩空气经管道20沿着与形成在罐中的燃烧气体相反的 流动方向(见燃烧气体箭头28)流向罐的端盖组件26。空气经衬垫24 中的各个开孔以及经燃料喷嘴组件34中的预混器入口 25而进入各个 罐中的燃烧室30和预混室32。燃料和空气的混合物由设置在罐的前部并附接在端盖上的燃料 喷嘴组件34供应至预混室32和燃烧室。燃料和压缩空气在预混室中 混合并流至燃烧室30。混合物在燃烧室中燃烧且因而形成的燃烧气体 从各罐流至(见燃烧流箭头28)将燃烧气体引导至涡轮叶片16的过渡6管道36。各个燃烧罐18包括大致呈圓筒形的燃烧壳体38，燃烧壳体38在 向后敞开的端部处固定在压缩机壳体14上。燃烧罐的前端由端盖组 件26封闭，端盖组件26可包括常规的燃料供应管、歧管以及用于将 气体、液体燃料和空气(如果需要还有水)进给至燃烧器罐的相关阀。 端盖组件26支承用于各个罐的多个燃料喷嘴组件34。例如，燃料喷 嘴组件可以圆形排列的方式设置在中心喷嘴组件周围。至少为了描述 信管系统起见，将这些喷嘴组件当作具有相同的结构。图2是燃料喷嘴组件34的透视图。喷嘴组件34包括喷嘴本体40、 后套环42以及与燃烧器罐的端盖组件相连接的后段44。燃料和空气 供应至端盖组件，该端盖组件将燃料引导至燃料喷嘴组件的后段。后 套环42形成对燃烧罐的预混室提供预混空气的环形空气通道48的外 环。在环形空气通道48中的是径向导叶50,其对流经通道48的预混 空气给予螺旋流。导叶50包含燃料排出端口 52(见图4),燃料从燃料 喷嘴组件经其排出到预混室中，在预混室中燃料与在空气通道48中 流动的空气相混合。在导叶50中可设置一个或多个的燃料气体通道 和燃料排出端口。喷嘴本体的前部46包括直接将燃料传送至燃烧罐 中的燃烧室的前燃料喷嘴端口 。图3是信管组件54的透视图，信管组件54结合在燃料喷嘴组件 中，具体而言是结合在套环和喷嘴本体中。信管组件54包括圆筒形 排列的螺旋导管56，其从安装在后套环中的圆筒形后信管基座58延 伸至安装在喷嘴本体的前部中的圆筒形前信管和喷嘴基座60。导管 56可钎焊在基座58、 60上。导管56的螺旋形状允许导管例如因热膨 胀而沿着轴线方向膨胀或收縮。后信管基座58包括当信管基座58插 入后套环中时与套环中的一个或多个燃料通道对准的开孔61、 62。开 孔61、 62设置成两排或更多排(如图3所示)允许多个导管56从套环 42中的多个预混燃料通道接收燃料。开孔61 、 62通向信管基座58和 导管56中的相应通道。来自燃料通道的燃料(通常将流至预混室)在信管由于回火事件而起用时经后信管基座58和螺旋导管56流至喷嘴基座60。在信管已起 用后，燃料流经螺旋导管56使燃料从预混室转移以防止该腔室中的 燃料进一步燃烧。前信管和喷嘴基座60上的开孔63、 64允许来自螺旋导管56的 燃料经喷嘴本体的前部排出到燃烧室中。开孔63、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气轮机的燃烧器（１８）的燃料喷嘴组件（３４），包括：　喷嘴本体（４０），其具有前部（４６）和限定穿过所述喷嘴本体的燃料通道（６８）的内管（６９），其中，所述前部紧邻所述燃烧器的燃烧段（３０）；　在所述内管周围的外壳体（ ７８），其中，在所述外壳体和所述内管之间限定了空气通道（７６）；　气体导管（５６），其设置在所述空气通道中并具有紧邻所述喷嘴本体的前部的出口（６６），其中，燃料仅在所述燃烧器中出现回火状态之后才开始流经可膨胀的所述导管；以及　预 混燃料通道（７０，７１）和端口（６０，６２），其将燃料排出至所述燃烧器的预混段（３２），其中，所述气体导管具有通向所述预混燃料通道的入口。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LB小戴维斯，SK威德纳，J威尔伯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]