用于在燃气涡轮机中混合空气－燃料的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及用于在燃气涡轮机中混合空气－燃料的系统及方法。在一些实施例中，一种系统包括用于涡轮发动机（１０）的燃料喷嘴（１２），该燃料喷嘴（１２）包括定位在燃料喷嘴（１２）的内基部（８２，９０）上的渐缩形中心本体（５２，７６，８４）、空气旋流器（５４），以及位于渐缩形中心本体（５２，７６，８４）中与空气旋流器（５４）隔开的燃料端口（５６，７８，８６）。

【技术实现步骤摘要】

本文大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及一种具有改进的燃料-空气混合特性的燃料喷嘴。
技术介绍
燃气涡轮发动机通过产生流过涡轮的压縮气体使涡轮自旋。压縮气体通过燃烧燃 料如丙烷、天然气、煤油或喷气燃料来产生，这些燃料在通过一组燃料喷嘴喷射到燃烧器或 燃烧室中之后进行燃烧。通过燃料喷嘴混合的燃料和气体显著地影响发动机的性能和排 放。具体而言，更为严格的排放法规和燃料价格的上涨使得气体和液体燃料的稀薄预混成 为改进燃气涡轮机性能的重点。
技术实现思路
在一个实施例中，该系统包括用于涡轮发动机的燃料喷嘴，该燃料喷嘴包括定位 在燃料喷嘴内基部上的渐縮形中心本体、空气旋流器，以及位于渐縮形中心本体中与空气 旋流器隔开的燃料端口。在另一个实施例中，该方法包括从燃料喷嘴基部区域上的钟形本 体中喷射燃料，沿与燃料交叉的流动方向旋动空气，以及使燃料和空气流过具有大体上光 滑曲面的文丘里管(venturi)室。附图说明 当参照附图阅读如下详细描述时，本文的这些及其它特征、方面和优点将变得更 容易理解，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中 图1为根据本技术的实施例的具有联接到燃烧器上的燃料喷嘴的涡轮机系统的 框图； 图2为如图1中所示的涡轮机系统的实施例的剖面侧视图； 图3为如图1和图2中所示的具有燃料喷嘴的燃烧器的实施例的剖面侧视图； 图4为根据本技术的一些实施例的具有文丘里管及燃料分配中心本体以改善燃 料空气的混合的燃料喷嘴的截面透视图； 图5为根据本技术的实施例的如图4中所示的燃料喷嘴的剖面侧视图； 图6为根据本技术的实施例的如图4中所示的燃料喷嘴的剖面端视图； 图7为根据本技术的实施例的构造成用于分配液体燃料的喷嘴中心本体的侧视图；以及 图8为根据本技术的另一个实施例的构造成用于分配液体燃料的喷嘴中心本体 的侧视图。具体实施例方式下文将描述本专利技术的一个或多个特定实施例。为了致力于提供对这些实施例的简要描述，故在说明书中并未描述实际实现方式的所有特征。应当认识到，在任何这些实际实 现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须作出许多因实现方式而异的特殊 决定，以实现开发者的特定目标，如遵循关于系统和关于商业的约束，这可根据实施方式而 异。此外，应当认识到，虽然这些开发工作可能很复杂且耗时，但对于受益于本公开内容的 普通技术人员来说，仍将是设计、制作和生产的例行任务。 在介绍本专利技术的多种实施例的元件时，用词一个、一种、该，以及所述用 来意指存在元件中的一个或多个。用语包括〃 、包含，以及具有视作为包括性的，且 意指存在除所列元件外的其它元件。 如下文进行详细论述的那样，燃料喷嘴系统的各种实施例可用于改善涡轮发动机 系统的性能。具体而言，燃料喷嘴的实施例包括会聚发散文丘里管室，其包括具有小的会聚 角(小于30度)和小的发散角(小于12度)的光滑内壁表面。文丘里管室中的光滑表 面可改善空气燃料混合物，以及减少回流区和/或混合停滞区。文丘里管的光滑内表面通 常没有尖锐的边缘或角，如果存在的话，它可能会干扰经过喷嘴的流动，以及可导致流动分 离。此外，改善空气燃料混合物将会导致提高涡轮机性能和减少排放。减少涡轮机系统内 的回流区会降低喷嘴本身中不需要的火焰稳定的可能性。例如，燃料喷嘴基部附近的火焰 稳定可导致对包括在燃料喷嘴基部中的构件进行不需要的辐射。 一个实施例还包括具有空 气槽口的径向旋流器，其可沿内喷嘴壁位于燃料喷嘴的基部。此外，本体可附接到喷嘴基部 的中心上，其中，该本体具有燃料进入孔，以能够在来自于旋流器的空气与从燃料进入孔流 出的燃料之间进行交叉流动混合。如下文将进一步描述，燃料喷嘴的公开实施例使得能够 改善空气燃料混合物，以及消除或减小基部附近或燃料喷嘴本体内的火焰稳定。 现转到附图且首先参看图l，示出了燃气涡轮机系统10的一个实施例的框图。该 图包括燃料喷嘴12、燃料源14，以及燃烧器16。如图所示，燃料源14向涡轮机系统IO输送 液体燃料或气体燃料如天然气，经由燃料喷嘴12进入燃烧器16中。如下文所述，燃料喷嘴 12构造成用以喷射燃料和将燃料与压縮空气相混合，得到改善的燃料_空气混合物。燃烧 器16点燃和燃烧燃料-空气混合物，且之后将热的加压排气传递到涡轮18中。排气经过 涡轮18中的涡轮叶片，从而驱动涡轮18旋转。涡轮18中的叶片与轴19之间的联接继而 又促使轴19旋转，如图所示，轴19还联接到整个涡轮机系统10的多个构件上。最后，燃烧 过程的排气可经由排气出口 20排出涡轮机系统10。 在涡轮机系统10的实施例中，压縮机翼片或叶片作为压縮机22的构件包括在内。 压縮机22内的叶片可联接到轴19上，且将随着轴19受到涡轮18驱动而旋转时进行旋转。 压縮机22可经由空气入口 24使空气进入到涡轮机系统10中。此外，轴19可联接到负载 26上，该负载26可通过轴19的旋转而被供以动力。如所认识到的，负载26可为可经由涡 轮机系统10的旋转输出而产生动力的任何适合的装置，如发电设备或外部机械负载。例 如，负载26可包括发电机、飞机螺旋桨等。空气入口 24通过适合的机构如冷空气入口使空 气30进入涡轮机系统10中，以便随后通过燃料喷嘴12将空气30与燃料源14相混合。如 下文将详细地进行描述的那样，由涡轮机系统10吸收的空气30可通过压縮机22内的旋转 叶片供送和压縮成压縮空气。如箭头32所示，压縮空气然后可供送到燃料喷嘴12中。燃 料喷嘴12然后可混合压縮空气和燃料(由标号34示出)，以产生最佳混合比来用于燃烧， 例如，促使燃料更为完全地烧尽的燃烧，以便不浪费燃料或产生过多排放物。涡轮机系统104的一个实施例包括燃料喷嘴12内的一些结构和构件，以改善空气燃料混合物，从而提高性 能和减少排放。 图2示出了涡轮机系统10的一个实施例的剖面侧视图。如图所示，该实施例包括 联接到环形阵列的燃烧器16上的压縮机22。例如，六个燃烧器16定位在所示的涡轮机系 统10中。各燃烧器16均包括一个或多个燃料喷嘴12，其将空气燃料混合物供送给定位在 各燃烧器16内的燃烧区。例如，各燃烧器16均可包括呈环形或其它合适布置的1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10个或多个燃料喷嘴12。空气燃料混合物在燃烧器16内的燃烧将会促使涡轮 18内的翼片或叶片随着排气朝排气出口 20传递而旋转。如下文将详细地描述，燃料喷嘴 12的一些实施例包括多种独特特征用以改善空气燃料混合物，从而改善燃烧，减少不期望 的排气排放物，以及改善燃料消耗。 图3为燃烧器16实施例的详细的剖面侧视图。如图所示，燃烧器16包括在燃烧 器16基部39处附接到端盖38上的燃料喷嘴12。燃烧器16的典型布置可包括五个或六个 燃料喷嘴12。燃烧器16的其它实施例可使用单个的大燃料喷嘴12。燃料喷嘴12的表面 和几何形状设计成用以提供最佳混合物，以及用于空气和燃料在其向下游流动进入燃烧器 16的流动通路，从而能使腔室中的燃烧得以增强，因而在燃气涡轮机中产生更多动力。燃料 混合物从燃料喷嘴12沿方向40向下游排放到燃烧器外壳44内的燃烧区42中。燃烧区42 为在燃烧器16内最适合点燃空气燃料混合物的位置。例如，在端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：　　燃料喷嘴（１２），其包括：　　外部本体；　　与所述外部本体同轴的渐缩形中心本体（５２，７６，８４），其中，在所述外部本体与所述渐缩形中心本体（５２，７６，８４）之间设置有环形流动区域（５３）；　　定位在所述外部本体中的径向空气旋流器（５４）；以及　　会聚发散文丘里管室（５０），其具有大体上光滑的曲面（５１）。

【技术特征摘要】
US 2008-10-2 12/244696一种系统，包括燃料喷嘴(12)，其包括外部本体；与所述外部本体同轴的渐缩形中心本体(52，76，84)，其中，在所述外部本体与所述渐缩形中心本体(52，76，84)之间设置有环形流动区域(53)；定位在所述外部本体中的径向空气旋流器(54)；以及会聚发散文丘里管室(50)，其具有大体上光滑的曲面(51)。2. 根据权利要求l所述的系统，其特征在于，所述渐縮形中心本体(52，76，84)从所述燃料喷嘴(12)的内基部表面(82,90)伸出。3. 根据权利要求l所述的系统，其特征在于，所述渐縮形中心本体(52，76，84)包括设置成与所述内基部表面(82,90)偏离(81,89)的至少一个燃料端口 (56，78，86)。4. 根据权利要求l所述的系统，其特征在于，所述渐縮形中心本体(52，76，84)具有大体上为钟形的外部(55)。5. 根据权利要求l所述的系统，其特征在于，所述径向空气旋流...

【专利技术属性】
技术研发人员：LCV费尔南德斯，E马克斯，RM沃沙姆，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]