本发明专利技术涉及预混合式直接喷射喷嘴。提供了一种在燃料／空气混合管束（１２１）中使用的燃料／空气混合管（１３０），其包括沿管轴线在入口端（１３４）与出口端（１３５）之间轴向地延伸的外管壁（２０１），该外管壁（２０１）具有在具有内径的内管表面（２０３）与具有外管直径的外管表面（２０２）之间延伸的厚度。管（１３０）还包括具有延伸穿过外管壁（２０１）的燃料喷射孔（１４２）直径的至少一个燃料喷射孔，该燃料喷射孔（１４２）具有相对于管轴线的喷射角。本发明专利技术提供了良好的燃料空气混合（１３０），且燃烧产生较少的ＮＯｘ以及低的流动压力损失转变成较高的燃气涡轮机（３０）效率，本发明专利技术较为耐用，且可耐受火焰稳定和抗逆燃。
【技术实现步骤摘要】
本文所公开的主题涉及预混合式直接喷射喷嘴，且更具体地涉及一种具有良好混合、耐火焰稳定和抗逆燃的直接喷射喷嘴。
技术介绍
燃气涡轮机燃烧常规碳氢燃料通常所产生的主要空气污染排放物为氮氧化物、一 氧化碳及未燃的碳氢化合物。本领域中所公知的是，空气发动机中氮分子的氧化极大地取 决于燃烧系统反应区中热气体的最高温度。将热力发动机燃烧器的反应区温度控制在低 于形成热N0x的水平上的一种方法，是在燃烧之前将燃料和空气预混合成贫燃料混合物 (lean mixture)。 利用燃料和空气的贫燃料预混合进行工作的干式低排放燃烧器存在与之相关的 许多问题。也就是说，燃料和空气的可燃混合物存在于燃烧器的预混合段内，该预混合段位 于燃烧器反应区的外部。 一般而言，存在一定的整体(bulk)燃烧管速度，在预混合器中的 火焰高于该速度将会冲出至主燃烧区中。然而，有些燃料如氢气或合成气，具有较高的火焰 速度，尤其是在预混合模式中燃烧时。由于有较高的紊流火焰速度和较宽的可燃性范围，故 预混合式氢燃料燃烧喷嘴的设计就受到在合理的喷嘴压力损失时火焰稳定和逆燃的挑战。 使用直接燃料喷射方法来扩散氢燃料燃烧固有地会产生较高的N0x。 在天然气作为燃料时，具有足够火焰稳定裕度的预混合器通常可设计为具有适当 低的空气侧压降。然而，对于更高反应性的燃料如高氢燃料而言，针对火焰稳定裕度和目标 压降的设计就变得有挑战性。由于现有技术水平的喷嘴设计点可达到3000华氏度的整体 火焰温度，故逆燃到喷嘴中会在极短的时间内造成对喷嘴的极大破坏。
技术实现思路
本专利技术为一种预混合式直接喷射喷嘴设计，其提供了良好的燃料空气混合，且燃 烧产生较少N0x和较低的流动压力损失转变成较高的燃气涡轮机效率。本专利技术较为耐用， 且可耐受火焰稳定和抗逆燃。 根据本专利技术的一个方面，提供了一种在燃料/空气混合管束中使用的燃料/空气 混合管。该燃料/空气混合管包括沿管轴线在入口端与出口端之间轴向地延伸的外管壁， 该外管壁具有在具有内径的内管表面与具有外管直径的外管表面之间延伸的厚度。 该管还包括具有延伸穿过外管壁的燃料喷射孔直径的至少一个燃料喷射孔，该燃 料喷射孔具有相对于管轴线的喷射角，该喷射角大致在20度至90度的范围内。燃料喷射孔 沿管轴线定位成距出口端有一定的凹进距离(recession distance)，该凹进距离大致处于 比燃料喷射孔直径大大约5倍至大约100倍的范围内，这取决于几何约束、燃料的反应性， 以及期望的N0x排放量。 根据本专利技术的另一个方面，提供了一种在燃料/空气混合管束中使用的燃料/空 气混合管。该燃料/空气混合管包括沿管轴线在入口端与出口端之间轴向地延伸的外管壁，该外管壁具有在具有内径的内管表面与具有外管直径的外管表面之间延伸的厚度。该 燃料/空气混合管还包括具有延伸穿过外管壁的燃料喷射孔直径的至少一个燃料喷射孔， 该燃料喷射孔具有相对于管轴线的喷射角，所述内管表面的内径大致比燃料喷射孔直径大 大约4倍至大约12倍。 根据本专利技术的又一个方面，提供了一种在用于涡轮机燃烧器的预混合式直接喷射 喷嘴中混合高氢燃料的方法。该方法包括提供附接在一起以形成喷嘴的多个混合管，该多 个管中的各个管均沿流动通路在入口端与出口端之间轴向地延伸，该多个管中的各个管均 包括沿管轴线在所述入口端与所述出口端之间轴向地延伸的外管壁，该外管壁具有在具有 内径的内管表面与具有外管直径的外管表面之间延伸的厚度。 该方法还提供为用于在入口端将第一流体喷射到多个混合管中；经由多个喷射孔 以相对于所述管轴线通常成大约20度至大约90度范围内的角将高氢或合成气燃料喷射到 混合管中；以及将第一流体和高氢或合成气燃料在管的出口端处混合成大约50%至大约 95%的混合度的燃料和第一流体的混合物。 通过结合附图的如下描述，这些及其它优点和特征将变得更为明显。 附图说明 在权利要求中具体地指出且明确地要求了认作是本专利技术的主题。通过结合附图的如下详细描述，本专利技术的前述及其它特征和优点将变得明显，在附图中 图1为的燃气涡轮发动机的截面，包括根据本专利技术的喷射喷嘴的位置； 图2为根据本专利技术的喷射喷嘴的实施例； 图3为图2中的喷嘴的端视图； 图4为根据本专利技术的喷射喷嘴的备选实施例； 图5为图4中的喷嘴的端视图； 图6为根据本专利技术的燃料/空气混合管的局部截面。 图7为根据本专利技术的燃料/空气混合方法的实例。 本详细说明通过举例的方式，参照附图阐述了本专利技术的实施例以及优点和特征。 零件清单IO示例性燃气涡轮发动机ll压縮机12燃烧室14燃烧器组件21燃料入口30 涡轮31压縮机/涡轮轴110喷嘴114燃料流通道115内部腔室空间121管束130燃料 /空气混合管131第一端区段132第二端区段133中部134流体入口端135流体出口端 136端盖142燃料喷射孔/入口 150点火区201外管壁202外周表面203内周表面210 备选的燃料喷射喷嘴214燃料流通道215内部腔室空间221管束236端盖241燃料腔室 250点火区A管轴线具体实施例方式现参看图l，示出了示例性燃气涡轮发动机10的简图，在此将参照具体实施例来 描述本专利技术而非对其限制。发动机10包括压縮机11和燃烧器组件14。燃烧器组件14包 括至少部分地限定燃烧室12的燃烧器组件壁部16。预混合设备或喷嘴110延伸穿过燃烧 器组件壁部16，且通向燃烧室12中。如下文更为全面地描述，喷嘴IIO接收穿过燃料入口 21的第一流体或燃料以及来自于压縮机11的第二流体或压縮空气。然后，燃料和压縮空气进行混合，传递到燃烧室12中，且被点燃以形成高温、高压的燃烧产物或气流。尽管示例性 实施例中仅示出了单个燃烧器组件14，但发动机10可包括多个燃烧器组件14。在任何情 况下，发动机10都包括涡轮30和压縮机/涡轮轴31。涡轮30以本领域中所公知的方式联 接到轴31上，且驱动该轴31，而轴31又驱动压縮机11。 在工作中，空气流入压縮机ll中，且压縮成高压气体。高压气体输送给燃烧器组 件14，且在喷嘴110中与燃料如过程气体和/或合成气体(合成气)相混合。燃料/空气 或可燃混合物传递到燃烧室12中，且被点燃以形成高压、高温的燃烧气流。作为备选，燃烧 器组件14可燃烧包括但不限于天然气和/或燃料油的燃料。此后，燃烧器组件14将燃烧 气流引导至将热能转化成机械旋转能的涡轮30。 现参看图2和图3，示出了经过燃料喷射喷嘴110的截面。喷嘴IIO连接到燃料 流通道114以及内部腔室空间115上用以接收从压縮机11所供送的空气。多个燃料/空 气混合管显示为管束121。管束121由相互附接且通过端盖136或其它常规附接件保持成 束的单独的燃料/空气混合管130组成。各单独的燃料/空气混合管130均包括经由中部 133延伸至第二端区段132的第一端区段131。第一端区段131限定第一流体入口 134，而 第二端区段132在端盖136处限定流体出口 135。 燃料流通道114流体地连接到燃料腔室141上，而燃料腔室141又流体地连接到 提供在多个单独的燃料/空气混合管130中的各管130中的流体入口 142上。由于这种布 置，空气流入管130的第一流体入口 13本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在燃料／空气混合管束（１２１）中使用的燃料／空气混合管（１３０），包括： 沿管轴线（Ａ）在入口端（１３４）与出口端（１３５）之间轴向地延伸的外管壁（２０１），所述外管壁（２０１）具有在具有内径的内管表面（２０３）与具有外管直径的外管表面（２０２）之间延伸的厚度； 具有延伸穿过所述外管壁（２０１）的燃料喷射孔（１４２）直径的至少一个燃料喷射孔（１４２），所述燃料喷射孔（１４２）具有相对于所述管轴线（Ａ）的喷射角，所述喷射角在大约２０度至大约９０度的范围内； 在所述燃料喷射孔（１４２）与所述出口端（１３５）之间沿所述管轴线（Ａ）延伸的凹进距离，所述凹进距离比所述燃料喷射孔直径大大约５倍至大约１００倍。
【技术特征摘要】
US 2009-2-4 12/365382一种在燃料/空气混合管束(121)中使用的燃料/空气混合管(130)，包括沿管轴线(A)在入口端(134)与出口端(135)之间轴向地延伸的外管壁(201)，所述外管壁(201)具有在具有内径的内管表面(203)与具有外管直径的外管表面(202)之间延伸的厚度；具有延伸穿过所述外管壁(201)的燃料喷射孔(142)直径的至少一个燃料喷射孔(142)，所述燃料喷射孔(142)具有相对于所述管轴线(A)的喷射角，所述喷射角在大约20度至大约90度的范围内；在所述燃料喷射孔(142)与所述出口端(135)之间沿所述管轴线(A)延伸的凹进距离，所述凹进距离比所述燃料喷射孔直径大大约5倍至大约100倍。2. 根据权利要求l所述的燃料/空气混合管(130)，其特征在于，所述凹进距离等于或 小于大约1. 5英寸，以及所述管直径在大约0. 05英寸至大约0. 3英寸的范围内。3. 根据权利要求l所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：WS齐明斯基，TE约翰逊，BP莱西，WD约克，JH乌，左柏芳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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