燃气轮机燃烧器制造技术

本发明专利技术涉及燃气轮机燃烧器。其中，燃气轮机（１０）包括压缩机（１２）和位于压缩机下游的至少一个燃烧室（１４）。燃烧室包括燃烧器（２４），燃烧器具有：内罩（３６），沿燃烧器的至少一部分轴向地延伸；外罩（３８），与内罩径向地分离并沿燃烧器的至少一部分轴向地延伸；和多个定子叶片（４０），在内罩与外罩之间径向地延伸。定子叶片具有邻近内罩的内端（４６）和邻近外罩的外端（４８）。燃烧器还包括位于定子叶片的内端或外端中的一者处的涡梢（５０）。涡梢在内端与内罩或外端与外罩之间提供间隙，且涡梢包括多个燃料端口（５２）。燃气轮机还包括位于燃烧室下游的涡轮机（１６）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体而言涉及一种燃气轮机。更具体而言，本专利技术涉及一种在燃烧之前使 燃料与工作流体混合的燃气轮机燃烧器。
技术介绍
燃气轮机广泛用于进行发电的商业运营中。燃气轮机一般包括位于前面的压缩 机、位于中间周围的一个或多个燃烧室、以及位于后面的涡轮机。压缩机渐进地压缩工作流 体，并将经压缩的工作流体排放到燃烧室中。燃烧室使工作流体与燃料混合，并使混合物燃 烧以产生具有高温、高压和高速度的燃烧气体。燃烧气体离开燃烧室并流入涡轮机中，在涡 轮机中燃烧气体膨胀而产生功。燃烧气体包括各种量的不期望的排放物，例如未燃烧的碳氢化合物及各种氮氧 (NOx)化合物。存在于燃烧气体中的未燃烧的碳氢化合物及NOx化合物的量取决于燃烧的 效率和温度。具体而言，燃料的不完全或低效率燃烧导致增多的碳氢化合物排放物。类似 地，升高的燃烧温度导致NOx增多的排放物。为通过提高燃烧效率来减少碳氢化合物和NOx排放物的量，已做出各种努力。例 如，美国专利5，259，184(其全部内容出于各种目的而并入本文中)描述了一种在燃烧之 前使燃料与工作流体预混合的燃气轮机燃烧器。该燃烧器包括向工作流体施加旋转运动 (swirling motion)的环形旋转器(swirler)，而旋转的工作流体与注入的燃料混合以产生 用于燃烧的更均勻、更稀薄的燃料混合物。更均勻、更稀薄的燃料混合物提高燃烧效率并降 低燃烧温度，从而减少碳氢化合物和NOx排放物。美国专利6，438，961 (其全部内容出于各种目的而并入本文中)描述了一种在燃 烧之前使燃料与工作流体混合的改良燃气轮机燃烧器。该燃烧器包括具有内置燃料通道的 转动叶片。转动叶片向工作流体和燃料二者施加旋转，以产生燃料与工作流体在燃烧之前 的更均勻的混合。需要对燃料与工作流体在燃烧之前的预混合进行改良，以进一步提高燃烧效率和 减少不期望的排放物。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将于以下说明中予以陈述，或可从该说明中显而易见，或可 通过本专利技术的实践获知。本专利技术的一个实施例是一种用于燃气轮机的燃烧器。该燃烧器包括内罩，沿燃 烧器的至少一部分轴向地延伸；外罩，与内罩径向地分离并沿燃烧器的至少一部分轴向地 延伸；以及多个定子叶片，在内罩与外罩之间径向地延伸。定子叶片具有邻近内罩的内端 和邻近外罩的外端。燃烧器还包括位于定子叶片的内端或外端中的一者处的涡梢(vortex tip)。涡梢在内端与内罩或外端与外罩之间提供间隙。本专利技术的另一实施例是一种燃气轮机。该燃气轮机包括压缩机和位于压缩机下游的至少一个燃烧室。燃烧室包括燃烧器，燃烧器具有内罩，沿燃烧器的至少一部分轴向地 延伸；外罩，与内罩径向地分离并沿燃烧器的至少一部分轴向地延伸；以及多个定子叶片， 在内罩与外罩之间径向地延伸。定子叶片具有邻近内罩的内端和邻近外罩的外端。燃烧器 还包括位于定子叶片的内端或外端中的一者处的涡梢。涡梢在内端与内罩或外端与外罩之 间提供间隙。该燃气轮机还包括位于燃烧室下游的涡轮机。本专利技术的替代实施例是一种燃气轮机。该燃气轮机包括压缩机和位于压缩机下游 的至少一个燃烧室。燃烧室包括燃烧器，燃烧器具有内罩，沿燃烧器的至少一部分轴向地 延伸；外罩，与内罩径向地分离并沿燃烧器的至少一部分轴向地延伸；以及多个定子叶片， 在内罩与外罩之间径向地延伸。定子叶片具有邻近内罩的内端和邻近外罩的外端。燃烧器 还包括位于定子叶片的内端或外端中的一者处的涡梢。涡梢在内端与内罩或外端与外罩之 间提供间隙，并且涡梢包括多个燃料端口。该燃气轮机还包括位于燃烧室下游的涡轮机。在阅读本说明书后，所属领域的普通技术人员将会更好地理解这些实施例的特征 和方面等等。附图说明在本说明书的其余部分(包括参照附图)中，对本专利技术的全部和使之能够实现的 揭露内容(包括对所属领域的技术人员而言最佳的型式)进行更具体地说明，在附图中图1是处于本专利技术范围内的燃气轮机的实施例的平面图；图2是根据本专利技术一个实施例的燃烧器的剖面立体图；图3是根据本专利技术一个实施例的定子叶片的一部分的立体图；图4是根据本专利技术替代实施例的涡流定子组件的平面图；以及图5是由图4所示的涡流定子组件形成的旋转的涡流的立体表示。主要元件标记说明10:燃气轮机14 燃烧室18:压缩机叶片22 燃烧腔室26 输入流调节器30 混合燃料通道34 导流装置38 外罩42 湍流器46:内端50 涡梢54 涡流定子组件58 外罩62 湍流器66:内端70 涡梢512压缩机16润轮机20燃烧器24燃烧器28涡流定子组件32环形通道36内罩40定子叶片44 机翼48夕卜端52燃料端口56内罩60定子叶片64燃料端口68夕卜端72间隙74 支柱76 涡流旋涡 具体实施例方式现在，将详细参照本专利技术的各个实施例，本专利技术的一个或多个实例显示于附图中。 本详细说明使用数字和字母符号来指示图式中的特征。图式和说明中的相同或类似的符号 用以指示本专利技术的相同或类似的部件。每一实例旨在用于解释本专利技术而非限制本专利技术。实际上，在不背离本专利技术的范围 或精神的条件下，所属领域的技术人员可明显地对本专利技术作出修改和改变。例如，作为一个 实施例的部分而显示或说明的特征可用于另一实施例，以产生又一实施例。因此，本专利技术旨 在涵盖处于所附权利要求及其等效内容的范围内的这些修改和改变。图1提供处于本专利技术范围内的燃气轮机10的实施例。如图1所示，燃气轮机10大 体包括位于前面的压缩机12，位于中间周围的一个或多个燃烧室14、以及位于后面的涡轮 机16。压缩机12包括多级压缩机叶片18，以渐进地压缩工作流体。压缩机12向燃烧室14 排放经压缩的工作流体。每一燃烧室14包括一个或多个燃烧器，燃烧器使工作流体与燃料 混合，且混合物然后在燃烧腔室22中燃烧以产生具有高温、高压和高速度的燃烧气体。燃 烧气体离开燃烧腔室22并流入涡轮机16中，在涡轮机16中燃烧气体膨胀而产生功。图2提供根据本专利技术一个实施例的燃烧器24的剖面立体图。在此实施例中，燃烧 器24包括输入流调节器26、涡流定子组件28、以及混合燃料通道30。输入流调节器26从压缩机12接收经压缩的工作流体并使其准备进入涡流定子组 件28中。输入流调节器26包括穿孔壁，穿孔壁形成环形通道32，经压缩的工作流体穿过环 形通道32。在经压缩的工作流体进入涡流定子组件28中之前，导流装置34使经压缩的工 作流体径向地分布。涡流定子组件28使燃料与经压缩的工作流体混合，并将涡流旋涡施加到混合物 上。涡流定子组件28包括内罩36、外罩38、以及多个定子叶片40。内罩36和外罩38沿燃 烧器24的一部分轴向地延伸，以形成燃料和经压缩的工作流体的环形通道。内罩36、外罩 38及/或定子叶片40可包括波形壁(contoured wall)或湍流器42 (例如浅凹、脊状突起 或凸出物)，以扰乱经压缩的工作气体的层流并改良混合。图3提供根据本专利技术一个实施例的定子叶片40的立体图。定子叶片40具有机翼 形状44并向经压缩的工作流体的流动方向倾斜，使得当经压缩的工作流体流经定子叶片 40时，定子叶片40促使经压缩的工作流体围绕内罩36旋转或转动。例如，当工作流体在 图3中从左向右经过时，从图3的底部右侧看，定子叶片40促使经压缩的工作流体顺时针 方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气轮机（１０）的燃烧器（２４），包括：ａ．内罩（３６），沿所述燃烧器（２４）的至少一部分轴向地延伸；ｂ．外罩（３８），与所述内罩（３６）径向地分离并沿所述燃烧器（２４）的至少一部分轴向地延伸；ｃ．多个定子叶片（４０），在所述内罩（３６）与所述外罩（３８）之间径向地延伸，所述多个定子叶片（４０）具有邻近所述内罩（３６）的内端（４６）和邻近所述外罩（３８）的外端（４８）；以及ｄ．涡梢（５０），位于所述多个定子叶片（４０）的所述内端（４６）或所述外端（４８）中的一者处，其中，所述涡梢（５０）在以下中的至少一者之间包括间隙：ｉ．所述内端（４６）与所述内罩（３６），或ｉｉ．所述外端（４８）与所述外罩（３８）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JB巴特勒，D利奇，KW麦马汉，MA哈利，GD迈尔斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]