具有预混合主燃料喷嘴组件的燃烧器制造技术

本发明专利技术涉及具有预混合主燃料喷嘴组件的燃烧器。具体而言，一种燃烧器(200)包括第一燃烧室(202)、与所述第一燃烧室(202)相关联的预混合主燃料喷嘴组件(210)、第二燃烧室(204)，以及与第二燃烧室(204)相关联的辅助燃料喷嘴组件(212)。预混合主燃料喷嘴(210)组件包括构造成用以使空气流涡动的多个导叶(222)，各导叶均包括构造成用以喷射燃料到空气流中的多个燃料喷射孔(224)。

【技术实现步骤摘要】

本申请主要涉及一种用于燃气轮机的燃烧器，且更具体地涉及一种具有预混合主燃料喷嘴组件的两级低NOx燃烧器。
技术介绍
用于燃气轮机的低NOx燃烧器在工业中是公知的。例如，美国专利号4292801描述了一种“双级_双模式低NOx燃烧器”，其在燃烧过程期间产生数量减少的氮氧化物(NOx)。 图1是此种已知的燃烧器100的实施例的截面视图。燃烧器100通常包括第一燃烧室102 和第二燃烧室104。燃烧室102、104在外部周界上由燃烧衬套106限定并由截面减少的喉部隔开，该喉部用作热动力分隔器来隔离该两个燃烧区。在上游端，燃烧器100由端盖108封闭。端盖108支承可传送燃料到这些燃烧室中的多个燃料喷嘴。更具体而言，多个主燃料喷嘴110提供燃料至第一室102，以及辅助燃料喷嘴112提供燃料至第二室104。主燃料喷嘴110通常围绕辅助燃料喷嘴112定位成圆形阵列，该辅助燃料喷嘴112居中地定位并沿轴向经过第一室102朝向第二室104延伸。为了使空气能进入燃烧室102、104，流动套筒114围绕燃烧衬套106定位。流动套筒114和燃烧衬套106 —起限定与压缩机连通的环形空气通路116。来自压缩机的空气流动经过环形通路116并经由在燃烧衬套106和端盖108之间的环形间隙118进入燃烧室 102,104ο操作中，燃料选择性地经引导通过主燃料喷嘴110和辅助燃料喷嘴112，以产生减少的NOx排放物的方式在燃烧室102、104中的一个或二者中启动和终止燃烧。具体而言， 燃烧器100可以扩散模式或以预混合模式进行操作。在扩散模式中，燃料经引导通过主燃料喷嘴110且在第一室102中发生燃烧。在预混合模式中，燃料经引导通过主燃料喷嘴110 和辅助燃料喷嘴112 二者，但仅在第二室104中发生燃烧。第一室102用作预混合区，在其中，空气和燃料进行预混合以形成空气-燃料混合物，而第二室104用作燃烧室，在其中，空气_燃料混合物经燃烧以产生热的燃烧产物。众所周知的是，燃烧已经预混合的空气_燃料混合物会产生相对较低的NOx排放物。因此，燃烧器100通常在稳态操作期间以预混合模式进行操作，而扩散模式则用于过渡至稳态或在需要减少输出时。对于燃烧器100的一个问题是，主燃料喷嘴110并非真正的预混合喷嘴。代替的是，主喷嘴110实质上为在远端由分隔的空气涡流器所环绕的燃料柱桩(peg)。空气涡流器使空气围绕恰处于其远端上游的燃料柱桩涡动，将其喷射到空气流中。因此，主燃料喷嘴 110通常视作为扩散喷嘴。对于燃烧器100的另一问题是，仅一部分进入第一室102的空气传送通过环形间隙118并进入空气涡流器。大部分进入第一室102的空气传送通过直接在燃烧衬套106中形成的混合孔。结果是，在扩散模式中非常少的预混合会发生在喷嘴水平处，以及相比于对于较好的第一级混合所可能发生的情况，在预混合模式中可能会发生较少的预混合。一种类型的公知预混合喷嘴是涡流环形燃料喷嘴或“涡流喷嘴”，其通常包括在内部轮毂和外部护罩之间延伸的多个导叶。导叶周向地间隔开并包括燃料喷射开口。燃料喷射开口经由燃料通道接收燃料，该燃料通道从内部轮毂中的燃料进入开口沿径向向外延伸。在操作中，沿轴向行进经过涡流喷嘴的空气通过导叶而涡动，以及沿径向行进通过涡流喷嘴的燃料喷射到涡流空气流中。此种喷嘴改善了混合，但通常用于单级燃烧器。
技术实现思路
一种燃烧器包括第一燃烧室、与第一燃烧室相关联的预混合主燃料喷嘴组件、第二燃烧室，以及与第二燃烧室相关联的辅助燃料喷嘴组件。预混合主燃料喷嘴组件包括构造成用以使空气流涡动的多个导叶，各导叶均包括构造成用以喷射燃料到空气流中的多个燃料喷射孔。在本专利技术的另一方面，一种预混合主燃料喷嘴组件包括内部环形套圈(collar)、 多个导叶，以及形成在各导叶中的多个燃料喷射孔。导叶从内部环形套圈沿径向向外延伸。 该内部环形套圈还可包括多个空气通道开口。在本专利技术的又一方面，一种燃烧器包括与预混合主燃料喷嘴组件相关联的第一燃烧室以及与辅助燃料喷嘴组件相关联的第二燃烧室。预混合主燃料喷嘴组件围绕辅助燃料喷嘴组件同心地定位。当研究以下附图和详细描述时，本领域技术人员将会清楚或将会使所公开系统和方法的其它系统、装置、方法、特征以及优点变得清楚。所有这些附加的系统、装置、方法、特征和优点都意图包含在该描述中并意图由所附权利要求来保护。附图说明参看以下附图，可更好地理解本公开内容。全部附图中，匹配的参考标号表示对应的零件，以及附图中的构件不必是按比例的。图1是现有技术的两级燃烧器的截面视图。图2是根据本专利技术的两级燃烧器的实施例的截面视图。图3是在图2中所示的两级燃烧器的一部分的透视图，显示了与端盖相关联的预混合主燃料喷嘴组件的实施例。图4是在图3中所示的预混合主燃料喷嘴组件的导叶的实施例的截面视图。零件清单100公知的燃烧器102第一燃烧室104第二燃烧室106燃烧衬套108 端盖110主燃料喷嘴112辅助燃料喷嘴114流动套筒116环形空气通路118环形间隙200两级燃烧器202第一室204第二室206燃烧衬套208立而盖210主燃料喷嘴组件212辅助燃料喷嘴组件214流动套筒216环形通路218环形间隙220组件本体222导叶224燃料喷射孔226空气通道开口228轮毂230燃料通路232燃料进入开口234燃料通道部分236翼型部分238燃料歧管240阀组件242控制器具体实施例方式以下描述的是构造成用于提高主区预混合的两级燃烧器的实施例。还描述的是预混合主燃料喷嘴组件的实施例。图2是两级燃烧器200的实施例的截面视图。如同在图1中所示的两级燃烧器 100，燃烧器200通常包括第一室202 (也称为第一级或主区)，以及第二室204 (也称为第二级或辅助区)。第一室202位于第二室204的上游。燃烧室202、204在外部周界上由燃烧衬套206限定并由截面减小的喉部所分隔，该喉部用作热动力分隔器以隔离该两个燃烧区。在上游端，燃烧器200由端盖208封闭。端盖208与燃烧衬套206间隔开，从而形成环形间隙218。环形间隙218与围绕燃烧器200形成在燃烧衬套206和流动套筒214之间的环形通路216相连通。环形通路216和环形间隙218 —起容许由压力差驱动的空气从压缩机到达室202、204。在实施例中，燃烧衬套206为大致连续或未穿孔的，使得在环形通路216 中大致所有的空气都经引导通过环形间隙218进入室202、204中。换言之，燃烧衬套206 可不含通常围绕第一室沿着燃烧衬套形成的混合孔。燃料可经由燃料喷嘴210、212到达室202、204。具体而言，燃烧器200包括辅助燃料喷嘴组件212，该组件212由端盖208支承并经过第一室202朝向第二室204延伸。辅助燃料喷嘴组件212可为现已公知或以后研发出的辅助燃料喷嘴的实施例。由于此种燃料喷嘴为公知的，故在此省略对其进一步描述。燃烧器200还包括延伸到第一室202中的预混合主燃料喷嘴组件210。预混合主燃料喷嘴组件210在后侧由端盖208支承并在前侧延伸至燃烧衬套206。因此，预混合主燃料喷嘴组件210可定位在环形间隙218中，大致封闭该环形间隙，使得从环形通路216进入环形间隙218的大致所有的空气在行进到燃烧室本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种燃烧器（２００），包括：第一燃烧室（２０２）；与所述第一燃烧室（２０２）相关联的预混合主燃料喷嘴（２１０）组件，所述预混合主燃料喷嘴（２１０）组件包括构造成用以使空气流涡动的多个导叶（２２２），各导叶（２２２）均包括构造成用以喷射燃料到所述空气流中的多个燃料喷射孔（２２４）；第二燃烧室（２０４）；以及与所述第二燃烧室（２０４）相关联的辅助燃料喷嘴（２１２）组件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·W·罗米格，L·J·斯托亚，K·苏布拉马尼安，D·W·西蒙斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US