本发明专利技术涉及燃料喷嘴和用于旋流控制的方法。根据本公开内容的一个方面，提供了一种用于喷射燃料的方法，其中该方法包括在圆锥体结构内的通路中混合空气和燃料以形成空气-燃料混合物，以及将空气-燃料混合物从通路引导至燃烧室中。该方法还包括利用空气-燃料混合物形成旋流，以及调整至少一个可调导叶的位置来控制火焰稳定性和控制空气-燃料混合物旋流的特性。
【技术实现步骤摘要】
本文所公开的主题涉及燃气轮机。更具体而言，本主题涉及燃气轮机中的燃烧器。
技术介绍
在燃气轮机中，燃烧器将燃料或空气_燃料混合物的化学能转化成热能。热能通过流体，通常是来自于压缩机的空气传送至涡轮，在涡轮中热能转化成机械能。多种因素会影响热能转化成机械能的效率。这些因素可包括叶片通过频率、燃料供送波动、燃料类型和反应性、燃烧器头端容积、燃料喷嘴设计、空气-燃料轮廓(profile)、火焰形状、空气-燃料混合、火焰保持(flame holding)和火焰稳定性。例如，由于燃烧性状和/或成本而期望有高反应性的燃料。然而，高反应性燃料会增大火焰保持的发生率。火焰稳定性受燃料喷嘴影响，因为它们将空气-燃料混合物射出到燃烧室中。对火焰稳定性的控制可导致对燃烧位置的控制，在此情况下期望的是防止火焰部分形成在燃料喷嘴中。此外，喷嘴中的火焰扩张可导致不充分燃烧和缩短喷嘴及燃烧器的寿命。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于喷射燃料的设备，其中该设备包括圆锥体结构，该圆锥体结构包括用以在燃烧室中形成空气-燃料混合物旋流(swirl)的通道。 该设备还包括定位在通道中的至少一个可调导叶(vane)，该可调导叶构造成用以控制空气_燃料混合物的旋流和控制火焰稳定性。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于喷射燃料的方法，其中该方法包括在圆锥体结构内的通道中混合空气和燃料以形成空气_燃料混合物，以及将空气_燃料混合物从通道引导至燃烧室中。该方法还包括利用空气_燃料混合物形成旋流，以及调整至少一个可调导叶的位置来控制火焰稳定性和控制空气_燃料混合物旋流的特性。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。附图说明在所附权利要求中具体地指出且明确地主张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为包括燃烧器、燃料喷嘴和压缩机的燃气涡轮发动机实施例的一部分的截面侧视图；图2为燃料喷嘴实施例的详细截面侧视图；图3为燃料喷嘴实施例的详细截面侧视图；图4为如图2中所示的可调导叶的实施例的截面视图；以及图5为如图3中所示的可调导叶和圆锥体结构的实施例的截面视图。本详细说明通过参照附图以举例的方式阐述了本公开内容的实施例以及优点和特征。零件清单10燃气涡轮发动机100燃烧器102压缩机103 涡轮104燃料喷嘴105 盖板106供给空气107供给燃料108排放仓室110环形空气流动通道112空气-燃料混合物114燃烧室116热排出气流118过渡件120涡轮喷嘴200燃料喷嘴202外圆锥体204内圆锥体206 凸缘208空气通道210可调导叶211圆锥形室212气态燃料流214 通道216 燃料入口218空气燃料混合物220液体燃料端口222液体燃料224轴向流动226旋流流动228旋流平均半径230 轴线300燃料喷嘴302外圆锥体304内圆锥体306空气通道308中心圆锥体310 凸缘312可调导 叶313切向轴线314气态燃料流316 MM318气体燃料入口320空气燃料混合物322液体燃料端口324 流326下游流动328 涡流(vortex)330旋流平均半径332 轴线400可调引导导叶402 前缘404 后缘406枢转点500外圆锥体502内圆锥体504中心圆锥体506可调引导导叶508可调引导导叶510 MM512 通道514空气燃料混合物流516空气燃料混合物流518 箭头520枢转点522枢转点524 角具体实施例方式图1为包括燃烧器100和压缩机102的燃气涡轮发动机10的实施例的一部分的截面侧视图。燃气涡轮发动机包括压缩机102、燃烧器100和涡轮103，其中该涡轮示意性地绘出。在涡轮发动机10中，燃烧器100中的空气燃料混合物的燃烧使涡轮103旋转以生成旋转输出形式的机械能。涡轮103的旋转还在压缩机102内压缩空气。此外，燃气涡轮发动机可包括多个压缩机102、燃烧器100和涡轮103。一方面，燃烧器100使用液体和/或气体燃料，如天然气体或富氢合成气体，以便使发动机运转。例如，燃料喷嘴104联接到盖板105上并引入供给空气106和供给燃料107。 供给空气106和供给燃料107与燃料喷嘴104成流体连通。空气流或供给空气106从排放仓室108和压缩机102的扩散器109引导至燃料喷嘴104。燃料喷嘴104将供给燃料107 与供给空气106相混合以产生空气-燃料混合物，且将空气-燃料混合物排放到燃烧器100 中。如图所示，空气从扩散器109引导至排放仓室108，且沿环形通道110引导至燃料喷嘴 104。燃料喷嘴104将空气-燃料混合物由箭头112所示那样引导至燃烧室114中，从而引起燃烧，该燃烧形成热加压排出气体116。燃烧器100将热加压排出气体116经由过渡件 118引导到涡轮喷嘴120中，导致涡轮103旋转。 在实施例中，燃料喷嘴104将供给空气106与供给燃料107相混合，以产生空气-燃料混合物的旋流，该旋流形成进入燃烧室114中的流动112。例如，燃料喷嘴104将空气-燃料混合物以适合的比例喷射到燃烧器114中，以便改善燃烧、排放、燃料消耗和功率输出。空气-燃料混合物的特性和空气-燃料旋流可影响燃烧。例如，燃料喷嘴104的构造改变喷嘴流的平均旋流半径和/或速度，从而影响火焰位置和降低喷嘴104中火焰保持的发生率。火焰保持可描述为在喷嘴中不期望的位置处形成火焰，其中火焰导致能破坏喷嘴的高温。火焰稳定性可描述为对燃烧器中火焰的位置和大小的控制，其中选定大小的稳定火焰一致地形成在燃烧室中的选定位置。图2为燃料喷嘴200的实施例的截面侧视图。燃料喷嘴200包括联接到凸缘206 上的外圆锥体202和内圆锥体204。用于空气-燃料混合物流动的通道208定位在外圆锥体202与内圆锥体204之间。外圆锥体202和内圆锥体204也描述为形成圆锥体结构。可调导叶210定位在通道208内，以便控制空气-燃料混合物进入圆锥形室211中的流动。 气态燃料流212沿燃料通道214引导，其中，燃料经由入口 216喷射且在通道208中与来自于压缩机的空气相混合。在实施例中，可调导叶210构造成用以在空气-燃料混合物如箭头218所示那样进入圆锥形室211时控制空气-燃料混合物的旋流。如图所示，液体燃料端口 220定位在喷嘴200的上游部分中，以在涡轮发动机启动期间引导液体燃料流222来与空气_燃料旋流混合物相混合。在一个实施例中，可调导叶210沿轴向分级，其中，一个或多个导叶210的位置经调整以控制空气-燃料旋流混合物的轴向流动分量。例如，沿轴向分级的可调导叶210为翼型形状的，且沿径向轴线223枢转，从而在空气-燃料混合物流入218室211中时影响由箭头224所示的喷嘴流的轴向分量。这在图4中进行了详细描述。因此，可调导叶210的位置和对应的轴向流动分量导致喷嘴流226下游或轴向速度的变化，从而降低了火焰保持的倾向。因此，沿轴向分级的可调导叶210改善了燃烧效率，同时减小了燃料喷嘴200上的磨损和撕裂。此外，可调导叶210可构造成用以控制喷嘴流226的各种特性，例如旋流平均半径228、径向流动速度、轴向流动速度、旋流涡旋长度以及影响燃烧的其它特本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·巴蒂纳，R·J·基拉，S·塞尔文，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
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