具有固定火苗用燃料喷嘴的燃气涡轮机燃烧室制造技术

本发明专利技术公开一种具有固定火苗用燃料喷嘴的燃气涡轮机燃烧室，所述燃烧室包括一个具有喷嘴的端面。所述喷嘴具有一个前端面和一个中线轴。所述喷嘴包括多个燃料通道和多个氧化剂通道。所述燃料通道配置成供燃料从燃料通道排出。所述燃料通道设置成沿第一方向输送燃料，其中所述第一方向与所述中心轴成内角。所述氧化剂通道配置成供氧化剂从所述氧化剂通道排出。所述氧化剂通道设置成沿第二方向输送氧化剂，其中所述第二方向远离所述中心轴倾斜。所述多个燃料通道与所述多个氧化剂通道的设置彼此关联，以便燃料与氧化剂成交叉流布置，从而在所述燃烧室内形成燃烧区。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于燃气涡轮机的燃烧，具体而言，涉及通过燃料喷嘴注入氧化剂和燃料以便形成用于固定燃烧区的回流区的燃烧室。
技术介绍
燃气涡轮机大体上包括压缩机、燃烧室、一个或多个燃料喷嘴，以及涡轮机。工作流体通过入口进入燃气涡轮机，然后通过压缩机增压。所述工作流体可以是纯空气或低氧或缺氧的工作流体。例如，低氧工作流体的实例包括，主要含二氧化碳和蒸汽的混合物以及主要含二氧化碳和氮气的混合物。然后压缩后的工作流体会与通过燃料喷嘴提供的燃料混合。工作流体与燃料氧化剂的混合物以一定的比例输送到燃烧室进行燃烧。所述氧化剂可以是空气、纯氧气或富含氧的流体。燃烧生成增压的排出气体，以此驱动涡轮机的叶片。 燃烧室包括燃烧区、回流区(recirculation zone)或回流泡(bubble),以及掺混区(dilution zone)。燃烧室端盖通常包括一个或多个燃料喷嘴。为使燃烧稳定有效，有时也会在端盖提供引燃器或喷嘴。引燃喷嘴用于在燃烧区点火。燃料在回流泡处蒸发并部分燃烧，剩余的燃料在燃烧区燃烧。移除或缩小回流泡会使工作流体流混合物在燃烧室内扩散，从而缩短工作流体流混合物的滞留时间(residence time)。在化学计量(stoichiometric)的扩散燃烧应用中，尤其需要强大的回流泡，因为在这些应用中，富氧燃烧等阶段采用的是低氧或缺氧工作流体。在使用低氧工作流体燃烧时，很重要的一点是，在大量燃料和氧化剂从火焰区选出之前要完成燃烧。强大的回流泡和辅助的小回流区配合使用，可确保增加火焰区滞留时间，从而提高燃烧效率。因此，理想的做法是提供可促进稳定有效的燃烧的燃料喷嘴，尤其是在采用低氧工作流体的应用中。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，燃气涡轮机的燃烧室包括具有喷嘴的端盖。所述喷嘴具有前端面和中线轴。所述喷嘴包括多个燃料通道和多个氧化剂通道。所述多个燃料通道配置成供燃料从燃料通道排出。所述多个燃料通道经设置以用于沿第一方向输送燃料，其中所述第一方向向内朝向所述中心轴倾斜。所述多个氧化剂通道用于使氧化剂从所述多个氧化剂通道中排出。所述多个氧化剂通道经设置以用于沿第二方向输送氧化剂，其中所述第二方向向外远离所述中心轴向外倾斜。所述多个燃料通道和所述多个氧化剂通道以彼此关联的方式设置，以便燃料与氧化剂成交叉流布置，从而在所述燃烧室内形成燃烧区。所述多个氧化剂通道配置成输送氧化剂，从而在所述燃烧室内形成将所述燃烧区固定在所述喷嘴的所述前端面的回流区。所述喷嘴包括多个冷却流通道，所述冷却流通道配置成将工作流体从所述多个冷却流通道输送至所述燃烧室。所述燃烧室内的工作流体是缺氧工作流体。所述多个氧化剂通道和所述多个冷却流通道之间的所述端盖内设置了一系列混合通道，且其中所述多个氧化剂通道和所述多个冷却流通道通过所述混合通道互相成流体连通状态。所述多个氧化剂通道以相对于所述燃料喷嘴的所述前端面测量得到的氧化剂角度定向，其中所述氧化剂角度大约垂直于所述前端面。所述前端面以相对于所述中心轴测量得到的端面角定向，且其中相对于所述中心轴测量得到的所述前端面的所述端面角介于大约三十度至大约七十五度之间。所述多个燃料通道以燃料角度设置，以便将燃料定位到所述第一方向上，且其中当相对于所述燃料喷嘴的所述前端面测量时，所述燃料角度介于大约十五度至大约九十度之间。所述多个燃料通道沿所述前端面互相交错配置。所述喷嘴的中心轴上放置了引燃器，其中所述引燃器在所述燃烧区内点火。所述多个氧化剂通道的外径介于大约I. 3厘米至大约3. 8厘米之间。根据本专利技术进一步提供一种用于燃气涡轮机的燃烧室，所述燃烧室包括具有至少一个喷嘴的端盖，所述喷嘴具有前端面和中心轴，所述喷嘴包括多个燃料通道，其配置成沿第一方向输送燃料，其中所述第一方向向内朝向所述中心轴倾斜；多个冷却流通道，所述冷却流通道配置成将工作流体从所述多个冷却流通道中的一个或多个输送至所述燃烧室；多个氧化剂通道，所述氧化剂通道配置成沿第二方向输送氧化剂，所述第二方向远离所、述中心轴向外倾斜，且其中所述多个燃料通道和所述多个氧化剂通道的位置彼此关联，以便燃料与氧化剂成交叉流布置，从而在所述燃烧室内形成燃烧区；且其中所述多个氧化剂通道配置成输送氧化剂，从而形成将所述燃烧区固定在所述喷嘴的所述前端面的回流区。所述燃烧室内的工作流体是缺氧工作流体。所述多个氧化剂通道和所述多个冷却流通道之间的所述端盖内设置了一系列混合通道，且其中所述多个氧化剂通道和所述多个冷却流通道通过所述混合通道互相成流体连通状态。所述前端面以相对于所述中心轴测量得到的端面角定向，且其中相对于所述中心轴测量得到的所述前端面的所述端面角介于大约三十度至大约七十五度之间。所述多个氧化剂通道以相对于所述燃料喷嘴的所述前端面测量得到的氧化剂角度定向，其中所述氧化剂角度大约垂直于所述前端面。所述多个燃料通道以燃料角度设置，以便将燃料定向到所述第一方向上，且其中当相对于所述燃料喷嘴的所述前端面测量时，所述燃料角度介于大约十五度至大约九十度之间。所述喷嘴的中心轴上设置了引燃器，其中所述引燃器在所述燃烧区内点火。本专利技术还提供一种具有燃烧室的燃气涡轮机，所述燃烧室包括具有至少一个喷嘴的端盖，所述喷嘴具有前端面和中心轴，其中，所述前端面以相对于所述中心轴测量得到的端面角定向，所述喷嘴包括多个燃料通道，其配置成沿第一方向输送燃料，其中所述第一方向向内朝向所述中心轴倾斜；多个冷却流通道，所述冷却流通道配置成将工作流体从所述多个冷却流通道输送至所述燃烧室；多个氧化剂通道，其配置成沿第二方向输送氧化齐U，其中所述第二方向远离所述中心轴倾斜，且其中所述多个氧化剂通道以相对于所述燃料喷嘴的所述前端面测量得到的氧化剂角度定向，所述多个燃料通道和所述多个氧化剂通道的位置彼此关联，以便使提供给所述燃烧室的燃料与氧化剂成交叉流布置，从而在所述燃烧室内形成燃烧区；且其中所述多个氧化剂通道配置成输送氧化剂，从而形成将所述燃烧区固定在所述喷嘴的所述前端面的回流区。相对于所述中心轴测量得到的所述前端面的所述端面角介于大约三十度至大约七十五度之间。当相对于所述燃料喷嘴的所述前端面测量时，所述燃料角度介于大约十五度至大约九十度之间。通过以下说明并结合附图可以更加清楚地了解到这些以及其他优点和特征。附图说明本说明书中的权利要求书详细指出并明确主张了本专利技术。通过以下说明并结合附图可以清楚地了解本专利技术的上述及其他特征和优点，其中图I为具有燃烧室的示例性燃气涡轮机系统的部分截面图。图2为图I所示燃烧室的截面图，所示燃烧室的端盖上连接了燃料喷嘴。图3为图2所示端盖和燃料喷嘴的正视图。 图4为图3所示端盖的一部分的放大图。图5为图3所示燃料喷嘴的截面图。图6所示为运行期间的图5所示燃料喷嘴；以及图7为图5所示燃料喷嘴的替代性实施例。具体实施方式部分参考附图以举例方式介绍本专利技术的实施例及优点和特征。元件符号列表 参考标号部件参考标号部件 10发电系统20压缩机 22燃烧室24祸轮机 ~^0进气口34燃料喷嘴3840W 42壳体44衬垫导流套管48中空环形空间过渡件56端盖衬垫 ~~60Hl62燃料通道 ~~64氧化剂通道66冷却流通道 ■70引燃器或喷嘴somm 90燃料流92第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.15 US 13/048,5641.一种用于燃气涡轮机(24)的燃烧室(20)，其包括 具有喷嘴(34)的端盖(36)，所述喷嘴具有前端面(60)和中心轴，所述喷嘴包括多个燃料通道(62)，其配置成沿第一方向(92)输送燃料，其中所述第一方向向内朝向所述中心轴(A-A)倾斜； 多个氧化剂通道(64)，其配置成沿第二方向输送氧化剂，其中所述第二方向远离所述中心轴(A-A)向外倾斜，且其中所述多个燃料通道￠2)和所述多个氧化剂通道￠4)的位置彼此关联，以便燃料与氧化剂成交叉流布置，从而在所述燃烧室(22)内形成燃烧区(110);且 其中所述多个氧化剂通道￠4)配置成输送氧化剂，从而在所述燃烧室(22)内形成将所述燃烧区(110)固定在所述喷嘴(34)的所述前端面(60)的回流区(112)。2.根据权利要求I所述的燃烧室，其特征在于，所述喷嘴(34)包括多个冷却流通道 (66)，所述冷却流通道配置成将工作流体从所述多个冷却流通道￠6)输送至所述燃烧室(22)。3.根据权利要求2所述的燃烧室，其特征在于，所述燃烧室(22)内的工作流体(102)是缺氧工作流体。4.根据权利要求2所述的燃烧室，其特征在于，所述多个氧化剂通道￠4)和所述多个冷却流通道￠6)之间的所述端...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·波波维奇，A·巴鲁亚，G·O·克雷默，W·T·罗斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：