用于燃料喷嘴中的燃料喷射的系统技术方案

本发明专利技术涉及用于燃料喷嘴中的燃料喷射的系统。一种系统包括燃料喷嘴。该燃料喷嘴包括毂部、围绕毂部设置的护罩、毂部与护罩之间的空气流路径、设置在毂部上的多个第一燃料出口以及在多个第一燃料出口下游设置在空气流路径中的多个旋流导叶。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料喷嘴中的燃料喷射的系统
本文公开的主题涉及带有改进的燃料喷射设计的燃料喷嘴。
技术介绍
燃气涡轮发动机燃烧燃料与空气的混合物而产生热燃烧气体，热燃烧气体继而驱 动一个或更多涡轮。特定而言，热燃烧气体迫使涡轮叶片旋转，由此驱动轴而使一个或更多 负载(例如发电机)旋转。燃气涡轮发动机包括燃料喷嘴以将燃料和空气喷射到燃烧器中。 如所了解的，燃料空气混合物显著地影响发动机性能、燃料消耗和排放。特定而言，燃料与 空气的不均匀混合可增加排放，例如氮氧化物(NOx)。而且，在一些燃料喷嘴中，燃料可经由 位于导叶上的燃料出口喷射，导叶设置在燃料喷嘴内。然而，导叶上用于燃料喷射的有限空 间可引起不良的火焰稳定裕度和燃料分布。
技术实现思路
下面概括在范围上与原始要求保护的专利技术相称的某些实施例。这些实施例并不意 图限制要求保护的专利技术的范围，而是，这些实施例仅仅意图提供本专利技术的可能形式的简要 概括。实际上，本专利技术可涵盖可与以下阐述的实施例类似或不同的各种形式。根据第一实施例，一种系统包括燃料喷嘴。该燃料喷嘴包括毂部、围绕毂部设置的 护罩、毂部与护罩之间的空气流路径、设置在毂部上的多个第一燃料出口、以及在多个第一 燃料出口下游设置在空气流路径中的多个旋流导叶(swirl vane)。根据第二实施例，一种系统包括燃料喷嘴。该燃料喷嘴包括毂部、围绕毂部设置的 护罩、毂部与护罩之间的空气流路径、以及设置在空气流路径中的旋流机构。该燃料喷嘴还 包括第一燃料路径，其通往在旋流机构上游导入空气流路径中的多个第一燃料出口。该燃 料喷嘴还包括第二燃料路径，其通往导入空气流路径中的多个第二燃料出口，其中，多个第 二燃料出口在多个第一燃料出口的下游，并且第一燃料路径和第二燃料路径构造成分别向 多个第一和第二出口供应独立受控的燃料量。根据第三实施例，一种系统包括燃料喷嘴。该燃料喷嘴包括毂部、围绕毂部设置 的护罩、毂部与护罩之间的空气流路径、沿空气流路径设置的会聚-发散几何结构、沿会 聚-发散几何结构导入空气流路径中的多个第一燃料出口、以及在距会聚-发散几何结构 的轴向偏离距离处导入空气流路径中的多个第二燃料出口。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得 更好理解，全部附图中相同的符号代表相同的部分，其中图1是具有带有改进的燃料喷射设计的燃料喷嘴的涡轮系统的一实施例的框图；图2是如图1中所示的燃料喷嘴的一实施例的截面侧视图，其中燃料喷嘴具有改进的 燃料喷射设计(例如被动控制)；图3是如图1中所示的燃料喷嘴的一实施例的截面侧视图，其中燃料喷嘴具有改进的 燃料喷射设计(例如主动控制)；图4是图2的燃料喷嘴的一实施例在线4-4内截取的局部截面侧视图，示出了多个燃 料出口 ；图5是图2的燃料喷嘴的一实施例在线4-4内截取的局部截面侧视图，示出了成角度 的燃料出口 ；图6是图2的燃料喷嘴的一实施例沿线6-6截取的截面图，示出了多个燃料出口 ；图7是图2的燃料喷嘴的一实施例沿线6-6截取的截面图，示出了用于引发旋流的燃 料喷射的多个成角度的燃料出口 ；以及图8是图2的燃料喷嘴的一实施例在线4-4内截取的局部截面图，示出了带有燃料出 口的会聚-平直-发散几何结构。附图标记10涡轮系统 11旋流机构 12燃料喷嘴 13 毂部(hub)14燃料供应15会聚-发散几何结构16燃烧器17护罩18涡轮20排气出口22轴24压缩机26进气口28负载38中心体部42轴线46径向间隙48多个导叶50方向52方向54周向56燃料通路58控制器60阀62燃料供应 64公共燃料通路 66多个第一燃料出口68多个第二燃料出口70箭头72箭头74空气流路径76会聚部分77轴向78发散方向79轴向偏离距离80第一组燃料出口82第二组燃料出口84箭头86第一混合区域88燃料-空气混合物90第二混合区域92燃料-空气混合物94出口96箭头98直径110燃料通路111燃料路径112燃料通路113燃料路径114阀116阀118燃料供应120燃料供应122燃料分割控制装置124第一组第一燃料出口126第二组第一燃料出口128第三组第一燃料出口130角度132上游方向134会聚-发散几何结构136箭头138箭头140箭头150直径160角度162箭头172箭头。具体实施方式下文将描述本专利技术的一个或更多具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述， 在说明书中可能未描述实际实施方案的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方案的 开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多针对实施方案的决定以实现开发者的 具体目标，例如服从可能因实施方案而异的系统相关和商业相关的约束。此外，应当理解， 此类开发努力可能是复杂和耗时的，但对受益于本公开的技术人员来说无非是设计、制作 和制造的日常工作。当介绍本专利技术的各种实施例的元件时，冠词“一 ”、“ 一个”、“该”和“所述”意指存 在一个或更多该元件。用语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性的并意味着可存在除 所列元件之外的额外元件。本公开致力于用于改善燃料(例如液体和/或气体)到燃料喷嘴中的喷射的系 统，由此增强燃料沃泊能力(wobbe capability)(即所使用燃料的可互换性)、火焰稳定裕 度(flame holding margin)(即降低火焰稳定的可能性)、燃料的预混(例如预混燃料和 空气)以及对燃料-空气轮廓的控制。特定而言，本公开的实施例包括分布式燃料喷射回 路，其实现燃料(例如液体和/或气体)经由在位于导叶(例如旋流导叶)上的燃料出口上 游设置在毂部或护罩上的燃料出口的喷射，导叶在毂部与护罩之间延伸。在某些实施例中， 燃料喷嘴包括公共燃料通路，其在导叶上游的燃料出口与导叶上的燃料出口之间分割燃料 流，从而在相应的燃料出口之间实现被动燃料控制。在其它实施例中，燃料喷嘴包括单独的 燃料通路，其使燃料能够独立地流到导叶上游的燃料出口和导叶上的燃料出口，从而实现 通往相应燃料出口的主动燃料控制(例如经由控制器)。导叶上游的燃料出口可位于毂部 的会聚-发散几何结构上。另外，导叶上游的燃料出口可沿下游方向以一角度(例如相对 于燃料喷嘴的轴线小于90度)且/或围绕燃料喷嘴的轴线周向地定向，以引发围绕轴线的 旋流。此外，导叶上游的燃料出口可围绕毂部周向地间隔开且/或包括相对于燃料喷嘴的 轴线彼此轴向偏离的多组燃料出口。通过在所公开的实施例中利用分布式燃料喷射回路， 燃料可经由导叶上游的毂部和/或护罩喷射，以增强燃料沃泊能力、火焰稳定裕度、燃料的 预混以及对燃料-空气轮廓的控制，同时减少排放。现在转到附图并首先参照图1，示出了涡轮系统10的一实施例的框图。如下面详 细描述的，所公开的涡轮系统10 (例如燃气涡轮发动机)可采用带有改进的燃料喷射设计 的一个或更多燃料喷嘴12(例如涡轮燃料喷嘴)，以增强燃料沃泊能力、火焰稳定裕度、燃 料的预混以及对燃料-空气轮廓的控制，同时减少涡轮系统10中的排放(例如NOx)。例如， 各个燃料喷嘴12可包括构造成增强燃料沃泊能力、火焰稳定裕度、燃料与空气的预混以及 对燃料喷嘴12中的燃料-空气轮廓的控制的分布式燃料喷射回路。涡轮系统10可使用液 体和/或气体燃料(例如天然气和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括：??????毂部；??????围绕所述毂部设置的护罩；??????所述毂部与所述护罩之间的空气流路径；??????设置在所述毂部上的多个第一燃料出口；以及??????在所述多个第一燃料出口下游设置在所述空气流路径中的多个旋流导叶。

【技术特征摘要】
2011.10.07 US 13/269,5101.一种系统，包括燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括毂部；围绕所述毂部设置的护罩；所述毂部与所述护罩之间的空气流路径；设置在所述毂部上的多个第一燃料出口 ；以及在所述多个第一燃料出口下游设置在所述空气流路径中的多个旋流导叶。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料喷嘴是构造成安装在燃气涡轮发动机的涡轮燃烧器中的涡轮燃料喷嘴。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有所述涡轮燃料喷嘴的涡轮燃烧器或燃气涡轮发动机。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料喷嘴包括设置在所述多个旋流导叶上的多个第二燃料出口。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述燃料喷嘴包括公共燃料通路，其将燃料流分割成通往所述多个第一燃料出口的第一燃料流和通往所述多个第二燃料出口的第二燃料流。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述燃料喷嘴包括用以向所述多个第一燃料出口提供第一燃料流的第一燃料通路、用以向所述多个第二燃料出口提供第二燃料流的第二燃料通路、以及构造成彼此独立地控制所述第一燃料流和所述第二燃料流的控制器。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料喷嘴包括沿着所述空气流路径的会聚-发散几何结构，并且所述多个第一燃料出口沿着所述会聚-发散几何结构设置。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个第一燃料出口中的每个燃料出口沿着从所述燃料喷嘴的轴线径向向外的方向定向。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个第一燃料出口中的每个燃料出口沿着所述空气流路径在下游方向上以一角度定向，并且所述角度相对于所述燃料喷嘴的轴线小于大约90度。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个第一燃料出口中的每个燃料出口围绕所述燃料喷嘴的轴线以一角度周向地定向，以导致喷射的燃料围绕所述轴线产生旋流，并且所述角度相对于所述轴线小于大约90度。11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个第一燃料出口围绕所述毂部周向地间隔开。12.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：AR罕，BD克劳利，DM贝利，AP辛赫，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：