專利名稱：具有改進燃料銷的次級燃料噴嘴和燃料分散方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有改進燃料銷的次級燃料噴嘴和燃料分散方法。
背景技術：
為盡量降低來自氣動渦輪的污染，政府機構(gòu)制定了許多規(guī)章來要求降低排放量，尤其是氮氧化物(NOX)和一氧化碳(CO)的排放量。更低的燃燒排放來自于更有效的燃燒過程，特別涉及燃料噴射器和噴嘴。早期的燃燒系統(tǒng)使用產(chǎn)生擴散火焰的擴散型噴嘴，該噴嘴為分別噴射燃料和空氣的噴嘴，其通過在火焰區(qū)擴散而完成混合。由于燃料和空氣在高溫下按化學計量燃燒這一事實，擴散型噴嘴產(chǎn)生高排放。對擴散型噴嘴的改進在于利用某些形式的預混合以使得燃料和空氣先于燃燒而混合，以形成均勻的混合物，該混合物在比擴散型火焰更低的溫度下燃燒，并產(chǎn)生更低NOX排放。預混合在燃料噴嘴內(nèi)或在燃料噴嘴外發(fā)生，只要位于燃燒區(qū)的上游。圖2示出了現(xiàn)有技術中使用預混合形式的燃燒系統(tǒng)的例子。
參照圖2，示出了現(xiàn)有技術中用于噴射燃料和空氣的燃料噴嘴10。該燃料噴嘴包括擴散引導管11和多個不連續(xù)的銷12，這些銷從導管13中獲取燃料。擴散引導管11在噴嘴頂端直接將燃料通過渦旋式噴嘴14噴射到燃燒室中以形成穩(wěn)定的引燃火焰。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的典型實施例提供一種改進的燃料銷，該燃料銷包括至少一個槽，從而更好地圍繞次級燃料噴嘴體分散燃料，因此提供了更均勻的燃料空氣混合物和更完全的燃燒。
因此，本發(fā)明可以實施到用于燃氣輪機燃燒室的次級燃料噴嘴組件中，所述次級燃料噴嘴組件包括基體；至基體的燃料供給源；噴嘴體，包括具有縱軸和第一、第二縱向端的拉長管，所述拉長管的所述第一端固定到所述基體上并與所述基體相流體連通，頂端區(qū)域靠近所述第二端；至少一個固定于所述拉長管并從所述拉長管向外徑向延伸的燃料噴射器銷，至少一個所述燃料噴射器銷具有至少一個限定于其中，用于噴射燃料以使得環(huán)繞所述噴嘴體的空氣與所述燃料混合以形成預混合的槽；和位于所述拉長管中，并從所述第一縱向端延伸，以靠近所述至少一個燃料噴射器銷的第一通道，所述第一通道與所述燃料供給源和所述至少一個燃料銷相流體連通。
本發(fā)明還可以實施到在圍繞次級燃料噴嘴組件的空氣通道中分散燃料的方法中，該次級燃料噴嘴組件具有基體，至基體的燃料供給源，以及噴嘴體，該噴嘴體包括具有縱軸和第一，第二縱向端的拉長管，所述拉長管的所述第一端固定到所述基體上，并與所述基體相流體連通，頂端區(qū)域靠近所述第二端，該方法包括提供至少一個從所述拉長管向外徑向延伸的燃料噴射器銷，至少一個所述燃料噴射器銷具有至少一個限定于其中的槽；使來自所述燃料供給源的燃料沿位于所述拉長管中的第一通道流向所述至少一個燃料噴射器銷；以及穿過所述至少一個槽噴射所述燃料，以與沿所述噴嘴體外表面流動的空氣形成預混合。


圖1示意性地顯示了燃燒室中次級燃料噴嘴的位置；圖2示意性地顯示了具有傳統(tǒng)燃料銷的次級燃料噴嘴；圖3為次級燃料噴嘴中的傳統(tǒng)燃料銷的放大示意圖；以及圖4為根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的燃料銷中的燃料噴射槽的放大示意透視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種改進的用于次級燃料噴嘴的燃料銷以提供更均勻的空氣和燃料的混合以及更均勻的燃料分散，該次級燃料噴嘴的燃料銷使用切入至少一個燃料銷中的至少一個曲線槽而不是傳統(tǒng)的用于傾注燃料的鉆孔。
圖1示意性地顯示了配置用于將燃料噴射到燃燒室18中的次級燃料噴嘴10。圖1，2和3顯示了配置在圍繞噴嘴體16外周的不連續(xù)位置的，用于噴射與空氣相混合的燃料的燃料銷12。在圖2的圖例中，至少一個用于燃料的通道26從次級燃料噴嘴10的基體28延伸至噴射器銷12的附近。圖3顯示了與圖2結(jié)構(gòu)相似的噴嘴，除了限定了延伸至燃料銷12的同心通道126。附加通道30限定為從燃料銷12的上游穿過次級燃料噴嘴到達噴射器的頂端14。
銷12用于分散燃料以將燃料噴射到空氣流20中以實現(xiàn)燃燒室上游的預混合。銷的作用在于將燃料保持在次級燃料噴嘴的外部體16之上和之外以避免燃料浸濕表面，燒毀外部管。在這點上，銷作為噴射器用于將燃料噴射到周圍的空氣流20中。優(yōu)選地，噴射燃料以使得避免停滯點和可能的非受控點火。傳統(tǒng)地，圓形的燃料銷12與圓形的燃料分散孔22一同使用。然而，提供燃料噴射孔有效地將燃料作為流傾注進空氣中。
根據(jù)本發(fā)明，圖1，2和/或3所示結(jié)構(gòu)中的燃料銷12的一個或多個被替換為有槽的燃料銷112。尤其是，燃料噴射銷112的(多個)燃料出口122為(多個)槽122以使得更有效地沿燃燒方向噴射燃料而不是將燃料作為流傾注。因此，在本發(fā)明的典型實施例中，至少一個槽開口122限定在燃料銷的一個或多個中而不是設置傳統(tǒng)的圓形燃料分散孔。
槽122的設置更有效地將流出的燃料以均勻噴射模式分散而不是如同通過傳統(tǒng)鉆孔22而發(fā)生的燃料大的定向傾注。在所示典型實施例中，(多個)槽122為曲線形。在這點上，次級燃料噴嘴用稱之為罩中心體24的圓形管狀部件封閉。槽有利地彎曲以幫助在圓周通道中更均勻地分散噴霧，該圓周通道限定在噴嘴體16和罩中心體24之間。然而，應該知道的是，槽可以形成為直線而不是曲線。
在所示實施例中，在單個燃料銷112中繪出了三個槽122，但應該知道的是也可以提供少至一個或多于三個的槽。槽的尺寸(高度和圓周長度)可以根據(jù)需求的燃料流和混合的優(yōu)化而改變。因此，所示典型實施例不受各個槽的尺寸或形狀的限制。而且，可以預見，特殊的槽可能具有大致相當于傳統(tǒng)圓形燃料分散孔的橫截面面積的橫截面面積，然而其取決于噴射模式和測量的流和相關分析。因此，應該知道的是圖4中的槽為了概念的澄清而不成比例地增加，而無意反映槽相對于燃料銷的比例、槽的高度和寬度、或槽的數(shù)量，因為這些參數(shù)可以基于需求的燃料流、燃燒室尺寸、燃料類型、以及需求的噴射模式、測量流和分析而確定。在典型實施例中，槽122的橫截面面積約為0.002到0.05in2，尤其是在非限制性的典型實施例中，該值約為0.0038in2，這個值與約0.07英寸直徑的圓形孔的橫截面面積相當。
提出的設計中的曲線槽允許燃料在罩中心體24和次級燃料噴嘴10之間進行分散。這種更優(yōu)的燃料分散可以在開口的下游實施以獲得更好更均勻的燃料空氣混合物。因此，根據(jù)本發(fā)明的典型實施例，通過至少一個帶槽的燃料銷的噴射燃料避免了停滯點和可能的非受控噴射。
根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的曲線槽可以使用鋸孔型刀具形成。刀具切割的深度決定了槽的寬度(圓周長度)并且能因此被調(diào)整以允許更多或更少的燃料在各個槽中排出。而且，如圖4所示，如果設置多個槽，可以調(diào)整至少包括寬度(圓周長度)在內(nèi)的槽的尺寸，以相對于更遠離次級燃料噴嘴體排出的燃料量而改變更靠近次級燃料噴嘴體排出的燃料量。
所有次級燃料噴嘴中的燃料銷都可以是在此所提出的有槽的燃料銷112。在可選擇情況下，可以同時設置鉆孔12和有槽的燃料銷112。例如，為了需求的混合形態(tài)，燃料銷可以交替地具有槽和鉆孔。應該知道的是有槽的銷的數(shù)量，鉆孔的銷的數(shù)量以及設置在各個燃料銷中的各個孔和槽的數(shù)量都可以改變，以提供需求的燃料噴射量和模式。
雖然本發(fā)明已結(jié)合目前認為是最實用的和優(yōu)選的實施例進行了說明，但應該知道的是本發(fā)明并不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明旨在覆蓋包括在所附權(quán)利要求精神和范圍內(nèi)的各種變形和等同裝置。
部件列表燃料噴嘴10擴散引導管11鉆孔燃料銷12燃料導管13渦旋式噴嘴14噴嘴體16燃燒室18空氣流20鉆孔燃料分散孔22罩中心體24燃料通道26基體28附加通道30有槽的燃料銷112同心通道126燃料出口槽12權(quán)利要求
1.一種用于燃氣輪機燃燒室中的次級燃料噴嘴組件，所述次級燃料噴嘴組件包括基體(28)；至所述基體的燃料供給源；噴嘴體(16)，包括具有縱軸和第一、第二縱向端的拉長管，所述拉長管的所述第一端固定在所述基體上并與所述基體相流體連通，并且頂端區(qū)域靠近所述第二端；至少一個固定于所述拉長管并從所述拉長管向外徑向延伸的燃料噴射器銷(12，112)，至少一個所述燃料噴射器銷(112)具有至少一個限定于其中的槽，用于噴射燃料以使得環(huán)繞所述噴嘴體(16)的空氣(20)與所述燃料混合以形成預混合；和位于所述拉長管中并從所述第一縱向端延伸以靠近所述至少一個燃料噴射器銷的第一通道(13、26、126)，所述第一通道與所述燃料供給源和所述至少一個燃料銷相流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴組件，其特征在于，設置多個所述燃料銷(112)，且所述多個燃料銷布置為繞所述拉長管的圓周向外徑向突出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料噴嘴組件，其特征在于，所述燃料供給銷(12)中的至少一個具有至少一個用于噴射燃料的圓形噴射器孔(22)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴組件，其特征在于，所述至少一個槽(122)為曲線形，以大致平行于所述拉長管的外周延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴組件，其特征在于，多個槽(122)限定在所述有槽的燃料銷(112)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴嘴組件，其特征在于，所述槽中的至少一個具有不同于所述槽中的另一個的圓周長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴組件，其特征在于，所述有槽的燃料銷具有基本上為圓形的橫截面。
8.一種在圍繞次級燃料噴嘴組件的空氣通道中分散燃料的方法，所述次級燃料噴嘴組件具有基體(28)、至所述基體的燃料供給源、以及噴嘴體(16)，所述噴嘴體包括具有縱軸和第一、第二縱向端的拉長管，所述拉長管的所述第一端固定在所述基體上并與所述基體相流體連通，并且頂端區(qū)域靠近所述第二端，所述方法包括設置至少一個從所述拉長管向外徑向延伸的燃料噴射器銷(12、112)，至少一個所述燃料噴射器銷(112)具有至少一個限定于其中的槽(122)；使來自所述燃料供給源的燃料沿位于所述拉長管中的第一通道(13、26、126)流向所述至少一個燃料噴射器銷；和通過所述至少一個槽噴射所述燃料，以與沿所述噴嘴體(16)外表面流動的空氣(20)形成預混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，設置多個所述燃料銷，且使所述多個燃料銷布置為繞所述拉長管的圓周向外徑向突出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述燃料供給銷(12)中的至少一個具有至少一個圓形噴射器孔(22)，并且燃料也通過所述噴射器孔噴射。
全文摘要
提供一種改進的用于次級燃料噴嘴(10)的燃料銷(112)，該燃料銷包括至少一個槽(122)，從而更好地圍繞次級燃料噴嘴體(16)分散燃料，因此提供了更均勻地燃料空氣混合和更完全地燃燒。
文檔編號F23R3/28GK101042242SQ20071008875
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者W·K·赫斯勒 申請人:通用電氣公司