專利名稱：燃燒器燃料噴嘴中的超低噴射角燃料孔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)。更具體地，本發(fā)明涉及用于燃?xì)鉁u 輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴嘴。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)通常在燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器部分中包括一些燃料噴 嘴(或swozzle)。各個(gè)噴嘴是具有用于將燃料和空氣的混合物輸送到燃 燒室以便于點(diǎn)火的 一 個(gè)或多個(gè)通道的構(gòu)件。燃料噴嘴常常包括旋流 器，以在點(diǎn)火之前改進(jìn)使燃料和空氣混合成一致、均勻的混合物。旋 流器包括自噴嘴延伸且具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的多個(gè)葉片。旋流器葉片 通常包括為旋流器葉片的表面上的燃料孔提供燃料的通道。當(dāng)燃料離 開(kāi)燃料孔時(shí)，燃料與經(jīng)過(guò)旋流器葉片的流體(通常為空氣)混合。燃料 孔通常構(gòu)造成直孔，其使旋流器葉片中的燃料氣室連接至其中燃料與 空氣混合的通道。這樣來(lái)構(gòu)造的燃料孔通?；敬怪庇诮?jīng)過(guò)的空氣而 噴射燃料。當(dāng)燃料被噴入經(jīng)過(guò)的氣流中時(shí)，產(chǎn)生了橫流-射流 (jet-in-crossflow)現(xiàn)象，其導(dǎo)致在噴射孔的下游但基本上是燃燒區(qū)的上 游形成低速流的再循環(huán)區(qū)。
再循環(huán)區(qū)是有問(wèn)題的，尤其是對(duì)于高反應(yīng)性、高氫燃料而言，例 如合成氣、無(wú)碳合成氣和氫一天然氣混合物。這些燃料具有比低速再 循環(huán)區(qū)中的燃料的停留時(shí)間短得多的噴出或吹出時(shí)間，所以如果提供了點(diǎn)火源，則再循環(huán)區(qū)中的任何燃料都可點(diǎn)火并繼續(xù)在旋流器葉片附 近燃燒，從而損害燃料噴嘴且可能損害燃?xì)鉁u輪機(jī)的其它構(gòu)件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于燃燒器的燃料噴嘴包括流體通過(guò)其 而導(dǎo)向燃燒區(qū)域的混合通道和布置在混合通道中的多個(gè)旋流器葉片。 多個(gè)旋流器葉片的各個(gè)旋流器葉片包括至少一個(gè)燃料孔，燃料通過(guò)該 燃料孔沿基本平行于多個(gè)旋流器葉片的外表面的噴射方向進(jìn)入混合 通道，從而減小燃料噴嘴的火焰穩(wěn)定趨勢(shì)。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面， 一種操作用于燃燒器的燃料噴嘴的方
法包括使流體經(jīng)過(guò)多個(gè)旋流器葉片而流過(guò)混合通道，以及沿基本平 行于多個(gè)旋流器葉片的外表面的噴射方向?qū)⑷剂蠂娙牖旌贤ǖ乐?，?而減小燃料噴嘴的火焰穩(wěn)定趨勢(shì)。
根據(jù)結(jié)合附圖的以下說(shuō)明，這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加顯 而易見(jiàn)。


在本說(shuō)明書(shū)完結(jié)時(shí)權(quán)利要求書(shū)中特別指出和明確主張了被認(rèn)為 是本發(fā)明的主題。根據(jù)結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其 它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，其中
圖1是燃料噴嘴的一個(gè)實(shí)施例的截面圖； 圖2是圖1的燃料噴嘴的旋流器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖； 圖3是圖1的燃料噴嘴的旋流器葉片的一個(gè)實(shí)施例的截面圖； 圖4是圖3的旋流器葉片處的燃料孔的一個(gè)實(shí)施例的放大圖； 圖5是燃料孔出口的一個(gè)實(shí)施例的平面圖；以及 圖6是燃料孔出口的另 一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
具體實(shí)施方式
以參照附圖的實(shí)例的方式闡述了本發(fā)明的實(shí)施例 以及優(yōu)點(diǎn)和特;f正。部件列表
燃料噴嘴 10旋流器 12噴嘴入口 14燃燒區(qū)域 16旋流器葉片 18中心主體 20護(hù)罩22氣室 24中心主體孔 26
燃料孔 28外表面 30計(jì)量區(qū) 32混合通道 34前壁 36后壁 38截面面禾口、 40箭頭 42氣流 44下游區(qū)i或 46出口 48下游邊纟彖 50上游邊緣 52側(cè)邊緣 54流向 56張開(kāi)角 58寬度60曲率 62
6曲率 6具體實(shí)施例方式
圖1顯示的是包括旋流器12的燃料噴嘴10的一部分。旋流器構(gòu)造成且布置成以便接收來(lái)自噴嘴入口 14的流體流(通常為空氣)并且將空氣與燃料混合成空氣/燃料混合物。空氣/燃料混合物然后向下游前進(jìn)，在下游處，空氣/燃料混合在燃燒區(qū)域16中#1點(diǎn)燃。如圖2最佳地顯示，旋流器12包括圍繞中心主體20沿周向布置且延伸到護(hù)罩22的多個(gè)旋流器葉片18。在一個(gè)實(shí)施例中，圖1的實(shí)施例的旋流器12由直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)生產(chǎn)，但還構(gòu)思了處于本公開(kāi)的范圍之內(nèi)的其它制造方法，包括例如鑄造、焊接或機(jī)械加工。
如圖3最佳地顯示，該多個(gè)旋流器葉片18可具有一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部氣室24。氣室24在一個(gè)或多個(gè)中心主體孔26處連接至中心主體20，且構(gòu)造成以便能夠使來(lái)自中心主體20的燃料流過(guò)一個(gè)或多個(gè)氣室24，并且通過(guò)布置在旋流器葉片外表面30處的一個(gè)或多個(gè)燃料孔28離開(kāi)氣室24。如圖4所示，各個(gè)燃料孔28包括計(jì)量區(qū)32,在某些實(shí)施例中，計(jì)量區(qū)32具有圓形或跑道形截面，而且計(jì)量區(qū)32是燃料孔28的最小截面，以調(diào)節(jié)通過(guò)燃料孔28進(jìn)入混合通道34中的燃料流的流率。燃料孔28的前壁36緩緩地彎曲，且可具有前曲率半徑62并且以大約33度角與外表面30交匯。雖然在所示實(shí)施例中角度為大約33度，但是將理解的是，可使用其它適當(dāng)?shù)慕嵌?，例如大約15-55度范圍中的角度。燃料孔28的后壁38具有大于前曲率半徑62的后曲率半徑64，且其布置成使得當(dāng)后壁38與外表面30交匯時(shí)，后壁38與外表面30基本相切。此外，從計(jì)量區(qū)32到混合通道34，后曲率半徑64可變化(例如增大)。由此得到的燃料孔28具有大于計(jì)量區(qū)32的截面的出口截面面積40，其允許流擴(kuò)散。此外，如由箭頭42所示，由于后壁38與外表面30相切地交匯，燃料基本平行于通過(guò)混合通道34的氣流44而在后壁38附近噴入混合通道中。將燃料42噴入
7氣流44中建立了燃料42與氣流44的近似協(xié)流，與典型的燃料孔構(gòu)造的燃料再循環(huán)區(qū)相反，用燃料42以高的下游速度來(lái)填充下游區(qū)域46。
圖5和6顯示的是燃料孔28的出口 48的兩種構(gòu)造的視圖。在某些實(shí)施例中，如圖5所示，出口 48包括下游邊緣50、上游邊緣52和兩個(gè)側(cè)邊緣54。在圖5的實(shí)施例中，側(cè)邊緣54基本彼此平行，和/或平行于流向56。在其它實(shí)施例中，如圖6所示，出口48的側(cè)邊緣54張開(kāi)成與流向56成張開(kāi)角58，從而使得出口 48的寬度60在下游邊緣50處比在上游邊緣52處更大。相反，在某些實(shí)施例中，有利的是使側(cè)邊緣54張開(kāi)，從而使得下游邊緣50處的寬度60小于上游邊緣52處的寬度60。將理解的是，圖5和6中所示的出口 48的構(gòu)造可一起用于同一葉片18中或同一燃料噴嘴10中。此外，本文所述的出口48構(gòu)造僅是示例性的，而且還構(gòu)思了本范圍之內(nèi)的其它出口 48構(gòu)造。
某些實(shí)施例中，燃料孔28在多個(gè)旋流器葉片18的直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)期間形成。
本文所述的燃料孔28使燃料42基本平行于氣流44而噴入混合通道34中，從而引起燃料42朝向燃燒區(qū)(未示出)的高速流動(dòng)。該高速流動(dòng)減少了再循環(huán)區(qū)的形成，且從而減小了燃料噴嘴10的火焰穩(wěn)定趨勢(shì)。
雖然已經(jīng)僅僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)容易地理解，本發(fā)明不限于這種公開(kāi)的實(shí)施例。相反，可以修改本發(fā)明，以包括迄今未描述的但是與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、變更、替換或等效布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是將理解，本發(fā)明的各方面可包括所述實(shí)施例其中某些。因此，本發(fā)明不應(yīng)被視為受上述說(shuō)明的限制，而是僅受所附的權(quán)利要求書(shū)的范圍的限制。
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權(quán)利要求
1.一種用于燃燒器的燃料噴嘴(10)，其包括流體通過(guò)其而導(dǎo)向燃燒區(qū)域(16)的混合通道(34)；以及設(shè)置在所述混合通道(34)中的多個(gè)旋流器葉片(18)，所述多個(gè)旋流器葉片(18)中的各個(gè)旋流器葉片(18)包括至少一個(gè)燃料孔(28)，燃料通過(guò)所述燃料孔(28)沿基本平行于所述多個(gè)旋流器葉片(18)的外表面(30)的噴射方向進(jìn)入所述混合通道(34)，從而減小所述燃料噴嘴(10)的火焰穩(wěn)定趨勢(shì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴(IO),其特征在于，所述至少 一個(gè)燃料孔(28)包括與所述外表面(30)相切地相交的后壁(38)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料噴嘴(10),其特征在于，所述后壁 (38)比所述至少一個(gè)燃料孔(28)的可相對(duì)地設(shè)置的前壁(36)具有更大 的曲率半徑(62)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料噴嘴(IO),其特征在于，所述前壁 (36)以處于約15至約55度范圍內(nèi)的角度與所述外表面(30〉相交。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料噴嘴(10),其特征在于，所述后壁 (38)的構(gòu)造確定了進(jìn)入所述混合通道(34)中的燃料相對(duì)于所述外表面 (30)的噴射角。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴嘴(IO)，其特征在于，在所述后 壁(38)與所述外表面(30)相交處，所述噴射角基本為零度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴(IO)，其特征在于，所述多個(gè) 旋流器葉片(18)中的各個(gè)旋流器葉片(18)包括通過(guò)所述至少一個(gè)燃料 孔(28)連接至混合通道(34)的至少一個(gè)燃料氣室(24)。
8. —種操作用于燃燒器的燃料噴嘴(10)的方法，其包括 使流體經(jīng)過(guò)多個(gè)旋流器葉片(18)而流過(guò)混合通道(34);以及 沿基本平行于所述多個(gè)旋流器葉片(18)的外表面(30)的噴射方向?qū)⑷剂蠂娙胨龌旌贤ǖ?34)中，從而減小所述燃料噴嘴(10)的火焰穩(wěn)定趨勢(shì)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的所述方法，其特征在于，所述方法包括通過(guò)設(shè)置在所述多個(gè)旋流器葉片(18)中的至少一個(gè)燃料孔(28)將燃料噴 入所述混合通道(34)中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的所述方法，其特征在于，所述至少一個(gè)燃 料孔(28)包括與所述外表面(30)相切地相交的后壁(38)。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃燒器燃料噴嘴中的超低噴射角燃料孔。公開(kāi)了一種用于燃燒器的燃料噴嘴，包括流體通過(guò)其而導(dǎo)向燃燒區(qū)域(16)的混合通道(34)和布置在混合通道(34)中的多個(gè)旋流器葉片(18)。多個(gè)旋流器葉片(18)的各個(gè)旋流器葉片(18)包括至少一個(gè)燃料孔(28)，燃料沿基本平行于多個(gè)旋流器葉片(28)的外表面(30)的噴射方向通過(guò)燃料孔(28)進(jìn)入混合通道(34)，從而減小所述燃料噴嘴(10)的火焰穩(wěn)定趨勢(shì)。進(jìn)一步公開(kāi)了一種操作用于燃燒器的燃料噴嘴(10)的方法，包括使流體經(jīng)過(guò)多個(gè)旋流器葉片(18)而流過(guò)混合通道(34)，以及沿基本平行于多個(gè)旋流器葉片(18)的外表面(30)的噴射方向?qū)⑷剂蠂娙牖旌贤ǖ?34)中。
文檔編號(hào)F23D14/48GK101650032SQ20091014945
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月13日
發(fā)明者W·D·約克 申請(qǐng)人:通用電氣公司