專(zhuān)利名稱(chēng)：預(yù)混合直接噴射噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開(kāi)的主題涉及預(yù)混合直接噴射噴嘴，且更具體地，涉及包括用以提供抗熱 損傷性的冷卻系統(tǒng)的、具有更好的混合的直接噴射噴嘴。
背景技術(shù)：
燃燒傳統(tǒng)的烴燃料的燃?xì)廨啓C(jī)通常所產(chǎn)生的主要的空氣污染排放物為氮的氧化 物、一氧化碳和未燃燒的烴。在本領(lǐng)域中眾所周知的是，吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)中的分子氮的氧化很 大程度上取決于燃燒系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)中的最高熱氣體溫度。將熱力發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的反應(yīng)區(qū)的溫 度控制在形成熱N0x的水平以下的一種方法是在燃燒之前使燃料和空氣預(yù)混合成貧混合 物。 存在與以貧預(yù)混合燃料和空氣來(lái)運(yùn)行的干式低排放燃燒器有關(guān)的若干問(wèn)題。即 在燃燒器的反應(yīng)區(qū)外部的燃燒器預(yù)混合區(qū)段內(nèi)存在燃料和空氣的可燃混合物。通常，存在 某種大燃燒爐(burner)管速度，在該速度以上，預(yù)混合器的火焰將被推出到主燃燒區(qū)。由 于在火焰從燃燒器反應(yīng)區(qū)傳播到預(yù)混合區(qū)段中時(shí)發(fā)生的回火，或者當(dāng)預(yù)混合區(qū)段中的燃料 /空氣混合物的停留時(shí)間和溫度足以在沒(méi)有點(diǎn)火器的情況下啟動(dòng)燃燒時(shí)發(fā)生的自燃，存在 在預(yù)混合區(qū)段內(nèi)發(fā)生燃燒的趨勢(shì)。預(yù)混合區(qū)段中的燃燒和因此發(fā)生的噴嘴中的燃燒的后果 是排放性能的退化和/或?qū)︻A(yù)混合區(qū)段的過(guò)加熱和損傷。 在天然氣作為燃料的情況下，具有足夠的火焰穩(wěn)定界限的預(yù)混合器通?？稍O(shè)計(jì)有 適度低的空氣側(cè)壓降。然而，對(duì)于更易起反應(yīng)的燃料，例如高氫燃料，設(shè)計(jì)火焰穩(wěn)定界限和 目標(biāo)壓降則變成一種挑戰(zhàn)。由于目前水平的噴嘴的設(shè)計(jì)點(diǎn)為約3000華氏攝氏度的火焰溫 度，所以進(jìn)入噴嘴中的回火可能會(huì)在很短的一段時(shí)間中對(duì)噴嘴造成損傷。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種具有帶有外周邊壁的主要主體部分的噴射噴 嘴。該噴嘴包括設(shè)置在主要主體部分內(nèi)的多個(gè)燃料噴射管和以流體的方式(即流體可在其 之間流動(dòng)的方式)連接到該多個(gè)燃料噴射管上的燃料流道。具有在第一端和相對(duì)的第二端 之間延伸的外周邊壁的第二主體部分連接到主要主體部分上。第二主體部分自第一端朝所 述第二端會(huì)聚，并且還包括至少部分地沿著外周邊壁延伸的冷卻通道。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種冷卻噴射噴嘴的方法，其包括將第一流體 導(dǎo)入設(shè)置在噴嘴的主要主體部分內(nèi)的多個(gè)噴射管中，以及使第二流體流入該多個(gè)噴射管 中。在該多個(gè)噴射管中混合第一流體和第二流體，且使第一流體和第二流體加速進(jìn)入具有 第二混合區(qū)的噴嘴的第二主體部分中。第一流體和第二流體被排出越過(guò)所述第二主體部分
3的外壁而到達(dá)燃燒區(qū)，同時(shí)沿著第二主體部分的外壁的至少一部分來(lái)傳送冷卻劑。 根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種冷卻噴射噴嘴的方法，其包括將第一流體
導(dǎo)入設(shè)置在噴嘴的主要主體部分內(nèi)的多個(gè)噴射管中，以及使第二流體流入所述多個(gè)噴射管
中。在該多個(gè)噴射管中混合第一流體和第二流體，且使第一經(jīng)混合的流體和第二經(jīng)混合的
流體加速進(jìn)入包括第二混合區(qū)的所述噴嘴的第二主體部分中。將第一流體和第二流體輸送
越過(guò)所述第二主體部分的外壁而到達(dá)燃燒區(qū)，同時(shí)沿著與所述第二主體部分的內(nèi)表面相對(duì)
的表面的至少一部分沖擊冷卻劑，且將冷卻劑排放到第二混合區(qū)中，以沿著第二主體部分
的所述內(nèi)表面的至少一部分建立薄膜冷卻區(qū)。 結(jié)合附圖，根據(jù)以下描述，這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加顯而易見(jiàn)。


在說(shuō)明書(shū)的結(jié)論處的權(quán)利要求書(shū)中特別地指出和明確地要求保護(hù)了被視為本發(fā)
明的主題。結(jié)合附圖，根據(jù)以下具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)是顯
而易見(jiàn)的，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的包括噴射噴嘴的位置的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴的截面圖；圖3是圖2的"圖3"區(qū)域的詳細(xì)圖；以及圖4是圖3的沿著線4-4獲得的剖面圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖以實(shí)例的方式闡明了本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。部件列表燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10壓縮機(jī)ll燃燒器組件14燃燒器組件壁16燃燒室12預(yù)混合裝置或噴嘴110燃料入口 21渦輪機(jī)30壓縮機(jī)/渦輪機(jī)軸31主要主體部分111外周邊壁112內(nèi)周邊壁113限定燃料流道114內(nèi)部空間115入口端116管束121出口端117燃料/空氣混合管130帶136
第一端區(qū)段131第二端區(qū)段132中間部分133第一流體入口 134限定流體出口 135燃料腔室141流體入口 142混合區(qū)150第二主體部分151外周邊壁152內(nèi)周邊壁153第一端154第二端155面160冷卻劑腔室171孔口 172冷卻流道173漏孔174冷卻流道181入口孔口 182冷卻出口孔口 18具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參看圖l，其顯示了示例性燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意性說(shuō)明，在不限制本發(fā)明的情況下，將在圖1中參看特定實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括壓縮機(jī)11和燃燒器組件14。燃燒器組件14包括至少部分地限定了燃燒室12的燃燒器組件壁16。預(yù)混合裝置或噴嘴110延伸通過(guò)燃燒器組件壁16，且通入燃燒室12中。如以下將更充分地討論的那樣，噴嘴110接收通過(guò)燃料入口 21的第一流體或燃料，以及來(lái)自壓縮機(jī)11的第二流體或壓縮空氣。燃料和壓縮空氣被混合，通入燃燒室12中，且被點(diǎn)燃以形成高溫、高壓燃燒產(chǎn)物或氣流。雖然在示例性實(shí)施例中僅顯示了單個(gè)燃燒器組件14，但是發(fā)動(dòng)機(jī)IO可包括多個(gè)燃燒器組件14。在任何情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)10都還包括渦輪機(jī)30和壓縮機(jī)/渦輪機(jī)軸31 (有時(shí)被稱(chēng)為轉(zhuǎn)子)。以本領(lǐng)域已知的方式，渦輪機(jī)30聯(lián)接到軸31上，且驅(qū)動(dòng)軸31，而軸31又驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)ll。 在運(yùn)行中，空氣流入壓縮機(jī)11中且被壓縮成高壓氣體。高壓氣體被供應(yīng)到燃燒器組件14，且其與燃料(例如過(guò)程氣體和/或合成氣體(合成氣))在噴嘴110中混合。燃料/空氣混合物或可燃混合物傳送到燃燒室12中且被點(diǎn)燃以形成高壓、高溫燃燒氣流。或者，燃燒器組件14可燃燒包括但不限于天然氣和/或燃料油的燃料。在任何情況下，燃燒器組件14都將燃燒氣流引導(dǎo)到渦輪機(jī)30，渦輪機(jī)30將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)能。
現(xiàn)參看圖2，其顯示了貫穿燃料噴射噴嘴110的截面。噴嘴110包括主要主體部分lll，該主要主體部分111具有限定了設(shè)置在其之間的燃料流道114的外周邊壁112和內(nèi)周邊壁113。內(nèi)周邊壁113內(nèi)的內(nèi)部空間115通過(guò)噴嘴110的入口端116接收來(lái)自壓縮機(jī)11
的空氣供應(yīng)。 現(xiàn)參看顯示了噴嘴110的另外的細(xì)節(jié)的圖3和4，多個(gè)燃料噴射管顯示為管束121，且其被顯示為鄰近主要主體部分111的出口端117。管束121由彼此附連的單獨(dú)的燃料/空氣混合管(或噴射管)130組成，且由端蓋136或其它傳統(tǒng)的附接件保持成束。各個(gè)單獨(dú)的燃料/空氣混合管130包括第一端區(qū)段131，該第一端區(qū)段131通過(guò)中間部分133而延伸到第二端區(qū)段132。第一端區(qū)段133限定了第一流體入口 134，而第二端區(qū)段132限定了流體出口 135 燃料流道114以流體的方式連接到燃料腔室141上，該燃料腔室141又以流體的方式連接到設(shè)置在該多個(gè)單獨(dú)的燃料/空氣混合管130中的各個(gè)混合管中的流體入口 142上。在這種布置下，空氣流入管130的第一流體入口 134中，而燃料通過(guò)燃料流道114，并進(jìn)入腔室141。燃料在多個(gè)燃料噴射管130的周?chē)鲃?dòng)，且通過(guò)單獨(dú)的流體入口 142，以與管131內(nèi)的空氣混合來(lái)形成燃料/空氣混合物。燃料/空氣混合物自出口 135進(jìn)入加速區(qū)或混合區(qū)150中，且在其外部被點(diǎn)燃，以形成輸送到渦輪機(jī)30的高溫、高壓氣體火焰。
加速區(qū)或混合區(qū)150由第二主體部分151限定，該第二主體部分151具有外周邊壁152和內(nèi)周邊壁153，壁152和153在第一端154和第二端155之間延伸。第一端154鄰近管束130的流體出口 135而連接到主要主體部分111上。如圖3中最佳地看到，第二主體部分在第一端154和第二端155之間會(huì)聚，從而在管束130的下游建立加速區(qū)150。這導(dǎo)致燃料和空氣在離開(kāi)流體出口 135之后持續(xù)地混合，且具有使燃料/空氣混合物加速到加速區(qū)150和第二端155外部的火焰區(qū)的作用。管束130形成面160，該面160沿著單獨(dú)的管131的第二端區(qū)段132呈球形罩穹頂?shù)男问?。穹頂形狀被?gòu)想為用來(lái)防止流體出口 135處有突然的面積擴(kuò)張而使得沿著內(nèi)周邊壁153的周邊的管131倒入加速區(qū)150中。
在對(duì)于低NOx的滿負(fù)載運(yùn)行中，火焰應(yīng)當(dāng)越過(guò)加速區(qū)150而駐留在下游。有時(shí)將出現(xiàn)火焰回火進(jìn)入加速區(qū)150中。如果出現(xiàn)回火或其它火焰誘導(dǎo)事件，火焰可能會(huì)保持在加速區(qū)150中，且對(duì)第二主體部分151以及甚至管束130造成損壞。因此，沿著第二主體部分151的外周邊壁152的至少一部分引進(jìn)冷卻劑。 冷卻劑被引入鄰近管束130和第二主體部分151的外周邊壁152的冷卻劑腔室171中。冷卻劑流過(guò)孔口 172，且繞著管束130在管冷卻通道173中流動(dòng)。此后，允許冷卻劑自面160、自管束130的多個(gè)漏孔130漏入加速區(qū)150中。冷卻劑還冷卻管束的離開(kāi)表面160，以防止熱損害。 來(lái)自腔室171的冷卻劑還被引入第二主體部分151的外周邊壁152和內(nèi)周邊壁153之間的間隙中的壁冷卻通道181中。冷卻劑通過(guò)沿著外周邊壁152的多個(gè)入口孔口 182進(jìn)入冷卻通道181。如圖所示，冷卻入口孔口 182與外周邊壁152大體成直角，以提供對(duì)著內(nèi)周邊壁153的沖擊冷卻作用。冷卻通道181還包括沿內(nèi)周邊壁153定位的冷卻出口孔口183。如圖所示，內(nèi)周邊壁153和外周邊壁154同心地隔開(kāi)，但是以任何間距來(lái)增強(qiáng)冷卻劑流動(dòng)都是可接受的。當(dāng)冷卻流體自冷卻出口孔口 183流動(dòng)時(shí)，內(nèi)周邊壁153的內(nèi)表面以薄膜冷卻的方式被冷卻。如圖所示，在噴嘴110內(nèi)發(fā)生火焰回火或火焰穩(wěn)定事件的情況下，沿著外周邊壁152的外表面和冷卻通道181內(nèi)的薄膜冷卻、沖擊冷卻和對(duì)流冷卻的組合提供了抗熱損傷性。將理解的是，這些類(lèi)型的冷卻中的任何一種都可能足以防止由于回火或火焰穩(wěn)定產(chǎn)生的損傷。 雖然已經(jīng)僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是應(yīng)當(dāng)容易地理解，本發(fā)明不限于這樣的所公開(kāi)的實(shí)施例。相反，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改，以結(jié)合本文未描述的但與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的變型、修改、替換或等效布置。另外，雖然已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各方面可僅包括所公開(kāi)的實(shí)施例中的某些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為受前述說(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。
權(quán)利要求
一種噴射噴嘴(110)，包括具有外周邊壁(112)的主要主體部分(111)；設(shè)置在所述主要主體部分(111)內(nèi)的多個(gè)燃料/空氣混合管(130)；以流體的方式連接到所述多個(gè)燃料/空氣混合管(130)上的燃料流道(114)；具有在第一端(154)和相對(duì)的第二端(155)之間延伸的外周邊壁(152)的第二主體部分(151)，所述第一端(154)鄰近所述多個(gè)燃料/空氣混合管(130)而連接到所述主要主體部分(111)上，所述第二主體部分(151)從所述第一端(154)朝向所述第二端(155)會(huì)聚；以及在所述第二主體部分(151)處且至少部分地沿著所述外周邊壁(152)延伸的第一冷卻通道(181)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射噴嘴，其特征在于，所述噴射噴嘴包括定位在所述多個(gè)燃料/空氣混合管(130)附近的第二冷卻通道(173)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的噴射噴嘴，其特征在于，所述多個(gè)混合管(130)附連在一起，以形成單管束(121)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的噴射噴嘴，其特征在于，所述冷卻通道(181)包括沿著所述第二主體部分(l51)的外周邊壁(l52)的多個(gè)入口孔口 (l82)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴射噴嘴，其特征在于，所述冷卻入口孔口 (182)與所述外周邊壁(152)大體成直角。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴射噴嘴，其特征在于，所述第一冷卻通道(181)限定在所述第二主體部分(151)的所述外周邊壁(152)和內(nèi)周邊壁(153)之間的間隙中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴射噴嘴，其特征在于，所述冷卻通道(181)包括沿著所述第二主體部分(151)的所述內(nèi)周邊壁(153)定位的冷卻出口孔口 (183)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射噴嘴，其特征在于，所述第一冷卻通道(181)限定在所述第二主體部分(151)的所述外周邊壁(152)和內(nèi)周邊壁(153)之間的間隙中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的噴射噴嘴，其特征在于，所述內(nèi)周邊壁(153)和所述外周邊壁(152)大體同心地隔開(kāi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的噴射噴嘴，其特征在于，所述冷卻通道(181)包括沿著所述第二主體部分(151)的所述內(nèi)周邊壁(153)定位的冷卻出口孔口 (183)。
全文摘要
本發(fā)明涉及預(yù)混合直接噴射噴嘴。公開(kāi)了一種具有帶有外周邊壁(112)的主要主體部分(111)的噴射噴嘴(110)。噴嘴(110)包括設(shè)置在主要主體部分(111)內(nèi)的多個(gè)燃料/空氣混合管(130)和以流體的方式連接到該多個(gè)燃料/空氣混合管(130)上的燃料流道(114)。燃料和空氣在該多個(gè)管(130)內(nèi)部分地預(yù)混合。具有在第一端(154)和相對(duì)的第二端(155)之間延伸的外周邊壁(152)的第二主體部分(151)連接到主要主體部分(111)上。來(lái)自主要主體部分(111)的部分地預(yù)混合的燃料和空氣混合物在第二主體部分(151)內(nèi)得到進(jìn)一步的混合。第二主體部分(151)自第一端(154)朝所述第二端(155)會(huì)聚。第二主體部分(151)還包括沿著第二主體(151)周?chē)乃斜谘由斓睦鋮s通道(181)，以針對(duì)偶爾發(fā)生的進(jìn)入第二主體(151)中的火焰回火提供抗熱損傷性。
文檔編號(hào)F23D14/78GK101713541SQ20091016417
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月3日
發(fā)明者B·P·萊西, T·E·約翰遜, W·S·齊明斯基, 左柏芳 申請(qǐng)人:通用電氣公司