專利名稱：多管預(yù)混合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及一種具有管中管型氣體噴
射器和惰性護(hù)罩的多管預(yù)混合器。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)的效率通常隨燃燒氣流的溫度一起而提高。然而，較高的燃燒氣流溫 度可產(chǎn)生較高水平的不期望的排放物，如氮氧化物(N0X)等。N0X的排放通常需服從政府規(guī) 定。因此，改善的燃?xì)鉁u輪機(jī)效率必須與符合排放規(guī)定相協(xié)調(diào)。 較低的N0X排放水平可通過提供燃料流與空氣流的良好混合來實(shí)現(xiàn)。例如，在允
許進(jìn)入反應(yīng)區(qū)或燃燒區(qū)之前，燃料流和空氣流在干式低N(UDLN)燃燒器中進(jìn)行預(yù)混合。這
種預(yù)混合有助于降低燃燒溫度和減少N0X排放輸出。其它系統(tǒng)試圖通過將稀釋劑引入燃料
空氣混合物中以便實(shí)現(xiàn)預(yù)定的混合和/或溫度來降低火焰穩(wěn)定(flameholding)。 然而，預(yù)混合還可引起或促進(jìn)自動(dòng)點(diǎn)火、回火、火焰穩(wěn)定和/或其它類型的性能問
題。具體而言，火焰穩(wěn)定可受到因進(jìn)入輪廓所引起的燃料流和空氣流中的不均勻性的沖擊。
此外，火焰穩(wěn)定還可為有關(guān)噴嘴內(nèi)燃料噴射相互作用的問題。 因此，期望預(yù)混合器提供良好的燃料空氣混合，以便提高總效率和火焰穩(wěn)定裕度， 同時(shí)符合排放規(guī)定。優(yōu)選的是，這種預(yù)混合器可結(jié)合新型和現(xiàn)有的設(shè)備一起使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于燃燒器的預(yù)混合器。該預(yù)混合器可包括具有多個(gè)燃料 管的燃料室，以及具有多個(gè)空氣管的噴燃器管。燃料管相對(duì)于空氣管延伸，或圍繞空氣管延 伸或延伸到空氣管內(nèi)。 本申請(qǐng)還提供一種混合第一流體(flow)和第二流體的方法。該方法可包括如下 步驟使第一流體分開進(jìn)入多個(gè)第一流體管中，使第二流體分開進(jìn)入多個(gè)第二流體管中，將 第一流體管相對(duì)于第二流體管進(jìn)行安放，以及在第二流體管內(nèi)混合第一流體和第二流體。
本申請(qǐng)還提供了一種用于燃燒器的預(yù)混合器。該預(yù)混合器可包括具有多個(gè)第一流 體管和多個(gè)第二流體管的燃料室，以及具有多個(gè)空氣管的噴燃器管。第一流體管和第二流 體管相對(duì)于空氣管延伸，或圍繞空氣管或延伸到空氣管內(nèi)。 根據(jù)如下詳細(xì)說明并結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求，本申請(qǐng)的這些及其它特征對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。


圖1為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)圖。 圖2為如本文所述的預(yù)混合器的透視圖。 圖3為圖2中的預(yù)混合器的側(cè)部截面圖。 圖4為如本文所述的預(yù)混合器的備選實(shí)施例的透視圖。
圖5為圖4中的預(yù)混合器的側(cè)部截面圖。 零件清單 IO燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 20壓縮機(jī) 30燃燒器 40渦輪 50外部負(fù)載 IOO預(yù)混合器 110燃料室 120腔室 130燃料管 140噴燃器管 150空氣管 160鐘形口 170噴燃器管噴嘴 180隔離件 190燃料室凸緣 200噴燃器管凸緣 210預(yù)混合器 220燃料室 230內(nèi)腔室 240外腔室 250內(nèi)腔室燃料管 260外腔室燃料管 270噴燃器管 280空氣管 290鐘形口 300噴燃器管噴嘴 310隔離件 320燃料室凸緣 330噴燃器管凸緣
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參看附圖，其中，相似的標(biāo)號(hào)在所有各個(gè)視圖中表示相似元件，圖1示出了燃?xì)?渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的實(shí)例的簡(jiǎn)圖。如同所知，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括壓縮機(jī)20，用以壓縮進(jìn) 入空氣流。壓縮機(jī)20將壓縮的空氣流輸送到燃燒器30中。燃燒器30將壓縮的空氣流與 燃料流相混合，且點(diǎn)燃該混合物。(盡管僅示出了單個(gè)燃燒器30，但燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可 包括任意數(shù)目的燃燒器30。)熱燃燒氣體繼而從燃燒器30輸送到渦輪40中。渦輪40驅(qū) 動(dòng)壓縮機(jī)20和外部負(fù)載50，如發(fā)電機(jī)等。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可使用文中的其它構(gòu)造和構(gòu)件。 圖2示出如可在文中所述的預(yù)混合器100。預(yù)混合器100可用于上文所述的燃燒 器30和類似裝置。預(yù)混合器100可包括燃料室110。燃料室110可包括與多個(gè)燃料管130 連通的腔室120。腔室120可具有任何期望的尺寸或構(gòu)造。本文中可使用任意數(shù)目的燃料 管130。燃料管130可具有任何期望的尺寸或構(gòu)造。 預(yù)混合器100還可包括噴燃器管140。噴燃器管140可包括經(jīng)由其延伸穿過的多 個(gè)空氣管150?？墒褂萌我鈹?shù)目的空氣管150?？諝夤?50可具有任何期望的尺寸或構(gòu)造。 空氣管150可從面向燃料室110的鐘形口 160延伸至相對(duì)的噴燃器管噴嘴170?？諝夤?50 可具有比燃料管130更大的直徑。 燃料室IIO和噴燃器管140可由多個(gè)隔離件180隔開?？墒褂萌我鈹?shù)目的隔離件 180。隔離件180可具有任何期望的尺寸或構(gòu)造。隔離件180可在一端附接到燃料室凸緣 190上，而在另一端附接到噴燃器管凸緣200上。凸緣190， 200可具有任何期望的尺寸或構(gòu) 造。本文中可使用其它類型的連接手段。燃料室110與噴燃器管140之間的間距可為變化 的。 多個(gè)燃料管130可從燃料室110延伸進(jìn)入噴燃器管140內(nèi)的多個(gè)空氣管150中。 因此，燃料可經(jīng)由腔室120進(jìn)入燃料室IIO，可分配到燃料管130中，且之后可噴射到各空 氣管150中的空氣流中，以便在其中進(jìn)行混合。同樣，空氣流可在燃料室110與鐘形口 160 之間得到引導(dǎo)，并進(jìn)入空氣管150中。 一些或所有空氣管150可具有定位在其中的燃料管 130。因此，預(yù)混合器IOO可使用具有多個(gè)燃料管130的多個(gè)空氣管150，以便產(chǎn)生多股同向 流動(dòng)的空氣和燃料的射流。各燃料管130相對(duì)于各空氣管150越近地端接到鐘形口 160上， 燃料和空氣就可越好地在空氣管150內(nèi)混合。管130，150的尺寸和數(shù)目可為變化的。本文 中可使用預(yù)混合器100的其它構(gòu)造。 圖4和圖5示出了如本文所述的預(yù)混合器210的備選實(shí)施例。在該實(shí)施例中，預(yù) 混合器210包括具有內(nèi)腔室230和外腔室240的燃料室220。腔室230， 240可具有任何期 望的尺寸或構(gòu)造。(內(nèi)腔室230和外腔室240的定位僅用于識(shí)別。該定位是相對(duì)的。)多 個(gè)內(nèi)腔室燃料管250可從內(nèi)腔室230伸出。同樣，多個(gè)外腔室燃料管260可從外腔室240 伸出，且穿過內(nèi)腔室230。管250，260的尺寸和數(shù)目可為變化的。外腔室燃料管260可包繞 內(nèi)腔室燃料管250。本文中可使用其它構(gòu)造。 預(yù)混合器210還可包括噴燃器管270。如上文所述，噴燃器管270包括經(jīng)由其延 伸穿過的多個(gè)空氣管280?？諝夤?80的尺寸和數(shù)目可為變化的。空氣管280可從鐘形口 290延伸至噴燃器噴嘴300?？諝夤?80中的一些可具有在其中延伸的內(nèi)腔室燃料管250， 而其它的空氣管可具有在其中延伸的外腔室燃料管260?？諝夤?80可具有比燃料管250， 260更大的直徑。 預(yù)混合器210還可包括多個(gè)隔離件310，其將燃料室220和噴燃器管270隔開?？?使用任意數(shù)目的隔離件310。隔離件210可具有任何期望的尺寸或構(gòu)造。燃料室220可具 有燃料室凸緣320，而噴燃器管270可具有噴燃器管凸緣330。凸緣320， 330可具有任何期 望的尺寸或構(gòu)造。本文中可使用其它類型的連接手段。燃料室220與噴燃器管270之間的 間距可為變化的。 因此，燃料或其它類型的流體可從內(nèi)腔室230和外腔室240流動(dòng)，穿過燃料管250，260，且與空氣管280中的空氣相混合。內(nèi)腔室230和外腔室240可結(jié)合不同的燃料、空氣 和稀釋劑的布置來使用。例如，外腔室240可結(jié)合稀釋劑如氮?dú)?N2)來使用，而內(nèi)腔室230 可結(jié)合燃料如氫氣(H2)來使用。作為備選，稀釋劑流可以是反應(yīng)性較小的燃料或包括反應(yīng) 性較小的燃料。稀釋劑和燃料的這種布置可產(chǎn)生包繞燃料流的稀釋劑惰性護(hù)罩。這種經(jīng)過 空氣管280的外部惰性護(hù)罩可防止關(guān)于噴燃器噴嘴300的火焰穩(wěn)定。 本文中可使用其它的燃料和空氣的混合機(jī)理。例如，內(nèi)腔室230可設(shè)置成具有空 氣，而外腔室240可具有氫氣和氮?dú)獾幕旌衔铩Ｍ瑯?，?nèi)腔室230可使用氮?dú)猓馇皇?40 可使用氫氣和氮?dú)獾慕M合。本文中可使用空氣、燃料和稀釋劑的其它布置，以及不同類型的 空氣、燃料和稀釋劑及其組合。 因此，本文所述的預(yù)混合器100，210可使用多個(gè)燃料管和空氣管，以產(chǎn)生多股同 向流動(dòng)的空氣和燃料的射流。歸因于空氣管的長(zhǎng)度與直徑比，燃料和空氣的混合可得以增 強(qiáng)。預(yù)混合器100， 210還可使用與稀釋劑護(hù)罩和/或稀釋劑和空氣的護(hù)罩相結(jié)合的燃料射 流。由于燃料流至空氣流的軸向分量的增大，以及通過將常規(guī)噴燃器管劃分為多個(gè)管，故多 股射流還提供了增大的火焰穩(wěn)定裕度。局部熄滅還可由惰性的氮?dú)?、其它稀釋劑?或高 流動(dòng)性空氣所引起，以便限制火焰穩(wěn)定。因此，可通過由將燃料噴射到各個(gè)小的空氣管中而 產(chǎn)生良好混合來實(shí)現(xiàn)很低的排放。 顯然，上文僅涉及本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，并且本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在不脫離 由所附權(quán)利要求及其等同方案所限定的本發(fā)明的總體精神和范圍的情況下產(chǎn)生許多變化 和修改。
權(quán)利要求
一種用于燃燒器(30)的預(yù)混合器(100)，包括燃料室(110)；其中，所述燃料室(110)包括多個(gè)燃料管(130)；以及噴燃器管(140)；其中，所述噴燃器管(140)包括多個(gè)空氣管(150)；以及其中，所述多個(gè)燃料管(130)相對(duì)于所述多個(gè)空氣管(150)延伸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)混合器(100)，其特征在于，所述噴燃器管(140)包括位于 第一端的鐘形口 (160)，以及位于第二端的噴燃器管噴嘴(170)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)混合器(IOO)，其特征在于，所述多個(gè)空氣管(150)從所述 鐘形口 (160)延伸至所述噴燃器管噴嘴(170)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)混合器(IOO)，其特征在于，所述預(yù)混合器(100)還包括定 位在所述燃料室(110)與所述噴燃器管(140)之間的多個(gè)隔離件(180)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)混合器(IOO)，其特征在于，所述燃料室(110)包括與所述 多個(gè)燃料管(130)連通的腔室(120)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)混合器(IOO)，其特征在于，所述燃料室(110)包括多個(gè)腔 室(230,240)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)混合器(IOO)，其特征在于，所述多個(gè)腔室(230,240)包括 第一腔室(230)，以及其中，所述多個(gè)燃料管(130)包括與所述第一腔室(230)連通的第一 多個(gè)燃料管(250)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)混合器(IOO)，其特征在于，所述多個(gè)腔室(230,240)包括 第二腔室(240)，以及其中，所述多個(gè)燃料管(130)包括與所述第二腔室(240)連通的第二 多個(gè)燃料管(260)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的預(yù)混合器(IOO)，其特征在于，所述第一多個(gè)燃料管(250)包 繞所述第二多個(gè)燃料管(260)。
10. —種混合第一流體和第二流體的方法，包括 使所述第一流體分開進(jìn)入多個(gè)第一流體管(130)中； 使所述第二流體分開進(jìn)入多個(gè)第二流體管(150)中；將所述多個(gè)第一流體管(130)相對(duì)于所述多個(gè)第二流體管(150)進(jìn)行安放；以及 在所述多個(gè)第二流體管(150)內(nèi)混合所述第一流體和所述第二流體。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及多管預(yù)混合裝置。具體而言，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于燃燒器(30)的預(yù)混合器(100)。該預(yù)混合器(100)可包括具有多個(gè)燃料管(130)的燃料室(110)，以及具有多個(gè)空氣管(150)的噴燃器管(140)。燃料管(130)相對(duì)于空氣管(150)延伸。
文檔編號(hào)F23D14/64GK101725985SQ20091016882
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者B·瓦拉塔拉彥, B·萊西, C·斯蒂芬森, D·費(fèi)林, E·伊爾馬茨, G·O·克雷默, J·H·安, W·S·齊明斯基 申請(qǐng)人:通用電氣公司