專利名稱：多管預(yù)混合噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
文中所公開的主題涉及用于渦輪發(fā)動機(jī)的燃料噴射器。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可使用多種不同類型的燃料進(jìn)行操作，包括天然氣和其它碳?xì)浠衔锶剂?。其它燃料，舉例而言，例如氫(H2)以及氫和氮的混合物可在燃?xì)鉁u輪中焚燒，并且可減少一氧化碳和二氧化碳的排放物。氫燃料通常比天然氣燃料具有更高的反應(yīng)性，導(dǎo)致氫燃料更容易燃燒。因此，設(shè)計(jì)成用于天然氣燃料的燃料噴嘴不能完全兼容地用于具有更高反應(yīng)性的燃料。同時，設(shè)計(jì)成用于高反應(yīng)性燃料的燃料噴嘴不能傳送低排放物水平的天然氣燃料。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種燃料噴射噴嘴包括設(shè)置在噴嘴中的至少一個管，其具有限定氣體流動通路的文氏管形輪廓，包括操作以接收第一氣體的進(jìn)口 ；至少一個端口， 其操作以排出第二氣體到氣體流動通路中；以及出口，其操作以排出第一氣體和第二氣體的混合物到燃燒器中。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種燃料噴射噴嘴包括殼體部件，其限定操作以接收第一氣體的第一倉室；連接到殼體部件上的多個管，各管均具有操作以接收第二氣體的進(jìn)口 ； 與進(jìn)口和燃燒器連通的出口 ；以及與第一倉室連通的至少一個端口 ；以及面板部分，其包括連接到該多個管中的一個管的遠(yuǎn)端上的至少第一部段和連接到該多個管中的第二管的遠(yuǎn)端上的至少第二部段。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，燃料噴射噴嘴包括至少一個管，其設(shè)置在噴嘴中限定氣體流動通路，具有操作以接收第一氣體的進(jìn)口 ；至少一個端口，其操作以排出第二氣體到氣體流動通路中；出口，其操作以排出第一氣體和第二氣體的混合物到燃燒器中；具有恒定直徑的進(jìn)入?yún)^(qū)域；鄰近進(jìn)入?yún)^(qū)域的具有減小直徑的收斂區(qū)域；以及鄰近收斂區(qū)域的具有恒定直徑的第三區(qū)域。根據(jù)結(jié)合附圖的以下描述，這些及其它的優(yōu)點(diǎn)和特征將會變得更為清楚。


在權(quán)利要求中具體地指出且清楚地主張了視作為本發(fā)明的主題。根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將懂得本發(fā)明的前述及其它的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1和圖2顯示了多管燃料噴嘴的示例性實(shí)施例的透視圖。
圖3顯示了圖1中的燃料噴嘴的燃料倉室(plenum)部件和混合管的透視圖。圖4至圖6顯示了圖1中的燃料噴嘴的側(cè)截面視圖。圖7顯示了圖1中的噴嘴的前視圖。圖8顯示了圖1中的燃料噴嘴的備選實(shí)施例的側(cè)截面視圖。圖9顯示了圖1中的燃料噴嘴的另一備選實(shí)施例的側(cè)截面視圖。詳細(xì)描述通過參照附圖以實(shí)例的方式，闡述了本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。零件清單100噴射器102燃料倉室部件104燃料進(jìn)口部分106護(hù)罩部分107燃料管線108 端口109 凸緣111 凸緣202 端口302混合管304面板部分306面板部段308 溝道401緊固件402 管進(jìn)口404 管出口406 端口408燃料倉室412護(hù)罩倉室501 第一氣體503 第二氣體505第三氣體507火焰區(qū)域601進(jìn)入部分603收斂區(qū)域605 區(qū)域607發(fā)散區(qū)域609 區(qū)域702 間距704 端口
具體實(shí)施方式
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可使用多種燃料進(jìn)行操作。舉例而言，天然氣(NG)和合成氣體 (合成氣)的使用節(jié)省了燃料成本并減少了碳以及其它不希望的排放物。一些燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)噴射燃料到燃燒器中，在其中燃料與空氣流相混合并被點(diǎn)燃。在燃燒器中混合燃料和空氣的一個不足之處在于混合物在燃燒之前不能均勻地混合。不均勻的燃料空氣混合物的燃燒可導(dǎo)致一些部分的混合物比其它部分的混合物在更高的溫度下燃燒。局部較高的火焰溫度可導(dǎo)致更高地排放諸如NOx的不希望的污染物。用于克服燃燒器中不均勻的燃料/空氣混合物的一個方法包括在噴射混合物到燃燒器中之前混合燃料和空氣。該方法例如通過多管燃料噴嘴施行。使用多管燃料噴嘴來混合例如天然氣和空氣容許在點(diǎn)燃燃料和空氣的混合物之前將該均勻的混合物噴射到燃燒器中。氫氣(H2)、合成氣，以及氫和例如氮?dú)獾幕旌衔镉米魅剂线M(jìn)一步減少了從燃?xì)鉁u輪排出的污染物。例如，氫氣和合成氣比天然氣具有更高的反應(yīng)性特性。這些燃料的更高反應(yīng)性特性可導(dǎo)致不希望的火焰逆燃影響，此種情況下，燃料在到達(dá)燃燒器之前于燃料噴嘴中燃燒。 火焰的逆燃可損壞燃料噴嘴。圖1顯示了多管燃料噴嘴(噴射器)100的示例性實(shí)施例的透視圖。噴射器100 包括燃料倉室殼體部件(燃料倉室部件)102，其具有連接到燃料管線107上的燃料進(jìn)口部分104 ；以及接合燃料倉室部件102的管狀護(hù)罩部分106。護(hù)罩部分106可包括多個端口 108，這些端口操作以接收加壓氣體，舉例而言，例如壓縮空氣。燃料倉室部件102和護(hù)罩部分106可在凸緣109和111處使用例如緊固件401 (圖4中所示)而固定在一起。圖2顯示了噴射器100的另一透視圖。所示實(shí)施例可包括位于護(hù)罩部分106中的端口 202，其可用來引導(dǎo)用于傳感器(未示出)的連接器，舉例而言，這些傳感器例如有可安置在噴射器100中的熱電偶。圖3顯示了連接到多個混合管302上的燃料倉室部件102的透視圖?；旌瞎?02 在下游壁310處連接到燃料倉室部件102上，并向遠(yuǎn)端延伸以限定面板部分304。面板部分304包括多個單獨(dú)的面板部段306。各面板部段306均連接到混合管302上。燃料倉室部件102可包括位于凸緣109中的凹溝道308。溝道308可接合對應(yīng)凸起的凸脊403 (圖4 中所示)，這改善了燃料倉室部件102和護(hù)罩部分106(圖1)之間的對準(zhǔn)和密封。圖4顯示了噴射器100的側(cè)截面視圖。燃料倉室部件102利用緊固件401連接到護(hù)罩部分106上。燃料倉室部件102和護(hù)罩部分106可利用溝道308和脊403對齊和密封。 混合管302包括管進(jìn)口 402和管出口 404。各混合管302均包括至少一個端口 406，該端口 406與由燃料倉室部件102所限定的燃料倉室408連通。在所示的實(shí)施例中，端口 406以角 (α)對齊。角α相對于混合管302的縱向軸線407處在20度至45度之間，然而，角α也可為包括90度的任何角度。燃料倉室部件102的下游壁310接觸護(hù)罩部分106。護(hù)罩倉室 412由下游壁310、護(hù)罩部分106的內(nèi)表面以及面板部分304的內(nèi)表面所限定。端口 108與護(hù)罩倉室412連通。圖5顯示了噴射器100操作的示例。示出了類似于圖4的噴射器100的側(cè)截面視圖。在操作中，第一氣體501經(jīng)由管進(jìn)口 402進(jìn)入混合管302。第一氣體501可包括例如空氣，或含有空氣和諸如氮或燃料的其它氣體的氣體混合物。第二氣體503經(jīng)由燃料管線107 和燃料進(jìn)口部分104進(jìn)入燃料倉室408。第二氣體503經(jīng)由端口 406進(jìn)入混合管302，并與第一氣體501混合。第一氣體501和第二氣體503的混合物排出到渦輪的燃燒器部分502 中并在火焰區(qū)域507中燃燒。第三氣體505，舉例而言例如壓縮空氣，可經(jīng)由端口 108進(jìn)入護(hù)罩倉室412。第三氣體505冷卻混合管302和護(hù)罩部分106，并可從面板部分304中的出口排出。圖6類似于圖4和圖5，并顯示了混合管302的文氏管形狀的輪廓(profile)?；旌瞎?02的文氏管形狀的輪廓包括在管進(jìn)口 402處具有恒定第一直徑(χ)的進(jìn)入部分601。 混合管302的直徑在收斂區(qū)域603減小直至第二直徑(χ’ )?；旌瞎?02在區(qū)域605具有恒定直徑?；旌瞎?02的直徑在發(fā)散區(qū)域607增大直至在管出口 404處的區(qū)域609中的第三直徑(χ”)。在操作中，混合管302的文氏管形狀的輪廓隨著混合管302的直徑從χ減小至χ’ 而增加第一氣體501(圖幻的速度。端口 406在第二直徑χ’附近排出第二氣體503(圖5) 到混合管302中。第一氣體501和第二氣體503在端口 406下游的混合管302中混合。第一氣體501增加的速度降低了當(dāng)?shù)诙怏w503進(jìn)入并開始與第一氣體501的氣流相混合時在區(qū)域中火焰穩(wěn)定(flame-holding)的潛在可能。第一氣體501在第二氣體503的進(jìn)入?yún)^(qū)域中的更高速流動用以降低燃料在混合管302中燃燒的可能性。第一氣體502和第二氣體 503繼續(xù)在恒定直徑區(qū)域605中混合。保持直徑恒定降低了下游的壓力損失。混合管302 在發(fā)散區(qū)域607中增加直徑直至在區(qū)域609中的第三直徑X”，從而容許恢復(fù)一定的動態(tài)壓力。在管出口 404處的第三直徑χ”可類似于或等于第一直徑χ。在管進(jìn)口 402處的第一直徑χ和在管出口 404處的第三直徑χ”的相似性減小了氣體混合物的排出速度并降低了混合管302中的總體壓力損失。圖7顯示了包括面板部分304的噴嘴100的前視圖。各混合管302均連接到面板部段306上。面板部段306分隔開，以限定與護(hù)罩倉室412(圖4)和燃燒器部分502連通的間距702。在操作中，第三氣體505 (圖5)冷卻噴嘴100，并經(jīng)由間距702從護(hù)罩倉室412 排出到燃燒器部分502中。間距702的尺寸可設(shè)計(jì)成用以滿足對于噴嘴100的冷卻氣體流規(guī)格。在一些實(shí)施例中，面板部段306可包括與護(hù)罩倉室412和燃燒器部分502連通的端口 704。端口 704的尺寸、位置和數(shù)目可有所變化以滿足冷卻氣體流規(guī)格。在操作中，各個混合管302以及護(hù)罩部分106都受熱，并可由于噴嘴100中的熱、 幾何以及材料差異而可能以不同的速率膨脹或收縮。由于面板部段306和護(hù)罩部分106由間距702隔開，故面板部段306可相對于彼此以及護(hù)罩部分106移動而不會對噴嘴100中的鄰近構(gòu)件施加力。例如，由于各混合管302均連接到燃料倉室部件102的下游壁310上， 但通過由面板部段306所限定的間距702而與其它混合管302和護(hù)罩部分106隔開，故各個混合管302均可獨(dú)立地從燃料倉室部件102線性地膨脹和收縮。圖8顯示了噴射器100的示例性備選實(shí)施例的側(cè)截面視圖。所示實(shí)施例包括具有文氏管形狀輪廓的混合管802，該文氏管形狀輪廓包括在管進(jìn)口 804處具有恒定的第一直徑(y)的進(jìn)入部分801?；旌瞎?02的直徑在收斂區(qū)域803中減小直至第二直徑(y’)?；旌瞎?02在區(qū)域805中以及在管出口 807處具有恒定直徑y(tǒng)’。圖9顯示了噴射器100的另一示例性備選實(shí)施例的側(cè)截面視圖。所示實(shí)施例包括具有文氏管形狀輪廓的混合管902，該輪廓包括在管進(jìn)口 904處具有恒定的第一直徑(ζ)的進(jìn)入部分901。混合管902的直徑在收斂區(qū)域903中減小直至第二直徑(ζ，)?；旌瞎?02在區(qū)域905中具有恒定直徑?；旌瞎?02的直徑在第二收斂區(qū)域907中減小直至在管出口 911處的區(qū)域909中的第三直徑(ζ”)。在操作中，氣體流動通路的速度流動在第二收斂區(qū)域907中增大。 盡管本發(fā)明僅結(jié)合有限數(shù)目的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但應(yīng)容易理解的是，本發(fā)明不限于此類公開的實(shí)施例。確切而言，本發(fā)明可進(jìn)行修改以并入此前并未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相匹配的任一數(shù)目的變型、變體、替換方案或等同布置。此外，盡管已描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明的方面可包括所述實(shí)施例中的僅一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視作為由上述描述限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍來限制。
權(quán)利要求
1.一種燃料噴射噴嘴，包括至少一個管(302)，其具有限定氣體流動通路的文氏管形狀的輪廓，所述管(302)包括操作以接收第一氣體的進(jìn)口(402)；操作以排出第二氣體到所述氣體流動通路中的至少一個端口(108)；和操作以排出所述第一氣體和所述第二氣體的混合物到燃燒器中的出口(404)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述管(302)的文氏管形狀的輪廓包括: 具有恒定直徑的進(jìn)入?yún)^(qū)域(601)；鄰近所述進(jìn)入?yún)^(qū)域(601)的具有減小的直徑的收斂區(qū)域(603)； 鄰近所述收斂區(qū)域(603)的具有恒定直徑的第三區(qū)域(605)；和鄰近所述第三區(qū)域(605)的具有增大的直徑的發(fā)散區(qū)域(607)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述管的文氏管形狀的輪廓包括鄰近所述發(fā)散區(qū)域(607)的具有恒定直徑的第五區(qū)域(609)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述進(jìn)入?yún)^(qū)域(601)的直徑大于所述第三區(qū)域(605)的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴嘴，其特征在于，所述第五區(qū)域(609)的直徑大于所述第三區(qū)域(605)的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴嘴，其特征在于，所述進(jìn)入?yún)^(qū)域(601)的直徑等于所述第五區(qū)域(609)的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述管(302)連接到第一殼體部件(102) 上，所述第一殼體部件(10 限定與燃料管線(107)和所述端口(108)連通的第一倉室 (408)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴還包括圍繞所述管(302)部分地限定第二倉室(412)的護(hù)罩部分(106)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴還包括連接到所述管(302)的遠(yuǎn)端上的第一面板部段(306)以及連接到第二管(302)的遠(yuǎn)端上的第二面板部段(306)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的噴嘴，其特征在于，所述第一面板部段(306)和所述第二面板部段(306)在所述第一面板部段(306)和所述第二面板部段(306)之間限定間距(702)。
全文摘要
本發(fā)明涉及多管預(yù)混合噴射器。具體而言，一種燃料噴射噴嘴包括具有限定氣體流動通路的文氏管形狀輪廓的至少一個管(302)，該管(302)包括操作以接收第一氣體的進(jìn)口(402)、操作以排出第二氣體到氣體流動通路中的至少一個端口(108)，以及操作以排出第一氣體和第二氣體的混合物到燃燒器中的出口(404)。
文檔編號F23D14/48GK102192507SQ201010615170
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者B·P·萊西, E·伊爾梅斯, T·E·約翰遜, W·S·齊明斯基, 左柏芳 申請人:通用電氣公司