專利名稱：用于在燃?xì)鉁u輪噴嘴中混合燃料的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及用于給燃?xì)鉁u輪供給燃料的裝置和方法。具體而言，本發(fā)明描述了一種可用于給燃?xì)鉁u輪中的燃燒器供給燃料的噴嘴。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪被廣泛地用于工業(yè)和發(fā)電操作。典型的燃?xì)鉁u輪包括在前部的軸向壓縮機(jī)，圍繞中部的一個或多個燃燒器，以及在后部的渦輪。周圍空氣進(jìn)入壓縮機(jī)，并且壓縮機(jī)中的旋轉(zhuǎn)葉片和固定靜葉漸進(jìn)地賦予工作流體(空氣)以動能，用以產(chǎn)生處于高能狀態(tài)的壓縮工作流體。壓縮的工作流體離開壓縮機(jī)并且流動通過燃燒器中的噴嘴，其在那里與燃料混合并點(diǎn)燃以產(chǎn)生具有高的溫度、壓力和速度的燃燒氣體。該燃燒氣體在渦輪中膨脹以產(chǎn)生功。舉例而言，燃燒氣體在渦輪中的膨脹可使連接到發(fā)電機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)以發(fā)電。眾所周知，燃?xì)鉁u輪的熱力學(xué)效率隨著操作溫度(即，燃燒氣體溫度)增加而提高。然而，如果燃料和空氣在燃燒之前未均勻地混合，在燃燒器中靠近噴嘴出口可形成局部過熱點(diǎn)。局部過熱點(diǎn)增加可損壞噴嘴的火焰逆燃(flame flash back)和攏焰(flame holding)出現(xiàn)的機(jī)會。雖然火焰逆燃和攏焰可關(guān)于任何燃料出現(xiàn)，但是，它們更容易關(guān)于諸如氫這樣的高反應(yīng)性燃料(其具有更高的燃燒速率和更寬的可燃范圍)出現(xiàn)。局部過熱點(diǎn)還可增加氮氧化物、一氧化碳以及未燃燒的烴的產(chǎn)生，所有這些都是不期望的廢氣排放。存在多種技術(shù)以允許更高的操作溫度同時最大程度地減少局部過熱點(diǎn)和不期望的排放。舉例而言，多種噴嘴已被開發(fā)以便在燃燒之前使較高反應(yīng)性的燃料與工作流體更均勻地混合。然而，較高反應(yīng)性的燃料的較高燃燒速率仍造成有助于火焰逆燃和/或攏焰事件的環(huán)境。因此，能支持越來越高的燃燒溫度和更高反應(yīng)性燃料的噴嘴設(shè)計上的持續(xù)改進(jìn)將是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)在下面的描述中闡述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實(shí)施本發(fā)明而被教導(dǎo)。本發(fā)明的一個實(shí)施例是一種包括燃料室(fuel plenum)以及位于燃料室下游的空氣室(air plenum)的噴嘴。噴嘴的軸向中心線的徑向地向外的多個燃料通道包括入口以及位于入口下游的出口，并且允許空氣流動通過該入口。該多個燃料通道中的燃料端口提供燃料室與該多個燃料通道之間的流體連通。位于燃料端口下游的該多個燃料通道中的空氣端口提供空氣室與該多個燃料通道之間的流體連通。在本發(fā)明的范圍內(nèi)的另一實(shí)施例是一種包括護(hù)罩的噴嘴，該護(hù)罩周向地圍繞噴嘴。護(hù)罩內(nèi)的多個擋板跨過噴嘴沿徑向延伸并且限定燃料室和空氣室，其中，空氣室在燃料室的下游。多個燃料通道關(guān)于噴嘴的中心線徑向地向外，其中，該多個燃料通道被限定為流體通路，并且包括入口和在入口下游的出口，與燃料室處于流體連通的燃料端口，以及與空氣室處于流體連通的空氣端口，其中，空氣端口在燃料端口下游。本發(fā)明還包括一種用于在燃燒之前在噴嘴中混合燃料與空氣的方法。該方法包括使空氣流動通過多個燃料通道的入口，使燃料流至燃料室，以及使空氣流至燃料室下游的空氣室。該方法還包括將燃料從燃料室噴射通過該多個燃料通道中的燃料端口，其中， 該多個燃料通道關(guān)于噴嘴的軸向中心線徑向地向外；以及，將空氣從空氣室噴射通過該多個燃料通道中的空氣端口，其中，空氣端口在燃料端口下游。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀該說明書之后將更好理解這樣的實(shí)施例的特征和方面以及其它的。


本發(fā)明的完全和充分的公開，包括其對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言的最佳模式，在該說明書的其余部分中被更具體地闡述，包括對附圖的參考，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的燃燒器的簡化截面；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的噴嘴的放大截面；圖3是圖1中所示的燃燒器的一部分的放大截面；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的噴嘴的平面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的燃燒器頂帽的平面圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的燃燒器頂帽的平面圖。項目清單
權(quán)利要求
1.一種噴嘴(12)，包括a.燃料室(42)；b.位于所述燃料室G2)下游的空氣室06)；c.多個燃料通道(32)，所述多個燃料通道(32)關(guān)于所述噴嘴(12)的軸向中心線08) 徑向地向外，其中，所述多個燃料通道(3 中的每一個包括入口(5 和位于所述入口(52) 下游的出口 (54)；d.位于所述多個燃料通道(3 中的燃料端口(56)，其中，所述燃料端口(56)提供所述燃料室0 與所述多個燃料通道(3 之間的流體連通；以及e.位于所述多個燃料通道(32)中的空氣端口(58)，所述空氣端口(58)在所述燃料端口(56)的下游，其中，所述空氣端口(58)提供所述空氣室G6)與所述多個燃料通道(32) 之間的流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述多個燃料通道(32)中的每一個包括從所述燃料室G2)延伸到所述出口(54)的圓柱形通路(50)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述多個燃料通道 (32)中的每一個包括所述燃料端口(56)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述多個燃料通道 (32)中的每一個包括所述空氣端口(58)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述燃料端口(56)相對于所述噴嘴(12)的所述軸向中心線G8)成角度為大約30度到大約90度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述空氣端口(58)相對于所述噴嘴 (12)的所述軸向中心線G8)成角度為小于大約30度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述噴嘴(12)還包括護(hù)罩(30)，所述護(hù)罩(30)周向地圍繞所述多個燃料通道(32)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述噴嘴(12)還包括位于所述護(hù)罩 (30)內(nèi)的擋板(36)，其中，所述擋板(36)分隔所述空氣室06)與所述燃料室02)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8中任一項所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述護(hù)罩(30)包括至少一個與所述空氣室G6)處于流體連通的空氣端口 04)。
10.一種用于在燃燒之前在噴嘴(12)中混合燃料與空氣的方法，包括a.使燃料流至燃料室G2)；b.使空氣流至所述燃料室G2)下游的空氣室06)；c.將燃料從所述燃料室0 噴射通過多個燃料通道(3 中的燃料端口(56)，其中， 所述多個燃料通道(32)關(guān)于所述噴嘴(12)的軸向中心線08)徑向地向外；以及d.將空氣從空氣室G6)噴射通過所述多個燃料通道(32)中的空氣端口(58)，其中， 所述空氣端口(58)在所述燃料端口(56)的下游。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包括，將燃料噴射通過自所述噴嘴(12)的所述軸向中心線G8)成大約30度和大約90度之間的角度的所述燃料端口 (56)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括，將空氣噴射通過相對于所述噴嘴(12)的所述軸向中心線G8)成小于大約30度的角度的所述空氣端口(58)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括，使空氣流動通過護(hù)罩(30)中的空氣端口(58)，所述護(hù)罩(30)外圍地圍繞所述多個燃料通道 (32)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在燃?xì)鉁u輪噴嘴中混合燃料的裝置和方法。具體而言，一種噴嘴(12)包括燃料室(42)以及燃料室(42)下游的空氣室(46)。燃料通道(32)關(guān)于噴嘴(12)的軸向中心線(48)徑向地向外，該燃料通道(32)包括入口(52)和在入口(52)下游的出口(54)。燃料通道(32)中的燃料端口(56)提供燃料室(42)與燃料通道(32)之間的流體連通。燃料通道(32)中在燃料端口(56)下游的空氣端口(58)提供空氣室(46)與燃料通道(32)之間的流體連通。一種用于在燃燒前在噴嘴(12)中混合燃料與空氣的方法包括使燃料流至燃料室(42)以及使空氣流至燃料室(42)下游的空氣室(46)。該方法還包括將燃料從燃料室(42)噴射通過燃料通道(32)中的燃料端口(56)以及將空氣從空氣室(46)噴射通過燃料通道(32)中的空氣端口(58)。
文檔編號F23D14/62GK102401380SQ20111019713
公開日2012年4月4日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者T·E·約翰森, 嚴(yán)鐘昊 申請人:通用電氣公司