專利名稱：用于在燃?xì)鉁u輪噴嘴中混合燃料的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上包括用于供給燃料至燃?xì)鉁u輪的裝置與方法。具體而言，本發(fā)明描述了一種噴嘴，其可用于將燃料供給至燃?xì)鉁u輪中的燃燒器。
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(gè)或多個(gè)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(dòng)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(kāi)壓縮機(jī)并且流動(dòng)通過(guò)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(guò)熱點(diǎn)。局部過(guò)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(huì)。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(guò)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(shí)最大程度地減少局部過(guò)熱點(diǎn)和不期望的排放。舉例而言，多種噴嘴已被開(kāi)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)性燃料的噴嘴常包括多個(gè)混合管，其導(dǎo)致跨過(guò)噴嘴的更大的壓力差。另外，較高反應(yīng)性燃料的噴嘴在噴嘴的中心部分中通常不包括混合管。中心部分沒(méi)有管增加了對(duì)于更高壓力差的需要以達(dá)到所需的質(zhì)量流率。因此，能支持越來(lái)越高的燃燒溫度和更高反應(yīng)性燃料的噴嘴設(shè)計(jì)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(jiàn)，或者可通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而被教導(dǎo)。本發(fā)明的一個(gè)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。至少一個(gè)主燃料通道包括與燃料室處于流體連通的入口以及與空氣室處于流體連通的主空氣端口。關(guān)于該至少一個(gè)主燃料通道徑向地向外的多個(gè)第二燃料通道包括與燃料室處于流體連通的第二燃料端口。護(hù)罩周向地圍繞該多個(gè)第二燃料通道。另一實(shí)施例是噴嘴，其包括周向地圍繞該噴嘴的護(hù)罩以及在該護(hù)罩內(nèi)的多個(gè)擋板，該多個(gè)擋板徑向地延伸跨過(guò)噴嘴并限定燃料室和空氣室。空氣室在燃料室的下游。至少一個(gè)主燃料通道包括與燃料室處于流體連通的入口以及與空氣室處于流體連通的主空氣端口。關(guān)于該至少一個(gè)主燃料通道徑向地向外的多個(gè)第二燃料通道包括與燃料室處于流
3體連通的第二燃料端口。本發(fā)明還包括一種用于在燃燒之前在噴嘴中混合燃料和空氣的方法。該方法包括使燃料流至燃料室并且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(guò)至少一個(gè)主燃料通路，其中，該至少一個(gè)主燃料通路與噴嘴的軸向中心線對(duì)準(zhǔn)。該方法還包括將燃料從燃料室噴射通過(guò)第二燃料通路，其中，第二燃料通路關(guān)于主燃料通路而徑向地向外排列，以及，將空氣從空氣室噴射通過(guò)該至少一個(gè)主燃料通路。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀該說(shuō)明書(shū)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(kāi)，包括其對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言的最佳模式，在該說(shuō)明書(shū)的其余部分中被更具體地闡述，包括對(duì)附圖的參考，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃燒器的簡(jiǎn)化截面；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的噴嘴的放大截面；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖2中所示的噴嘴的一部分的放大截面；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一備選實(shí)施例的圖2中所示的噴嘴的一部分的放大截面；圖5是圖1中所示的燃燒器的一部分的放大截面；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的噴嘴的平面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃燒器頂帽的平面圖；以及圖8是根據(jù)本發(fā)明的一備選實(shí)施例的燃燒器頂帽的平面圖。項(xiàng)目清單
權(quán)利要求
1.一種噴嘴(12)，包括a.燃料室(44)；b.位于所述燃料室G4)下游的空氣室08)；c.至少一個(gè)主燃料通道(32)，其中，所述至少一個(gè)主燃料通道(3 包括與所述燃料室 (44)處于流體連通的入口(54)以及與所述空氣室G8)處于流體連通的主空氣端口(56)；d.多個(gè)第二燃料通道(34)，所述多個(gè)第二燃料通道(34)關(guān)于所述至少一個(gè)主燃料通道(3 徑向地向外，其中，所述多個(gè)第二燃料通道(34)包括與所述燃料室G4)處于流體連通的第二燃料端口(6 ；以及e.護(hù)罩(30)，所述護(hù)罩(30)周向地圍繞所述多個(gè)第二燃料通道(34)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述噴嘴(12)還包括多個(gè)主燃料通道(32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1到2中任一項(xiàng)所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述至少一個(gè)主燃料通道(32)包括從所述燃料室G4)延伸至所述噴嘴(12)的出口的圓柱形通路(52)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述至少一個(gè)主燃料通道(32)與所述噴嘴(12)的中心線(50)軸向地對(duì)準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述多個(gè)第二燃料通道(34)包括延伸至所述噴嘴(12)的出口的圓柱形通路(52)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述多個(gè)第二燃料通道(34)中的每一個(gè)包括與所述燃料室G4)處于流體連通的第二燃料端口(62)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)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(38)，其中，所述擋板(38)分隔所述空氣室08)與所述燃料室(44)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述護(hù)罩(30)包括至少一個(gè)與所述空氣室G8)處于流體連通的空氣端口 06)。
9.一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G4)；b.使空氣流至所述燃料室G4)下游的空氣室08)；c.將燃料從所述燃料室G4)噴射通過(guò)至少一個(gè)主燃料通道(32)，其中，所述至少一個(gè)主燃料通道(32)與所述噴嘴(12)的軸向中心線(50)對(duì)準(zhǔn)；d.將燃料從所述燃料室G4)噴射通過(guò)第二燃料通道(34)，其中，所述第二燃料通道 (34)關(guān)于所述主燃料通道(3 徑向地向外排列；以及e.將空氣從所述空氣室G8)噴射通過(guò)所述至少一個(gè)主燃料通道(32)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使空氣流動(dòng)通過(guò)所述第二燃料通道(34)。
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與方法。具體而言，一種噴嘴(12)包括燃料室(44)以及燃料室(44)下游的空氣室(48)。主燃料通道(32)包括與燃料室(44)處于流體連通的入口(54)以及與空氣室(48)處于流體連通的主空氣端口(56)。關(guān)于主燃料通道(32)徑向地向外的第二燃料通道(34)包括與燃料室(44)處于流體連通的第二燃料端口(62)。護(hù)罩(30)周向地圍繞第二燃料通道(34)。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(44)以及使空氣流至燃料室(44)下游的空氣室(48)。該方法還包括將燃料從燃料室(44)噴射通過(guò)第二燃料通道，以及將空氣從空氣室(48)噴射通過(guò)主燃料通道。
文檔編號(hào)F23R3/00GK102401397SQ20111020007
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者J·D·貝里, T·E·約翰遜, W·S·齊明斯基 申請(qǐng)人:通用電氣公司