專利名稱：用于燃氣渦輪系統(tǒng)的燃料噴嘴組件的制作方法
技術(shù)領域：
本公開大體而言涉及燃氣渦輪系統(tǒng)，并且更特定而言涉及燃氣渦輪系統(tǒng)中的燃料噴嘴組件。
背景技術(shù)：
燃氣渦輪系統(tǒng)被廣泛地用于諸如發(fā)電這樣的領域中。常規(guī)燃氣渦輪系統(tǒng)包括壓縮機、燃燒器和渦輪。在常規(guī)燃氣渦輪系統(tǒng)中，從壓縮機壓縮空氣提供至燃燒器。進入燃燒器的空氣與燃料混合并燃燒。熱燃燒氣體從燃燒器流到渦輪以驅(qū)動燃氣渦輪系統(tǒng)并發(fā)電。天然氣通常被用作用于燃氣渦輪系統(tǒng)的主燃料。天然氣與空氣在燃燒器中或燃燒器附近的燃料噴嘴組件中混合以提供稀薄的預混合空氣/燃料混合物以用于燃燒。燃氣渦輪系統(tǒng)通常還需要第二燃料，其允許該系統(tǒng)在主燃料不可用時繼續(xù)運行。第二燃料通常為液體燃料，例如油。用于在燃料噴嘴組件中提供第二燃料的典型現(xiàn)有技術(shù)的裝置和設備將第二燃料供給作為直接噴到火焰區(qū)內(nèi)或火焰區(qū)附近的燃料流。與使用主燃料時得到的相對稀薄的預混合空氣/燃料混合物相反，此燃料流為相對富含燃料的混合物。因此，燃燒的第二燃料混合物的溫度以及引起的NOx形成率通常不期望地較高。為了降低溫度和NOx水平，通常供給水、蒸汽或其它惰性流體并在燃料被噴到火焰區(qū)中時使其與第二燃料混合。但是，這種系統(tǒng)相對低效，并且昂貴。舉例而言，必須利用單獨的系統(tǒng)來供給水或其它流體。用于減輕上述現(xiàn)有技術(shù)方案的低效和費用的一種方案是將第二燃料的一部分在點火源的上游噴射到空氣流內(nèi)，從而預混合第二燃料。但是，這種方案可具有多種缺點。舉例而言，預混合空氣/第二燃料混合物可相對富集，并且可促進燃料噴嘴內(nèi)的逆燃和攏焰。 此外，噴射到空氣流內(nèi)的第二燃料的其中一些可積聚于燃料噴嘴組件內(nèi)的各表面上，并且可在這些表面上造成焦化。焦化是燃料分子在高溫下氧化熱解或分解蒸餾成更小的有機化合物并且進一步成為固體碳顆粒的情形。因此，焦化造成固體碳顆粒沉積在燃料噴嘴組件的各表面上，導致對燃料噴嘴組件中的流的破壞并且進一步損害主燃料的低排放操作。因此，本領域中將期望一種提供燃料噴嘴組件中的第二燃料的更佳預混合的設備。此外，用于在燃料噴嘴組件中預混合第二燃料的減少相關聯(lián)的費用并提高相關聯(lián)的效率的設備將是有利的。另外，將需要這樣一種在燃料噴嘴組件中預混合第二燃料的設備，其防止或減少燃料噴嘴組件中的逆燃、攏焰和焦化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點將在下文的描述中部分地闡述，或者可從該描述顯而易見， 或者可通過實踐本發(fā)明而被教導。在一個實施例中，公開了一種燃料噴嘴組件。該燃料噴嘴組件包括外燃燒管和內(nèi)燃燒管，在它們之間限定預混合環(huán)形空間。該燃料噴嘴組件還包括旋流器組件，該旋流器組件包括多個旋流器葉片，其繞內(nèi)燃燒管布置成環(huán)形陣列并構(gòu)造成用以在預混合環(huán)形空間的上游與主空氣相互作用。該燃料噴嘴組件還包括空氣噴射特征，其構(gòu)造成用以使第二空氣流入旋流器組件下游的預混合環(huán)形空間內(nèi)，從而使得第二空氣相對于預混合環(huán)形空間縱向地沿大體上線性的路徑流動并鄰近外燃燒管和內(nèi)燃燒管中的至少一個流動。參考下文的描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些與其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解。附圖被包括到該說明書中并構(gòu)成該說明書的一部分，附圖示出本發(fā)明的實施例并與該描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。


在說明書中闡述了本發(fā)明的完全和充分的公開，包括其對于本領域普通技術(shù)人員而言的最佳模式，其對附圖進行了參考，在附圖中圖1是本公開的燃氣渦輪系統(tǒng)的若干部分的截面圖；圖2是本公開的燃料噴嘴組件的一實施例的截面圖；圖3是本公開的燃料噴嘴組件的另一實施例的截面圖；圖4是如圖3中所示的本公開的空氣噴射特征的一實施例的透視圖；以及圖5是本公開的空氣噴射特征的另一實施例的透視圖。項目清單
權(quán)利要求
1.一種燃料噴嘴組件( )，所述燃料噴嘴組件08)包括外燃燒管(62)和內(nèi)燃燒管(64)，在它們之間限定預混合環(huán)形空間(60)；旋流器組件(50)，所述旋流器組件(50)包括多個旋流器葉片(52)，所述多個旋流器葉片(52)繞所述內(nèi)燃燒管(64)布置成環(huán)形陣列并且構(gòu)造成用以在所述預混合環(huán)形空間(60) 的上游與主空氣G2)相互作用；以及空氣噴射特征(100)，所述空氣噴射特征(100)構(gòu)造成用以使第二空氣(102)流入所述旋流器組件(50)下游的所述預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)，從而使得所述第二空氣(102)相對于所述預混合環(huán)形空間(60)縱向地沿大體上線性的路徑流動并鄰近所述外燃燒管(62) 和所述內(nèi)燃燒管(64)中的至少一個流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴組件( )，其特征在于，所述空氣噴射特征(100) 構(gòu)造成用以使所述第二空氣(102)流入所述預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)，從而使得所述第二空氣(10 鄰近所述外燃燒管(6 和所述內(nèi)燃燒管(64)中的所述至少一個燃燒管形成膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項所述的燃料噴嘴組件( )，其特征在于，所述空氣噴射特征(100)構(gòu)造成用以使所述第二空氣(102)流入所述預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)，從而使得所述第二空氣(10 鄰近所述外燃燒管(6 和所述內(nèi)燃燒管(64)中的所述至少一個燃燒管形成多個空氣射流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的燃料噴嘴組件( )，其特征在于，所述空氣噴射特征(100)構(gòu)造成用以使所述第二空氣(102)流入所述預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)，從而使得所述第二空氣(10 大體上鄰近所述外燃燒管(6 和所述內(nèi)燃燒管(64)流動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的燃料噴嘴組件( )，其特征在于，所述空氣噴射特征(100)包括與所述外燃燒管(6 和所述內(nèi)燃燒管(64)中的所述燃燒管相關聯(lián)的套筒(110)，所述套筒(110)限定多個開孔(112)，所述多個開孔(112)構(gòu)造成用以使所述第二空氣(10 鄰近所述外燃燒管(6 和所述內(nèi)燃燒管(64)中的所述燃燒管排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的燃料噴嘴組件( )，其特征在于，所述空氣噴射特征(100)包括多個徑向延伸的進給通路(120)，所述進給通路(120)中的每一個被限定在所述多個旋流器葉片(52)中的一個旋流器葉片中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料噴嘴組件( )，其特征在于，所述空氣噴射特征(100) 包括環(huán)形空間(132)，所述環(huán)形空間(132)被限定在所述旋流器組件(50)中并與所述多個進給通路(120)流體連通，所述環(huán)形空間(132)構(gòu)造成用以使所述第二空氣(102)從所述多個進給通路(120)流入所述預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料噴嘴組件( )，其特征在于，所述空氣噴射特征(100) 包括多個開孔(130)，所述多個開孔(130)被限定在所述旋流器組件(50)中并與所述多個進給通路(120)流體連通，所述多個開孔(130)構(gòu)造成用以使所述第二空氣(102)從所述多個進給通路(120)流入所述預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的燃料噴嘴組件( )，其特征在于，所述第二空氣(102)獨立于所述主空氣02)供給至所述空氣噴射特征(100)。
10.一種用于燃氣渦輪(10)系統(tǒng)的燃燒器(16)，所述燃燒器(16)包括至少一個燃料噴嘴組件(觀)，所述至少一個燃料噴嘴組件08)包括外燃燒管(62)和內(nèi)燃燒管(64)，在它們之間限定預混合環(huán)形空間(60)；旋流器組件(50)，所述旋流器組件(50)包括多個旋流器葉片(52)，所述多個旋流器葉片(52)繞所述內(nèi)燃燒管(64)布置成環(huán)形陣列，并且構(gòu)造成用以在所述預混合環(huán)形空間 (60)的上游與主空氣02)相互作用；以及空氣噴射特征(100)，所述空氣噴射特征(100)構(gòu)造成用以使第二空氣(102)流入所述旋流器組件(50)下游的預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)，從而使得所述第二空氣(102)相對于所述預混合環(huán)形空間(60)縱向地沿大體上線性的路徑流動并鄰近所述外燃燒管(6 和所述內(nèi)燃燒管(64)中的至少一個流動。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃燒器(16)，其特征在于，所述空氣噴射特征(100)構(gòu)造成用以使所述第二空氣(10 流入所述預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)，從而使得所述第二空氣 (102)大體上鄰近所述外燃燒管(6 和所述內(nèi)燃燒管(64)流動。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的燃燒器(16)，其特征在于，所述空氣噴射特征(100)包括與所述外燃燒管(6 和所述內(nèi)燃燒管(64)中的所述燃燒管相關聯(lián)的套筒 (110)，所述套筒(110)限定多個開孔(112)，所述多個開孔(112)構(gòu)造成用以使所述第二空氣(10 鄰近所述外燃燒管(6 和所述內(nèi)燃燒管(64)中的所述燃燒管排出。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的燃燒器(16)，其特征在于，所述空氣噴射特征(100)包括多個徑向延伸的進給通路(120)，所述進給通路(120)中的每一個被限定在所述多個旋流器葉片(52)中的一個旋流器葉片中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃燒器(16)，其特征在于，所述空氣噴射特征(100)包括環(huán)形空間(132)，所述環(huán)形空間(132)被限定在所述旋流器組件(50)中并與所述多個進給通路(120)流體連通，所述環(huán)形空間(132)構(gòu)造成用以使所述第二空氣(102)從所述多個進給通路(120)流入所述預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃燒器(16)，其特征在于，所述空氣噴射特征(100)包括多個開孔(130)，所述多個開孔(130)被限定在所述旋流器組件(50)中并與所述多個進給通路(50)流體連通，所述多個開孔(130)構(gòu)造成用以使所述第二空氣(102)從所述多個進給通路(11 流入所述預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃氣渦輪系統(tǒng)的燃料噴嘴組件。具體而言，本發(fā)明公開了一種燃料噴嘴組件(28)。該燃料噴嘴組件(28)包括外燃燒管(62)和內(nèi)燃燒管(64)，在它們之間限定預混合環(huán)形空間(60)。該燃料噴嘴組件(28)還包括旋流器組件(50)，該旋流器組件(50)包括多個旋流器葉片(52)，其繞內(nèi)燃燒管(64)布置成環(huán)形陣列并構(gòu)造成用以在預混合環(huán)形空間(60)的上游與主空氣(42)相互作用。該燃料噴嘴組件(28)還包括空氣噴射特征(100)，其構(gòu)造成用以使第二空氣(102)流入該旋流器組件(50)下游的預混合環(huán)形空間(60)內(nèi)，從而使得第二空氣(102)相對于預混合環(huán)形空間(60)縱向地沿大體上線性的路徑流動并鄰近外燃燒管(62)和內(nèi)燃燒管(64)中的至少一個流動。
文檔編號F23D14/70GK102418928SQ20111030660
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者G·A·博亞德曼, G·D·邁爾斯, N·G·帕薩尼亞 申請人:通用電氣公司