專利名稱：用于調(diào)節(jié)燃燒器中的工作流體的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及用于調(diào)節(jié)燃燒器中的工作流體的系統(tǒng)和方法。具體而言，本發(fā)明的各種實(shí)施例包括布置在初級(jí)燃燒室外側(cè)以調(diào)節(jié)供給至初級(jí)燃燒室的工作流體的一個(gè)或多個(gè)次級(jí)燃燒室。
背景技術(shù)：
商業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)用于發(fā)電是本領(lǐng)域內(nèi)已知的。用于產(chǎn)生電力的典型的燃?xì)鉁u輪機(jī)包括位于前部的軸流式壓縮機(jī)、圍繞中部的一個(gè)或多個(gè)燃燒器和位于后部的渦輪。環(huán)境空氣可以被供給至壓縮機(jī)，并且壓縮機(jī)中的旋轉(zhuǎn)輪葉和固定葉片向工作流體(空氣)逐步傳遞動(dòng)能，以產(chǎn)生處于高能狀態(tài)的經(jīng)過壓縮的工作流體。經(jīng)過壓縮的工作流體離開壓縮機(jī)并且流過一個(gè)或多個(gè)噴嘴，在一個(gè)或多個(gè)噴嘴處，經(jīng)過壓縮的工作流體與燃料混合并且被噴射到燃燒室中，在燃燒室處點(diǎn)燃燃料混合物，以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。燃燒氣體接著流向渦輪，在渦輪處，燃燒氣體的膨脹做功。例如，渦輪中燃燒氣體的膨脹可以使連接至發(fā)電機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生電力。各種設(shè)計(jì)和操作參數(shù)影響離開渦輪的燃燒氣體中氮氧化物、一氧化碳、未燃烴和其它不期望的排放物的產(chǎn)生。例如，燃燒氣體溫度能夠直接影響各種不期望的排放物的產(chǎn)生。具體而言，與較高功率操作相關(guān)的較高的燃燒氣體溫度大體使雙原子氮的分解(disassociation)率提高并且使氮氧化物(NOx)的產(chǎn)生量增加。相反地，與燃料流減少和/或部分負(fù)載操作(下降)相關(guān)的較低的燃燒氣體溫度大體使燃燒氣體的化學(xué)反應(yīng)速率下降，使一氧化碳和未燃烴的產(chǎn)生量增加。作為另一個(gè)示例，燃料混合物或燃燒氣體在燃燒室中的停留時(shí)間直接影響各種不期望的排放物的產(chǎn)生。具體而言，較長(zhǎng)的停留時(shí)間大體使NOx水平提高，而較短的停留時(shí)間大體使一氧化碳和未燃烴水平提高。因此，用于向燃燒器供給燃料的燃燒器設(shè)計(jì)及方法的不斷改進(jìn)在范圍廣泛的燃燒器操作水平中使不期望的排放物減少方面將是有用的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)方面以及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)在下文的描述中進(jìn)行闡述，或者是通過描述可以顯而易見的，或者是可以通過實(shí)施本發(fā)明而獲悉。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種用于調(diào)節(jié)燃燒器中的工作流體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括初級(jí)燃燒室、沿圓周包繞初級(jí)燃燒室的至少一部分的襯套以及與初級(jí)燃燒室流體連通的至少一個(gè)初級(jí)燃料噴嘴。至少一個(gè)次級(jí)燃燒室位于初級(jí)燃燒室外側(cè)。每個(gè)次級(jí)燃燒室都包括:罩，罩限定通過次級(jí)燃燒室的流體通路；開口，開口位于罩的上游部分處；次級(jí)燃料噴嘴，次級(jí)燃料噴嘴接近罩的上游部分；以及用于在次級(jí)燃燒室中點(diǎn)燃燃料的裝置。進(jìn)一步的，所述至少一個(gè)次級(jí)燃燒室位于包繞所述初級(jí)燃燒室的環(huán)形通路中。進(jìn)一步的，所述次級(jí)燃料噴嘴包括包繞所述罩的環(huán)形增壓室。進(jìn)一步的，所述次級(jí)燃料噴嘴包括多個(gè)端口，所述多個(gè)端口以相對(duì)于所述流體通路的軸向中心線成徑向或相對(duì)于所述流體通路的軸向中心線成方位角中的至少一種情況而成角度。進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于所述流體通路中的火焰保持器。進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于所述罩的所述上游部分處的喇叭口開口。進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括過渡件，所述過渡件從所述襯套向下游延伸并且包繞所述初級(jí)燃燒室的至少一部分，其中所述至少一個(gè)次級(jí)燃燒室定位成接近所述過渡件。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是一種用于調(diào)節(jié)燃燒器中的工作流體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括襯套，襯套具有上游端部和下游端部；過渡件，過渡件從襯套的下游端部延伸；以及初級(jí)燃燒室，初級(jí)燃燒室至少部分地由襯套和過渡件限定。至少一個(gè)次級(jí)燃燒室位于初級(jí)燃燒室外側(cè)。每個(gè)次級(jí)燃燒室都包括罩，罩限定通過次級(jí)燃燒室的流體通路；次級(jí)燃料噴嘴，次級(jí)燃料噴嘴位于罩的上游部分處；以及點(diǎn)火器組件，點(diǎn)火器組件安裝在次級(jí)燃燒室中。進(jìn)一步的，所述至少一個(gè)次級(jí)燃燒室位于包繞所述初級(jí)燃燒室的環(huán)形通路中。進(jìn)一步的，所述至少一個(gè)次級(jí)燃燒室定位成接近所述過渡件。進(jìn)一步的，所述次級(jí)燃料噴嘴包括包繞所述罩的環(huán)形增壓室。進(jìn)一步的，所述次級(jí)燃料噴嘴包括多個(gè)端口，所述多個(gè)端口以相對(duì)于所述流體通路的軸向中心線成徑向或相對(duì)于所述流體通路的軸向中心線成方位角中的至少一種情況而成角度。進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)包括位于所述流體通路中的火焰保持器。進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于所述罩的上游部分處的喇叭口開口。本發(fā)明還包括一種用于調(diào)節(jié)燃燒器中的工作流體的方法。該方法可以包括以下步驟使工作流體流過初級(jí)燃燒室以及使工作流體的至少一部分流過位于初級(jí)燃燒室外側(cè)的次級(jí)燃燒室。該方法進(jìn)一步包括使燃料流過次級(jí)燃燒室、在次級(jí)燃燒室中燃燒燃料以產(chǎn)生燃燒氣體，以及使燃燒氣體從次級(jí)燃燒室流入初級(jí)燃燒室中。進(jìn)一步的，所述方法進(jìn)一步包括使工作流體的一部分流過所述次級(jí)燃燒室，所述次級(jí)燃燒室位于包繞所述初級(jí)燃燒室的襯套的外側(cè)。進(jìn)一步的,所述方法進(jìn)一步包括使流過所述次級(jí)燃燒室的燃料產(chǎn)生旋流。進(jìn)一步的,所述方法進(jìn)一步包括使所述次級(jí)燃燒室中的燃料和工作流體流動(dòng)穿過火焰保持器。進(jìn)一步的，所述方法進(jìn)一步包括使稀釋劑流過所述次級(jí)燃燒室。進(jìn)一步的，所述方法進(jìn)一步使燃燒氣體朝向渦輪罩或者所述初級(jí)燃燒室的外部表面中的至少一個(gè)流動(dòng)。通過閱讀本說明書，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地理解這些以及其它實(shí)施例的特征和各個(gè)方面。
參照附圖，說明書的其余部分更加具體地闡述面向本領(lǐng)域技術(shù)人員的本發(fā)明的完整公開，這種公開使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，包括本發(fā)明的最佳模式，在附圖
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃燒器的頭部端的簡(jiǎn)化橫截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖1中所示的次級(jí)燃燒室的放大橫截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃燒器的簡(jiǎn)化橫截面圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃燒器的簡(jiǎn)化橫截面圖。附圖標(biāo)記列表
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例，其中的一個(gè)或多個(gè)示例示于附圖中。
具體實(shí)施方式
中，使用數(shù)字和字母名稱來指代附圖中的特征。附圖和描述中相同或類似的名稱用于指代本發(fā)明相同或類似的部件。
每個(gè)示例都以對(duì)發(fā)明進(jìn)行解釋的方式給出，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。實(shí)際上，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，能夠在不偏離本發(fā)明的范圍或者精神的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改型和變型。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分示出或者進(jìn)行描述的特征能夠用于另一個(gè)實(shí)施例，從而產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此，本發(fā)明旨在覆蓋落入所附權(quán)利要求及其等同形式的范圍內(nèi)的這些改型以及變型。本發(fā)明的各種實(shí)施例包括用于調(diào)節(jié)燃燒器中的工作流體的系統(tǒng)和方法。在特定實(shí)施例中，燃燒器可以包括初級(jí)燃燒室和位于初級(jí)燃燒室外側(cè)的一個(gè)或多個(gè)次級(jí)燃燒室或預(yù)燃器。在較低功率操作期間，次級(jí)燃燒室可以使燃料、稀釋劑或者其它添加劑與工作流體的一部分混合并且點(diǎn)燃混合物，以產(chǎn)生燃燒氣體。燃燒氣體離開次級(jí)燃燒室并且與剩余的工作流體混合，以使進(jìn)入初級(jí)燃燒室的工作流體的溫度升高。進(jìn)入初級(jí)燃燒室的溫度較高的工作流體使燃燒氣體在初級(jí)燃燒室中的反應(yīng)速率提高，而允許在負(fù)載較低的狀況下操作燃燒器并且/或者在較長(zhǎng)的周期中操作燃燒器，而不會(huì)超過與一氧化碳和/或未燃烴相關(guān)的排放物限制。相反地，在較高功率操作期間，次級(jí)燃燒室可以使燃料、稀釋劑或者其它添加劑與工作流體的一部分混合而不點(diǎn)燃混合物?；旌衔镫x開次級(jí)燃燒室并且與剩余的工作流體混合，以允許在進(jìn)入初級(jí)燃燒室之前進(jìn)行更完全的混合。圖1提供根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃燒器10的頭部端的一部分的簡(jiǎn)化橫截面圖。燃燒器10可以包括徑向布置在帽14與端蓋16之間的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴12。帽14和襯套18大體包繞和限定相對(duì)于初級(jí)燃料噴嘴12位于下游處的初級(jí)燃燒室20。例如，帽14可以徑向延伸跨過初級(jí)燃燒室20的上游部分，并且襯套18可以包括上游端21，上游端21從帽14向下游延伸至下游端23，使得襯套18形成沿圓周包繞初級(jí)燃燒室20的至少一部分的缸(cylinder)。如本說明書所使用的，術(shù)語(yǔ)“上游”和“下游”指的是部件在流體路徑中的相對(duì)位置。例如，如果流體從部件A流向部件B，那么部件A相對(duì)于部件B位于上游處。相反地，如果部件B接收來自部件A的流體流，那么部件B相對(duì)于部件A位于下游處。初級(jí)燃料噴嘴12的設(shè)計(jì)取決于特定應(yīng)用，并且除非權(quán)利要求書中具體列舉，否則本發(fā)明的各種實(shí)施例并不限于任何特定的初級(jí)燃料噴嘴12。例如，如圖1所示，每個(gè)初級(jí)燃料噴嘴12通常都可以包括罩22，罩22沿圓周包繞中心體部24的至少一部分，以限定位于罩22與中心體部24之間的環(huán)形通路26。中心體部24朝向帽14從端蓋16大體軸向延伸通過初級(jí)噴嘴12，以提供用于燃料、稀釋劑或者其它添加劑從端蓋16流過中心體部24并且進(jìn)入燃燒室20的流體連通。罩22可以包括位于上游開口處的喇叭口形狀28，以增強(qiáng)流過位于罩22與中心體部24之間的環(huán)形通路26的工作流體的徑向分布。此外，一個(gè)或多個(gè)葉片30可以從一個(gè)或多個(gè)罩22徑向向內(nèi)延伸至中心體部24，以向經(jīng)過壓縮的工作流體傳遞切向旋流，從而在燃燒之前增強(qiáng)與燃料、稀釋劑或者其它添加劑的混合。如圖1所示，護(hù)帽罩32可以沿圓周包繞位于帽14與端蓋16之間的初級(jí)噴嘴12，并且殼體34可以包繞襯套18和護(hù)帽罩32，以限定軸對(duì)稱的環(huán)形通路36，環(huán)形通路36沿圓周包繞初級(jí)燃燒室20和初級(jí)燃料噴嘴12。工作流體可以流過環(huán)形通路36，以向襯套18和/或護(hù)帽罩32提供沖擊冷卻和/或?qū)α骼鋮s。當(dāng)工作流體到達(dá)端蓋16時(shí)，工作流體反轉(zhuǎn)方向，以流過一個(gè)或多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴12，工作流體在初級(jí)燃燒室20中點(diǎn)燃之前于一個(gè)或多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴12處與燃料、稀釋劑或者其它添加劑混合，以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。如圖1所示，燃燒器10進(jìn)一步包括位于初級(jí)燃燒室20外側(cè)的至少一個(gè)次級(jí)燃燒室40。每個(gè)次級(jí)燃燒室40通常都包括小型預(yù)混燃燒器，小型預(yù)混燃燒器可以用于在各種功率操作期間調(diào)節(jié)工作流體。例如，一個(gè)或多個(gè)次級(jí)燃燒室40可以用于在延長(zhǎng)的低功率操作期間對(duì)流入初級(jí)燃料噴嘴12中的工作流體進(jìn)行預(yù)熱。供給至初級(jí)燃燒室20的全部燃料的大約5% -10%可以被輸送至次級(jí)燃燒室40并且點(diǎn)燃，以在初級(jí)燃燒室20外側(cè)產(chǎn)生燃燒氣體。來自次級(jí)燃燒室40的燃燒氣體可以接著與剩余的工作流體混合，以使流過初級(jí)燃料噴嘴12并且進(jìn)入初級(jí)燃燒室20的工作流體的總體溫度(bulk temperature)升高。例如，來自次級(jí)燃燒室40的燃燒氣體可以使流過初級(jí)燃料噴嘴12的工作流體的總體溫度升高大約200° F-400。F。工作流體的升高的總體溫度將促進(jìn)初級(jí)燃燒室20中更完全的燃燒，因此使得用于與貧油熄火(lean blowout)以及/或者一氧化碳和未燃烴排放物相關(guān)的下降(turnout)的邊界擴(kuò)展。在較高功率操作期間，次級(jí)燃燒室40中的燃燒可能熄滅，并且燃料、稀釋劑或者其它添加劑可能被噴射通過次級(jí)燃燒室40，以在進(jìn)入初級(jí)燃燒室20之前與工作流體混合。次級(jí)燃燒室40的具體位置和設(shè)計(jì)使得離開次級(jí)燃燒室40的燃燒氣體或者其它流體具有充足的時(shí)間在到達(dá)初級(jí)燃料噴嘴12之前與剩余的工作流體均勻地混合，以減少熱區(qū)、斑(streak)和/或流過初級(jí)燃料噴嘴12的燃料、稀釋劑或者其它添加劑的不均勻濃度。例如，如圖1所示，至少一個(gè)次級(jí)燃燒室40可以位于包繞初級(jí)燃燒室20的環(huán)形通路36中。圖2提供根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖1中所示的次級(jí)燃燒室40的放大橫截面圖。如圖所示，次級(jí)燃燒室40可以包括罩42、次級(jí)燃料噴嘴44以及用于在次級(jí)燃燒室40中點(diǎn)燃燃料的裝置。罩42大體包繞次級(jí)燃燒室40，以限定通過次級(jí)燃燒室40的流體通路48。罩42的上游部分可以包括喇叭口開口 50、旋流器葉片或者其它結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)徑向分布并且/或者將切向旋流傳遞給流過流體通路48的工作流體。流體通路48可以包括通過火焰保持器56分開的混合區(qū)域52和燃盡區(qū)域54。罩42的上游部分還可以包括多個(gè)端口 62，以用于將燃料、稀釋劑或者其它添加劑噴射到工作流體中?；旌蠀^(qū)域52可包括的逐漸增大的直徑，該逐漸增大的直徑能夠使工作流體的速度減小，以增強(qiáng)工作流體與由次級(jí)燃料噴嘴44噴射的任何燃料、稀釋劑或者其它添加劑之間的混合?？梢詫⑷急M區(qū)域54的軸向長(zhǎng)度選擇成允許與燃燒氣體相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)能夠基本上消耗次級(jí)燃燒室40中所產(chǎn)生的一氧化碳和未燃烴?？梢詫⒒旌蠀^(qū)域52的逐漸增大的直徑選擇成能夠使燃盡區(qū)域56中燃燒火焰的穩(wěn)定性增強(qiáng)，同時(shí)防止有可能損壞次級(jí)燃料噴嘴44的火焰朝向噴射端口 62的上游遷移。火焰保持器56可以包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的用于使與燃燒相關(guān)的火焰穩(wěn)定的任何合適的結(jié)構(gòu)。例如，火焰保持器56可以包括三角形、圓柱形或者翼型形狀的鈍頭體，該鈍頭體產(chǎn)生跨過流體通路48的壓差，以保持與相對(duì)于火焰保持器56處于下游的燃燒相關(guān)的火焰。次級(jí)燃料噴嘴44與燃料、稀釋劑和/或其它添加劑的供給流體連通。例如，次級(jí)燃料噴嘴44可以連接至位于燃燒器10內(nèi)側(cè)的增壓室，該增壓室將燃料、稀釋劑和/或其它添加劑供給至圍繞初級(jí)燃燒室20徑向布置的一個(gè)或多個(gè)噴射器(未示出)。備選地或者除此之外，如圖1所示，次級(jí)燃料噴嘴44可以連接至位于燃燒器10外側(cè)的增壓室58，增壓室58同樣將燃料、稀釋劑和/或其它添加劑供給至初級(jí)燃料噴嘴12。次級(jí)燃料噴嘴44可以包括接近喇叭口開口 50包繞罩42的環(huán)形增壓室60，以通過進(jìn)入流體通路48的混合區(qū)域52的工作流體來噴射燃料、稀釋劑和/或其它添加劑。次級(jí)燃料噴嘴44中的多個(gè)端口 62可以提供從環(huán)形增壓室60到流體通路48的混合區(qū)域52中的流體連通。在特定實(shí)施例中，多個(gè)端口 62可以以相對(duì)于流體通路48的軸向中心線64成徑向或相對(duì)于流體通路48的軸向中心線64成方位角中的至少一種情況而成角度，以將切向旋流傳遞給從環(huán)形增壓室60流入混合區(qū)域52中的燃料、稀釋劑或者其它添加劑。用于在次級(jí)燃燒室40中點(diǎn)燃燃料的裝置提供位于次級(jí)燃燒室40內(nèi)側(cè)或者接近次級(jí)燃燒室40的點(diǎn)火源，以在需要時(shí)點(diǎn)燃流過次級(jí)燃燒室40的燃料。例如，在一些操作狀況期間，可能期望通過次級(jí)燃燒室40供給燃料而不點(diǎn)燃燃料，以允許該燃料在進(jìn)入初級(jí)燃燒室20之前有更多時(shí)間與工作流體混合。在其它操作狀況期間，用于在次級(jí)燃燒室40中點(diǎn)燃燃料的裝置可以用于點(diǎn)燃流過次級(jí)燃燒室40的燃料，以在進(jìn)入初級(jí)燃燒室20之前使工作流體的溫度升高。用于在次級(jí)燃燒室40中點(diǎn)燃燃料的結(jié)構(gòu)可以例如包括火炬、火花塞、激光器或者本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的用于點(diǎn)燃燃料的另一種合適的裝置。例如，在圖2中所示的特定實(shí)施例中，用于點(diǎn)燃燃料的裝置包括位于次級(jí)燃燒室40內(nèi)側(cè)或者接近次級(jí)燃燒室40的點(diǎn)火器組件46。點(diǎn)火器組件46可以例如包括適于至少部分地安裝在次級(jí)燃燒室40內(nèi)側(cè)的火花塞或激光器，以將火花或光束投射到次級(jí)燃燒室40中。圖3和圖4提供根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的燃燒器10的簡(jiǎn)化橫截面圖。在每個(gè)實(shí)施例中，燃燒器10都像上文參照?qǐng)D1中所不的實(shí)施例描述的一樣同樣包括一個(gè)或多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴12、帽14、端蓋16、襯套18和初級(jí)燃燒室20。此外，燃燒器10包括過渡件66，過渡件66從襯套18的下游端23延伸并且包繞初級(jí)燃燒室20的至少一部分。過渡件66將初級(jí)燃燒室20連接至渦輪入口 68，使得來自初級(jí)燃燒室20的燃燒氣體可以流入渦輪入口 68中。具有流動(dòng)孔72的沖擊套筒70可以包繞過渡件66，以限定位于沖擊套筒70與過渡件66之間的環(huán)形增壓室74。工作流體可以通過位于沖擊套筒70中的流動(dòng)孔72并且流過環(huán)形增壓室74，以向過渡件66和襯套18提供對(duì)流冷卻。如上所述，當(dāng)工作流體到達(dá)端蓋16時(shí)，工作流體反轉(zhuǎn)方向從而流過初級(jí)噴嘴12，工作流體在初級(jí)燃燒室20中點(diǎn)燃之前于初級(jí)噴嘴12處與燃料混合。如圖3和圖4所示，燃燒器10像上文參照?qǐng)D2描述的一樣同樣包括一個(gè)或多個(gè)次級(jí)燃燒室40。在圖3和圖4所示的實(shí)施例中，次級(jí)燃燒室40相對(duì)于壓縮機(jī)排氣擴(kuò)壓器76位于下游處并且接近過渡件66。在該位置處，次級(jí)燃燒室40可以像上文描述的一樣同樣用于調(diào)節(jié)工作流體，并且次級(jí)燃燒室40與初級(jí)燃料噴嘴12之間的額外距離允許離開次級(jí)燃燒室40的工作流體與氣體在到達(dá)初級(jí)燃料噴嘴12之前的額外混合。此外，次級(jí)燃燒室40可以定向成使得離開次級(jí)燃燒室40的燃燒氣體可以被導(dǎo)向至燃?xì)鉁u輪機(jī)中的特定部件。例如，如圖3中所示，次級(jí)燃燒室40可以定向成使得離開次級(jí)燃燒室40的燃燒氣體在內(nèi)渦輪葉片支承件78處被導(dǎo)向。通過該方式，燃燒氣體可以主動(dòng)對(duì)內(nèi)渦輪葉片支承件78進(jìn)行加熱，以提供對(duì)內(nèi)渦輪葉片支承件78與渦輪的熱氣路徑中的各種旋轉(zhuǎn)部件之間的主動(dòng)間隙控制的測(cè)量。備選地，如圖4中所示，次級(jí)燃燒室可以定向成使得離開次級(jí)燃燒室40的燃燒氣體在過渡件66處被導(dǎo)向。通過該方式，燃燒氣體可以流過位于沖擊套筒70中的流動(dòng)孔72，以使流過過渡件和/或襯套上方的工作流體的溫度升高。這接著可以使初級(jí)燃燒室20內(nèi)側(cè)鄰近過渡件66和/或襯套18的邊界層的溫度升高，以減少在邊界層中淬熄(quenching)的一氧化碳反應(yīng)。圖1至圖4中所示的各種實(shí)施例還可以提供用于調(diào)節(jié)燃燒器10中的工作流體的方法。該方法可以包括使工作流體流過初級(jí)燃燒室20并且使工作流體的至少一部分流過位于初級(jí)燃燒室20外側(cè)的一個(gè)或多個(gè)次級(jí)燃燒室40。根據(jù)燃燒器10的特定操作狀況，該方法可以進(jìn)一步包括使燃料、稀釋劑和/或其它添加劑流過次級(jí)燃燒室40、在次級(jí)燃燒室40中燃燒燃料以產(chǎn)生燃燒氣體，以及使燃料氣體從次級(jí)燃燒室40流入初級(jí)燃燒室20中。在特定實(shí)施例中，該方法可以包括使流過次級(jí)燃燒室40燃料、稀釋劑和/或其它添加劑產(chǎn)生旋流并且/或者使燃料、稀釋劑和/或其它添加劑流動(dòng)穿過火焰保持器58。備選地或者除此之外，該方法還可以包括使離開次級(jí)燃燒室40的燃燒氣體朝向內(nèi)渦輪葉片支承件78或者初級(jí)燃燒室20的外部表面中的至少一個(gè)流動(dòng)。本書面描述使用示例對(duì)本發(fā)明(包括最佳模式)，進(jìn)行公開并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明(其中包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行所包含的任何方法)。本發(fā)明的專利范圍通過權(quán)利要求進(jìn)行限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其它的示例。如果這種其它的示例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這種其它的示例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒有實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這種其它的示例旨在落入權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)燃燒器(10)中的工作流體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 a.初級(jí)燃燒室(20)； b.襯套(18)，所述襯套(18)沿圓周包繞所述初級(jí)燃燒室(20)的至少一部分； c.至少一個(gè)初級(jí)燃料噴嘴(12)，所述至少一個(gè)燃料噴嘴(12)與所述初級(jí)燃燒室(20)流體連通； d.至少一個(gè)次級(jí)燃燒室(40)，所述至少一個(gè)次級(jí)燃燒室(40)位于所述初級(jí)燃燒室(20)的外側(cè)，其中每個(gè)次級(jí)燃燒室(40)都包括 1.罩(42)，其中所述罩(42)限定通過所述次級(jí)燃燒室(40)的流體通路(48)； ii開口(50)，所述開口(50)位于所述罩(42)的上游部分處； ii1.次級(jí)燃料噴嘴(44)，所述次級(jí)燃料噴嘴(44)接近所述罩(42)的所述上游部分；以及 iv.用于在所述次級(jí)燃燒室(40)中點(diǎn)燃燃料的裝置。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)次級(jí)燃燒室(40)位于包繞所述初級(jí)燃燒室(20)的環(huán)形通路(36)中。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述次級(jí)燃料噴嘴(44)包括包繞所述罩(42)的環(huán)形增壓室(60)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述次級(jí)燃料噴嘴(44)包括多個(gè)端口(62)，所述多個(gè)端口(62)以相對(duì)于所述流體通路(48)的軸向中心線(64)成徑向或相對(duì)于所述流體通路(48)的軸向中心線(64)成方位角中的至少一種情況而成角度。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于所述流體通路(48)中的火焰保持器(56)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于所述罩(42)的所述上游部分處的喇叭口開口(50)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括過渡件(66)，所述過渡件￠6)從所述襯套(18)向下游延伸并且包繞所述初級(jí)燃燒室(20)的至少一部分，其中所述至少一個(gè)次級(jí)燃燒室(40)定位成接近所述過渡件(66)。
8.一種用于調(diào)節(jié)燃燒器(10)中的工作流體的方法，所述方法包括以下步驟 a.使工作流體流過初級(jí)燃燒室(20)； b.使工作流體的至少一部分流過位于所述初級(jí)燃燒室(20)的外側(cè)的次級(jí)燃燒室(40)； c.使燃料流過所述次級(jí)燃燒室(40)； d.在所述次級(jí)燃燒室(40)中燃燒燃料，以產(chǎn)生燃燒氣體；以及 e.使燃燒氣體從所述次級(jí)燃燒室(40)流入所述初級(jí)燃燒室(20)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括使工作流體的一部分流過所述次級(jí)燃燒室(40)，所述次級(jí)燃燒室(40)位于包繞所述初級(jí)燃燒室(20)的襯套(18)的外側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括使流過所述次級(jí)燃燒室(40)的燃料產(chǎn)生旋流。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括使所述次級(jí)燃燒室(40)中的燃料和工作流體流動(dòng)穿過火焰保持器(56)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括使稀釋劑流過所述次級(jí)燃燒室(40)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8-12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步使燃燒氣體朝向渦輪罩(78)或者所述初級(jí)燃燒室(20)的外部表面中的至少一個(gè)流動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于調(diào)節(jié)燃燒器中的工作流體的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括初級(jí)燃燒室、沿圓周包繞初級(jí)燃燒室的襯套，以及與初級(jí)燃燒室流體連通的初級(jí)噴嘴。位于初級(jí)燃燒室外側(cè)的次級(jí)燃燒室包括罩，罩限定流體通路；次級(jí)噴嘴，次級(jí)噴嘴接近罩的上游部分；以及用于在次級(jí)燃燒室中點(diǎn)燃燃料的裝置。本發(fā)明公開一種用于調(diào)節(jié)燃燒器中的工作流體的方法，該方法包括以下步驟使工作流體流過初級(jí)燃燒室以及使工作流體的至少一部分流過位于初級(jí)燃燒室外側(cè)的次級(jí)燃燒室。該方法進(jìn)一步包括使燃料流過次級(jí)燃燒室、燃燒燃料以產(chǎn)生燃燒氣體以及使燃燒氣體從次級(jí)燃燒室流入初級(jí)燃燒室中。
文檔編號(hào)F23R3/42GK102997281SQ20121034221
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者S.K.維德納 申請(qǐng)人:通用電氣公司