專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)部的徑向排出文丘里管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室特別是具有被文丘里管分開的主副燃燒室的燃燒器。
背景技術(shù)：
工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒器一般具有雙燃燒室。文丘里管通常將燃燒器分成主副燃燒室。在主燃燒室中產(chǎn)生的燃燒氣體經(jīng)過文丘里管流向副燃燒室。傳統(tǒng)的文丘里管腔室通常具有雙壁，在雙壁之間具有冷卻氣體通道。冷卻空氣從上游進(jìn)口進(jìn)入到文丘里管壁之間的通道中。冷卻空氣從文丘里管的軸向端部流出。美國專利5,575,146中公開了一種傳統(tǒng)的文丘里管腔室。
傳統(tǒng)的雙壁文丘里管腔室從文丘里管壁之間的環(huán)形通道排出冷卻空氣。從緊挨副燃燒室中的燃燒室襯套壁的文丘里管腔室的軸向端部將來自文丘里管腔室的空氣排出。燃燒空氣從文丘里管中沿與燃燒室的軸線相平行的軸向被排出。來自文丘里管排放端的空氣沿燃燒室的襯套壁流入副燃燒室中并且通常沿與該腔室的軸線平行的方向流動(dòng)。從文丘里管的軸向端部排出的空氣通常沿襯套壁的表面流動(dòng)并且不會(huì)迅速地與燃燒室中的燃燒氣體相混合。
對于能充分混合壓縮空氣和燃燒產(chǎn)物的燃燒室存在長期迫切的需求。在氣體流過文丘里管的情況下依然存在這種需求。充分混合空氣和燃燒產(chǎn)物會(huì)減少排放物，諸如減少氮氧化物(NOx)。
發(fā)明概述本發(fā)明可以具體體現(xiàn)為一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的文丘里管，包括具有收斂段，擴(kuò)散段和圓柱段的雙壁文丘里管腔室，其中所述腔室限定了文丘里管區(qū)域，在該區(qū)域中，壓縮空氣、燃料和燃燒產(chǎn)物經(jīng)過收斂段、擴(kuò)散段和圓柱段向下游流動(dòng)；位于文丘里管腔室壁之間的冷卻氣體通道；至少一個(gè)位于文丘里管腔室的外壁中的冷卻氣體進(jìn)口，和至少一個(gè)位于文丘里管腔室的內(nèi)壁中的冷卻氣體出口，其中所述冷卻氣體出口處于擴(kuò)散和圓柱段中的至少一個(gè)上，并且出口位于至少一個(gè)冷卻氣體進(jìn)口的下游和腔室軸向端部的上游。文丘里管腔室被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在燃燒器的主燃燒室和副燃燒室之間。冷卻氣體出口可以包括多個(gè)圍繞文丘里管腔室內(nèi)壁周向排列的冷卻氣體出口，使得冷卻氣體徑向向內(nèi)地噴射到文丘里管區(qū)域或者以與徑向線成小于90度的角度穿過文丘里管區(qū)域。
本發(fā)明還可以具體體現(xiàn)為一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的文丘里管，包括具有收斂段、擴(kuò)散段和圓柱段的雙壁文丘里管腔室，其中所述腔室限定了文丘里管區(qū)域，在該區(qū)域中，燃燒產(chǎn)物經(jīng)過收斂段、擴(kuò)散段和圓柱段向下游流動(dòng)；位于文丘里管腔室壁之間的冷卻氣體通道；位于文丘里管腔室的外壁中的冷卻氣體進(jìn)口，和至少一個(gè)位于文丘里管腔室的內(nèi)壁中的冷卻氣體出口，其中所述冷卻氣體出口處于擴(kuò)散或圓柱段中的至少一個(gè)上，并且出口將冷卻氣體徑向向內(nèi)噴射到文丘里管區(qū)域中。
此外，本發(fā)明可以具體體現(xiàn)為一種將冷卻氣體噴射到具有雙壁文丘里管腔室的燃燒器中的方法，該雙壁文丘里管腔室具有收斂段、擴(kuò)散段和圓柱段，其中所述腔室限定了位于燃燒器中的文丘里管區(qū)域，所述方法包括向文丘里管腔室的外壁提供冷卻氣體，使得冷卻氣體進(jìn)入外壁中的進(jìn)口；使用流經(jīng)位于文丘里管腔室外壁和內(nèi)壁之間的通道的冷卻氣體冷卻腔室，并且將冷卻氣體從腔室中排出并通過文丘里管腔室內(nèi)壁中的出口徑向向內(nèi)噴入燃燒器中，其中所述冷卻氣體出口位于腔室軸向端部的上游。該冷卻氣體可以是來自燃?xì)廨啓C(jī)的軸流式壓縮機(jī)的壓縮空氣并且壓縮空氣還直接流入收斂段的燃燒室上游。


圖1為傳統(tǒng)燃燒室的部分側(cè)面剖視圖。
圖2為燃燒室文丘里管部分的部分側(cè)面剖視圖，其中文丘里管腔室具有將冷卻空氣經(jīng)文丘里管噴入燃?xì)饬髦械膹较虺隹凇?br> 具體實(shí)施例方式
圖1舉例說明了一種傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)12，其包括壓縮機(jī)14(由壓縮機(jī)殼體的一部分表示)，燃燒器16和由單個(gè)葉片18表示的渦輪。渦輪沿公共軸可驅(qū)動(dòng)地連接到壓縮機(jī)上。壓縮機(jī)14使進(jìn)口空氣加壓，進(jìn)口空氣朝向燃燒器16反向(參見箭頭33)回轉(zhuǎn)。壓縮空氣冷卻燃燒器并且提供用于在燃燒器中進(jìn)行的燃燒過程的空氣。燃?xì)廨啓C(jī)包括多個(gè)通常為圓柱形的燃燒器16(只顯示一個(gè))，其被設(shè)置在燃?xì)廨啓C(jī)的外周。在一個(gè)示意性的燃?xì)廨啓C(jī)模型中，具有14個(gè)這樣的燃燒器。過渡管道20將燃燒器出口端與渦輪入口端連接起來以將熱的燃燒氣體作用傳遞給渦輪。
每個(gè)燃燒器16包括被文丘里管區(qū)域28隔開的主或上游燃燒室24和副或下游燃燒室26。燃燒器16被燃燒室流體套筒30所包圍，該套筒將壓縮排放空氣通向燃燒器。箭頭33顯示了壓縮空氣流體沿與燃燒器內(nèi)的燃燒氣流反向的方向流動(dòng)。燃燒器還被螺栓擰緊在渦輪機(jī)殼體32上的外殼31所圍繞。
主噴嘴36將燃料噴向上游燃燒室24并且圍繞中心副噴嘴38成環(huán)形排列。在示例性的燃?xì)廨啓C(jī)中，每個(gè)燃燒器可以包括6個(gè)主噴嘴36和1個(gè)副噴嘴38。每個(gè)主噴嘴36從后部燃燒器壁40伸入主燃燒室24。副噴嘴38從后壁40向喉部28伸出以將燃料噴入副燃燒室26中。燃料通過未示出的燃料管被輸送給噴嘴36。主燃燒室中的點(diǎn)火由未示出的火花塞和相連的十字火管所引起。
燃燒用空氣通過緊鄰噴嘴36出口端的空氣渦旋式噴嘴42被噴入燃料段。渦旋式噴嘴42將與燃料混合起來的漩渦狀的的燃燒用空氣從主噴嘴36噴入以提供在啟動(dòng)階段在主燃燒室24中燃燒用的混合物。用于渦旋式噴嘴42的燃燒用空氣來自壓縮機(jī)14和來自位于燃燒流體套筒30和燃燒器壁44之間的空氣路徑33。
燃燒器的圓柱形襯套壁44具有位于主燃燒室24中的槽或放熱孔48，以及位于副燃燒室26下游的類似的槽或放熱孔48。流過槽或放熱孔的壓縮排放空氣冷卻襯套并且將滲混空氣導(dǎo)入燃燒區(qū)域24，26以防止火焰溫度的顯著提高。副噴嘴38位于中心體50內(nèi)并且沿具有渦旋式噴嘴54的襯套52的整個(gè)長度延伸，壓縮排放空氣通過渦旋式噴嘴54被導(dǎo)入以與來自副文丘里管的燃料相混合。
圖2為燃燒室16的放大橫截面視圖，其更詳細(xì)地顯示了被改進(jìn)的文丘里管腔室60所限定的文丘里管區(qū)域。文丘里管腔室限定了位于主副燃燒室之間的喉部70。文丘里管腔室60包括上游收斂段56、擴(kuò)散段58和下游圓柱段59。雙壁文丘里管腔室60具有內(nèi)壁62和平行外壁63，兩個(gè)壁部通常都沿著文丘里管腔室的收斂段和擴(kuò)散段的輪廓，但是彼此處于徑向分開關(guān)系。
位于文丘里管壁62，63之間的冷卻通道64冷卻文丘里管壁。壁62，63可以分別被縱向內(nèi)部支柱65的格架支撐。外壁具有多個(gè)冷卻進(jìn)氣孔72，壓縮排放冷卻空氣穿過進(jìn)氣孔72進(jìn)入文丘里管通道64。冷卻空氣為來自壓縮機(jī)的空氣33，其流經(jīng)套筒30，并流過襯套壁44中的槽和放熱孔46，48。冷卻空氣向下游并且平行于燃燒氣體的方向穿過位于文丘里管壁之間的通道64流動(dòng)。
來自文丘里管通道64的冷卻空氣從設(shè)置在文丘里管內(nèi)壁62上的環(huán)形出口74被排出。環(huán)形出口可以被布置在圍繞內(nèi)壁62的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形陣列中。出口位于文丘里管中的冷卻空氣進(jìn)口72下游和文丘里管腔室軸向端部63的上游。燃燒室26中較低的壓力將文丘里管外壁63的外部流動(dòng)的較高壓力的空氣33吸入文丘里管空氣通道64中。冷卻空氣出口74將冷卻空氣沿大致垂直于燃燒室中心線的徑向排入燃燒室26中。換句話說，排放冷卻空氣可以從出口74沿與徑向線成銳角(即小于90度)的方向通過文丘里管噴入燃燒室中。
文丘里管腔室60的喉部加速了在主燃區(qū)上游預(yù)混的反應(yīng)物的核心燃燒。文丘里管中的氣體速度被維持在超過混合物的火焰速度以確保火焰前緣不會(huì)從上游蔓延到燃燒室的預(yù)混部分24中。用于冷卻文丘里管的空氣通過文丘里管的內(nèi)部環(huán)形通道向下游流動(dòng)，并且被排放到位于燃燒室襯套外表面上的沿軸向的燃燒室反應(yīng)區(qū)26中。用于冷卻文丘里管的空氣流過多個(gè)諸如槽、孔和口的噴射部位74被噴入到核心燃燒中。通過形成一系列的穿透射流實(shí)現(xiàn)了將冷卻空氣噴射到核流中，穿透射流沿著與軸向核流相垂直的方向。
來自文丘里管出口74的冷卻氣體的徑向排放被期望改善來自燃燒器的NOx和CO的排放水平。來自文丘里管壁的冷卻空氣的徑向噴射將增強(qiáng)文丘里管冷卻空氣和核心燃燒器反應(yīng)氣流的混合并從而減少NOx和/或CO排放。
盡管已經(jīng)結(jié)合目前為止被認(rèn)為是最實(shí)際和最佳的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于公開的實(shí)施例，相反地，本發(fā)明欲覆蓋包括在附加的權(quán)利要求書范圍和精神之內(nèi)的各種變型和等同結(jié)構(gòu)。

權(quán)利要求
1.一種用于燃燒器的文丘里管，包括具有一收斂段、一擴(kuò)散段(68)和一圓柱段(69)的一雙壁文丘里管腔室(60)，其中所述腔室限定了一文丘里管區(qū)域，在該文丘里管區(qū)域中，壓縮空氣、燃料和燃燒產(chǎn)物經(jīng)過該收斂段、擴(kuò)散段和圓柱段向下游流動(dòng)；一條位于該文丘里管腔室壁之間的冷卻氣體通道(64)；至少一個(gè)位于該文丘里管腔室的外壁(63)中的冷卻氣體進(jìn)口(72)，和至少一個(gè)位于該文丘里管腔室的內(nèi)壁(62)中的冷卻氣體出口(74)，其中所述冷卻氣體出口處于該擴(kuò)散段和圓柱段中的至少一個(gè)上，并且該出口位于該至少一個(gè)冷卻氣體進(jìn)口的下游和該腔室軸向端部(76)的上游。
2.如權(quán)利要求1所述的文丘里管，其特征在于，所述文丘里管腔室(60)被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在該燃燒器的主燃燒室(24)和副燃燒室(26)之間，而該燃燒器為燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。
3.如權(quán)利要求1所述的文丘里管，其特征在于，所述文丘里管腔室(60)還包括位于該收斂段和擴(kuò)散段之間的喉部(28)。
4.如權(quán)利要求1所述的文丘里管，其特征在于，該文丘里管腔室(60)的橫截面為圓形。
5.如權(quán)利要求1所述的文丘里管，其特征在于，該冷卻氣體出口(74)還包括多個(gè)圍繞該文丘里管腔室的內(nèi)壁(62)沿周向設(shè)置的冷卻氣體出口。
6.如權(quán)利要求1所述的文丘里管，其特征在于，該至少一個(gè)冷卻氣體出口(74)將冷卻氣體徑向向內(nèi)噴入該文丘里管區(qū)域中。
7.如權(quán)利要求1所述的文丘里管，其特征在于，該至少一個(gè)冷卻氣體出口(74)包括各自沿周向排列的兩列出口。
8.如權(quán)利要求1所述的文丘里管，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻氣體進(jìn)口(72)位于該外壁的收斂段和擴(kuò)散段(56，58)中。
9.如權(quán)利要求1所述的文丘里管，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻氣體進(jìn)口(72)為圍繞外壁(63)沿周向排列的一列進(jìn)口。
10.一種用于燃燒器的文丘里管，包括具有一收斂段(66)、一擴(kuò)散段(68)和一圓柱段(69)的一雙壁文丘里管腔室(60)，其中所述腔室限定了文丘里管區(qū)域，在文丘里管區(qū)域中，燃燒產(chǎn)物經(jīng)過該收斂段、擴(kuò)散段和圓柱段向下游流動(dòng)；一條位于該文丘里管腔室壁(62，63)之間的冷卻氣體通道(64)；一條位于該文丘里管腔室的外壁中的冷卻氣體進(jìn)口(72)，和至少一個(gè)位于該文丘里管腔室的內(nèi)壁中的冷卻氣體出口(74)，其中所述冷卻氣體出口處于該擴(kuò)散段和圓柱段中的至少一個(gè)上，并且該出口將冷卻氣體向內(nèi)噴射到該文丘里管區(qū)域中。
全文摘要
一種具有收斂段(66)、擴(kuò)散段(68)和圓柱段(59)雙壁文丘里管腔室(60)，其中所述腔室限定了文丘里管區(qū)域，在文丘里管區(qū)域中，壓縮空氣、燃料和燃燒產(chǎn)物經(jīng)過收斂段、擴(kuò)散段和圓柱段向下游流動(dòng)，并且在文丘里管腔室壁之間具有冷卻氣體通道(64)，至少一個(gè)位于文丘里管腔室的外壁中的冷卻氣體進(jìn)口(72)，和至少一個(gè)位于文丘里管腔室的內(nèi)壁中的冷卻氣體出口(74)，其中所述冷卻氣體出口位于擴(kuò)散段和圓柱段中的至少一個(gè)上，并且出口位于至少一個(gè)冷卻氣體進(jìn)口的下游和腔室軸向端部(76)的上游。
文檔編號F02C7/228GK1818362SQ20061000898
公開日2006年8月16日 申請日期2006年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者D·W·西蒙斯, T·C·阿蒙德三世, A·K·古普塔 申請人:通用電氣公司