專利名稱：改進(jìn)氣流分布的低排放燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，更具體地說，涉及提供改進(jìn)燃燒穩(wěn)定性及降低通 過燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生壓降的裝置及方法。
背景技術(shù)：
在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒系統(tǒng)中，燃料和壓縮空氣被混合在一起，點(diǎn)火產(chǎn)生熱燃?xì)怏w， 以驅(qū)動(dòng)輪機(jī)產(chǎn)生推力，或驅(qū)動(dòng)連接至用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸。為能減少污染 水平，政府機(jī)構(gòu)推出新規(guī)定，要求燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)減低排放水平，包括一氧化碳
(CO)和氧化氮(NOx)。依照這些新的排放要求，燃燒的普通類型是預(yù)混合燃燒，其 中燃料和壓縮空氣在引燃之前被混合在一起形成盡可能均質(zhì)的混合物，然后燃燒 該混合物來產(chǎn)生低排放。燃燒之前預(yù)混合燃料及壓縮空氣在排放方面有其優(yōu)點(diǎn)，也 有某些缺點(diǎn)，如燃燒不穩(wěn)定，尤其是動(dòng)態(tài)的燃燒過程。
為能在不使用催化劑情況下通過預(yù)混合燃燒達(dá)到盡可能低的排放量，則必須 向燃燒室提供貧燃混合物。然而，燃燒室中的燃料量越充足，火焰及燃燒過程就會(huì) 越穩(wěn)定。因此,如果在空氣定量情況下供給較小量的燃料可能會(huì)使貧燃混合物變得 更不穩(wěn)定。因此，當(dāng)貧燃混合物燃燒時(shí)，由于火焰不穩(wěn)定有可能產(chǎn)生更大的壓力脈 動(dòng)。促成火焰不穩(wěn)定的因素是空燃比，或者更進(jìn)一步說，是與已知量的燃料混合的 空氣量。進(jìn)入燃燒室的空氣量可能會(huì)改變，取決于空氣如何被導(dǎo)向燃燒室入口。如 果氣流不均衡，而且不能相對(duì)排除漩渦的話，進(jìn)入燃燒室的空氣量將會(huì)起波動(dòng)，因 而改變空燃比，消極地影響燃燒穩(wěn)定性。
例如一種現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，它使用預(yù)混合燃燒，其嚴(yán)重的氣流漩渦 導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定性以及較高的燃燒壓降，圖1為該燃燒室的截面圖。燃?xì)廨啓C(jī)燃燒 室10包括燃料噴射系統(tǒng)11,燃燒襯套12,轉(zhuǎn)換管道13,第一外套筒14及第二外套 筒15。對(duì)于示于圖1中的燃燒室，用于燃燒的空氣(圖中用箭頭表示)通過設(shè)置在第 一外套筒14及第二外套筒15中的多個(gè)孔進(jìn)入通常的環(huán)形通道16。在該現(xiàn)有技術(shù)
系統(tǒng)內(nèi)，空氣以不同的軸向位置以及不同的角度進(jìn)入，包括通常地垂直于燃燒襯套
12的壁以及轉(zhuǎn)換管道13的壁。因此，在通常的環(huán)形通道16中的氣流會(huì)有一些漩渦, 或切向速度分量。就是該漩渦導(dǎo)致不均衡的氣流分布到燃燒襯套12,并因在燃燒室 中引發(fā)空燃比波動(dòng)而因此產(chǎn)生燃燒穩(wěn)定性問題。為了嘗試及非機(jī)械式減少漩渦，通 過調(diào)整通道16和第一外套筒14及第二外套筒15中的多個(gè)孔的尺寸，來得到通過 通常環(huán)形通道16產(chǎn)生的較大壓降。通過燃燒室產(chǎn)生的額外壓降會(huì)導(dǎo)致總體效率損 失，因較小的壓力使整個(gè)燃燒過程及下游渦輪一起運(yùn)作。
因此，有需要為燃?xì)廨啓C(jī)提供這樣一種燃燒系統(tǒng)，其燃燒室的幾何結(jié)構(gòu)能提供 一種方法顯著減小切向速度，或減少漩渦，將空氣導(dǎo)向燃燒入口，以此減少燃燒穩(wěn) 定性問題，并減小通過燃燒室產(chǎn)生所需要的總壓降。減小燃燒室壓降將進(jìn)而提高燃 燒室效率，提高下游輪機(jī)效率及降低運(yùn)作成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性及減小通過燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室產(chǎn)生的壓降的燃 氣輪機(jī)燃燒室的裝置及方法。 一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，包括導(dǎo)流套筒，燃燒襯套，至 少一個(gè)燃料噴嘴，以及固定到導(dǎo)流套筒上且徑向地位于導(dǎo)流套筒和燃燒襯套之間 的多個(gè)葉片。這些葉片的作用是將氣流大致軸向地機(jī)械式導(dǎo)入導(dǎo)流套筒和燃燒襯套 之間的區(qū)域，以致于可消除切向速度分量，藉此向燃燒室提供更均衡的氣流并減小 壓降量，單靠壓降就可使氣流變直。
本發(fā)明的目的是提供一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，通過向燃燒室提供更均衡的氣流 去改善燃燒穩(wěn)定性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其通過向燃燒室提供比現(xiàn)有 技術(shù)更高壓力的氣流來減小通過燃燒室產(chǎn)生的壓降。
根據(jù)這些及其他的目的(在下文中將會(huì)更明顯)，現(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明加以詳 細(xì)描述。


圖1是依照現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的截面圖。
圖2是依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的截面圖。
圖3是依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室一個(gè)部分的詳細(xì)截面圖。
圖4是依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室部分截面的端視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照?qǐng)D2至圖4詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。參見圖2，圖中以截面 方式示出一部分燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)20。在該優(yōu)選實(shí)施例中，有多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室 21安裝到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)20上，圖2中只示出其中一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室。燃燒室 21包括導(dǎo)流套筒22,該套筒具有第一端23,第二端24，以及貼近第二端24設(shè)置的 多個(gè)第一孔25。按照本優(yōu)選實(shí)施例，多個(gè)第一孔25圍繞導(dǎo)流套筒22以圓周排列 方式軸向間隔開，如圖4所示，這些第一孔25每一個(gè)的直徑較佳地最大為2.00英 寸。燃燒襯套26徑向地設(shè)置在導(dǎo)流套筒22內(nèi)，從而在燃燒襯套26和導(dǎo)流套筒22 之間形成第一通道27。至少一個(gè)燃料噴嘴28設(shè)置在燃燒襯套26前端，用于噴射燃 料與燃燒襯套26中的空氣混合。本發(fā)明該優(yōu)選實(shí)施例使用多個(gè)燃料噴嘴28，且每 個(gè)燃料噴嘴都固定到端蓋29上，該端蓋為每個(gè)燃料噴嘴28供應(yīng)燃料。
導(dǎo)流套筒22的另一特征是多個(gè)葉片(vanes)30,這些葉片固定到導(dǎo)流套筒22上 接近多個(gè)第一孔25處。這些葉片30朝向燃燒襯套26徑向向內(nèi)延伸到第一通道27 內(nèi)。葉片30的數(shù)量最好與第一孔25的數(shù)量相等，如圖4所示。此外，這些葉片沿 著導(dǎo)流套筒22軸向地定向，以使它們每一個(gè)都能在空氣通過多個(gè)第一孔25進(jìn)入第 一通道27時(shí)有效地消除切向速度分量，或漩渦。因此，這些葉片30的作用是大致 軸向地將空氣導(dǎo)向?qū)Я魈淄驳牡谝欢?3。圖4清楚地示出，這些葉片30最好是圍 繞導(dǎo)流套筒22沿圓周等距離隔開。此外，每個(gè)葉片30具有軸向長(zhǎng)度L(見圖3)，第 一壁31和第二壁32(見圖4),藉此形成葉片厚度T,第一壁31和第二壁32各自的 一邊相對(duì)導(dǎo)流套筒22終止。調(diào)整這些葉片的尺寸能有效消除進(jìn)入第一通道27的氣 流中的漩渦。因此，軸向長(zhǎng)度L及厚度T將會(huì)隨個(gè)別燃燒室設(shè)計(jì)及氣流特征而有所 變化。為防止第一通道27中額外的壓力損耗，葉片邊緣最好呈圓形。此外，需要特 別注意，為了使氣流的漩渦減到的最小，最好使這些葉片朝向燃燒襯套26延伸，但 需保留一定距離，以使葉片邊緣在任何情況下都不會(huì)接觸到燃燒襯套26。這些葉片 30與燃燒襯套26偶然接觸可能導(dǎo)致這些葉片30和燃燒襯套26都有磨損及應(yīng)力。 本優(yōu)選實(shí)施例中，葉片邊緣與燃燒襯套26之間的徑向距離最多為0.350英寸，確保 在任何操作情況下保持有最低限度的間隙。
除了上述的裝置外，本發(fā)明還涉及一種減小通過燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室產(chǎn)生的壓降 的方法，該方法結(jié)合了本發(fā)明的燃燒裝置。 一種減小通過燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室產(chǎn)生的壓 降的方法包括以下步驟提供燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室21,該燃燒室包括導(dǎo)流套筒22,其具 有第一端23，第二端24,以及貼近第二端24設(shè)置的多個(gè)第一孔25。燃燒室21還
包括徑向地設(shè)置在導(dǎo)流套筒22中的燃燒襯套26，由此在導(dǎo)流套筒22和燃燒襯套 26之間形成第一通道27,以及至少一個(gè)用于噴射燃料與燃燒襯套中的空氣混合的 燃料噴嘴28。此外，燃燒室21包括多個(gè)葉片30,這些葉片固定到導(dǎo)流套筒22上接 近多個(gè)第一孔25處，并朝向燃燒襯套26徑向向內(nèi)延伸到第一通道27內(nèi)。接著，將 壓縮氣流導(dǎo)向通過多個(gè)第一孔25,進(jìn)入第一通道27以及所述多個(gè)葉片30之間。這 些葉片30使氣流變直，從而有效地消除來自壓縮氣流的切向速度分量，然后以更 均衡模式將氣流大致軸向地導(dǎo)向?qū)Я魈淄驳谝欢?3。這樣，所述多個(gè)第一孔25及 多個(gè)葉片30機(jī)械地使通過的氣流變直，從而減小自導(dǎo)流套筒第二端24至導(dǎo)流套筒 第一端23通過燃燒室產(chǎn)生的壓降。通過導(dǎo)流套筒22和第一通道27產(chǎn)生的較低壓 降致使高壓空氣供給燃燒室。因此提高了燃燒效率，使得輪機(jī)的工效更高。
本發(fā)明以目前所知為優(yōu)選實(shí)施例的方式作出描述，應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于 所透露的實(shí)施例，正好相反，本發(fā)明有意在權(quán)利要求的范圍內(nèi)覆蓋不同的變型及等 同方案。
權(quán)利要求
1.一種具有增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，所述燃燒室包括導(dǎo)流套筒，所述導(dǎo)流套筒具有第一端，第二端，以及貼近所述第二端設(shè)置的多個(gè)第一孔；燃燒襯套，所述燃燒襯套徑向地設(shè)置在所述導(dǎo)流套筒內(nèi)，由此在所述燃燒襯套和所述導(dǎo)流套筒之間形成第一通道；至少一個(gè)燃料噴嘴，用于噴射燃料以與所述燃燒襯套中的空氣混合；以及多個(gè)葉片，所述葉片固定到所述導(dǎo)流套筒上接近所述多個(gè)第一孔處，且所述葉片朝向所述燃燒襯套徑向向內(nèi)延伸到所述第一通道內(nèi)，使得所述多個(gè)葉片有效地消除通過所述多個(gè)第一孔進(jìn)入所述第一通道的空氣的切向速度分量，以將所述空氣大致軸向地導(dǎo)向所述導(dǎo)流套筒第一端。
2. 如權(quán)利要求l所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)葉片圍繞所述 導(dǎo)流套筒沿圓周等距離隔開。
3. 如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)葉片具有軸向 長(zhǎng)度，第一壁和第二壁，由此形成葉片厚度，所述第一壁和第二壁的一邊相對(duì)所述 導(dǎo)流套筒終止。
4. 如權(quán)利要求3所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述葉片的邊緣是圓形的。
5. 如權(quán)利要求3所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述葉片邊緣與所述燃 燒襯套保持隔開一徑向距離。
6. 如權(quán)利要求5所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述徑向距離達(dá)0.350 英寸。
7. 如權(quán)利要求l所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)第一孔圍繞所 述導(dǎo)流套筒以圓周排列方式軸向隔開。
8. 如權(quán)利要求7所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)葉片的數(shù)量等 于每個(gè)所述圓周排列中的所述多個(gè)第一孔的數(shù)量。
9. 如權(quán)利要求7所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)第一孔的直徑 達(dá)2.00英寸。
10. —種減小通過燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室產(chǎn)生的壓降的方法，所述方法包括以下 步驟提供燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，所述燃燒室包括導(dǎo)流套筒，所述導(dǎo)流套筒具有第一端, 第二端，以及貼近所述第二端設(shè)置的多個(gè)第一孔；燃燒襯套，所述燃燒襯套徑向地 設(shè)置在所述導(dǎo)流套筒中，由此在兩者之間形成第一通道；至少一個(gè)燃料噴嘴，用于 噴射燃料以與所述燃燒襯套中的空氣混合；以及多個(gè)葉片，所述葉片固定到所述導(dǎo) 流套筒上接近所述多個(gè)第一孔處并朝向所述燃燒襯套徑向向內(nèi)延伸到所述第一通 道內(nèi)；使壓縮氣流導(dǎo)向通過所述多個(gè)第一 L,進(jìn)入所述第一通道以及所述多個(gè)葉片 之間；通過所述多個(gè)葉片使所述壓縮氣流變直，以有效地消除來自所述壓縮氣流的 切向速度分量，然后使所述壓縮氣流大致軸向地導(dǎo)向所述導(dǎo)流套筒第一端；其中， 通過所述多個(gè)葉片機(jī)械地使所述壓縮氣流變直，減小自所述導(dǎo)流套筒第二端至所 述導(dǎo)流套筒第一端通過所述燃燒室產(chǎn)生的壓降。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)葉片圍繞所述導(dǎo)流 套筒沿圓周等距離隔開。
12. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述葉片具有軸向長(zhǎng)度，第一 壁和第二壁，由此形成葉片厚度，所述第一壁和第二壁的一邊相對(duì)所述導(dǎo)流套筒終 止。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述葉片邊緣是圓形的。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述葉片邊緣與所述燃燒襯 套保持隔開一徑向距離。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述徑向距離達(dá)0.350英寸。
16. —種具有更均衡的圓周氣流分布的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，所述燃燒室包括 導(dǎo)流套筒，所述導(dǎo)流套筒具有第一端，第二端，以及貼近所述第二端設(shè)置的多個(gè)第一孔；燃燒襯套，所述燃燒襯套徑向地設(shè)置在所述導(dǎo)流套筒內(nèi)，由此在所述燃燒襯套 和所述導(dǎo)流套筒之間形成第一通道；至少一個(gè)燃料噴嘴，用于噴射燃料以與所述燃燒襯套中的空氣混合；以及 多個(gè)葉片，所述葉片固定到所述導(dǎo)流套筒上接近所述多個(gè)第一孔處，并朝向所 述燃燒襯套徑向向內(nèi)延伸到所述第一通道內(nèi)，與所述燃燒襯套保持一徑向距離，使 得所述多個(gè)葉片有效地消除通過所述多個(gè)第一孔進(jìn)入所述第一通道的空氣的切向 速度分量，由此將所述空氣大致軸向地導(dǎo)向所述導(dǎo)流套筒第一端，以向所述燃燒室 沿圓周提供更均衡的氣流模式。
17. 如權(quán)利要求16所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)葉片圍 繞所述導(dǎo)流套筒沿圓周等距離隔開。
18. 如權(quán)利要求17所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述葉片具有軸向長(zhǎng)度，第一壁和第二壁，由此形成葉片厚度，所述第一壁和第二壁的一邊相對(duì)所 述導(dǎo)流套筒終止。
19. 如權(quán)利要求18所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述葉片的邊緣 是圓形的。
20. 如權(quán)利要求16所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述徑向距離達(dá) 0.350英寸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提供增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性和減小通過燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室產(chǎn)生的壓降的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的裝置及方法。多個(gè)葉片固定到導(dǎo)流套筒上并徑向地位于該導(dǎo)流套筒和燃燒襯套之間。這些葉片的作用是將氣流大致軸向地導(dǎo)入導(dǎo)流套筒和燃燒襯套之間的區(qū)域，以致于可消除切向速度分量，藉此向燃燒室提供更均衡的氣流并減小壓降量，單靠壓降就可使氣流變直。
文檔編號(hào)F02C1/00GK101351633SQ200680050137
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者V·C·馬特靈, 肖振華 申請(qǐng)人:動(dòng)力體系制造有限公司