CN101042242A - 具有改进燃料销的次级燃料喷嘴和燃料分散方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种改进的用于次级燃料喷嘴(10)的燃料销(112)，该燃料销包括至少一个槽(122)，从而更好地围绕次级燃料喷嘴体(16)分散燃料，因此提供了更均匀地燃料空气混合和更完全地燃烧。

Description

具有改进燃料销的次级燃料喷嘴和燃料分散方法
技术领域
本发明涉及具有改进燃料销的次级燃料喷嘴和燃料分散方法。
背景技术
为尽量降低来自气动涡轮的污染，政府机构制定了许多规章来要求降低排放量，尤其是氮氧化物(NOX)和一氧化碳(CO)的排放量。更低的燃烧排放来自于更有效的燃烧过程，特别涉及燃料喷射器和喷嘴。早期的燃烧系统使用产生扩散火焰的扩散型喷嘴，该喷嘴为分别喷射燃料和空气的喷嘴，其通过在火焰区扩散而完成混合。由于燃料和空气在高温下按化学计量燃烧这一事实，扩散型喷嘴产生高排放。对扩散型喷嘴的改进在于利用某些形式的预混合以使得燃料和空气先于燃烧而混合，以形成均匀的混合物，该混合物在比扩散型火焰更低的温度下燃烧，并产生更低NOX排放。预混合在燃料喷嘴内或在燃料喷嘴外发生，只要位于燃烧区的上游。图2示出了现有技术中使用预混合形式的燃烧系统的例子。
参照图2，示出了现有技术中用于喷射燃料和空气的燃料喷嘴10。该燃料喷嘴包括扩散引导管11和多个不连续的销12，这些销从导管13中获取燃料。扩散引导管11在喷嘴顶端直接将燃料通过涡旋式喷嘴14喷射到燃烧室中以形成稳定的引燃火焰。
发明内容
根据本发明的典型实施例提供一种改进的燃料销，该燃料销包括至少一个槽，从而更好地围绕次级燃料喷嘴体分散燃料，因此提供了更均匀的燃料空气混合物和更完全的燃烧。
因此，本发明可以实施到用于燃气轮机燃烧室的次级燃料喷嘴组件中，所述次级燃料喷嘴组件包括：基体；至基体的燃料供给源；喷嘴体，包括：具有纵轴和第一、第二纵向端的拉长管，所述拉长管的所述第一端固定到所述基体上并与所述基体相流体连通，顶端区域靠近所述第二端；至少一个固定于所述拉长管并从所述拉长管向外径向延伸的燃料喷射器销，至少一个所述燃料喷射器销具有至少一个限定于其中，用于喷射燃料以使得环绕所述喷嘴体的空气与所述燃料混合以形成预混合的槽；和位于所述拉长管中，并从所述第一纵向端延伸，以靠近所述至少一个燃料喷射器销的第一通道，所述第一通道与所述燃料供给源和所述至少一个燃料销相流体连通。
本发明还可以实施到在围绕次级燃料喷嘴组件的空气通道中分散燃料的方法中，该次级燃料喷嘴组件具有基体，至基体的燃料供给源，以及喷嘴体，该喷嘴体包括具有纵轴和第一，第二纵向端的拉长管，所述拉长管的所述第一端固定到所述基体上，并与所述基体相流体连通，顶端区域靠近所述第二端，该方法包括：提供至少一个从所述拉长管向外径向延伸的燃料喷射器销，至少一个所述燃料喷射器销具有至少一个限定于其中的槽；使来自所述燃料供给源的燃料沿位于所述拉长管中的第一通道流向所述至少一个燃料喷射器销；以及穿过所述至少一个槽喷射所述燃料，以与沿所述喷嘴体外表面流动的空气形成预混合。
附图说明
图1示意性地显示了燃烧室中次级燃料喷嘴的位置；
图2示意性地显示了具有传统燃料销的次级燃料喷嘴；
图3为次级燃料喷嘴中的传统燃料销的放大示意图；以及
图4为根据本发明的典型实施例的燃料销中的燃料喷射槽的放大示意透视图。
具体实施方式
本发明提供了一种改进的用于次级燃料喷嘴的燃料销以提供更均匀的空气和燃料的混合以及更均匀的燃料分散，该次级燃料喷嘴的燃料销使用切入至少一个燃料销中的至少一个曲线槽而不是传统的用于倾注燃料的钻孔。
图1示意性地显示了配置用于将燃料喷射到燃烧室18中的次级燃料喷嘴10。图1，2和3显示了配置在围绕喷嘴体16外周的不连续位置的，用于喷射与空气相混合的燃料的燃料销12。在图2的图例中，至少一个用于燃料的通道26从次级燃料喷嘴10的基体28延伸至喷射器销12的附近。图3显示了与图2结构相似的喷嘴，除了限定了延伸至燃料销12的同心通道126。附加通道30限定为从燃料销12的上游穿过次级燃料喷嘴到达喷射器的顶端14。
销12用于分散燃料以将燃料喷射到空气流20中以实现燃烧室上游的预混合。销的作用在于将燃料保持在次级燃料喷嘴的外部体16之上和之外以避免燃料浸湿表面，烧毁外部管。在这点上，销作为喷射器用于将燃料喷射到周围的空气流20中。优选地，喷射燃料以使得避免停滞点和可能的非受控点火。传统地，圆形的燃料销12与圆形的燃料分散孔22一同使用。然而，提供燃料喷射孔有效地将燃料作为流倾注进空气中。
根据本发明，图1，2和/或3所示结构中的燃料销12的一个或多个被替换为有槽的燃料销112。尤其是，燃料喷射销112的(多个)燃料出口122为(多个)槽122以使得更有效地沿燃烧方向喷射燃料而不是将燃料作为流倾注。因此，在本发明的典型实施例中，至少一个槽开口122限定在燃料销的一个或多个中而不是设置传统的圆形燃料分散孔。
槽122的设置更有效地将流出的燃料以均匀喷射模式分散而不是如同通过传统钻孔22而发生的燃料大的定向倾注。在所示典型实施例中，(多个)槽122为曲线形。在这点上，次级燃料喷嘴用称之为罩中心体24的圆形管状部件封闭。槽有利地弯曲以帮助在圆周通道中更均匀地分散喷雾，该圆周通道限定在喷嘴体16和罩中心体24之间。然而，应该知道的是，槽可以形成为直线而不是曲线。
在所示实施例中，在单个燃料销112中绘出了三个槽122，但应该知道的是也可以提供少至一个或多于三个的槽。槽的尺寸(高度和圆周长度)可以根据需求的燃料流和混合的优化而改变。因此，所示典型实施例不受各个槽的尺寸或形状的限制。而且，可以预见，特殊的槽可能具有大致相当于传统圆形燃料分散孔的横截面面积的横截面面积，然而其取决于喷射模式和测量的流和相关分析。因此，应该知道的是图4中的槽为了概念的澄清而不成比例地增加，而无意反映槽相对于燃料销的比例、槽的高度和宽度、或槽的数量，因为这些参数可以基于需求的燃料流、燃烧室尺寸、燃料类型、以及需求的喷射模式、测量流和分析而确定。在典型实施例中，槽122的横截面面积约为0.002到0.05in2，尤其是在非限制性的典型实施例中，该值约为0.0038in2，这个值与约0.07英寸直径的圆形孔的横截面面积相当。
提出的设计中的曲线槽允许燃料在罩中心体24和次级燃料喷嘴10之间进行分散。这种更优的燃料分散可以在开口的下游实施以获得更好更均匀的燃料空气混合物。因此，根据本发明的典型实施例，通过至少一个带槽的燃料销的喷射燃料避免了停滞点和可能的非受控喷射。
根据本发明的典型实施例的曲线槽可以使用锯孔型刀具形成。刀具切割的深度决定了槽的宽度(圆周长度)并且能因此被调整以允许更多或更少的燃料在各个槽中排出。而且，如图4所示，如果设置多个槽，可以调整至少包括宽度(圆周长度)在内的槽的尺寸，以相对于更远离次级燃料喷嘴体排出的燃料量而改变更靠近次级燃料喷嘴体排出的燃料量。
所有次级燃料喷嘴中的燃料销都可以是在此所提出的有槽的燃料销112。在可选择情况下，可以同时设置钻孔12和有槽的燃料销112。例如，为了需求的混合形态，燃料销可以交替地具有槽和钻孔。应该知道的是有槽的销的数量，钻孔的销的数量以及设置在各个燃料销中的各个孔和槽的数量都可以改变，以提供需求的燃料喷射量和模式。
虽然本发明已结合目前认为是最实用的和优选的实施例进行了说明，但应该知道的是本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求精神和范围内的各种变形和等同装置。
部件列表
燃料喷嘴10
扩散引导管11
钻孔燃料销12
燃料导管13
涡旋式喷嘴14
喷嘴体16
燃烧室18
空气流20
钻孔燃料分散孔22
罩中心体24
燃料通道26
基体28
附加通道30
有槽的燃料销112
同心通道126
燃料出口槽122

Claims (10)

1.一种用于燃气轮机燃烧室中的次级燃料喷嘴组件，所述次级燃料喷嘴组件包括：
基体(28)；
至所述基体的燃料供给源；
喷嘴体(16)，包括：
具有纵轴和第一、第二纵向端的拉长管，所述拉长管的所述第一端固定在所述基体上并与所述基体相流体连通，并且顶端区域靠近所述第二端；
至少一个固定于所述拉长管并从所述拉长管向外径向延伸的燃料喷射器销(12，112)，至少一个所述燃料喷射器销(112)具有至少一个限定于其中的槽，用于喷射燃料以使得环绕所述喷嘴体(16)的空气(20)与所述燃料混合以形成预混合；和
位于所述拉长管中并从所述第一纵向端延伸以靠近所述至少一个燃料喷射器销的第一通道(13、26、126)，所述第一通道与所述燃料供给源和所述至少一个燃料销相流体连通。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，设置多个所述燃料销(112)，且所述多个燃料销布置为绕所述拉长管的圆周向外径向突出。
3.根据权利要求2所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述燃料供给销(12)中的至少一个具有至少一个用于喷射燃料的圆形喷射器孔(22)。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述至少一个槽(122)为曲线形，以大致平行于所述拉长管的外周延伸。
5.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，多个槽(122)限定在所述有槽的燃料销(112)中。
6.根据权利要求5所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述槽中的至少一个具有不同于所述槽中的另一个的圆周长度。
7.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述有槽的燃料销具有基本上为圆形的横截面。
8.一种在围绕次级燃料喷嘴组件的空气通道中分散燃料的方法，所述次级燃料喷嘴组件具有基体(28)、至所述基体的燃料供给源、以及喷嘴体(16)，所述喷嘴体包括具有纵轴和第一、第二纵向端的拉长管，所述拉长管的所述第一端固定在所述基体上并与所述基体相流体连通，并且顶端区域靠近所述第二端，所述方法包括：
设置至少一个从所述拉长管向外径向延伸的燃料喷射器销(12、112)，至少一个所述燃料喷射器销(112)具有至少一个限定于其中的槽(122)；
使来自所述燃料供给源的燃料沿位于所述拉长管中的第一通道(13、26、126)流向所述至少一个燃料喷射器销；和
通过所述至少一个槽喷射所述燃料，以与沿所述喷嘴体(16)外表面流动的空气(20)形成预混合。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，设置多个所述燃料销，且使所述多个燃料销布置为绕所述拉长管的圆周向外径向突出。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述燃料供给销(12)中的至少一个具有至少一个圆形喷射器孔(22)，并且燃料也通过所述喷射器孔喷射。
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