CN101080596A - 燃气轮机燃烧室 - Google Patents

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Abstract

一种燃烧室(500)，具有预混合燃烧器(100)，每个预混合燃烧器都包括在燃烧器管(120)中的燃料喷嘴(110)，该燃料喷嘴(110)具有在其外周表面上的涡旋叶片(130)。每个涡旋叶片(130)具有喷射孔(133a、133b)。当燃气轮机处于满载荷条件下时，燃料从所有涡旋叶片(130)的喷射孔(133a、133b)喷射，且当处于部分载荷条件下时，执行分级控制。在分级控制中，燃料仅从特定数量的涡旋叶片(130)的喷射孔(133a、133b)喷射，这些涡旋叶片在周缘方向上相邻近，而停止从其余涡旋叶片(130)的喷射孔(133a、133b)喷射燃料。由于对每个涡旋叶片(130)来说燃料喷射和停止的分级控制，甚至在部分载荷条件下，燃料－空气比可以局部地增加，以使得能抑制CO和UHC的产生而实现高效的燃烧。

Description

燃气轮机燃烧室
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机的燃烧室。本发明采用能实现新颖的分级控制的特征，且由此意图使甚至在燃气轮机运行于轻载荷之下时，也能使燃气轮机执行高效率的运转，同时降低排放气体中含有的一氧化碳(CO)和未燃尽燃料(UHC：未燃尽碳氢化合物)的量。
背景技术
用于发电等的燃气轮机由压缩机、燃烧室和涡轮作为主要构件。燃气轮机通常具有多个燃烧室，且将被压缩机压缩的空气与提供至燃烧室的燃料混合，并在每个燃烧室中燃烧该混合物，以产生高温燃烧气体。该高温燃烧气体被提供至涡轮，以旋转地驱动涡轮。
参见图12对传统燃气轮机的燃烧室的例子进行描述。
如图12所示，燃气轮机的多个燃烧室10环状地布置在燃烧室壳体11中(在图12中仅显示了一个燃烧室)。该燃烧室壳体11和燃气轮机壳体12充满压缩空气，以形成壳体13。已经被压缩机所压缩的空气被引入该壳体13中。被引入的空气通过空气入口14进入燃烧室10的内部，该空气入口14设置在燃烧室10的上游部分。在燃烧室10内管15的内部，从燃料喷嘴16供应的燃料与压缩空气混合并燃烧。由燃烧所产生的燃烧气体经过大小头接管17，向涡轮室供应，以旋转涡轮转子。
图13为燃料喷嘴16、内管15和大小头接管17处于分离状态下的透视图。如该图所示，燃料喷嘴16具有多个预混合燃料喷嘴16a和一个引导燃料喷嘴16b。多个旋流器18设置在内管15中。该多个预混合燃料喷嘴16a穿过旋流器18并随后插入内管15中。
由此，从预混合燃料喷嘴16a喷入的燃料与空气预混合，并在内管15中燃烧，该空气通过旋流器18被转换为涡旋式气流。
图12和13的例子属于这样的类型：燃料喷嘴16插入设置在内管15中的旋流器18。然而，还有这样一类燃烧室：多个旋流器(涡旋叶片)设置在燃料喷嘴的外周表面上，且燃料从旋流器喷入。
以这种将多个旋流器(涡旋叶片)设置在燃料喷嘴外周表面上的燃烧室，采用贫预混合燃烧作为用于提高燃气轮机效率同时降低CO和UHC产生的技术。如果采用这种贫预混合燃烧，燃料与空气的混合比(燃料-空气比例：F/A)必须维持在“特定范围”，以便同时抑制CO的产生和UHC的产生。
专利文献1：日本未审查专利申请No.1999-14055
专利文献2：日本未审查专利申请No.2004-12039
发明内容
本发明要解决的技术问题
用这种配备了设置在燃料喷嘴外周表面上的多个旋流器(涡旋叶片)类型的燃烧室的燃气轮机，如果载荷降低且造成部分载荷，则向该燃烧室供应的燃料量减少。即使造成这种部分载荷，惯常的做法是从所有设置在燃烧室燃料喷嘴外周表面上的涡旋叶片上喷射燃料，以进行燃烧。由此，燃烧室的燃料-空气比F/A可以很低，以致于脱离前述的“特定范围”。
在部分载荷情况下，如上所述，传统技术可能会让燃料-空气比F/A过低。在这种情况下，产生的CO和UHC的量增加。由于燃料-空气比F/A很低，即燃料浓度很低，进而燃烧效率降低。
鉴于上述传统技术，实施了本发明。本发明的目的是提供一种配备了设置在燃料喷嘴外周表面上的多个旋流器(涡旋叶片)类型的燃烧室，甚至当燃气轮机在轻载荷下运行时，该燃烧室能执行高效的燃烧，而减少排放气体中包含的一氧化碳(CO)和未燃尽燃料(UHC：未燃尽碳氢化合物)。
解决技术问题的手段
用于解决上述问题的本发明的构成为一种燃气轮机的燃烧室，该燃烧室具有燃烧器，该燃烧器包括：
燃料喷嘴；
涡旋叶片，其布置在沿燃料喷嘴外周表面的周缘方向上的多个位置，所处状态是沿燃料喷嘴的轴线方向延伸，且该涡旋叶片从沿燃料喷嘴的轴线方向流动的空气流的上游侧朝向其下游侧逐渐弯曲，以便使空气围绕气流喷嘴涡旋，其特征是
燃烧室包括：
喷射孔，形成在每个涡旋叶片中，用于喷射燃料；
燃料通路，用于分别向形成在每个涡旋叶片中的喷射孔供应燃料；
阀门，设置在各个燃料通路中；和
控制部分，用于控制阀门的打开或关闭，且
该控制部分，
当燃气轮机处于满载荷状态时，使所有阀门处于打开状态，且
当燃气轮机处于部分载荷状态时，根据载荷控制阀门中的特定阀门的打开程度，并关闭阀门中其余的阀门。
本发明的另外一种构成是一种燃气轮机的燃烧室，该燃烧室具有燃烧器，该燃烧器包括：
燃料喷嘴；
涡旋叶片，其布置在沿燃料喷嘴外周表面的周缘方向上的多个位置，所处状态是沿燃料喷嘴的轴线方向延伸，且该涡旋叶片从沿燃料喷嘴的轴线方向流动的空气流的上游侧朝向其下游侧逐渐弯曲，以便使空气围绕气流喷嘴涡旋，其特征是
燃烧室包括：
喷射孔，形成在每个涡旋叶片中，用于喷射燃料；
燃料通路，用于分别向形成在每个涡旋叶片中的喷射孔供应燃料；
阀门，设置在各个燃料通路中；和
控制部分，用于控制阀门的打开或关闭，且
该控制部分，
当燃气轮机处于满载荷状态时，使所有阀门处于打开状态，且
当燃气轮机处于部分载荷状态时，根据载荷控制阀门中的特定阀门的打开程度，并关闭阀门中其余的阀门，特定阀门设置在燃料通路中，用于向形成在特定数量的涡旋叶片上的喷射孔供燃料，这些特定数量的涡旋叶片邻近地布置在周缘方向上。
本发明的另外一种构成是一种燃气轮机的燃烧室，该燃烧室具有多个燃烧器，每个燃烧器包括：
燃料喷嘴；
涡旋叶片，其布置在沿燃料喷嘴外周表面的周缘方向上的多个位置，所处状态是沿燃料喷嘴的轴线方向延伸，且该涡旋叶片从流沿燃料喷嘴的轴线方向流动的空气流的上游侧朝向其下游侧逐渐弯曲，以便使空气围绕气流喷嘴涡旋，其特征是
燃烧室包括：
在内周侧的喷射孔和在外周侧上的喷射孔，二者都形成在每个涡旋叶片的内周侧和外周侧上，用于喷射燃料；
燃料通路，用于向形成在每个涡旋叶片内周侧和外周侧上的喷射孔分别供应燃料；
阀门，设置在各个燃料通路中；和
控制部分，用于控制阀门的打开或关闭，且
该控制部分在多个燃烧器上执行控制，其方式是：
当燃气轮机处于满载荷状态时，使所有阀门处于打开状态，且
当燃气轮机处于部分载荷状态时，根据载荷控制在燃料通路中用于向内周侧上的喷射孔供应燃料的阀门的打开程度，以及关闭设置在燃料通路中用于向外周侧上的喷射孔供应燃料的阀门。
本发明的另外一种构成是一种燃气轮机的燃烧室，该燃烧室具有多个燃烧器，每个燃烧器包括：
燃料喷嘴；
涡旋叶片，其布置在沿燃料喷嘴外周表面的周缘方向上的多个位置，所处状态是沿燃料喷嘴的轴线方向延伸，且该涡旋叶片从沿燃料喷嘴的轴线方向流动的空气流的上游侧朝向其下游侧逐渐弯曲，以便使空气围绕气流喷嘴涡旋，其特征是
燃烧室包括：
形成在每个涡旋叶片中用于喷射燃料的喷射孔，和形成在燃料喷嘴中用于喷射燃料的喷射孔；
燃料通路，用于分别向形成在每个涡旋叶片中的喷射孔和形成在燃料喷嘴中的喷射孔供应燃料；
阀门，设置在各个燃料通路中；和
控制部分，用于控制阀门的打开或关闭，和
该控制部分在多个燃烧器上执行控制，其方式是：
当燃气轮机处于满载荷状态时，使所有阀门处于打开状态，且
当燃气轮机处于部分载荷状态时，根据载荷控制设置在燃料通路中用于向形成在燃料喷嘴中的喷射孔供应燃料的阀门的打开程度，以及关闭设置在燃料通路中用于向形成在涡旋叶片中的喷射孔供应燃料的阀门。
本发明的另外一种构成是燃气轮机的上述燃烧室，其特征是
由与涡旋叶片后边缘处的涡旋叶片的平均脊线相切的切线和沿燃料喷嘴的轴线方向延伸的轴线所形成的角度，在涡旋叶片后边缘的内周侧上为0度至10度，且在涡旋叶片后边缘的外周侧上的角度大于涡旋叶片后边缘的内周侧上的角度。
本发明的另外一种构成是燃气轮机的上述燃烧室，其特征是
由与涡旋叶片后边缘处的涡旋叶片的平均脊线相切的切线和沿燃料喷嘴的轴线方向延伸的轴线所形成的角度，在涡旋叶片后边缘的内周侧上为0度至10度，且在涡旋叶片后边缘的外周侧上的角度为25度至35度。
本发明的有益效果
根据本发明，在具有燃烧器的燃气轮机燃烧室中执行分级控制，该燃烧器具有设置在燃料喷嘴外周表面上的涡旋叶片，和设置在每个涡旋叶片中的喷射孔：当燃气轮机处于部分载荷条件下时，燃料仅通过设置在特定涡旋叶片中的喷射孔喷入，且没有燃料通过设置在其余涡旋叶片中的喷射孔喷入。由此，整个燃烧器中燃料-空气比很低，但在每个涡旋叶片的附近(即局部地)燃料-空气比可以升高。结果，甚至在部分载荷下，所产生的CO和UHC的量也会降低，且燃烧效率可以升高。
附图说明
图1为根据本发明实施例1的燃气轮机的燃烧室的结构图；
图2为根据实施例1，设置在燃烧室中的预混合燃烧器的燃料喷嘴和涡旋叶片的透视图；
图3为从上游侧观察的根据实施例1的设置在燃烧室中的预混合燃烧器的燃料喷嘴和涡旋叶片的透视图；
图4为从下游侧观察的根据实施例1的设置在燃烧室中的预混合燃烧器的燃料喷嘴和涡旋叶片的透视图；
图5是涡旋叶片弯曲状态的示意图；
图6为涡旋叶片高度与空气流速之间关系的特征图；
图7为燃料浓度分布与涡旋叶片外周侧上的角度之间关系的特征图；
图8为根据本发明实施例1的燃烧室的布置状态结构图；
图9为根据本发明实施例1的燃烧室中管路布置的系统示意图；
图10为根据本发明实施例2的燃烧室结构图；
图11为本发明实施例2的修改例的结构图；
图12为传统燃气轮机燃烧室的结构图；
图13为处于分解状态下的传统燃气轮机燃烧室的燃料喷嘴、内管和大小头接管的透视图。
图中数字和标记说明
100、100A至100H预混合燃烧器
110燃料喷嘴
111空气通路
120燃烧器管
121间隙
130涡旋叶片
131间隙设定肋
132a叶片腹侧面
132b叶片背侧面
133a、133b、133c、133d喷射孔
200引导燃烧器
300A1至300A6、300B1至300B6、300C1至300C6、300D1至300D6、300E1至300E6、300F1至300F6、300G1至300G6和300H1至300H6 300c、300d阀门
310、320控制部分
500、520燃烧室
L、LA1至LA6、LB1至LB6、LC1至LC6、LD1至LD6、LE1至LE6、LF1至LF6、LG1至LG6和LH1至LH6燃料通路
A压缩空气
a呙旋空气流
u旋涡空气流
具体实施方式
基于以下所示的实施例，对本发明的实施例进行详细描述。
本发明的发明人开发了一种具有新颖特征的燃气轮机的预混合燃烧器，该燃烧器具有涡旋叶片(旋流叶片)，其设置在燃料喷嘴的外周表面上。所开发的新颖预混合燃烧器能完全地混合燃料，以形成均匀浓度的可燃气体，且能使可燃气体的流速一致，以可靠地防止回火。
以下的实施例解释了采用这种新颖预混合燃烧器而将本发明应用于燃烧室的实例。
实施例1
<实施例1的总体结构>
如图1所示，在根据本发明实施例1的燃气轮机的燃烧室500中，多个(例如8个)预混合燃烧器100围绕引导燃烧器200的周缘布置。引导燃烧喷嘴，尽管未示出，构建在该引导燃烧器200中。
在周缘方向平行布置的多个(例如8个)预混合燃烧器100，以及一个引导燃烧器200构成燃烧室500，且如此构建的多个燃烧室500安装在燃气轮机中。
该预混合燃烧器100由燃料喷嘴110、燃烧器管120和涡旋叶片(旋流叶片)130作为主要构件。
燃烧器管120设置为与燃料喷嘴110同心并且环绕燃料喷嘴110。由此，环状空气通路111形成在燃料喷嘴110外周表面和燃烧器管120内周表面之间。
压缩空气A从空气通路111的上游侧(图1中的左手侧)通过空气通路111流至其下游侧(图1中的右手侧)。
如图1所示，图2为透视图，图3为从上游侧观察的视图，而图4为从下游侧观察的视图，涡旋叶片130设置在沿燃料喷嘴110周缘方向的多个位置(本实施例中为六个位置)，并沿燃料喷嘴110的轴线方向延伸。
在图1中，为了易于理解，仅显示了两个沿周缘方向设置为0度和180度的涡旋叶片130(在图1的状态中，实际上可以看到所有的四个涡旋叶片)。
每个涡旋叶片130设计为向流过空气通路111的压缩空气A赋予涡旋力，由此将压缩空气A转换为涡旋空气流a。为达到此目的，每个涡旋叶片130逐渐从其上游侧朝向其下游侧弯曲(沿周缘方向倾斜)，以便能使压缩空气A涡旋。涡旋叶片130的弯曲状态的详细情况将随后描述。
在每个涡旋叶片130的外周侧末端表面(梢部)与燃烧器管120的内周表面之间设置间隙(空隙)121。
进而，间隙设定肋131固定到每个涡旋叶片130的外周侧末端表面(梢部)的前边缘侧。每个间隙设定肋131具有这样的高度(直径长度)，以使得当配备了涡旋叶片130的燃料喷嘴110装配到燃烧器管120内部时，能紧密接触燃烧器管120的内周表面。
由此，形成在每个涡旋叶片130和燃烧器管120之间的每个间隙121的长度(直径长度)都相等。还有，易于执行将配备了涡旋叶片130的燃料喷嘴110装配到燃烧器管120内部的装配操作。
喷射孔133b(由图1和图2中的虚线圆表示)形成在每个涡旋叶片130的叶片背侧面132b中，且喷射孔133a(由图1和图2中的实线圆表示)形成在每个涡旋叶片130的叶片腹侧面132a中。在这种情况下，喷射孔133b与喷射孔133a的形成位置是交错布置的。
由此，当观察相邻的涡旋叶片131时，形成在其中一个相邻涡旋叶片131的叶片腹侧面132a中的喷射孔133a的位置以及形成在另一个相邻涡旋叶片131背侧面132b中的喷射孔133b的位置相对于彼此移置。
燃料通路，尽管未示出，形成在燃料喷嘴110和每个涡旋叶片130中，且燃料经由燃料喷嘴110和每个涡旋叶片130的燃料通路而被供应到各个喷射孔133a、133b。
由此，燃料通过各个喷射孔133a、133b朝向空气通路111喷射。此时，喷射孔133a的布置位置和喷射孔133b的布置位置相对于彼此移置，以使得通过喷射孔133a喷射的燃料和通过喷射孔133b喷射的燃料不会干涉(碰撞)。
所喷射的燃料与空气A(a)混合，以形成可燃气体，其被送入内管的内部空间，用于燃烧。
燃料通路的布置状态以及分级控制技术是本发明的技术要点，将在后面说明。
在此，参考图1至4对涡旋叶片130的弯曲状态进行描述。
(1)简要地，每个涡旋叶片130都从其上游侧朝向其下游侧逐渐地弯曲，以便能使压缩空气A涡旋。
(2)只要涉及轴线方向(燃料喷嘴110的纵向方向)，曲率就可以从上游侧较远处增加直至达到下游侧较近处。
(3)在涡旋叶片130的后边缘，与内周侧相比，关于直径方向(燃料喷嘴110的径向方向(放射方向))曲率朝向外周侧增加。
参考图5对(3)中的涡旋叶片130后边缘的上述曲率作进一步描述。
在图5中，虚线代表涡旋叶片130内周侧(最内部的周缘表面)上的叶片轮廓(叶片截面形状)，而实线代表涡旋叶片130外周侧(最外部的周缘表面)上的叶片轮廓(叶片截面形状)。
在由虚线代表的内周侧上的叶片轮廓中，平均脊线(轮廓线)设定为L11，且在涡旋叶片后边缘与平均脊线L11相切的切线设定为L12。
在由实线代表的外周侧上的叶片轮廓中，平均脊线(轮廓线)设定为L21，且在涡旋叶片后边缘与平均脊线L21相切的切线设定为L22。
沿燃料喷嘴110轴线方向的轴线设定为L0。
根据本发明，如图5所示，在涡旋叶片130的后边缘，内周侧上的切线L12与轴线L0形成的角度设为0度，而外周侧上的切线L22与轴线L0形成的角度设为比内周侧上的角度大。
根据本发明人的研究，当在涡旋叶片后边缘、由轴线和与平均脊线相切的切线形成的角度，从内周侧朝向外周侧增加时，这种情况认为是“最佳的”。
(a)将内周侧上的角度设置为0度至10度，且
(b)将外周侧上的角度设置为25度至35度。
此处，用语“最佳的”意思是：
(i)无论是在空气通路111的内周侧上或外周侧上，空气A(a)的流速都是一致的，且可以防止逆燃(回火)的发生，且
(ii)无论是在空气通路111的内周侧上或外周侧上，燃料的浓度都是均匀的。
对(i)的原因进行描述。
假定在内周侧上由与平均脊线相切的切线和轴线所形成的角度设置为与外周侧上的角度相等。在这种情况下，产生从内周侧朝向外周侧的流线(空气流)。结果，在空气通路111内周侧上经过的空气A(a)的流速(沿轴线方向流过)变低，同时在空气通路111外周侧上经过的空气A(a)的流速(沿轴线方向流过)变高。如果内周侧上的空气流速以这种方式降低，则很可能在内周侧发生逆燃。
然而，在本发明中，由与平均脊线相切的切线和轴线所形成的角度从内周侧朝向外周侧增加。由此，可以抑制从内周侧朝向外周侧的流线的产生。因此，无论是在空气通路111的内周侧上或外周侧上，空气A(a)的流速都是一致的，且能防止逆燃(回火)的发生。
对(ii)的原因进行解释。
空气通路111的周缘长度在内周侧上较短，在外周侧的较长。在本发明中，由与平均脊线相切的切线和轴线形成的角度从内周侧朝向外周侧增加。由此，在具有较大周缘长度的外周侧上向压缩空气A赋予涡旋的力(效应)比在具有较小周缘长度的内周侧更强。由此，不仅是在内周侧上而且在外周侧上，向压缩空气A赋予涡旋的力在每个单位长度上都是一致的。由此，在外周侧以及内周侧上燃料浓度都是均匀的。
进而，参见图6和7对于形成以下角度的原因进行解释：在涡旋叶片后边缘、由与平均脊线相切的切线和轴线形成的角度为
(a)设为0度至10度，作为内周侧上的角度，和
(b)设为25度至35度，作为外周侧上的角度这两幅图为显示实验结果的特征视图。图6和7中所示的“角度”为在涡旋叶片后边缘、由轴线和与平均脊线相切的切线所形成的角度。
图6为特征视图，其中纵坐标代表涡旋叶片130的高度(％)，而横坐标代表空气A(a)的流速。涡旋叶片的100％高度为涡旋叶片的最外周缘位置，而涡旋叶片的0％高度为涡旋叶片的最内周缘位置。
图6显示的是内周侧上的角度为0度而外周侧上的角度为5度的特征，内周侧上的角度为0度而外周侧上的角度为30度的特征，内周侧上的角度为0度而外周侧上的角度为35度的特征，以及内周侧上的角度为20度而外周侧上的角度为20度的特征。
图7为特征视图，其中以燃料浓度分布绘制为纵坐标，而外周侧上的角度绘制为横坐标。燃料浓度分布指示了最大燃料浓度和最小燃料浓度之间的差，而燃料浓度分布的较小值意味着浓度为常数。
图7显示的是内周侧上的角度为20度而外周侧上的角度为20度的特征，内周侧上的角度为0度而外周侧上的角度为可变角度的特征。
如从显示了燃料浓度分布的图7中可见，当外周侧上的角度为25度或更大时燃料浓度分布变得均匀。
而且，如从图6所示，在内周侧上的角度为0度至10度且外周侧上的角度为25度至35度的情况下，叶片高度方向上的流速分布在外周侧上的角度为25度或更大时才一致。
如上所述，图6和图7的特征显示：
(a)通过将内周侧上的角度设置为0度至10度，和
(b)通过将外周侧上的角度设置为25度至35度，
(i)无论是在空气通路111的外周侧或内周侧上，空气A(a)的流速变得一致，且能防止逆燃(回火)的发生，和
(ii)无论是在空气通路111的内周侧上或外周侧上，燃料的浓度都是均匀的。
在本实施例中，如上所述，在每个涡旋叶片130外周侧末端表面(梢部)与燃烧器管120的内周表面之间故意设置间隙(空隙)121。
涡旋叶片130的叶片背侧面132b处于负压下，同时涡旋叶片130的叶片腹侧面132a处于正压下，以使得在叶片背侧面132b和叶片腹侧面132a之间存在压力差。由此，产生空气泄漏流，该泄漏流流过间隙121并从叶片腹侧面132a流到叶片背侧面132b。这种泄漏流和在轴线方向流过空气通路111的压缩空气A能产生旋涡空气流。这种旋涡空气流将通过喷射孔133a、133b喷入的燃料和空气更为有效地混合，由此促进可燃气体的均匀一致。
<实施例1中燃料通路的布置状态和分级控制方法>
接下来，对实施例1中燃料通路的布置状态和分级控制方法进行解释。
如图8所示，在本实施例1的燃气轮机的燃烧室500中，多个(8个)预混合燃烧器100布置为与周缘方向平行，以围绕在一个引导燃烧器200的周围。
在以下描述中，100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H用作在各个预混合燃烧器中进行区分，而100用作无区别地显示预混合燃烧器时的参考数字。
每个预混合燃烧器100A至100H具有六个涡旋叶片130。喷射孔130a、130b形成在每个涡旋叶片130中。
在此，每个涡旋叶片以区别的方式显示
(a)由标记130A1、130A2、130A3、130A4、130A5、130A6来指示设置在预混合燃烧器100A中的六个涡旋叶片，
(b)由标记130B1、130B2、130B3、130B4、130B5、130B6来指示设置在预混合燃烧器100B中的六个涡旋叶片，
(c)由标记130C1、130C2、130C3、130C4、130C5、130C6来指示设置在预混合燃烧器100C中的六个涡旋叶片，
(d)由标记130D1、130D2、130D3、130D4、130D5、130D6来指示设置在预混合燃烧器100D中的六个涡旋叶片，
(e)由标记130E1、130E2、130E3、130E4、130E5、130E6来指示设置在预混合燃烧器100E中的六个涡旋叶片，
(f)由标记130F1、130F2、130F3、130F4、130F5、130F6来指示设置在预混合燃烧器100F中的六个涡旋叶片，
(g)由标记130G1、130G2、130G3、130G4、130G5、130G6来指示设置在预混合燃烧器100G中的六个涡旋叶片，
(h)由标记130H1、130H2、130H3、130H4、130H5、130H6来指示设置在预混合燃烧器100H中的六个涡旋叶片。
如果无区分地显示每个涡旋叶片，则使用参考数字130。
图9为本实施例1中的燃料通路的示意图。如图9所示，从燃料泵P供应的燃料经由从燃料泵P分支出去的燃料通路L而被供应到各个涡旋叶片130的喷射孔133a、133b。
也对引导燃烧器200执行燃料供应，但用于向引导燃烧器200供应燃料的燃料通路未示出。
各个燃料通路LA1至LA6、LB1至LB6、LC1至LC6、LD1至LD6、LE1至LE6、LF1至LF6、LG1至LG6和LH1至LH6，这些都是分支出来的，以便将燃料分别供应到涡旋叶片130A1至130A6、130B1至130B6、130C1至130C6、130D1至130D6、130E1至130E6、130F1至130F6、130G1至130G6和130H1至130H6，这些涡旋叶片每一个都具有喷射孔133a、133b，并分别设置具有阀门300A1至300A6、300B1至300B6、300C1至300C6、300D1至300D6、300E1至300E6、300F1至300F6、300G1至300G6和300H1至300H6。
如果无区分地显示每个阀门，则使用参考数字300。
控制部分310响应燃气轮机的载荷来调整各个阀门300A1至300A6、300B1至300B6、300C1至300C6、300D1至300D6、300E1至300E6、300F1至300F6、300G1至300G6和300H1至300H6的打开程度，由此控制供应至各个涡旋叶片130A1至130A6、130B1至130B6、130C1至130C6、130D1至130D6、130E1至130E6、130F1至130F6、130G1至130G6和130H1至130H6的燃料量。
控制部分310根据燃气轮机的载荷以以下方式来进行每个阀门300的打开和关闭调整(打开或打开的程度)。
如果燃气轮机在载荷为满载荷，则控制部分310使全部阀门300处于打开状态。通过这样做，燃料通过所有涡旋叶片130的喷射孔133a、133b而喷入。
如果燃气轮机为部分载荷，则控制部分310在预混合燃烧器100A上执行控制，以使得阀门300A1至300A3打开并根据载荷量来调整它们的打开程度，而阀门300A4至300A6关闭。通过这种控制，燃料从涡旋叶片130A1至130A3的喷射孔133a、133b喷入。这里，涡旋叶片130A至130A3为在周缘方向上平行邻近的涡旋叶片。
进而，每个涡旋叶片130旋转。由此，涡旋空气流a(见图1)粗略地分为朝向内周侧(朝向径向方向的中心)向上翻卷的气流，和朝向外周侧(朝向径向方向外周)翻卷的气流。涡旋叶片130A1至130A3为布置在朝向内周侧翻卷的涡旋空气流a流动的部分处的涡旋叶片。
如上所述，燃料并不从所有的涡旋叶片130喷射，而是燃料仅从特定的涡旋叶片130A1至130A3喷射。由此在整个预混合燃烧器100A中，燃料-空气比F/A很低。然而，如果观察各个涡旋叶片130A1至130A3，即，局部地观察，则燃料-空气比F/A很高。而且，各个涡旋叶片130A1至130A3在周缘方向上邻近(即，它们出现在同一组中)。由此，从涡旋叶片130A1至130A3喷射的燃料被周围空气稀释和混合的比例很低。由此，燃料-空气比F/A在涡旋叶片130A1至130A3的涡旋叶片附近局部区域很高。结果，甚至在部分载荷的条件下，也能降低CO和UHC的排放量，且能确保很高效的燃烧。
进而，从各个130A1至130A3喷射的燃料随着朝向内周侧翻卷的涡旋空气流a而流动，并在燃烧器100A附近燃烧。通过在燃烧器100A附近燃烧，被周围空气稀释并混合的喷射燃料的比例降低，且局部燃料-空气比F/A增加。甚至在部分载荷的条件下，也能降低CO和UHC的排放量，并能确保高效的燃烧。
如果，如果燃料被喷入朝向外周侧翻卷的涡旋空气流a，则燃料向下游流同时流向外周侧。然后，燃料被燃烧器管120所限制(见图1)，并随后燃烧。由此，燃烧的位置沿下游方向远离涡旋叶片130，由此使燃料易于被空气稀释并混合。这不利于降低CO和UHC的排放，或确保高效的燃烧。
在上述实施例中，当燃气轮机的载荷为部分载荷时，控制部分310控制预混合燃烧器100A，以使得阀门300A1至300A3打开，且根据载荷的量来调整它们的打开程度，而阀门300A4至300A6关闭。然而，尽管阀门300A1至300A3被打开，且根据载荷的量来调整它们的打开程度，但阀门300A4至300A6没必要完全关闭，而可以设置为预定的打开程度(该打开程度可以事先确定，或可以根据载荷来设置)，其比阀门300A1至300A3的打开程度小。
当载荷为部分载荷时，控制部分310同时在预混合燃烧器100B至100H上执行相同的控制，与上述的用于预混合燃烧器100A的控制相同。
即，在部分载荷的条件下，控制部分310控制预混合燃烧器100B至100H，以使得阀门300B1至300B3、300C1至300C3、300D1至300D3、300E1至300E3、300F1至300F3、300G1至300G3和300H1至300H3打开，它们的打开程度根据载荷的量增加或减少，且其余的阀门关闭。通过这样的控制，从涡旋叶片130B1至130B3、130C1至130C3、130D1至130D3、130E1至130E3、130F1至130F3、130G1至130G3和130H1至130H的喷射孔133a、133b来喷射燃料。这里，涡旋叶片130B1至130B3、130C1至130C3、130D1至130D3、130E1至130E3、130F1至130F3、130G1至130G3和130H1至130H3为在周缘方向上平行邻近的涡旋叶片。
因此，在预混合燃烧器100B至100H中，类似于预混合燃烧器100A，甚至在部分载荷的条件下，局部燃料-空气比F/A也很高，也能降低CO和UHC的排放量，并能确保高效的燃烧。
总之，当达到部分载荷时，所有的预混合燃烧器100A至100H，如果将燃烧器看作一个整体，则可以不停歇地进行燃烧。然而，如果注意各个预混合燃烧器100，则燃料仅从多个涡旋叶片中的一些上喷射。由此，甚至在部分载荷的条件下，局部燃料-空气比F/A也很高，也能降低CO和UHC的排放量，并能确保高效的燃烧。进而，热量值相对于周缘方向均匀，且来自热应力的应变力不会施加到大小头接管。
<分级控制的修改例>
通过控制部分310进行的上述分级控制为一实例，在部分载荷的条件下，可以改变在一个组中邻近布置的涡旋叶片(即，喷射燃料的涡旋叶片)数量。
在部分载荷的条件下，根据上述实施例，喷射燃料的多个涡旋叶片130为在周缘方向邻近地布置的一组涡旋叶片。然而，也可以从在周缘方向上交替布置的涡旋叶片30上喷射燃料。
在上述实施例中，所有的涡旋叶片130都设置具有喷射孔133a和喷射孔133b。然而，涡旋叶片130A1、130B1、130C1、130D1、130E1、130F1、130G1和130H1可以仅设置具有在叶片腹侧面上的喷射孔133a，130A2、130B2、130C2、130D2、130E2、130F2、130G2和130H2设置具有在叶片腹侧面上和背侧面上的喷射孔133a、133b，且130A3、130B3、130C3、130D3、130E3、130F3、130G3和130H3仅设置具有在叶片背侧面上的喷射孔133b。其他涡旋叶片130设置具有喷射孔133a、133b。
通过这样做，在部分载荷的条件下，可以对多个空气通路111中特定的一些(例如，在预混合燃烧器100A中，夹在涡旋叶片130A1和涡旋叶片130A2之间的空气通路，以及夹在涡旋叶片130A2和涡旋叶片130A3之间的空气通路)集中地执行燃料喷射，由此可以提高局部燃料-空气比F/A。
进而，在部分载荷的条件下，如上所述，对于预混合燃烧器100A、100C、100E、100G，仅从多个涡旋叶片中特定的一些涡旋叶片上喷射燃料，而对于预混合燃烧器100B、100D、100F、100H，可以完全停止燃料喷射。
实施例2
接下来，对本发明的实施例2进行描述。对与实施例1中相同的组成部件省略其描述，而对实施例2中独有的部件进行描述。
在本实施例2中，当达到部分载荷时，多个预混合燃烧器100，如果将燃烧器看作一个整体，不停歇地进行燃烧。然而，如果注意各个预混合燃烧器100，仅从多个涡旋叶片130中的一些叶片来喷射燃料。
在实施例2的燃烧室520中，如图10所示，每个涡旋叶片130设置具有在内周侧上的喷射孔和在外周侧上的喷射孔。还有，布置了用于向各个喷射孔133c、133d分别供应燃料的燃料通路(由图中虚线所示)，且阀门300c、30d设置在各个燃料通路中。控制部分320控制阀门300c、300d的打开或关闭，执行分级控制。其他部分的特征与实施例1中的相同。
在实施例2中，当燃气轮机上的载荷为满载荷时，控制部分320打开阀门300c、300d，通过喷射孔133c、133d喷射燃料。
当燃气轮机上的载荷为部分载荷时，控制部分320关闭阀门300d以停止通过外周侧上的喷射孔133d进行的燃料喷射，且还根据载荷量来调整阀门300c的打开程度，以调整通过内周侧上的喷射孔133c进行的燃料喷射的量。
在内周侧上，周缘长度很短。因此，当达到部分载荷时，通过内周侧上的喷射孔133c喷射的燃料被周围空气稀释并混合的比例很低。在整个预混合燃烧器100中，燃料-空气比F/A很低。然而，在喷射孔133c附近，燃料-空气比F/A局部地很高。由此，甚至在部分载荷的条件下，也能降低CO和UHC的排放量，且能确保很高效的燃烧。
在部分载荷的条件下，可以通过内周侧上的喷射孔133c来喷射燃料，这些喷射孔设置在预定数量的涡旋叶片130(例如3个)上，所述这些数量的涡旋叶片是6个涡旋叶片130中在周缘方向上邻近地布置的。
而且，如图11所示，内周侧上的喷射孔不仅可以设置在涡旋叶片130中，也可以设置在靠近涡旋叶片130的燃料喷嘴110的一部分中。

Claims (6)

1、一种燃气轮机的燃烧室，该燃烧室具有燃烧器，该燃烧器包括：
燃料喷嘴；
涡旋叶片，其布置在沿所述燃料喷嘴外周表面的周缘方向上的多个位置，所处状态是沿所述燃料喷嘴的轴线方向延伸，且该涡旋叶片从沿所述燃料喷嘴的轴线方向流动的空气流的上游侧朝向其下游侧逐渐弯曲，以便使空气围绕所述气流喷嘴涡旋，其特征是
所述燃烧室包括：
喷射孔，形成在每个涡旋叶片中，用于喷射燃料；
燃料通路，用于分别向形成在每个涡旋叶片中的所述喷射孔供应燃料；
阀门，设置在各个燃料通路中；和
控制部分，用于控制所述阀门的打开或关闭，和
所述控制部分，
当所述燃气轮机处于满载荷状态时，使所有阀门处于打开状态，且
当所述燃气轮机处于部分载荷状态时，根据载荷控制所述阀门中的特定阀门的打开程度，并关闭所述阀门中其余的阀门。
2、一种燃气轮机的燃烧室，该燃烧室具有燃烧器，该燃烧器包括：
燃料喷嘴；
涡旋叶片，其布置在沿所述燃料喷嘴外周表面的周缘方向上的多个位置，所处状态是沿所述燃料喷嘴的轴线方向延伸，且该涡旋叶片从沿所述燃料喷嘴的轴线方向流动的空气流的上游侧朝向其下游侧逐渐弯曲，以便使空气围绕所述气流喷嘴涡旋，其特征是
所述燃烧室包括：
喷射孔，形成在每个涡旋叶片中，用于喷射燃料；
燃料通路，用于分别向形成在每个涡旋叶片中的所述喷射孔供应燃料；
阀门，设置在各个燃料通路中；和
控制部分，用于控制所述阀门的打开或关闭，和
所述控制部分，
当所述燃气轮机处于满载荷状态时，使所有阀门处于打开状态，且
当所述燃气轮机处于部分载荷状态时，根据载荷控制所述阀门中的特定阀门的打开程度，并关闭所述阀门中其余的阀门，所述特定阀门设置在所述燃料通路中，用于向形成在特定数量的涡旋叶片上的喷射孔供燃料，这些特定数量的涡旋叶片邻近地布置在周缘方向上。
3、一种燃气轮机的燃烧室，该燃烧室具有多个燃烧器，每个燃烧器包括：
燃料喷嘴；
涡旋叶片，其布置在沿所述燃料喷嘴外周表面的周缘方向上的多个位置，所处状态是沿所述燃料喷嘴的轴线方向延伸，且该涡旋叶片从沿所述燃料喷嘴的轴线方向流动的空气流的上游侧朝向其下游侧逐渐弯曲，以便使空气围绕所述气流喷嘴涡旋，其特征是
所述燃烧室包括：
在内周侧的喷射孔和在外周侧上的喷射孔，二者都形成在每个涡旋叶片的内周侧和外周侧上，用于喷射燃料；
燃料通路，用于向形成在每个涡旋叶片内周侧和外周侧上的喷射孔分别供应燃料；
阀门，设置在各个燃料通路中；和
控制部分，用于控制阀门的打开或关闭，且
该控制部分在多个燃烧器上执行控制，其方式是：
当所述燃气轮机处于满载荷状态时，使所有阀门处于打开状态，且
当所述燃气轮机处于部分载荷状态时，根据载荷控制在所述燃料通路中用于向内周侧上的喷射孔供应燃料的阀门的打开程度，以及关闭设置在燃料通路中用于向外周侧上的喷射孔供应燃料的阀门。
4、一种燃气轮机的燃烧室，该燃烧室具有多个燃烧器，每个燃烧器包括：
燃料喷嘴；
涡旋叶片，其布置在沿所述燃料喷嘴外周表面的周缘方向上的多个位置，所处状态是沿所述燃料喷嘴的轴线方向延伸，且该涡旋叶片从沿所述燃料喷嘴的轴线方向流动的空气流的上游侧朝向其下游侧逐渐弯曲，以便使空气围绕所述气流喷嘴涡旋，其特征是
所述燃烧室包括：
形成在每个涡旋叶片中用于喷射燃料的喷射孔，和形成在所述燃料喷嘴中用于喷射燃料的喷射孔；
燃料通路，用于分别向形成在每个涡旋叶片中的所述喷射孔和形成在所述燃料喷嘴中的喷射孔供应燃料；
阀门，设置在各个燃料通路中；和
控制部分，用于控制所述阀门的打开或关闭，和
该控制部分在多个燃烧器上执行控制，其方式是：
当所述燃气轮机处于满载荷状态时，使所有阀门处于打开状态，且
当所述燃气轮机处于部分载荷状态时，根据载荷，控制设置在所述燃料通路中用于向形成在所述燃料喷嘴中的喷射孔供应燃料的阀门的打开程度，以及关闭设置在燃料通路中用于向形成在所述涡旋叶片中的喷射孔供应燃料的阀门。
5、如权利要求1至4中任何一项所述的燃气轮机的燃烧室，其特征是
由与所述涡旋叶片后边缘处的涡旋叶片的平均脊线相切的切线和沿所述燃料喷嘴的轴线方向延伸的轴线所形成的角度，在所述涡旋叶片后边缘的内周侧上为0度至10度，且在所述涡旋叶片后边缘的外周侧上的角度大于所述涡旋叶片后边缘的内周侧上的角度。
6、如权利要求1至4中任何一项所述的燃气轮机的燃烧室，其特征是
由与所述涡旋叶片后边缘处的涡旋叶片的平均脊线相切的切线和沿所述燃料喷嘴的轴线方向延伸的轴线所形成的角度，在所述涡旋叶片后边缘的内周侧上为0度至10度，且在所述涡旋叶片后边缘的外周侧上的角度为25度至35度。
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