CN101365913A - 燃料喷管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料喷管。本发明涉及一个用于将燃料送入一个设有涡流发生器用于产生一种有涡流的燃烧空气流的燃烧器(1)的，尤其是一个涡轮机装置的混合段(2)里的喷管(3)，它包括有一个喷管头(5)，一个燃料输入段(8)和一个氧化剂输入段(10)。喷管头(5)伸入到混合段(2)里，具有至少一个燃料喷嘴(6)用于将燃料喷入混合段(2)里以及至少有一个氧化剂出口(7)用于将氧化剂输入混合段(2)里。燃料输入段(8)布置在喷管(3)里并与至少一个燃料喷嘴(6)相连。氧化剂输入段(10)布置在喷管头(5)里并与至少一个氧化剂出口(7)相连接。为了改善燃烧器(1)的运行，至少一个氧化剂出口孔(7)中央地布置在喷管头(5)上，而且至少一个燃料喷嘴(6)相对于至少一个氧化剂出口孔(7)径向向外偏置地布置在喷管头(5)上。

Description

燃料喷管

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序所述特征的，用于将一种燃料装入一个设有一个涡流发生器的燃烧器的，尤其是涡轮机装置的燃烧室里的喷管。

技术背景

由DE 100 50 248 A1已知有一种用于燃烧器的这样的喷管，这燃烧器主要由一个用于产生有涡流的燃烧空气流的涡流发生器和用于将至少一定量的燃料输入这燃烧空气流里的装置组成，这喷管包括有一个喷管头、一个燃料输入段和一个氧化剂输入段。喷管头在装配状态下伸入到燃烧室里，具有一个中夹的燃料喷嘴用于将燃料喷入燃烧室里，而且除此之外具有一个氧化剂出口孔用于使氧化剂送入燃烧室里。燃料输入段布置在喷管里并与燃料喷嘴相连。在已知的喷管中燃料喷嘴中央布置在喷管头上，从而使喷入的燃料与喷管的纵轴线同轴地进入燃烧室里。氧化剂出口孔设计成环形的并同轴地包围住燃料喷嘴。氧化剂同样也轴向以喷管头里流出并包封住喷入的燃料。通过喷管头附带地送入燃烧室里的氧化剂，一般为空气，必需用于喷管头的冷却和冲洗。

在由DE 100 50 248 A1已知的具有涡流发生器的燃烧器中在轴线上产生一种负压，因此在中心产生一种强烈的抽吸作用，这对于燃烧器动力学具有重大意义。

对于较大的这样的燃烧器来说，也就是说对于具有较大功率或较大燃料变换的燃烧器来说业已表示，燃料通过喷管送入导致比较来说差的混合并因此造成相对不利的燃烧反应并带来更多的有害物排放。

发明内容

这里本发明提出了一种改进。本发明，如同它在权利要求中的特征那样，要解决以下问题：为开头所述类型的喷管提出一种改进的实施形式，其特征尤其是在于改进的燃料喷入。

按照本发明这个问题通过独立权利要求所述内容来解决。有利的实施形式可见从属权利要求。

本发明基于以下总的构思：将所述至少一个氧化剂出口孔布置在喷管头中央并使所述至少一个燃料喷嘴与之径向向外偏置地布置。因此在一个相对于喷管纵向中轴线来说相对大的半径上喷入燃料。除此之外径向在这中央地通过喷管而输入的氧化剂之外喷入燃料。两种介质(氧化剂/燃料)借助于相互交叉的分配孔系统相互在旁边经过地转向。

业已表明，这些措施导致混合物形成的改善和燃烧反应的改善并因此减少了有害物排放。然而同时这中央输入的氧化剂的冷却和喷洗功能则保持不变。

对应于优选的实施形式燃料输入装置具有一个在喷管里延伸的燃料管路。此外可以设有一个布置在喷管头里的燃料环形通道，这通道在一边连接所述至少一个燃料喷嘴，另一边则通过燃料连接通道与燃料管路连接。通过这种结构型式可以使所述至少一个燃料喷嘴特别远地径向向外移置，因为可以设计燃料通道，从而使它们可以将中央布置的燃料管路与燃料连接通道连接起来，后者可以具有似乎一种任意大小的半径。也可以设有多个分开的供料通道以取代一个共用的燃料环形通道，这些单独分开的供料通道分别使一个燃料喷嘴与一个燃料连接通道相连通。

以下实施形式也是有利的，在这些实施形式中氧化剂输入装置具有一个布置在喷管头中央的氧化剂室，其向着燃烧室的敞开端形成了氧化剂出口孔。此外可以设有多个氧化剂连接通道，它们使氧化剂室分别与一个径向外面地布置在喷管头上的氧化剂入口孔连接。借助于氧化剂室，在喷管头之内提供了一个相对较大的加载有氧化剂的表面，这改善了氧化剂流的冷却作用。

发明的其它重要的特征和优点见从属权利要求、附图和配属的附图的说明。

附图说明

附图中表示了发明的两种优选实施例并在以下说明中对之详细加以叙述。所示为：

图1：在本发明的第一实施形式中装备有一个喷管和一个涡流发生器的燃烧器在一个喷管头部位里的大大简化的轴向剖视图；

图2：在本发明的第二实施形式中装备有一个喷管和一个涡流发生器的燃烧器在一个喷管头部位里的大大简化的轴向剖视图，

具体实施方式

按照图1，一个只是局部示出的燃烧器1设有一个未示出的，用于产生有涡流的燃烧空气流的涡流发生器，燃烧器1包括有一个混合段2，它通向一个未示出的燃烧室。这混合段2也可以称之为燃烧器腔室。燃烧器1可以是涡轮装置的，尤其是气轮机装置的一个组成部分。燃烧器1在此处示出的入口侧的头部设有一个喷管3，借助于这喷管可以使燃料送入混合段2里。这样的喷管众所周知的是分开的构件，它们布置在燃烧器里并可以移动并且在一定条件下也可以相对简单地被取出来。

喷管3包括有一个喷管柄4以及一个喷管头5，后者布置或设计在喷管柄4的对应于燃烧器1的端部上。在所示的装配状态下喷管头5伸入在混合段2里。在这里示出的实施形式中喷管3和燃烧器1相互同轴地布置，从而喷管头5同轴地伸入到混合段2里，这种实施形式是有利的。

喷管5具有至少一个燃料喷嘴6，借助于这喷嘴可以使燃料喷入到混合段2里。喷管头5优选具有多个这样的燃料喷嘴6，其中在图1中根据所选择的剖面然而只能见到一个喷嘴。燃料喷嘴6分布在圆周方向上并在圆周方向上相互有间距地布置在喷管头5上。喷管头5例如配置有四个这样的燃料喷嘴6，它们在圆周方向上分别相互偏转90°而布置。

此外喷管头5设有至少一个氧化剂出口孔7，借助于此出口孔可以将氧化剂送入混合段2里。优选只设一个唯一的这样的氧化剂出口孔7。

就燃料而言优选是指一种流体燃料，例如象燃料油。同样也可以优选是气体状氧化剂，一般为空气。

喷管3此外还设有一个燃料输入装置8，它与燃料喷嘴6连接。燃料输入装置8延伸在喷管3之内并在装配状态连接于一个外部的在图1中用箭头标示出的燃料供给装置9。此外喷管3还包括有一个氧化剂输入装置10。氧化剂输入装置10与氧化剂出口孔7连接并延伸在喷管头5之内。在装配状态下氧化剂输入装置10连接于一个外部的氧化剂供给装置11，此氧化剂供给装置用箭头表示并且例如包括有至少一个延伸在燃烧器1里的氧化剂管路12。

这里所示出的喷管3的特点在于：氧化剂出口孔7中央布置在喷管头5上。由此，可以将氧化剂在运动中与喷管3的纵向中心线13同轴地加入混合段2中。此外，就这里所示的喷管3而言，燃料喷嘴6相对于氧化剂出口孔7径向向外错开地布置在喷管3上。因此可以使氧化剂在运行时在一个相对较大的半径上喷入燃烧室2里。此外，因此燃料喷入的位置总是径向位于中央地输入的氧化剂之外。燃料本身的喷入在所述的位置上进行，优选在径向和切向方向上以一个角度进行，这在下面还要详细叙述。

这种结构型式有多项优点。一方面这通过喷嘴3输入的氧化剂可以实现其冷却功能和清洗功能。另一方面，这用于冷却和清洗的通过喷管头5输入的氧化剂并不影响燃料的喷入。除此之外径更远处向外发生的燃料喷入改善了与主要氧化剂流的混合，这主氧化剂流在未示出的位置上被引入混合段2里。

燃料输入装置8在这里所示的优选的实施形式中包括一个燃料管路14，这管路延伸在喷管3里。为此喷管柄4设计成管子。燃料管路14连接于燃料供给装置9上。此外燃料输入装置8还可以具有一个燃料环形通道15，这通道布置在喷管头5里。燃料环形通道15连接于燃料喷嘴6上。此外燃料环形通道15与喷管3的纵向中轴线13同轴地布置。值得注意的是：燃料环形通道15的直径大于燃料管路14的直径并大于喷管柄4的直径。也可以设有多个轴向布置供给通道或者供给孔以代替一个共同配属于所有燃料喷嘴6的燃料环形通道15，这些供给通道或者孔分别连接于其中一个燃料喷嘴6上。这些供给通道可以使流向各自燃料喷嘴6的流动变均匀并避免在燃料喷嘴6附近的所谓死水区域，这简化了在断开燃料输入时的冲洗。

此外燃料输入装置8可具有多个燃料连接通道16。这些燃料连接通道16布置在喷管头5里，也就是说在一个过渡部段17里，用这过渡部段喷管头5过渡至喷管柄4。该过渡部段17在这里设计成锥形并具有一个向着喷管柄4变小的横断面。借助于锥形过渡部段17可以实现使喷管头5在过渡部段17之外具有比喷管柄4明显更大的外横断面。因此对于燃料喷嘴6的定位来说可以实现一种特别大的半径或者至纵向中轴线13的距离。

燃料连接通道16从中央布置的燃料管路14在轴向以及径向向外一直伸展至燃料环形通道15。优选设有多个，例如三个燃料连接通道16，用于给燃料环形通道15供给充足的燃料。一个唯一的燃料连接通道16基本上也可以是足够的。若应用其它在上面提到的分开的供给通道或者供给孔替代共同的燃料环形通道15，那么这些供给通道或供给孔分别连接于一个这样的燃料连接通道16上。

氧化剂输入装置10优选包括一个氧化剂室18，该氧化剂室具有一个向着混合段2敞开的轴向端部，该端部形成了氧化剂出口孔7。氧化剂室18为此布置在喷管头5中央。若是圆形的氧化剂出口孔7，那么氧化剂室18就具有一个对应的圆柱形部段，它邻接于氧化剂出口孔7。此外氧化剂室18在远离氧化剂出口孔7的端部上具有一个截锥形部段。

氧化剂输入装置10此外还包括有多个氧化剂入口孔19，它们分别径向在外面布置在喷管头5上，优选在它的过渡部位17上。这些氧化剂入口孔19例如可以通过氧化剂管路12连接于氧化剂供给装置11上。此外氧化剂输入装置10包括有多个氧化剂连接通道20，这些通道分别将一个氧化剂入口孔19与氧化剂室18连接起来并为此通入到它的截锥部段里。氧化剂连接通道20布置在喷管头5里并优选布置在其过渡部段17里。氧化剂连接通道20从各自位于外面的氧化剂入口孔19轴向和径向向里向着氧化剂室18伸展。

在这里所示的实施形式中因此形成一种状况，在这种情况下燃料环形通道15同轴地围包住氧化剂室18。按此方式燃料在喷管头5里径向位于比氧化剂更外面处。燃料连接通道16和氧化剂连接通道20布置在喷管头5里，使它们相互在圆周方向上应替。因此适宜的是设有与燃料连接通道16同样多的氧化剂连接通道20。在喷管头5或在过渡部段17里这径向从里面向外流动的燃料流和径向从外向里流动的氧化剂流相互交叉，当然是在相互分开和相互密封的通道16，20里。

喷管头5在所示实例中的尺寸大小的设计应使布置有燃料喷嘴6的半径大于喷管柄4的半径。燃料喷嘴6因此布置在比在喷管头5之外的喷管3的外横断面径向更外处。燃料喷嘴6原则上可以这样来设计，使它们将燃料如所示那样相对于喷管3的轴向方向倾斜地喷入混合段2里。除此之外燃料喷嘴6附带地也可以这样来设计，使得它们将燃料相对于喷管3的中央纵向平面，也就是说相对于一个包含有纵向中轴线13的平面倾斜地喷入混合段2里。燃料的喷入因此可以例如在涡流流动的方向上或相反方向上进行，这种涡流流动在混合段2里通过相应地切向导入主氧化剂流而形成。

在所示的实例中喷管头5由一个基体21和一个套筒体22组成。在此套筒体22同轴地套插在基体21上并借助于焊接连接23而固定在其上面。

按图2所示的实施例与图1所示实施例的区别仅在于：氧化剂管路12轴向，也就是与燃料输入装置8同轴地布置，因此可以使空气轴向流入。在喷管头5的过渡部段17里则使空气从外直径向中心偏转，而燃料(例如油)则从中心移动至外直径。如同在第一个实施例中时那样氧化剂的喷入和燃料的喷入都从喷管3向混合段2，在一个差不多相同的平面上实现。因此使轴向的氧化剂输入完全用一种导引燃料的气氛(Plenum)包围。

附图标记表

1            燃料器

2            混合段

3            喷管

4            喷管柄

5            喷管头

6            燃料喷嘴

7            氧化剂出口孔

8            燃料输入装置

9            燃料供给装置

10           氧化剂输入装置

11           氧化剂供给装置

12           氧化剂管路

13           3的纵向中轴线

14           燃料管路

15           燃料环形通道

16           燃料连接通道

17           5的过渡部段

18           氧化剂室

19           氧化剂入口孔

20           氧化剂连接通道

21           基体

22           套筒体

23           焊接连接

Claims (9)

1.用于将燃料送入燃烧器(1)的，尤其是涡轮机装置的燃烧器的混合段(2)里的喷管，所述燃烧器设有用于产生涡旋的燃烧用空气流的涡流发生器，喷管

-具有喷管头(5)，它在装配状态下伸入到混合段(2)里，该喷管头具有至少一个燃料喷嘴(6)用于将燃料喷入混合段(2)里并具有至少一个氧化剂出口孔(7)用于使氧化剂送入混合段(2)里，

-具有在喷管(3)里延伸的燃料输入装置(8)，该燃料输入装置与所述至少一个燃料喷嘴(6)相连，

-具有在喷管头(5)中延伸的氧化剂输入装置(10)，该氧化剂输入装置与所述至少一个氧化剂出口孔(7)相连，

其特征在于，

-所述至少一个氧化剂出口孔(7)中央地布置在喷管头(5)上，

-所述至少一个燃料喷嘴(6)相对于所述至少一个氧化剂出口孔(7)径向向外偏置地设置于喷管头(5)上。

2.按权利要求1所述的喷管，其特征在于，

-所述燃料输入装置(8)具有在喷管(3)里延伸的燃料管路(14)，和/或

-所述燃料输入装置(8)对于每个燃料喷嘴(6)具有布置在喷管头(5)里的供给通道，在供给通道上连接着相应所属的燃料喷嘴(6)，和/或

-所述燃料输入装置(8)具有布置在喷管头(5)里的燃料环形通道(15)，在该燃料环形通道上连接着所述至少一个燃料喷嘴(6)，和/或

-所述燃料输入装置(8)具有多个燃料连接通道(16)，它们使燃料环形通道(15)或供给通道与燃料管路(14)相连。

3.按权利要求1或2所述的喷管，其特征在于，

-所述氧化剂输入装置(10)具有中央地布置在喷管头(5)里的氧化剂室(18)，这个氧化剂室的向着混合段(2)敞开的端部形成氧化剂出口孔(7)，而且/或者

-所述氧化剂输入装置(10)具有多个氧化剂连接通道(20)，这些氧化剂连接通道使氧化剂室(18)分别与径向外面布置在喷管头(5)上的氧化剂入口孔(19)相连。

4.按权利要求2和3所述喷管，其特征在于，

-所述氧化剂连接通道(20)和燃料连接通道(16)相互在圆周方向上交替地布置在喷管头(5)里，和/或

-所述燃料环形通道(15)同轴地包围住氧化剂室(18)。

5.按权利要求1至4中之一所述的喷管，其特征在于，

-所述喷管头(5)具有比邻接于喷管头(5)的喷管部段(4)更大的外横截面，和/或

-所述至少一个燃料喷嘴(6)位于比在喷管头(5)之外的喷管(3)的外横截面更大的半径上，和/或

-所述喷管头(5)具有锥形的过渡部段(17)，通过该过渡部段喷管头(5)同与之邻接的喷管部段(4)连接。

6.按权利要求5、3或4所述的喷管，其特征在于，

-所述氧化剂入口孔(19)布置在过渡部段(17)上，和/或

-所述燃料连接通道(16)布置在过渡部段(17)上，和/或

-所述氧化剂连接通道(20)布置在过渡部段(17)上。

7.按权利要求1至6中之一所述的喷管，其特征在于，

-只设有一个唯一的中央的氧化剂出口孔(7)，和/或

-设有多个燃料喷嘴(6)，它们延圆周方向分布地布置在喷管头(5)上。

8.按权利要求1至7中之一所述的喷管，其特征在于，

-构造所述至少一个燃料喷嘴(6)，便得其将燃料相对于喷管(3)的轴向方向和/或相对于喷管(3)的中央纵向平面倾斜地喷入到混合段(2)里。

9.按权利要求1至8中之一所述的喷管，其特征在于，送入的燃料是指流体燃料。

Images