CN101625131B - 用于燃料和气体喷射的波瓣式喷嘴 - Google Patents
用于燃料和气体喷射的波瓣式喷嘴 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于燃料和气体喷射的波瓣式喷嘴,具体而言,提供了一种用于燃料和气体的喷射系统(100)。该喷射系统(100)包括彼此相邻安置的多个波瓣(120)。各波瓣(120)均有后端(126)。靠近该后端(126)可安置多个喷嘴(150)。
Description
技术领域
本发明申请大体上涉及燃气涡轮发动机,更具体地,涉及用于燃料流和气体流的叶形预混合喷射器。
背景技术
在燃气涡轮发动机中,通常在紧靠燃烧区的上游混合燃料和气体。燃料和气体必须被快速而充分地进行混合以产生适合燃烧的流动流。然而,燃料和气体应该被没有拢焰(flame holding)或不形成回流区地混合。这种回流区可能会支持拢焰或甚至会支持对涡轮机总体上引起破坏的自燃事件。
现在使用的有多种不同类型的燃料和气体喷射器结构。不同的结构可用于部分地适应燃料和燃烧过程的特定的本质和质量。然而,每种这些喷射器结构都需要自己的一套备件以及特定的安装、运行和修理技术。同样,许多已知的喷射器由相对昂贵的铸件和装配方法制成。
因此,就需要一种能够可跨产品线使用的喷射设计。该喷射器优选地应该价格相对便宜,却能提供充分的混合,以及降低的拢焰或形成回流区的可能性。
发明内容
因而本发明申请描述了一种用于燃料和气体的喷射系统。该喷射系统包括彼此相邻安置的多个波瓣(lobe)。各波瓣均有后端。靠近该后端处可安置多个喷嘴。
本发明申请还描述了一种用于燃料和气体的喷射系统。该喷射系统包括彼此相邻安置的多个波瓣。各波瓣均有后端。靠近该后端处可布置多个燃料喷嘴和多个气体喷嘴。
本发明申请还描述了一种用于燃料和气体的喷射系统。该喷射系统包括彼此相邻安置的多个叶片,且各叶片均包括后端。靠近该后缘处可安置多个燃料喷嘴和多个气体喷嘴。
对本领域技术人士而言,当结合若干附图以及所附权利要求书时,在查看以下具体实施方式后,本发明的这些以及其它特征将会变得显而易见。
附图说明
图1为如本文描述的带有旋流式喷射器的波瓣喷射系统的透视图。
图2为图1的波瓣喷射系统的一个波瓣的横截面侧视图。
图3为图1的波瓣喷射系统的一对波瓣的横截面侧视图。
图4为如本文描述的带非旋流式喷射器的波瓣喷射系统的透视图。
图5为图4的波瓣喷射系统的一对波瓣的前视图。
图6为如本文描述的带有多个嵌套波瓣的波瓣喷射系统的透视图。
图7为其间带有隔离件的多个嵌套波瓣的透视图。
图8为一对叶状嵌套波瓣的透视图。
图9为带有上游喷嘴的波瓣的透视图。
部件列表:
100 | 波瓣喷射系统 |
110 | 旋流式喷射器 |
120 | 波瓣 |
125 | 端板 |
126 | 后缘 |
130 | 轮毂 |
140 | 大喷嘴 |
150 | 小喷嘴 |
160 | 波瓣 |
170 | 气体喷嘴 |
180 | 燃料喷嘴 |
190 | 缺口区域 |
200 | 非旋流式喷射器 |
210 | 波瓣 |
220 | 嵌套喷射器 |
230 | 波瓣 |
240 | 隔离件 |
250 | 波瓣 |
260 | 上游气体喷嘴 |
270 | 上游燃料喷嘴 |
具体实施方式
现在参考附图,其中相似的数字代表若干视图中的相似元件,图1示出了如本文描述的波瓣喷射系统100的一个实例。在此实例中,该波瓣喷射系统100结合了旋流式喷射器110。如已知的那样,旋流式喷射器110通常包括多个叶片或波瓣120。波瓣120可具有任意所需的形状或结构。这里可采用任意数量的波瓣120。每一对波瓣120在其间限定了气体路径。波瓣120可绕轮毂120安装。
波瓣喷射系统100的每一个波瓣120可具有多个大喷嘴140,大喷嘴140沿着后缘126安置于端板125上。波瓣喷射系统100的每一个波瓣120也可有许多小喷嘴150。小喷嘴150可沿着端板125以某个角度定位,或垂直于端板125并安置在其附近。在此实例中,示出了大约30度的角度。此处可采用的任何角度,包括如下所述的位于大约90度处的相对的喷嘴150。可采用任何数量的小喷嘴150。同样的,小喷嘴150可具有任意尺寸。因此燃料可沿着各波瓣120在多个位置以某个角度喷射到气体流中。也可通过一个或多个小喷嘴150喷射气体或惰性稀释剂。通过组合使用大喷嘴140和小喷嘴150也可喷射多种燃料和/或其它气体。可能使用或不使用端板125。同样,也可采用槽喷射或缝喷射。
图2示出了波瓣160的另一个实施例。在此实施例中,波瓣160具有气体喷嘴170和燃料喷嘴180。如图所示燃料喷嘴180可相对于气体喷嘴170成角度。气体喷嘴170可位于燃料喷嘴180的下游。下游的气体喷嘴170提供了燃料的快速混合。备选地,气体喷嘴170可位于燃料喷嘴180的上游,使得气体能够撞击在燃料喷嘴180上,并进一步增加快速混合的可能性。气体喷嘴170可具有缺口区域190。该缺口区域190也减少了潜在的拢焰。喷嘴170,180的数量、尺寸以及方位都可以变化。如图3所示,可使用相对的波瓣160以便通过气体流和燃料流的碰撞以进一步增强混合。
图4和图5示出了波瓣喷射系统100的另一个实施例。在此实例中,示出了一种非旋流式喷射器200。该非旋流式喷射器200也包括多个波瓣210。波瓣210可包括也可不包括如上所述的气体喷嘴和燃料喷嘴170,180。为了好的稀释效果,可使用带有稀释垫层(diluentblanket)的缝喷射。
图6中示出了波瓣喷射系统100的另一个实例。在此实例中,示出了嵌套喷射器220。嵌套喷射器220包括相互嵌套的多个波瓣230。这里也可使用气体喷嘴和/或燃料喷嘴170,180。波瓣230可对多个加燃料路径而轴向地分级。这里也可以使用其它结构。为了冲击冷却(impingement cooling),也可以使用嵌套的外部波瓣。如图7所示,在波瓣230之间可使用多个隔离件240。隔离件240可对波瓣230提供隔离和结构,以及限定穿过其间的流径。隔离件240还使得能够对扩散火焰结构实现一种流控制方法。
如图8所示,波瓣230自身也可具有叶状或正弦形状。在此实例中,多个波瓣250可具有叶状形状,以便增加在其后缘126处的混合,并提供一种稳定的火焰结构。这里可采用其它形状。波瓣250可为嵌套或非嵌套的。
波瓣喷射系统100的部件可由常规的金属板或类似的材料,以及铸造或更贵的工艺或材料制成。给定喷嘴170,180的定位且金属上没有拢焰时可采用比较便宜的材料。相同的总设计可以用于许多类型涡轮机,包括但不限于,DLN(干式低NOx)以及IGCC(整体煤气化联合循环)、MNQC(多喷嘴安静燃烧器)以及其它类型。
波瓣喷射系统100因此可提供跨产品线的统一性以及由此得到的成本收益。波瓣喷射系统10可为原始设备或翻新设备并可升级。具体地,喷嘴140,150,170,180的尺寸、数量和位置能够改变以适应不同的燃料或气体。波瓣喷射系统100还提供了燃料灵活性,因为可以适应燃料流的巨大变化,即,可以使用低体积/高BTU的流和高体积/低BTU的流。同样,气体可为环境空气、净化空气、水蒸气、氮气、其它惰性气体,或其它燃料流。
通过将喷嘴140,150,170,180移向波瓣120的后缘126,减低了拢焰的可能性。同样,降低了燃料-气体的混合时间,因为波瓣喷射系统100允许更多的燃料和空气路径相互影响,从而提供更多的燃料喷射点,以便提供更好的混合。因此也降低了拢焰裕度。因此波瓣喷喷射器100解决了成本、拢焰、混合、燃料灵活性以及统一设计等问题。该设计是灵活的,具有许多变型。
波瓣120可被分段以增加设计灵活性和耐久性。如上所述,可以使用或不使用端板125。波瓣120可使用外壳或其它结构以辅助引导穿过其中的气流。外壳可形成波瓣模块。经过此处所示的是圆形结构,但波瓣120本质上可为模块,且可采用正方形、矩形或任何需要的形状和结构。也可以使用具有不同高度的波瓣120。
如图9所示,波瓣喷射系统110还可在后缘126的上游处安置附加的气体喷嘴260或燃料喷嘴270。在相同的燃料回路中可使用上流喷射。例如,在后缘126处可在上游喷射天然气与合成气。后缘126的上游的燃料喷射可以给波瓣120提供冷却,并潜在地延长使用寿命。同样,可在上游喷射惰性气体和合成气以降低拢焰。
显而易见,前述内容仅涉及本发明的某些实施例,且本领域技术人员可在不背离如本发明的所附权利要求及其等价物所限定的本发明的一般精神和范围下在此做出各种修改和变化。
Claims (15)
1.一种用于燃料和气体的喷射系统(100),包括:
中心轮毂(130);
安装到所述中心轮毂(130)上并由其径向延伸的多个波瓣(120),使得相邻的波瓣(120)在其之间限定气体路径;
各所述多个波瓣(120)均包括后端(126);
靠近所述后端(126)安置在所述多个波瓣(120)的每一个中的第一多个喷嘴(150),用于喷射燃料和气体中的一种;
靠近所述后端(126)安置在所述多个波瓣(120)的每一个中的第二多个喷嘴(140),用于喷射燃料和气体中的另一种,且
其中各波瓣均具有从前缘向所述后端增加的高度,且所述气体路径具有从前缘到所述后端增加的高度;且
其中,所述第一多个喷嘴(150)包括与所述后端(126)成角度的靠近所述后端(126)的位置,并且所述第一多个喷嘴(150)与所述第二多个喷嘴(140)分开定位。
2.如权利要求1所述的喷射系统(100),其特征在于,所述角度为30度到90度之间。
3.如权利要求1所述的喷射系统(100),其特征在于,所述后端(126)包括端板(125),且其中所述端板(125)中限定多个所述第一多个喷嘴和第二多个喷嘴(150,140)。
4.如权利要求1所述的喷射系统(100),其特征在于,所述多个波瓣(120)包括嵌套喷射器(220),所述嵌套喷射器(220)包括相互嵌套的多个波瓣。
5.如权利要求4所述的喷射系统,其特征在于,所述喷射系统还包括位于所述多个波瓣之间的多个间隔件。
6.如权利要求1所述的喷射系统,其特征在于,所述多个波瓣自身具有正弦形状。
7.如权利要求1所述的喷射系统,其特征在于,所述多个波瓣包括多个上游喷嘴(260,270),所述多个上游喷嘴(260,270)定位在所述后端(126)的上游并且是所述第一多个喷嘴和所述第二多个喷嘴的附加。
8.一种用于燃料和气体的喷射系统,包括:
中心轮毂(130);
安装到所述中心轮毂(130)上并由其径向延伸的多个波瓣(120),使得相邻的波瓣(120)在其之间限定气体路径;
各所述多个波瓣均包括后端(126)和与所述后端(126)相对的前缘;
靠近所述后端(126)安置在所述多个波瓣(120)的每一个中的多个燃料喷嘴,用于喷射所述燃料;
靠近所述后端(126)安置在所述多个波瓣(120)的每一个中的多个气体喷嘴;用于喷射所述气体;且
其中各波瓣(120)均具有从所述前缘向所述后端(126)增加的高度,且所述气体路径具有从所述前缘到所述后端(126)增加的高度;且其中所述多个燃料喷嘴限定相对于所述多个气体喷嘴的角度,并且所述多个燃料喷嘴与所述多个气体喷嘴分开定位。
9.如权利要求8所述的喷射系统,其特征在于,所述多个燃料喷嘴位于所述多个气体喷嘴的下游。
10.如权利要求8所述的喷射系统,其特征在于,所述多个气体喷嘴位于所述多个燃料喷嘴的下游。
11.如权利要求8所述的喷射系统,其特征在于,仅所述多个气体喷嘴包括缺口区域。
12.如权利要求8所述的喷射系统,其特征在于,所述多个燃料喷嘴输送多种燃料。
13.如权利要求8所述的喷射系统,其特征在于,所述多个波瓣包括嵌套喷射器。
14.如权利要求8所述的喷射系统,其特征在于,所述多个波瓣包括多个上游喷嘴(260,270),所述多个上游喷嘴(260,270)定位在所述后端(126)的上游并且是所述燃料喷嘴(180)和所述气体喷嘴(170)的附加。
15.一种用于燃料和气体的喷射系统,包括:
中心轮毂(130);
安装到所述中心轮毂(130)上并由其径向延伸的多个波瓣(120),使得相邻的波瓣(120)在其之间限定气体路径;
各所述多个波瓣均包括后端(126)和与所述后端(126)相对的前缘;
靠近所述后端安置的多个燃料喷嘴和多个气体喷嘴;且
其中各波瓣(120)均具有从所述前缘向所述后端(126)增加的高度,且所述气体路径具有从所述前缘到所述后端(126)增加的高度;
其中所述多个燃料喷嘴限定相对于所述多个气体喷嘴的角度,并且所述多个燃料喷嘴与所述多个气体喷嘴分开定位,来自第一波瓣的多个燃料喷嘴的第一燃料流与来自所述第一波瓣附近的第二波瓣的多个燃料喷嘴的第二燃料流碰撞。
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