CN102192509A - 用于改变燃烧器中空气流量的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于改变燃烧器中空气流量的系统和方法，具体而言，一种涡轮发动机的燃烧器组件设有机械式空气调节单元，其基于供给燃烧器的燃料的压力而有选择地改变输送到燃烧器的燃烧区域中的空气的数量。当更大量的高热值燃料被输送到燃烧器的燃料喷嘴中时，第一类型的空气调节单元将用于增加进入燃烧区域中的空气的数量。当更大量的低热值燃料通过燃料喷嘴输送到燃烧器中时，第二类型的空气调节单元可用于减少进入燃烧区域中的空气的数量。

Description

用于改变燃烧器中空气流量的系统和方法

技术领域

本发明涉及涡轮发动机的燃料喷嘴，更特别地，涉及具有空气调节系统的燃料喷嘴及进行空气调节的方法。

背景技术

用于发电工业的涡轮发动机典型地包括压缩机段、可围绕压缩机段的外部而同心设置的一个或多个燃烧器、以及定位在压缩机和燃烧器下游的涡轮段。

燃料通过多个燃料喷嘴而输送到燃烧器内的一个或多个燃烧区域中。燃料喷嘴意图输送数量受到精确控制的可燃烧燃料，并有助于燃料与来自压缩机段的压缩空气进行混合。然后在燃烧区域内点燃燃料空气混合物，并且热的燃烧气体离开燃烧器进入涡轮段，从而为涡轮发动机提供原动力。

一些涡轮发动机设计成燃烧多种不同类型的燃料。不管所使用的燃料类型如何，都必须使燃料与每单位体积燃料一定数量的空气混合，从而取得良好的燃烧。如果局部燃料/空气比提高到最佳值以上，意味着每单位空气体积有超过最佳数量的燃料，那么混合物被称为处于燃料过量。相反，如果局部燃料/空气比下降到最佳值以下，意味着每单位空气体积有少于最佳数量的燃料，那么混合物被称为稀燃燃料(fuel lite)。

当发动机在燃烧区域中以局部燃料过量运转时，意味着局部燃料/空气比高于最佳值，局部燃烧温度提高到如果燃料/空气比最佳时将存在的温度以上。并且过量的燃料/空气比和较高的燃烧温度会导致不期望的氮氧化物气体(NO_X)的产生。

相反，当涡轮以燃烧区域中局部低燃料/空气比运转时，燃烧温度趋向于低于如果燃料/空气比最佳时所存在的温度。并且低于最佳燃料/空气比，且较低的局部燃烧温度将不足以烧尽所有不期望的CO气体。

用于发电工业的涡轮发动机必须能够产生一定范围的功率输出，从而使所产生的电量可与需求相匹配。并且这意味着在某些时间段内，涡轮将被轻载，而在其它时间段内，涡轮将被重载。为了支持这些变化的负载，人们调整供给涡轮机的燃烧器的燃料的数量。

燃料通过安装在各个燃烧器中的多个燃料喷嘴而输送到燃烧器中。并且改变由燃料喷嘴输送到燃烧器中的燃料的数量是相对较为容易的。然而，更为困难的是在燃烧区域和燃烧区域的下游有选择地改变被输送的空气分流(air split)。

当涡轮机以高功率操作时，在重负载下，燃料喷嘴必须将相对较大量的燃料输送到燃烧器中，以便涡轮机可满足负载需求。并且因为控制输送到燃烧区域中的空气的数量是有些困难的，所以这趋向于导致涡轮机在高于燃烧区域中的最佳燃料/空气混合物的条件下运转。如以上指出的，这会导致高的燃烧温度，以及不期望的NO_X气体的产生。

相反，当涡轮机以低功率操作以支持相对轻的负载时，相对较少量的燃料通过燃料喷嘴输送到燃烧器中。并且因为改变到燃烧区域的空气分流以便与所使用的燃料的数量正确匹配是困难的，所以这趋向于在燃烧区域中导致少于最佳值的燃料/空气混合物。如上面指出的，这会导致低的燃烧温度。较低的燃烧温度会导致并非所有的CO气体在燃烧器中被燃烧，并且未燃烧的CO气体最终从涡轮排出，这也是不期望的。

此外，在燃烧区域中局部地少于最佳燃料/空气混合物的条件下的运转还可能负面地影响火焰稳定性。因此，当在更贫燃的条件下操作时，存在燃烧器将经历熄火的危险。

另一个与涡轮发动机中的燃料/空气混合物有些相关的问题与某些涡轮机设计成燃烧多种类型的燃料这一事实有关。过去，涡轮机通常用相对高热值的燃料运转，例如高甲烷含量的天然气。在最近几年中，涡轮机操作员为涡轮机供给相对高热值燃料(例如天然气)和相对低热值燃料(例如合成气)的混合物已经变得更加普遍。合成气以及其它低热值燃料通常较廉价。另外，在废物处理厂可将合成气作为废物处理的副产品而生成。因而，在发电涡轮机中燃烧合成气是使来自废弃物的能量再循环的一种途径。

为了使涡轮机在一定负载条件下运转，必须使用比高热值燃料更大体积的低热值燃料。每单位体积的低热值燃料需要较少的空气以获得良好的完全燃烧。因而，对于任何给定的涡轮机负载条件，当从高热值燃料切换到低热值燃料时，需要更大体积的低热值燃料。类似地，对于某些较低热含量的燃料，每单位体积的低热值燃料可能需要使用较少的空气以获得良好的燃烧。

如上面指出的，控制经由燃料喷嘴输送到燃烧器中的燃料的数量是相对较容易的。如上面还指出的，改变供给燃烧区域的空气的数量是较为困难的。

在典型的涡轮机运行期间，涡轮机将以高热值燃料起动，并且将使发动机达到稳态操作条件。一旦达到稳态条件，操作员可开始将一定数量的低热值燃料混合到高热值燃料中，以产生输送到燃烧器中的混合物。因为需要更大体积的低热值燃料将发动机保持在负载条件下，所以更大总体积的燃料将被输送到燃烧器中。然而，由于上面给出的原因，对于每单位体积的燃料，可能需要同时减少供给到燃烧区域中的空气的数量。无法减少每单位体积的燃料的空气的数量可能导致燃烧区域中不期望的低的燃料/空气比。并且如上面所指出的，这可能导致火焰不稳定性和CO气体的不完全燃烧。

发明内容

在第一方面，本发明可用一种用于涡轮发动机的燃料喷嘴实施，该燃烧喷嘴包括伸长的外壳、沿着外壳长度的至少一部分而延伸的燃料输送通道、沿着外壳长度的至少一部分而延伸的空气输送通道、以及从燃料供给管线接收燃料并与燃料输送通道相通的燃料入口。燃料喷嘴还将包括联接到燃料入口上的空气调节单元，其中空气调节单元基于燃料入口处的燃料压力而改变传送到空气输送通道中的空气的数量。

在第二方面，本发明可用一种用于涡轮发动机的燃烧器实施，该燃烧器包括燃烧器衬套、安装在燃烧器衬套内部并联接在燃料供给管线上的燃料喷嘴、以及联接到燃料供给管线上的空气调节单元。空气调节单元将基于燃料供给管线中的燃料压力而起作用以改变进入燃烧器的燃烧区域中的空气的流量。

在另一方面，本发明可用一种控制进入涡轮机的燃烧器的燃烧区域中的空气的流量的方法实施。该方法将包括感测将燃料供应给燃烧器的燃料供给管线中的燃料压力，并基于所感测的燃料压力而改变进入燃烧区域中的空气流量。

附图说明

图1是涡轮发动机的典型的燃烧器的横截面图；

图2是燃烧器的横截面图，其包括用于改变进入燃烧器的燃烧区域中的空气的数量的空气调节单元；

图3图示了在第一操作条件下的第一类型的空气调节单元；

图4图示了在第二操作条件下的图3的调节单元；

图5图示了在第一操作条件下的第二类型的空气调节单元；

图6图示了在第二操作条件下的图5的空气调节单元；

图7图示了包括空气调节单元的燃料输送喷嘴；

图8图示了第一类型的机构，其可用于基于第一操作条件下的燃料压力而改变流过喷嘴的空气的数量；

图9图示了在第二操作条件下的图8中图示的机构；

图10图示了第二类型的机构，其可用于基于第一操作条件下的燃料压力而改变流过喷嘴的空气数量；

图11图示了在第二操作条件下的图10中图示的机构；

图12是局部横截面图，图示了用于将燃料喷嘴可移动地安装到燃烧器上以便有选择地改变输送到燃烧器中的空气的数量的第一装置；

图13是局部横截面图，图示了用于将燃料喷嘴可移动地安装到燃烧器上以便有选择地改变输送到燃烧器中的空气的数量的第二装置；

图14是局部横截面图，显示了带有安装在燃烧器组件上的活动元件的燃料喷嘴。

零部件列表

20过渡管

22，42稀释孔

30流套筒

40燃烧器衬套

44，69，309，319箭头

50燃烧器盖组件

60，100燃料喷嘴

61活动轴环

62，110第一燃料供给管线

63，65，112压力管线

64第二燃料供给管线

66，67空气调节单元

70第二燃料喷嘴

99燃烧区域

102远端

104外壳

106歧管

110燃料供给管线

112压力管线

120燃料供给管线

122压力管线

130空气入口管线

140燃料喷射器

142燃料孔

152输送通道

154燃料通道

156空气输送通道

162，164空气调节单元

165阻塞单元

166，175，176气流通道

167孔

168柱塞

169偏压部件

177腔室

178活塞

179偏压弹簧

200燃料喷嘴

202空气入口

204活动柱塞

206成角度的入口

300燃料喷嘴

302燃烧器盖

304孔

306成角度的入口

309方向性箭头

310活动轴环

312小的空气隙

319方向性箭头

320燃料喷嘴

322喷嘴

具体实施方式

图1图示了一种典型的燃烧器组件，其用于发电工业中使用的涡轮发动机。该燃烧器组件包括过渡管20，其将燃烧气体传送到发动机的涡轮段中。过渡管20的上端附接在燃烧器衬套40上。流套筒30围绕燃烧器衬套40同心地定位。

来自涡轮机的压缩机段的压缩空气被传送到定位于流套筒30和燃烧器衬套40之间的环形空间中。图1中的箭头44图示了压缩空气的流动路径。

在燃烧器的上游端处，多个燃料喷嘴60安装在围绕燃烧器盖组件50的同心环中。在一些涡轮机中，二级燃料喷嘴70定位在燃烧器的中心处。在其它涡轮机中，二级燃料喷嘴不存在，或者与图相反，可相对于盖齐平或凹入。主燃料喷嘴60和二级燃料喷嘴70穿透燃烧器盖组件50，并延伸到燃烧器外。

来自涡轮机的压缩机段的空气可经由多个不同的路径进入燃烧区域99。如箭头44所示，压缩空气向上移动至流套筒30和燃烧器衬套40之间的环形空间。压缩空气必须转向180°。空气可流过喷嘴而进入燃烧区域99，或者空气可穿过燃烧器盖50中的孔而进入燃烧区域99。在燃烧器盖50中的孔可提供来冷却燃烧器盖。类似地，燃烧器盖50中的环形空间可包围各个燃料喷嘴，以容许气流向下经过喷嘴的外部，从而帮助冷却喷嘴。

另外，稀释孔22和冷却孔可定位在过渡件20中。这容许一些来自压缩机的空气从过渡件的外部传送到过渡件的内部中。类似地，燃烧器衬套40中的稀释孔42可容许空气进入燃烧区域99中。

由燃料喷嘴60，70供给的燃料与压缩空气相混合，并且在燃烧区域99中点燃燃料空气混合物。

如上面所解释的，有时需要改变与燃料喷嘴所供给的燃料局部混合的空气的数量，以实现最佳的燃烧。合适的燃料和空气的混合物提供了良好的燃烧效率，并且还减少了不期望的燃烧气体的产生。

图2图示了包括多个空气调节单元66，67的燃烧器。如以下将要解释的那样，空气调节单元设计成有选择地改变输送到燃烧器中的空气的数量。在此实施例中，空气调节单元66，67安装在燃烧器衬套40上。然而，在备选实施例中，空气调节单元可安装在燃烧器组件上的其它位置上。例如，空气调节单元可定位在燃烧器流套筒30或燃烧器盖50上。空气调节单元还可定位在燃烧区域的下游端，例如过渡件20上。

如上面所解释的，当涡轮机上的负载要求增加时，需要将大量的燃料输送到燃烧器中以满足更高的负载。还如上面所解释的，当更大量的燃料输送到燃烧器中时，需要增加输送到燃烧区域中的空气的数量，以避免涡轮机以不期望的高燃料/空气比运转，其可能导致不期望的NO_X气体的产生。图2中图示的燃烧器中的第一空气调节单元67设计成当更大量的燃料被供给燃烧器时打开进入燃烧器的辅助空气通道。

通过喷嘴输送更大量的燃料意味着燃料管线中的压力将增加。相反，当较少量的燃料输送到燃烧器中时，燃料压力下降。因为燃料压力依赖于将燃料输送到燃烧器中的速率而变化，所以在第一空气调节单元67中使用燃料压力来促动机械机构，以便有选择地改变输送到燃烧器的上游端中的空气的数量。空气调节器的设计可使得空气流量根据优化操作的需要而随燃料压力线性地或非线性地变化。

在图2中所示的实施例中，通过第一燃料供给管线62和第二燃料供给管线64为各个主燃料喷嘴60供给两种不同类型的燃料。第一燃料供给管线62用于将高热值燃料例如天然气输送到主燃料喷嘴60。第二燃料供给管线64用于将相对低热值燃料例如合成气输送到燃料喷嘴。

如果涡轮机以高热值燃料例如天然气进行操作，当输送的燃料数量增加时，人们将可能增加输送到燃烧区域中的空气的数量。并且第一燃料供给管线62中的变化的压力用于达成此目的。

在图2中所示的实施例中，第一空气调节单元67通过压力管线63联接在第一燃料输送管线62上。压力管线63将第一燃料输送管线62中的压力传递给第一空气调节单元67。当第一燃料输送管线62中的压力增加时，压力上升造成第一空气调节单元67中的机构打开辅助空气通道，以容许额外的空气进入燃烧器的上游端。

虽然图2只显示了单个第一空气调节单元67，但在实际的实施例中，多个第一空气调节单元67将围绕燃烧器而安装在环中，该环围绕燃烧器衬套40的外部而延伸。在一个备选实施例中，另外的第一空气调节单元67可定位在燃烧器衬套40上，处于图2中所示的那一个的下游的位置。类似地，一个或多个第一空气调节单元67可替代地安装在流套筒30或燃烧器盖50上。不管它们安装在哪里，都需要定位第一空气调节单元67，使得当它们打开辅助空气通道时，引入燃烧器内部的额外的空气均匀地分布在燃烧器周围。

在图5和图6中以功能方式图示了第一空气调节单元67的一个实施例。如其中所示，通向第一燃料输送管线62的压力管线63将通向定位在第一空气调节单元中的腔室177。当压力管线63中燃料的压力增加时，其将反作用于定位于腔室177内的活塞178。所增加的压力将造成活塞178反抗偏压弹簧179的作用而向上移动。偏压弹簧的设计可例如基于优化性能而使空气流量随燃料压力线性地或非线性地变化。这又将使定位在气流通道176内的阻塞单元175升高。

当图5和图6中所示的空气调节单元经由压力管线63而联接到第一燃料输送管线62上时，基于第一高热值燃料的压力而改变流过气流通道176的空气的数量是可行的。因此，当在相对较低的压力下将较少量的第一高热值燃料供给喷嘴时，第一空气调节单元将配置成如图5中所示。偏压弹簧179将会已经将阻塞单元175向下推入到空气通道176中，以便部分地或完全地阻塞空气通道176。然而，当第一高热值燃料的压力增加时，因为更大量的燃料被输送到燃料喷嘴，所以更高的燃料压力将向上推动活塞178，并使阻塞单元175升高，从而容许更大量的空气流过空气通道176。该设计可例如使流量随燃料压力线性或非线性地变化。

图5和图6中所示基于燃料供给管线62中的燃料压力而操作的机械联动装置提供了一种改变进入燃烧区域中的空气的数量以获得最佳燃烧条件的简单的机械装置。不需要任何单独的电子控制的流量机构。相反，仅燃料压力就将足以自动地调整空气流量以获得最佳的燃烧条件。

第二空气调节单元66设计成处理当涡轮机以低热值燃料运转时会发生的空气供给问题。如上面所解释的，当相对低热值燃料例如合成气与天然气相混合，或者单独使用时，必须使用同高热值燃料相比更大体积的低热值燃料，从而将涡轮机保持在一定的操作条件下。取决于燃料的成分，在燃烧区域中还可能需要对每单位体积的低热值燃料使用较少的空气，以避免涡轮机在不期望的贫燃条件下运转，这会导致火焰不稳定性和不期望的CO气体的不完全燃烧。并且所使用的低热值燃料越多，人们越可能减少供给到燃烧区域中的空气的数量。

第二空气调节单元设计成基于第二燃料输送管线64中的压力而有选择地改变引入燃烧器中的空气，第二燃料输送管线将低热值燃料提供给燃料喷嘴60/70。如同上述第一空气调节单元67一样，在燃烧器的一个实际的实施例中，第二空气调节单元66将安装在围绕燃烧器的外部的环中。同样，额外的第二空气调节单元66可定位在图2中所示的那一个的下游。同样地，第二空气调节单元66还可安装在流套筒30和/或燃烧器盖50上。如同第一空气调节单元67一样，第二空气调节单元66将定位在燃烧器上，从而当机构操作以改变进入燃烧器中的空气分流时，变化的流量基本上轴向均匀地发生在燃烧器周围。

压力管线65将第二燃料输送管线64联接到第二空气调节单元66上。并且变化的压力用于控制第二空气调节单元66中的机械机构，以便有选择地关闭容许空气进入燃烧器中的辅助空气供给通道。当低热值燃料的压力增加，指示更大量的低热值燃料正混合到输送至燃料喷嘴60/70的燃料中时，辅助空气通道被逐渐关闭。

第二空气调节单元66可配置成如本申请的图3和图4中所示。图3和图4显示了类似于如上所述的那一个的机构，然而，进入燃烧区域中的空气流量以相反的方式变化。

如图3中所示，当通过压力管线65对活塞168应用相对较低的压力时，偏压部件169向上推动柱塞168，从而使阻塞单元165从气流通道166中几乎完全退出。然而，当供给更大量的低热值燃料，并且压力管线65中的压力增加时，更大的压力将推动活塞168的顶部，以便反抗偏压部件169的压力而向下压迫活塞和阻塞单元165。结果，阻塞部件165将关闭气流通道66，从而减少进入燃烧区域中的压缩空气的数量。

如图3和图4中所示的装置提供了一种用于当燃烧器中使用相对低热值燃料时改变进入燃烧区域的空气流量以获得最佳燃烧条件的简单的机械装置。

图3-6中图示的机构只是意图说明概念。在用于涡轮发动机中的一个实际的实施例中，空气调节单元可以以多种不同的方式进行配置，只要它们仍然基于燃料供给管线中的燃料的压力对进入燃烧区域的空气实现相同的流量控制即可。为了优化性能，可设置气流变化以按需要随燃料压力线性地或非线性地变化。因此，图3-6中图示的细节并非意图为限制性的。空气调节单元的具体实施例可以以多种不同的方式进行配置。

例如，在上述实施例中，空气调节单元定位在燃烧器的上游端处。在备选实施例中，空气调节单元可定位在燃烧器的下游端处，例如定位在过渡件20上。然而，当空气调节单元定位在燃烧器的下游端处时，它们将需要以相反的方式操作。

例如，当空气调节单元定位在过渡件20上，并且连接在将高热值燃料输送到燃烧器中的燃料供给管线62上时，空气调节单元将需要随着高热值燃料的压力增加而关闭补充空气通道。这将减少在下游端处进入燃烧器的空气的数量，其将具有在上游端处增加进入的空气的数量的效果，从而避免燃烧区域中不期望的富燃料空气比。

相反，当空气调节单元定位在过渡件20上，并且连接在将低热值燃料输送到燃烧器中的燃料供给管线64上时，空气调节单元将需要随着低热值燃料的压力增加而打开补充空气通道。这将增加在下游端处进入燃烧器中的空气数量，其将具有减少在上游端处进入的空气的数量的效果，从而避免燃烧区域中不期望的贫燃料空气比。

在上述实施例中，空气调节单元直接控制流入燃烧区域99中的空气的数量。在备选实施例中，相似的空气调节单元可用于控制流过和/或围绕燃料喷嘴本身外部的空气的数量。

在以下描述中，图7将用于图示控制喷嘴中的空气流量的基本概念。之后，将参照图8-14描述一些可用于控制穿过和/或围绕喷嘴的空气的流量的机构的示例。

在许多喷嘴中，空气流过喷嘴本身。空气可与喷嘴内的燃料相混合，或者空气可离开喷嘴的下游端，然后与喷嘴外部的燃料相混合。图7图示了燃料喷嘴的功能示意图。该示意图并非意图模拟涡轮机中使用的实际喷嘴。相反，图7中图示的喷嘴内的元件提供成功能框。在实际的燃料喷嘴中，功能框所执行的功能可以以许多不同的方式实施。

如图7中所示，燃料喷嘴100包括外壳104。多个燃料和空气通道定位在外壳104内。

主燃料输送通道152沿着喷嘴的长度向下延伸。主燃料通道152将燃料输送给多个径向延伸的燃料喷射器140。各个径向延伸的燃料喷射器140均包括多个燃料孔142。通过主燃料通道152输送的燃料通过燃料孔142离开而直接进入到压缩空气流中，压缩空气流沿着燃料喷嘴的外部而向下行进。在备选实施例中，燃料孔可沿着主体的外部形成，并且/或者燃料孔可以是安装在喷嘴的外部上的旋流器机构的一部分。旋流器机构可感应沿着喷嘴的外部流动从而围绕喷嘴旋流的空气，其可有助于使燃料在燃烧区域中被点燃之前与空气相混合。

在图7中图示的实施例中，提供了额外的燃料通道154将燃料输送到喷嘴的远端102。图7中所示的燃料喷嘴还包括空气输送通道156，其将空气输送到喷嘴的远端102。在燃料喷嘴的实际实施例中，燃料通道154和空气输送通道156可具有变化的构造。同样，虽然只显示了一个燃料输送通道154和一个空气输送通道156，但是在一个实际的实施例中，可提供多个燃料输送通道和多个空气输送通道。此外，虽然通道如图7中所示是分开的，但在实际的实施例中，燃料和空气输送通道可在喷嘴中会合，从而容许燃料和空气在喷嘴中混合。

第一空气输送通道156联接在第一空气调节单元162和第二空气调节单元164上。空气入口管线130联接在第一和第二空气调节单元162，164上。虽然空气入口管线130图示为来自于侧面，但如后面将要描述的，在实际的喷嘴中，空气入口可能只是喷嘴中的进口，其定位成从压缩机接收压缩空气流。

第一燃料供给管线110将高热值燃料供给喷嘴。压力管线112将第一空气调节单元162连接到第一燃料供给管线110上。第一燃料供给管线110内的燃料压力经由压力管线112传递给第一空气调节单元162。燃料供给管线110中的燃料压力的上升将造成第一空气调节单元162增加流入空气输送通道156中的空气的数量。如图5和图6中所示的机构可用作第一空气调节单元162。

第二燃料供给管线120可用于将相对低热值燃料输送给燃料喷嘴。压力管线122将第二燃料供给管线120中的燃料压力传递给第二空气调节单元164。第二燃料供给管线120中的燃料压力的增加将造成第二空气调节单元164减少流入空气输送通道156中的压缩空气的数量。如图3和图4中所示的机构可用作第二空气调节单元164。

两个空气调节单元162和164将起作用以自动地调整穿过喷嘴，并且之后引入燃烧器的燃烧区域中的空气的数量。第一空气调节单元162将起作用以在供给更大量的高热值燃料时引入补充空气，从而避免高于最佳值的燃料/空气混合物。类似地，当将更大量的低热值燃料引入燃烧器中时，根据该燃料的成分，可利用第二空气调节单元164减少供给的空气的数量，从而避免以不期望的贫燃料/空气混合物进行操作。

在实际的燃料喷嘴中，一个或多个空气调节单元可定位在喷嘴的入口处，以控制进入喷嘴的空气的流量。图8和图9图示了执行此功能的第一类型的装置。如其中所示，进气口202在通向喷嘴的入口处具有第一直径，并且该直径随着深入到喷嘴中而增加。活动柱塞204定位在入口中。活动柱塞被偏压元件例如弹簧向喷嘴的上游端偏压。

进入喷嘴的高热值燃料将作用在活动柱塞204的前端或上游端上。在轻负载条件下，较少量的燃料将反作用于活动柱塞204上，并且偏压部件的作用力将保持柱塞204朝着喷嘴的上游端而定位。结果，活动柱塞的下游端将部分地阻塞到喷嘴的入口，从而限制穿过喷嘴的空气的数量。

当涡轮机被更重地加载，并且更大量的高热值燃料流入喷嘴中时，更大的燃料流的作用力将反作用于偏压部件，从而沿下游方向将活动柱塞更进一步推入喷嘴中。如图9中所示，这将造成活动柱塞204的下游端移动到具有更大直径的进气口202的部分中。并且这将容许更大量的空气流入并穿过喷嘴。因而，图8和图9中所示的机构将类似于图5和图6中所示的第一空气调节单元起作用，当更大量的高热值燃料在涡轮机中被燃烧时，其增加了进入燃烧区域的空气数量。该设计可为使得空气流量能够根据优化性能的需要而随燃料压力线性地或非线性地变化。

图10和图11图示了另一类型的机构，其可用于如果需要则基于该燃料的成分根据被燃烧的低热值燃料的数量而调整空气流量。如这些图中所示，通向喷嘴的入口202具有随着深入喷嘴中而逐渐减小的直径。活动柱塞204仍然安装在入口处，并且偏压部件将活动柱塞204偏压向上游方向。在此实施例中，低热值燃料流将作用在柱塞204上。

在图10和图11中所示的实施例中，当较少量的低热值燃料流入喷嘴中时，偏压部件将会把活动柱塞204保持在喷嘴的上游端处，如图10中所示。这将确保在柱塞204的下游端和入口通道202之间的空气隙将保持相对大，从而容许更大量的空气进入喷嘴，并传送到燃烧区域中。

当更大量的低热值燃料进入喷嘴中时，更大的低热值燃料的燃料压力将推动活动柱塞204更深入到喷嘴中，如图11中所示。并且在此位置处，柱塞204的下游端将关闭入口202和柱塞204之间空气隙的更大部分，从而减少穿过喷嘴的空气流量。因而，图10和图11中所示的机构将类似于图3和图4中所示的空气调节单元起作用，从而当更大量的低热值燃料在涡轮机中被燃烧时减少被引入燃烧区域的空气的数量。

图8-11中所示的柱塞机构只是意图为此类机构可如何配置的功能性描述。此机构的实际实施方式可采用许多形式。例如，柱塞机构可定位在通向喷嘴的入口处，或者此类机构可单独地定位在穿过喷嘴的各个气流通道中。

类似地，柱塞可在喷嘴内以多种不同的方式移动。如上所述，燃料可直接撞击柱塞的上游端，或者燃料输送管线中的压力可造成柱塞以一些其它方式移动。不管如何，该概念是燃料压力通过机械装置来起作用以有选择地改变空气流量。空气流量可根据需要而随燃料压力线性地或非线性地变化以优化性能。

图8-11中所示的机构意在有选择地改变穿过喷嘴的空气的流量。图12和图13图示了当燃烧区域处于喷嘴出口略微下游时可用于有选择地改变沿着喷嘴的外部穿过的空气的流量的机构，例如用于利用中心定位的二级喷嘴的系统中的主喷嘴。

图12图示了安装在燃烧器盖302上的喷嘴。在喷嘴的外部和燃烧器盖302中的孔304之间保持小的空气隙312，其中喷嘴安装在盖302中。该空气隙312容许气流沿着喷嘴的外周穿过，并且此气流冷却喷嘴，然后穿入到燃烧器中的燃烧区域中。

里面安装了喷嘴的孔304具有成角度的表面，使得孔304的直径随着沿下游方向逐渐深入孔而增加。喷嘴的外部还具有成角度的表面，其与孔304的带角度的表面相匹配。

喷嘴可移动地安装在燃烧器盖302中，使得喷嘴可在箭头309的方向上移动。将提供偏压部件来将喷嘴向上游方向偏压。高热值燃料的作用力将作用在喷嘴上，从而造成喷嘴在下游方向上移动。当较少量的高热值燃料流入喷嘴中时，喷嘴将定位成朝向其移动范围的上游端，其将在喷嘴的外部和燃烧器盖302中的孔304之间保持相对较小的空气隙312。这将确保相对较少量的空气被容许流过该空气隙，并进入到燃烧器的燃烧区域中。

当更大量的高热值燃料被向喷嘴输送时，更大的燃料压力将造成喷嘴反抗偏压部件的作用力而在下游方向上移动。并且当喷嘴在下游方向上移动时，空气隙312将增加，其将容许更大量的空气流过间隙并进入燃烧区域中。因而，该机构将类似于图5和图6中所示的空气调节单元根据高热值燃料的压力而有选择地改变空气流量。

图13中所示的机构可用于根据低热值燃料的压力而有选择地改变空气流量。在此装置中，喷嘴322也将可移动地安装在燃烧器盖302中，使得喷嘴可在箭头319的方向上移动。类似地，偏压部件将把喷嘴322向上游端偏压。然而在此机构中，其中安装了喷嘴的孔的壁将成角度，使得孔的直径在下游方向上减小。

当较少量的低热值燃料流动时，偏压部件将把喷嘴322保持在其行程的上游端处，并且将容许更大量的空气在喷嘴和燃烧器盖之间流动。当低热值燃料的数量增加时，燃料的压力将造成喷嘴在下游方向上移动，其将起作用以减少在喷嘴外部和燃烧器盖302的孔之间的间隙。因而，当更大量的低热值燃料被燃烧时，流入燃烧区域中的空气数量将减少。因而，此机构将类似于图3和图4中所示的空气调节机构进行操作。

图12和图13中所示的机构仅意图为说明性的。在一个实际的实施例中，该机构可起作用以造成喷嘴以多种不同的方式移动。在最简单的实施例中，进入喷嘴的燃料流将用于使喷嘴相对于燃烧器盖而移动。在更复杂的实施例中，燃料压力可通过各种机械装置起作用以造成喷嘴相对于燃烧器盖而移动。

另外，在一些实施例中，整个喷嘴可相对于燃烧器盖而移动，但是在其它实施例中，只有定位在燃烧器盖的孔中的喷嘴的部分可能移动。在又其它的实施例中，喷嘴本身可保持固定，并且燃烧器盖可能相对于喷嘴而移动。

在图12和图13中所示的机构中，机构可基于高热值燃料的压力或低热值燃料的压力而有选择地改变空气流量。图14图示了一种基于两种燃料压力而有选择地改变围绕喷嘴的外部而流动的空气的数量的机构。

在图14中图示的机构中，活动轴环61安装在喷嘴60的外部上。活动轴环61能够在箭头69的方向上沿着燃料喷嘴60的长度相对于盖50而移动。根据设计，轴环和喷嘴可作为单元而移动，或者轴环可独立于喷嘴而单独移动。活动轴环61的外部上成角度的表面与燃烧器盖50中的孔上相应的成角度的内表面协作。因此，当活动轴环61在下游方向上移动时，该运动打开定位在活动轴环61的外部和燃烧器盖组件50的内成角度表面之间的气流通道。相反，如果活动轴环61在上游方向上移动，该运动减小了气流通道的尺寸，从而减少穿过气流通道的空气流量。

一个或多个简单的机械机构可基于高热值燃料和低热值燃料的压力而用于造成活动轴环61在上游和下游方向上移动。

联接在高热值燃料供给管线上的第一机械的空气调节机构在高热值燃料管线中的压力增加时将造成活动轴环61在下游方向上移动。这将增加进入涡轮机的燃烧区域中的空气的数量。

联接在低热值燃料供给管线上的第二空气调节机构在低热值燃料供给管线中的压力增加时将造成活动轴环61在上游方向上移动。这将减少流入涡轮机的燃烧区域中的空气的数量。

虽然这两种机构将在相反的方向上作用于活动轴环上，但通过提供这两种机构，可基于高热值燃料的压力和低热值燃料的压力而有选择地改变空气流量。

在备选实施例中，活动轴环61可只联接在高热值燃料供给管线上，或只联接在低热值燃料供给管线上。此外，一些种类的偏压机构可确保当活动轴环没有在一个方向或另一方向上被燃料输送管线中的压力所移动时，活动轴环61始终返回到中心位置或中立位置。

对于燃烧区域直接处于喷嘴出口处的系统，例如在不包括中心安装的二级喷嘴的系统中，图12，13和14中所示的机构的利用将是相反的。也就是说，当高热值燃料的流量增加时，类似于图13中所示机构的某物将用于减少围绕喷嘴的空气流量，从而迫使更多的空气穿过喷嘴。相反，当使用更多低热值燃料时，如果基于燃料的成分需要，类似于图12所示机构的某物将用于使空气绕过喷嘴，从而减少穿过喷嘴的空气流量。

如果使用氧气或富氧空气而不是空气，或者如果使用一些其它氧气/空气的混合气体，可利用与上述相似的装置。

虽然已经结合目前被认为是最恰实际且最优选的实施例而描述了本发明，但是应该懂得本发明并不限于所公开的实施例，相反，其意图覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种变体和等效装置。

Claims (9)

1.一种用于涡轮发动机的燃料喷嘴，包括：

伸长的外壳；

燃料输送通道，其沿着所述外壳的长度的至少一部分而延伸；

空气输送通道，其沿着所述外壳的长度的至少一部分而延伸；

燃料入口，其从燃料供给管线接收燃料，并且与所述燃料输送通道连通；和

联接在所述燃料入口上的空气调节单元，其中所述空气调节单元基于所述燃料入口处的燃料压力或燃料压力差而改变传送到所述空气输送通道中的空气的数量。

2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，当所述燃料入口处的所述燃料压力或燃料压力差增加时，所述空气调节单元增加进入所述空气输送通道中的空气的流量。

3.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，当所述燃料入口处的所述燃料压力或燃料压力差增加时，所述空气调节单元减少进入所述空气输送通道中的空气的流量。

4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述空气调节单元基于所述燃料入口处的所述燃料压力或燃料压力差而以线性的方式改变进入所述空气输送通道中的空气的流量。

5.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述空气调节单元基于所述燃料入口处的所述燃料压力或燃料压力差而以非线性的方式改变进入所述空气输送通道中的空气的流量。

6.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃料入口包括第一燃料入口，其中所述空气调节单元包括第一空气调节单元，并且其中所述第一空气调节单元基于所述第一燃料入口处的所述燃料压力或燃料压力差而以第一方式改变传送到所述空气输送通道中的空气的数量，所述燃料喷嘴还包括：

第二燃料入口；和

联接在所述第二燃料入口上的第二空气调节单元，其中所述第二空气调节单元基于所述第二燃料入口处的所述燃料压力或燃料压力差而以第二方式改变传送到所述空气输送通道中的空气的数量。

7.根据权利要求6所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述第二方式与所述第一方式是相反的。

8.根据权利要求6所述的燃料喷嘴，其特征在于，当所述第一燃料入口处的所述燃料压力或燃料压力差增加时，所述第一空气调节单元增加进入所述空气输送通道中的空气的流量，并且其中当所述第二燃料入口处的所述燃料压力或燃料压力差增加时，所述第二空气调节单元减少进入所述空气输送通道中的空气的流量。

9.根据权利要求6所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述空气输送通道包括第一空气输送通道和第二空气输送通道，其中所述第一空气调节单元控制进入所述第一空气输送通道中的空气的流量，并且其中所述第二空气调节单元控制进入所述第二空气输送通道中的空气的流量。

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