CN103225824A - 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴及其操作方法 - Google Patents
用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴及其操作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103225824A CN103225824A CN2012105070976A CN201210507097A CN103225824A CN 103225824 A CN103225824 A CN 103225824A CN 2012105070976 A CN2012105070976 A CN 2012105070976A CN 201210507097 A CN201210507097 A CN 201210507097A CN 103225824 A CN103225824 A CN 103225824A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel
- porous part
- nozzle assembly
- fuel nozzle
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
- F23C7/004—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
- F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
- F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07001—Air swirling vanes incorporating fuel injectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2212/00—Burner material specifications
- F23D2212/10—Burner material specifications ceramic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2212/00—Burner material specifications
- F23D2212/20—Burner material specifications metallic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
- F23D2900/00008—Burner assemblies with diffusion and premix modes, i.e. dual mode burners
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于与涡轮发动机一起使用的燃料喷嘴组件,该燃料喷嘴组件包括至少一个燃料管道,该至少一个燃料管道连接至至少一个燃料源。该燃料喷嘴组件还包括至少一个旋流器,该至少一个旋流器包括至少一个壁,该至少一个壁具有多孔部分。该至少一个壁连接至至少一个燃料管道。多孔部分由这样的材料形成:该材料所具有的孔隙度有利于燃料流过其中。至少一个燃料流动路径由此被限定成通过至少一个壁的多孔部分。
Description
技术领域
本发明的技术领域总体涉及旋转机械,并且更具体地,涉及涡轮发动机燃料喷嘴组件。
背景技术
至少一些已知的涡轮发动机点燃燃烧器中的燃料-空气混合物,以产生燃烧气体,通过热气路径朝向涡轮引导所产生的燃烧气体。已知的燃烧器组件包括燃料喷嘴,所述燃料喷嘴将燃料引导至燃烧器的燃烧区域。涡轮将燃烧气流的热能转化成用于使涡轮轴旋转的机械能。涡轮的输出可以用于为机械(例如,发电机、压缩机、或泵)提供动力。
这种已知的燃料喷嘴构造成能够喷射和分配特定的燃料共混物,以产生通过被限定在燃料喷嘴内的已有的喷射开口和射流的预定流速。这种已知的燃料喷嘴静态地构造并且不包括能够响应动态状况的特征,动态状况例如为变化的燃料热含量(heat content)、燃料粘度、和体积流速。如果所有者/操作者期望转换燃料,那么所有者/操作者将取消涡轮发动机的使用并且以备选喷嘴来替换喷嘴,以适应长期燃料转换。在一些燃气涡轮机燃料系统中,燃料流调节装置(例如,可调节燃料流节流阀)定位在燃料喷嘴的上游处。在一些其它的燃气涡轮机燃料系统中,安装多个燃料供给回路。两种解决方案都有利于适应燃料的立即转换。然而,这两个解决方案还增加了安装和操作相关燃料系统的成本。
发明内容
在一个方面中,提供一种用于与涡轮发动机一起使用的燃料喷嘴组件。该燃料喷嘴组件包括至少一个燃料管道,该至少一个燃料管道连接至至少一个燃料源。该燃料喷嘴组件还包括至少一个旋流器,该至少一个旋流器包括至少一个壁,该至少一个壁具有多孔部分。该至少一个壁连接至至少一个燃料管道。所述多孔部分由这样的材料形成:该材料所具有的孔隙度(porosity)有利于燃料流过其中。至少一个燃料流动路径由此被限定成通过所述至少一个壁的所述多孔部分。
在进一步的方面中,提供一种操作涡轮发动机的方法。该涡轮发动机包括至少一个燃料管道,该至少一个燃料管道连接至至少一个燃料喷嘴,该至少一个燃料喷嘴包括至少一个旋流器,该至少一个旋流器具有至少一个多孔部分。所述多孔部分覆盖所述至少一个燃料管道开口的至少一部分。多孔部分由这样的材料形成:该材料所具有的孔隙度有利于燃料流过其中。该方法包括将燃料从至少一个燃料源引导至所述至少一个燃料管道。该方法还包括引导燃料通过所述至少一个多孔部分进入燃烧器中。
在另一个方面中,提供一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括至少一个燃烧器和至少一个燃料喷嘴组件,该至少一个燃料喷嘴组件连接至至少一个燃烧器。该至少一个燃料喷嘴组件包括至少一个燃料管道,该至少一个燃料管道连接至至少一个燃料源。该至少一个燃料喷嘴组件还包括至少一个旋流器,该至少一个旋流器包括至少一个壁,该至少一个壁具有多孔部分。所述多孔部分由这样的材料形成:该材料所具有的孔隙度有利于燃料流过其中。该至少一个壁连接至所述至少一个燃料管道,由此将至少一个燃料流动路径限定成通过所述至少一个壁的所述多孔部分。
附图说明
当参照附图阅读下文的详细描述时,本发明的这些和其它的特征、方面以及优点将变得更好理解,其中相似的附图标记在全部附图中代表相似的部分,在附图中:
图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图;
图2是可以与图1中所示的燃气涡轮发动机一起使用的燃料喷嘴组件的横截面图;
图3是可以与图2中所示的燃料喷嘴组件一起使用并且沿线3-3截取的旋流器叶片的放大横截面图;
图4是可以与图2中所示的燃料喷嘴组件一起使用的图3中所示的旋流器叶片的放大俯视图,该旋流器叶片具有示例性多孔材料的部分;以及
图5是操作图1中所示的燃气涡轮发动机的示例性方法的流程图。
除非通过其它方式指出,本说明书中所提供的附图意在示出本发明的关键的创造性特征。这些关键的创造性特征被认为能够应用于包括本发明的一个或多个实施例的范围宽广的系统中。这样一来,附图并不意在包括实施本发明所需的本领域普通技术人员已知的所有的传统特征。
具体实施方式
在下文的说明书和权利要求中,将引用多个术语,所述多个术语将被限定成具有以下意义。
除非上下文通过其它方式明确规定,否则单数形式“一个”和“所述”包括复数引用。
“任选的”或“任选地”的意思是可能发生或者可能不发生随后描述的事件或情况,并且所述描述包括事件发生的情况以及事件不发生的情况。
像在整个说明书和权利要求中所使用的,近似语言可以用于修改任何定量描述,其能够准许所述定量描述发生变化而不会造成与其相关的基本功能的改变。因此,通过一个术语或多个术语(例如,“大约”和“基本”)修改的值并不限于所指定的精确值。在至少一些情况下,近似语言可以与用于测量值的仪器的精度相对应。在此处的和整个说明书和权利要求中,范围限制可以组合并且/或者交换,除非上下文或者语言通过其它方式指出,否则这种范围是确定的并且包括包含在其中的所有子范围。
图1是旋转机械100(即,涡轮机,并且更具体地,燃气涡轮发动机)的示意图。在示例性实施例中,燃气涡轮发动机100包括进气部段102、和压缩机部段104,压缩机部段104自进气部段102的下游连接并且与进气部段102流动连通。燃烧器部段106自压缩机部段104的下游连接且与压缩机部段104流动连通,并且涡轮部段108自燃烧器部段106的下游连接且与燃烧器部段106流动连通。涡轮发动机100包括排气部段110,排气部段110相对于涡轮部段108位于其下游处。此外,在示例性实施例中,涡轮部段108通过转子组件112连接至压缩机部段104,转子组件112不具有限制意义地包括压缩机转子、或驱动轴114以及涡轮转子、或驱动轴115。
在示例性实施例中,燃烧器部段106包括多个燃烧器组件,即,均与压缩机部段104流动连通地连接的燃烧器116。燃烧器部段106还包括至少一个燃料喷嘴组件118。每一个燃烧器116都与至少一个燃料喷嘴组件118流动连通。此外,在示例性实施例中,涡轮部段108和压缩机部段104通过驱动轴114可旋转地连接至负载120。例如,负载120可以不具有限制意义地包括发电机和/或机械驱动应用(例如,泵)。备选地,燃气涡轮发动机100可以是飞机发动机。在示例性实施例中,压缩机部段104包括至少一个压缩机轮叶组件122。此外,在示例性实施例中,涡轮部段108包括至少一个涡轮轮叶,即,斗叶124。每一个压缩机轮叶组件122和每一个涡轮斗叶(bucket)124都连接至转子组件112,或者更具体地,连接至压缩机驱动轴114和涡轮驱动轴115。
在操作中,进气部段102朝向压缩机部段104引导空气150。在朝向燃烧器部段106排放压缩空气152之前,压缩机部段104将进口空气150压缩至较高的压力和温度。压缩空气152被引导至燃料喷嘴组件118、与燃料(未示出)混合、并且在每一个燃烧器116内燃烧,从而产生燃烧气体154,所产生的燃烧气体154朝向涡轮部段108向下游被引导。燃烧器116内所产生的燃烧气体154朝向涡轮部段108向下游被引导。在冲击涡轮斗叶124之后,热能被转化成用于驱动转子组件112的机械旋转能。涡轮部段108通过驱动轴114和115对压缩机部段104和/或负载120进行驱动,并且排放气体156通过排气部段110被排放至环境大气。
图2是可以与燃气涡轮发动机100(示于图1中)一起使用的燃料喷嘴组件118的横截面图。燃料喷嘴组件118限定了延伸通过其中的轴向中心线202。在示例性实施例中,燃料喷嘴组件118包括中心体204。空气滤芯(cartridge)206围绕轴向中心线202沿径向布置并且从冷却/净化空气连接部208沿轴向延伸至中心体204的尖端。空气滤芯206至少部分地限定扩散燃料端口210和扩散燃料管道212。燃料喷嘴组件118还限定了至少一个主预混燃料端口214和至少一个主预混燃料管道216。燃料喷嘴组件118还限定了至少一个主空气端口218和至少一个主空气管道220。扩散燃料管道212围绕空气滤芯206环形地延伸,并且沿径向位于空气滤芯206的外侧。主预混燃料管道216布置在组件118内,使得主预混燃料管道216围绕扩散燃料管道212环形地延伸,并且沿径向位于扩散燃料管道212的外侧。主空气管道220布置在组件118内,使得主空气管道220围绕主预混燃料管道216环形地延伸,并且沿径向位于主预混燃料管道216的外侧。
此外,在示例性实施例中,燃料喷嘴组件118包括旋流器222。旋流器222包括多个叶片224,所述多个叶片224布置在主空气管道220内。旋流器叶片224以流动连通的方式与主预混燃料管道216连接。
此外,在示例性实施例中,扩散燃料端口210、扩散燃料管道212、主预混燃料端口214、和主预混燃料管道216以流动连通的方式与多个气态燃料源(均未示出)连接,以使得一种或多种气态燃料能够被选择性地引导至燃料喷嘴组件。在示例性实施例中,燃料是含碳气体,例如但不限于天然气和合成气。备选地,供给至燃料喷嘴组件118的燃料可以是使得燃料喷嘴组件118和燃气涡轮发动机100能够如本说明书中所描述地进行操作的任何气态燃料。
此外,在示例性实施例中,燃料喷嘴组件118通过冷却/净化空气连接部208以流动连通的方式与冷却/净化空气源(未示出)连接。冷却/净化空气源可以包括从压缩机部段104(示于图1中)被引导的加压空气152的一部分以及/或者独立的源(例如但不限于雾化空气罐和/或辅助工业空气系统)。燃料喷嘴组件118还以流动连通的方式与压缩机部段104连接,并且接收大部分加压空气152。
图3是可以与燃料喷嘴组件118(示于图2中)一起使用并且沿线3-3(示于图2中)截取的旋流器叶片224的放大横截面图。在示例性实施例中,旋流器叶片224包括多个叶片壁230,所述多个叶片壁230彼此连接,以限定叶片腔232,叶片腔232以流动连通的方式与主预混燃料管道216(示于图2中)连接,并且从主预混燃料管道216沿径向延伸。
此外,在示例性实施例中,叶片壁230的至少一部分(即,叶片壁230的部分234和236中的至少一个部分)由多孔材料形成。在示例性实施例中,部分234和236都是多孔的。具体而言,叶片壁230的部分234和236由这样的材料形成:该材料所具有的预定孔隙度有利于燃料流过其中(即,有利于燃料流入主空气管道220中)。备选地,部分234和236中仅有一个部分是多孔的。此外,备选地,在具有或不具有多孔部分234和236的情况下,叶片壁230的其它预定部分由多孔材料形成。
此外,在示例性实施例中,多孔部分234和236中的每一个部分都具有预定孔隙度值,该预定孔隙度值沿径向和轴向基本恒定。备选地,多孔部分234和236中的每一个部分都可以具有不相似的预定孔隙度值,所述不相似的预定孔隙度值沿径向、轴向并且相对于彼此发生变化。
此外,在示例性实施例中,多孔部分234和236在与轴向中心线202(示于图3中以供参考)平行的取向中直接彼此相对。多孔部分234和236从主预混燃料管道216径向向外延伸至旋流器222的壳体部分238(全部示于图2中)。
图4是具有一部分示例性多孔材料300的旋流器叶片224(示于图3中)的放大俯视图,该示例性多孔材料300可以与燃料喷嘴组件118(示于图2中)的旋流器叶片224一起使用。多孔材料300是多孔烧结陶瓷(例如但不限于氧化铝(AL2O3)和碳化硅(SiC))、或者烧结金属(例如但不限于马氏体不锈钢、钛、镍、 和)中的至少一种。
多孔材料300形成为限定预定孔隙度或空隙率(作为材料300中的空隙空间的计量标准),即空隙体积相对于总体积的比率并处于0至1之间,或者以百分比计处于0%至100%之间。在示例性实施例中,空隙率处于大约20%至大约70%的范围内。备选地,空隙率是使得燃料喷嘴组件118和燃气涡轮发动机100(示于图1中)能够如本说明书中所描述地进行操作的任何值。此外,在示例性实施例中,多孔材料300中的平均孔径处于从大约250微米至大约1,000微米的范围内。因此,多孔材料300的渗透率对于多孔部分234和236(都示于图3中)中的每一个部分而言都是预定的,以限定预定燃料在预定压力下的预定流速。此外,如上文对孔隙度所讨论的,多孔部分234和236中的每一个部分都具有沿径向和轴向基本恒定的预定渗透率值。备选地,多孔部分234和236中的每一个部分都可以具有不相似的预定渗透率值,所述不相似的预定渗透率值沿径向、轴向、并且相对于彼此发生变化。
参照图2,在操作中,气态燃料240通过主预混燃料端口214从至少一个外部气体燃料源被引导至主预混燃料管道216中。燃料240通过主预混燃料管道216沿轴向被引导至旋流器222,其中燃料240沿径向向外被引导通过旋流器222并且喷射到主空气管道220中。空气152通过主空气端口218被引导至主空气管道220中,以形成空气流242。空气流242朝向旋流器222被引导,其中空气流242与燃料240混合,以形成被引导至燃烧器116的燃料/空气流244。
参照图3,在操作中,气态燃料240(示为图3中的小正方形)朝向旋流器222的壳体部分238从主预混燃料管道216(均示于图2中)沿径向向外被引导通过叶片腔232。燃料240流出相对的多孔部分234和236而进入主空气管道220,以形成预定燃料的预定燃料流246和248。燃料流246和248与空气流242混合,以形成被引导至燃烧器116(示于图2中)的燃料/空气流244。
在示例性实施例中,相对的多孔部分234和236的预定孔隙度值有利于减少被喷射到主空气管道220中的燃料形成集中射流,其中燃料具有不同BTU值。此外,能够减少燃料喷嘴组件118(示于图1和图2中)在将燃料引导至燃烧器116(示于图1和图2中)中之前对横向射流(jet-in-crossflow)混合的依赖。因为不同的燃料共混物在燃气涡轮发动机100(示于图1中)中需要不同流速,所以多孔部分234和236的孔隙度值有利于由于多孔材料300的扩散性质而造成的不同燃料的燃料流速的变化。因此,燃料喷嘴组件118以及多孔部分234和236有利于范围广泛的燃料的有效燃烧,而无需为了改变燃料喷嘴组件118和上游燃料管道(未示出)的维护而停运。
对于至少一些燃料而言,喷射到燃气涡轮发动机100中的燃料的特性更加一致,以降低由于燃料流动路径中较高和较低的压差、变化的粘度、和压降而造成的影响。此外,多孔材料300固有的限流特征有利于燃料在预定容差(tolerance)内预定分配到主空气管道220中,其中包括但不限于基本均匀的分配。通过使用位于燃气涡轮发动机100的上游的和外部的燃料控制装置对流速进行控制,这有利于将燃料反压保持在每一种燃料的预定范围内。此外,除了控制燃料流速,还降低了由于不期望的状况而造成的影响,该不期望的状况例如是多个燃料喷嘴118(示于图1中)之间的燃料流动失衡、燃烧具有超出规定的特性的燃料、以及旋流器叶片224处超出容差的分布轮廓。
图5是操作燃气涡轮发动机100(示于图1中)的示例性方法500的流程图。来自至少一个燃料源的燃料240(示于图2中)被引导502至至少一个燃料管道(即,主预混燃料管道(示于图2中))。燃料240通过至少一个燃料喷嘴216(示于图2中)的旋流器222(示于图2中)的多孔部分234和236(都示于图2中)被引导504至燃烧器116(示于图2中)中。多孔部分234和236由材料300(示于图4中)形成,该材料300所具有的预定孔隙度有利于燃料流240通过其中。
方法500还包括从第一燃料转换506成第二燃料。第一燃料从第一燃料源被引导508,其中第一燃料具有第一组特性。第二燃料从第二燃料源被引导510,其中第二燃料具有第二组特性。来自第一燃料源的燃料流减少512。来自第二燃料源的燃料流增加514。通过使燃料喷射速率至少部分地随着第一组燃料特性、第二组燃料特性、以及多孔部分234和236的孔隙度而发生变化518,以保持516燃气涡轮发动机100的功率输出基本恒定。
通过旋流器叶片224的多孔部分234和236被引导至燃烧器116中的第一燃料和第二燃料的百分比在从0%至100%之间延伸的范围内发生变化。此外,在燃烧器116内燃烧的燃料共混物并不限于两种不同的燃料。
上述燃料喷嘴组件所提供的成本有效的方法用于提高可靠性和减少燃气涡轮发动机的操作中断。具体而言,本说明书中所描述的装置、系统、和方法提供了具有预定孔隙度值的燃料喷嘴组件的旋流器叶片壁,该预定孔隙度值有利于立即转换燃料并且调节燃料共混物的成分。当利用具有不同的BTU值的燃料时,本说明书中所描述的装置、系统、和方法能够通过分立的集中射流减少燃料喷射变化和挑战。此外,本说明书中所描述的装置、系统、和方法能够降低燃料喷嘴组件在将燃料引导至相关燃烧器之前对横向射流混合的依赖。此外,由于旋流器叶片壁的预定孔隙度值和多孔材料的扩散属性,本说明书中所描述的装置、系统、和方法有利于不同燃料的燃料流速的可变性,而无需考虑需要不同流速的不同的燃料共混物。
此外,本说明书中所描述的装置、系统、和方法有利于范围广泛的燃料的有效燃烧,而无需为了更改燃料喷嘴组件和上游燃料管道的维护而停运。对于至少一些燃料而言,本说明书中所描述的装置、系统、和方法有利于对喷射到燃气涡轮发动机中的燃料的变化特性的影响进行控制,即,使燃料喷射的特性更加一致,以降低由于燃料流动路径中较高和较低的压差、变化的粘度、和压降而造成的影响。此外,本说明书中所描述的装置、系统、和方法有利于使用多孔材料的固有的限流特征来提供预定的燃料分配。此外,本说明书中所描述的装置、系统、和方法有利于通过使用位于燃气涡轮发动机的上游的和外部的燃料控制装置而对燃烧流速进行控制,以有利于将燃料反压保持在每一种燃料的预定范围内。此外,除了控制燃料流速,还降低了由于不期望的状况而造成的影响,该不期望的状况例如是燃料流动失衡、燃烧具有超出规定的特性的燃料、以及超出容差的分布轮廓。
本说明书中所描述的方法、系统、和装置的示例性技术效果包括以下技术效果中的至少一种:(a)提高可靠性并且减少燃气涡轮发动机的操作中断,同时立即转换燃料并且调节燃料共混物的成分;(b)提供具有预定孔隙度值的燃料喷嘴组件的旋流器叶片壁,当利用具有不同的BTU值的燃料时,该预定孔隙度值有利于通过分立的集中射流减少燃料喷射变化和挑战;(c)提供了具有预定孔隙度值的燃料喷嘴组件的旋流器叶片壁,该预定孔隙度值有利于降低燃料喷嘴组件在将燃料引导至相关燃烧器之前对横向射流混合的依赖;(d)提供具有预定孔隙度值的燃料喷嘴组件的旋流器叶片壁,该预定孔隙度值有利于对于需要不同流速的不同燃料的燃气涡轮发动机进行操作;(e)提供具有预定孔隙度值的燃料喷嘴组件的旋流器叶片壁,该预定孔隙度值有利于范围广泛的燃料和燃料共混物的有效燃烧,而无需为了更改燃料喷嘴组件和上游管道的维护而停运;(f)提供具有预定孔隙度值的燃料喷嘴组件的旋流器叶片壁,该预定孔隙度值有利于对喷射到燃气涡轮发动机中的燃料的变化的特性的影响进行控制(即,使燃料喷射的特性更加一致,以降低由于燃料流动路径中较高和较低的压差、变化的粘度、和压降而造成的影响);(g)提供具有预定孔隙度值的燃料喷嘴组件的旋流器叶片壁,该预定孔隙度值有利于使用多孔材料的固有的限流特征,以通过使用位于燃气涡轮发动机的上游和外部的燃料控制装置来对燃料流速进行控制,以将燃料反压保持在每一种燃料的预定范围内;以及(h)提供具有预定孔隙度值的燃料喷嘴组件的旋流器叶片壁,该预定孔隙度值有利于降低燃料流动失衡、超出规定的燃料流、以及超出容差的分布轮廓的影响。
上文对用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件以及操作方法的示例性实施例进行了详细描述。燃料喷嘴组件以及操作这种组件的方法并不限于本说明书中所描述的具体实施例,相反,系统的部件和/或方法的步骤可以相对于本说明书中所描述的其它部件和/或步骤独立地和单独地利用。例如,所述方法还可以结合其它的燃烧系统和方法使用,并且不限于仅通过本说明书中所描述的燃气涡轮机系统和燃料喷嘴组件以及方法实施。相反,能够结合许多其它的燃烧应用来实施和利用所述示例性实施例。
尽管本发明的各实施例的具体特征可能会示于一些附图中而未示于其它附图中,但这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理,一幅附图中的任何特征都可以结合任何其它附图的任何特征进行参考以及/或者要求保护。
本书面描述使用示例对本发明进行了公开(其中包括最佳模式),并且还使本领域技术人员能够实施本发明(其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法)。本发明的可专利范围通过权利要求进行限定,并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它的示例。如果这种其它的示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件,或者如果这种其它的示例包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等同结构元件,则这种其它的示例旨在落入权利要求的范围内。
Claims (20)
1.一种用于与涡轮发动机一起使用的燃料喷嘴组件,所述燃料喷嘴组件包括:
至少一个燃料管道,所述至少一个燃料管道连接至至少一个燃料源;以及
至少一个旋流器,所述至少一个旋流器包括至少一个壁,所述至少一个壁具有多孔部分,所述至少一个壁连接至所述至少一个燃料管道,所述多孔部分由这样的材料形成:所述材料所具有的孔隙度有利于燃料流过其中,由此将至少一个燃料流动路径限定成通过所述至少一个壁的所述多孔部分。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件,其特征在于,所述多孔部分的孔隙度沿轴向发生变化。
3.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件,其特征在于,所述多孔部分的孔隙度沿径向发生变化。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件,其特征在于,所述旋流器进一步包括多个叶片,其中所述多个叶片中的每一个叶片都包括所述多孔部分。
5.根据权利要求4所述的燃料喷嘴组件,其特征在于,所述多个叶片中的每一个叶片都包括多个壁,所述多个壁中限定了叶片腔,其中所述腔中的每一个腔都连接至所述至少一个燃料管道。
6.根据权利要求5所述的燃料喷嘴组件,其特征在于,所述多个壁包括一对相对的所述多孔部分。
7.根据权利要求6所述的燃料喷嘴组件,其特征在于,所述相对的多孔部分的孔隙度彼此基本相似。
8.根据权利要求6所述的燃料喷嘴组件,其特征在于,所述相对的多孔部分构造成能够将多个燃料流喷射到相应的空气流中。
9.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件,其特征在于,所述多孔部分是以下中的至少一种:
烧结陶瓷;以及
烧结金属。
10.一种操作涡轮发动机的方法,所述涡轮发动机包括至少一个燃料管道,所述至少一个燃料管道连接至至少一个燃料喷嘴,所述至少一个燃料喷嘴包括至少一个旋流器,所述至少一个旋流器具有至少一个多孔部分,所述至少一个多孔部分由这样的材料形成:所述材料所具有的孔隙度有利于燃料流过其中,所述方法包括以下步骤:
将燃料从至少一个燃料源引导至所述至少一个燃料管道;以及
通过所述至少一个多孔部分将燃料引导至燃烧器中。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述方法进一步包括从第一燃料转换成第二燃料,其中包括以下步骤:
从第一燃料源引导所述第一燃料,其中所述第一燃料具有第一组特性;
从第二燃料源引导所述第二燃料,其中所述第二燃料具有第二组特性;
从所述第一燃料源减少燃料流;
从所述第二燃料源增加燃料流;以及
保持所述涡轮发动机的功率输出基本恒定。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,保持所述涡轮发动机的功率输出基本恒定包括使燃料喷射速率至少部分地随着所述第一组燃料特性、所述第二组燃料特性、以及所述至少一个多孔部分的孔隙度而发生变化。
13.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,通过所述至少一个多孔部分将燃料引导至燃烧器中包括通过相对的多孔部分将多个燃料流喷射到相应的空气流中。
14.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,通过所述至少一个多孔部分将燃料引导至燃烧器中包括以下步骤中的至少一个:
通过所述至少一个多孔部分沿轴向方向将燃料流均匀地分配到空气流中;以及
通过所述至少一个多孔部分沿径向方向将燃料流均匀地分配到空气流中。
15.一种燃气涡轮发动机,所述燃气涡轮发动机包括:
至少一个燃烧器;
至少一个燃料喷嘴组件,所述至少一个燃料喷嘴组件连接至所述至少一个燃烧器,所述至少一个燃料喷嘴组件包括:
至少一个燃料管道,所述至少一个燃料管道连接至至少一个燃料源;以及
至少一个旋流器,所述至少一个旋流器包括至少一个壁,所述至少一个壁具有多孔部分,所述至少一个壁连接至所述至少一个燃料管道,所述多孔部分由这样的材料形成:所述材料所具有的孔隙度有利于燃料流过其中,由此将至少一个燃料流动路径限定成通过所述至少一个壁的所述多孔部分。
16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述多孔部分的孔隙度沿轴向和径向中的至少一个方向发生变化。
17.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述旋流器进一步包括多个叶片,其中所述多个叶片中的每一个叶片都包括所述多孔部分。
18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述多个叶片中的每一个叶片都包括多个壁,其中所述多个壁包括一对相对的所述多孔部分。
19.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述相对的多孔部分的孔隙度彼此基本相似。
20.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述相对的多孔部分构造成能够将多个燃料流喷射到相应的空气流中。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/362124 | 2012-01-31 | ||
US13/362,124 US20130192243A1 (en) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | Fuel nozzle for a gas turbine engine and method of operating the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103225824A true CN103225824A (zh) | 2013-07-31 |
Family
ID=47263137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2012105070976A Pending CN103225824A (zh) | 2012-01-31 | 2012-11-30 | 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴及其操作方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20130192243A1 (zh) |
EP (1) | EP2623867A1 (zh) |
JP (1) | JP2013156005A (zh) |
CN (1) | CN103225824A (zh) |
RU (1) | RU2012153067A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105408691A (zh) * | 2014-02-12 | 2016-03-16 | 俄罗斯天然气工业公开股份公司 | 燃气涡轮发动机中的环形燃烧室以及其操作方法 |
CN106164592A (zh) * | 2014-04-03 | 2016-11-23 | 西门子公司 | 燃烧器、具有这种燃烧器的燃气轮机和燃料喷嘴 |
CN106662329A (zh) * | 2014-06-03 | 2017-05-10 | 西门子公司 | 具有可移除部件的燃料喷嘴组件 |
CN111023156A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 西北工业大学 | 一种燃气轮机燃烧室旋流喷嘴 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140134551A1 (en) * | 2012-04-12 | 2014-05-15 | Massachusetts Institute Of Technology | Combustion Instability Suppression System Using Heat Insulating Flameholding Material |
US20160195271A1 (en) * | 2013-09-23 | 2016-07-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Burner for a gas turbine and method for reducing thermoacoustic oscillations in a gas turbine |
US9939155B2 (en) | 2015-01-26 | 2018-04-10 | Delavan Inc. | Flexible swirlers |
EP3904768B1 (en) | 2020-04-28 | 2024-04-17 | Collins Engine Nozzles, Inc. | Fluid nozzle |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5511375A (en) * | 1994-09-12 | 1996-04-30 | General Electric Company | Dual fuel mixer for gas turbine combustor |
CN1707163A (zh) * | 2004-06-08 | 2005-12-14 | 通用电气公司 | 用于对燃气轮机中的空气和气体进行混合的燃烧管及方法 |
US20090255118A1 (en) * | 2008-04-11 | 2009-10-15 | General Electric Company | Method of manufacturing mixers |
CN101818897A (zh) * | 2009-01-21 | 2010-09-01 | 通用电气公司 | 用于预混合燃料喷嘴的可插入的预钻孔的旋流叶片 |
CN102112810A (zh) * | 2008-08-05 | 2011-06-29 | 西门子公司 | 用于使燃料和空气混合的旋流器 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6836720B2 (en) * | 2002-09-13 | 2004-12-28 | Elliott Energy Systems, Inc. | Offload control of turboalternator with rich burn quick quench lean burn combustor to prevent blowout of combustor |
US7033135B2 (en) * | 2003-11-10 | 2006-04-25 | General Electric Company | Method and apparatus for distributing fluid into a turbomachine |
EP1847696A1 (de) * | 2006-04-21 | 2007-10-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Bauteil für eine gestufte Verbrennung in einer Gasturbine und entsprechende Gasturbine. |
US8393157B2 (en) * | 2008-01-18 | 2013-03-12 | General Electric Company | Swozzle design for gas turbine combustor |
US8291705B2 (en) * | 2008-08-13 | 2012-10-23 | General Electric Company | Ultra low injection angle fuel holes in a combustor fuel nozzle |
US8661779B2 (en) * | 2008-09-26 | 2014-03-04 | Siemens Energy, Inc. | Flex-fuel injector for gas turbines |
US20100162714A1 (en) * | 2008-12-31 | 2010-07-01 | Edward Claude Rice | Fuel nozzle with swirler vanes |
US9429074B2 (en) * | 2009-07-10 | 2016-08-30 | Rolls-Royce Plc | Aerodynamic swept vanes for fuel injectors |
US8584467B2 (en) * | 2010-02-12 | 2013-11-19 | General Electric Company | Method of controlling a combustor for a gas turbine |
-
2012
- 2012-01-31 US US13/362,124 patent/US20130192243A1/en not_active Abandoned
- 2012-11-26 EP EP20120194222 patent/EP2623867A1/en not_active Withdrawn
- 2012-11-28 RU RU2012153067/06A patent/RU2012153067A/ru not_active Application Discontinuation
- 2012-11-28 JP JP2012259287A patent/JP2013156005A/ja active Pending
- 2012-11-30 CN CN2012105070976A patent/CN103225824A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5511375A (en) * | 1994-09-12 | 1996-04-30 | General Electric Company | Dual fuel mixer for gas turbine combustor |
CN1707163A (zh) * | 2004-06-08 | 2005-12-14 | 通用电气公司 | 用于对燃气轮机中的空气和气体进行混合的燃烧管及方法 |
US20090255118A1 (en) * | 2008-04-11 | 2009-10-15 | General Electric Company | Method of manufacturing mixers |
CN102112810A (zh) * | 2008-08-05 | 2011-06-29 | 西门子公司 | 用于使燃料和空气混合的旋流器 |
CN101818897A (zh) * | 2009-01-21 | 2010-09-01 | 通用电气公司 | 用于预混合燃料喷嘴的可插入的预钻孔的旋流叶片 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105408691A (zh) * | 2014-02-12 | 2016-03-16 | 俄罗斯天然气工业公开股份公司 | 燃气涡轮发动机中的环形燃烧室以及其操作方法 |
CN105408691B (zh) * | 2014-02-12 | 2017-06-23 | 俄罗斯天然气工业公开股份公司 | 燃气涡轮发动机中的环形燃烧室以及其操作方法 |
CN106164592A (zh) * | 2014-04-03 | 2016-11-23 | 西门子公司 | 燃烧器、具有这种燃烧器的燃气轮机和燃料喷嘴 |
CN106164592B (zh) * | 2014-04-03 | 2019-08-30 | 西门子公司 | 燃烧器、具有这种燃烧器的燃气轮机和燃料喷嘴 |
CN106662329A (zh) * | 2014-06-03 | 2017-05-10 | 西门子公司 | 具有可移除部件的燃料喷嘴组件 |
CN111023156A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 西北工业大学 | 一种燃气轮机燃烧室旋流喷嘴 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013156005A (ja) | 2013-08-15 |
US20130192243A1 (en) | 2013-08-01 |
RU2012153067A (ru) | 2014-06-10 |
EP2623867A1 (en) | 2013-08-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103225824A (zh) | 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴及其操作方法 | |
CN103210257B (zh) | 喷嘴及燃气涡轮燃烧器、燃气涡轮 | |
CN101375101B (zh) | 燃气涡轮发动机燃烧器以及燃气涡轮发动机燃烧器漩流区域内混合燃料和空气的方法 | |
CN101278152B (zh) | 具有由旋流器集成的径向燃料喷口的燃料喷嘴 | |
CN101029739B (zh) | 用于燃气轮机的燃烧室及燃气轮机 | |
CN101818901B (zh) | 预混合式直接喷射盘 | |
CN107735618B (zh) | 用于燃气涡轮的燃烧器和操作燃烧器的方法 | |
CN102538008B (zh) | 燃气轮机燃烧器及燃料供给方法 | |
US6536206B2 (en) | Apparatus for decreasing combustor emissions | |
WO2010082359A1 (ja) | エンジン | |
CN104870902A (zh) | 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器 | |
CN204026742U (zh) | 用于将燃料供应到燃烧器的系统 | |
RU2566621C2 (ru) | Способ работы газовой турбины с последовательным сгоранием и газовая турбина для осуществления указанного способа | |
CN101278153A (zh) | 具有声学调谐的燃料喷嘴的涡轮发动机 | |
CN103375819A (zh) | 用于涡轮发动机的燃料/空气预混系统 | |
CN107923620B (zh) | 具有整体式液体喷射器/蒸发器的多燃料预混合喷嘴的系统和方法 | |
CN101158479A (zh) | 用于天然气旋流稳定喷嘴的液体燃料增强和方法 | |
CN101598337A (zh) | 用于低排放燃烧器的康达式前导喷嘴 | |
CN103453554A (zh) | 用于在涡轮发动机中使用的燃料喷射组件及其组装方法 | |
CN101636619B (zh) | 燃料-空气预混合布置结构、燃烧器及操作燃烧器的方法 | |
JP2014077627A (ja) | 燃料ノズルとその組立方法 | |
CN102192509A (zh) | 用于改变燃烧器中空气流量的系统和方法 | |
CN102538012A (zh) | 自振荡燃料喷射喷嘴 | |
CN102563703A (zh) | 特定造型的后缘旋流燃烧预混合器和方法 | |
CN102721084B (zh) | 燃烧器联焰管 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130731 |