CN103256630A - 延迟贫喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种延迟贫喷射系统。所述延迟贫喷射系统包括设置在燃烧区邻近处的至少一个燃料喷射器。还包括至少一个导向器，所述导向器用于将气流从邻近于压缩机排气出口的区域引导至所述至少一个燃料喷射器。

Description

延迟贫喷射系统
技术领域
本发明涉及涡轮机，确切地说，涉及延迟贫喷射系统。
背景技术
燃气涡轮机广泛应用于工业生产和商业运作中。典型的燃气涡轮机包括位于前部的压缩机、位于中间的一个或多个燃烧器和位于尾部的涡轮机。压缩机向工作流体(例如，空气)施加动能，以产生压缩的工作流体并使之处于高能状态。随后，压缩的工作流体离开压缩机并流向燃烧器，在燃烧器中，压缩的工作流体与燃料混合并燃烧，从而产生高温高压的燃烧气体。燃烧气体流向涡轮机，在涡轮机中，燃烧气体膨胀以做功。为了保证燃气涡轮机的整体性能，一个具有良好工程性的喷射系统对于燃烧器是非常重要的，因此也是所期望的。
发明内容
根据本发明的一方面，延迟贫喷射系统(late lean injection system)包括设置在燃烧区邻近处的至少一个燃料喷射器。还包括至少一个导向器，其用于将气流从邻近于压缩机排气出口的区域引导至所述至少一个燃料喷射器。
根据本发明的另一方面，延迟贫喷射系统包括界定过渡区内部(transition interior)的过渡导管，所述过渡导管具有适用于连接到第一涡轮区的一端，以及相对端。还包括套管，所述套管在过渡导管的径向向外方向间隔分布，并且围绕所述过渡导管周向延伸。进一步包括至少一个燃料喷射器，其经配置以将燃料喷射到过渡区内部中。还进一步包括至少一个导向器，其用于将气流引导至所述至少一个燃料喷射器。
根据本发明的又一方面，延迟贫喷射系统包括具有上游端和下游端的过渡导管。还包括设置在邻近过渡导管的上游端处的衬管。进一步包括导流套管，所述导流套管在衬管的径向向外方向间隔分布，并且围绕所述衬管周向延伸。还进一步包括至少一个燃料喷射器，其设置为邻近过渡导管和衬管中的至少一者。还包括至少一个导向器，其用于将气流从邻近于压缩机排气出口的区域引导至所述至少一个燃料喷射器。
通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。
附图说明
本说明书中的权利要求书详细指出并明确主张了本发明。通过以下结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：
图1是延迟贫喷射系统的第一实施例的侧视图，所述延迟贫喷射系统具有至少一个燃料喷射器；
图2是延迟贫喷射的第二实施例的侧视图；
图3是延迟贫喷射系统的第三实施例的侧视图；
图4是具有至少一个导向器的延迟贫喷射系统的截面图；
图5是图4中的至少一个导向器中发生的气流渗透剖面的简化图；
图6是另一实施例中具有至少一个导向器的延迟贫喷射系统的截面图；以及
图7是图6中的至少一个导向器中发生的气流渗透剖面的简化图。
具体实施方式参考附图并通过实例来介绍本发明的各实施例以及优点和特征。
具体实施方式
参考图1，示出了本发明第一实施例的延迟贫喷射系统10。延迟贫喷射系统10包括燃气涡轮机系统的过渡件组件11，所述过渡件组件在燃烧室(未标出)与第一涡轮级(未图示)之间可操作地连接，并且包括由过渡导管12界定的内部21。过渡导管12将来自燃烧室的热燃烧气体传送到涡轮机的入口处，所述燃烧室通常在过渡导管12的上游。过渡导管12的至少一部分可以由冲击套管14包围在周围，所述冲击套管在所述过渡导管12的径向向外方向间隔分布。过渡件组件11的上游是衬管16。衬管16和过渡导管12的内部区域包括燃烧区，热气在其中燃烧，而且被导向涡轮机。衬管16的至少一部分由导流套管17包围在周围，所述导流套管在所述衬管16的径向向外方向间隔分布。图中示出压缩机排气缸32，而且所述压缩机排气缸包括压缩机排气出口34。
燃气涡轮机的燃烧室是延迟贫喷射(LLI)兼容的。LLI兼容的燃烧室为符合以下条件的任何燃烧室：具有超过2500°F的出口温度，或能够处理所含组分比甲烷更具活性/反应性、且该组分热侧滞留时间(hotside residence time)大于10毫秒(ms)的燃料。
参考图2，示出了第二实施例的延迟贫喷射系统10。第二实施例的延迟贫喷射系统10与第一实施例的延迟贫喷射系统类似，但它不包括包围在过渡导管12周围的冲击套管14。
参考图3，示出了第三实施例的延迟贫喷射系统10。第三实施例的延迟贫喷射系统10仅包括单个导管，所述单个导管为过渡导管12，其沿上游方向延伸到包括第一和第二实施例中的衬管16的区域。此外，通常称为套管19的单个套管在过渡导管12的径向向外位置包围在所述过渡导管12周围。
不管在燃气涡轮机系统中使用何项实施例，多个燃料喷射器18各与多个外壳整合为一体或结构上由所述多个外壳支撑，所述多个外壳径向延伸到过渡导管12或衬管16二者的至少一者中。所述多个燃料喷射器18延伸穿过相应的导管，即，过渡导管12或衬管16，以到达不同的深度。也就是说，各燃料喷射器18都经配置以将第二燃料(即，LLI燃料)供应给燃烧区，其方法为在通过过渡导管12和/或衬管16的主流方向的大体横向方向上喷射燃料。对于上述各个实施例，强调多个燃料喷射器18可以设置在过渡导管12或衬管16的邻近处，尽管图示的实施例示出多个燃料喷射器18的布置是仅结合过渡导管12和衬管16二者中的一者而进行设置的。此外，所述多个燃料喷射器18可以结合或连接过渡导管12和衬管16两者进行设置。所述多个燃料喷射器18可以设置在单个轴向圆周级上，所述单个轴向圆周级包括多个当前运行的燃料喷射器18，它们分别围绕过渡导管12和/或衬管16的单个轴向位置处的圆周进行设置。也可以了解，所述多个燃料喷射器18可以位于单个轴向级、多个轴向级，或多个轴向圆周级上。单个轴向级包括当前运行的单个燃料喷射器18。多个轴向级包括分别设置在多个轴向位置处的多个当前运行的燃料喷射器18。多个轴向圆周级包括多个当前运行的燃料喷射器18，它们围绕过渡导管12和/或衬管16的圆周、且在其多个轴向位置处进行设置。
压缩机产生的气流进入压缩机排气缸32中。高压动态气流20从邻近于压缩机排气出口34的压缩机排气缸32排出，并且沿下游方向朝着过渡导管12和/或衬管16急速流到邻近于燃料喷射器18的位置。为了减小所述燃料喷射器中所产生的气流压降，在燃料喷射器18中，空气和LLI燃料发生混合并穿入到过渡导管12和/或衬管16中，有利的是将高压动态气流20导入所述燃料喷射器18中。
参考图4，示出了延迟贫喷射系统10的轴向位置的截面图。冲击套管14和/或导流套管17，或图2示出的实施例中的过渡导管12包括一个或多个导向器22，用于将高压动态气流20重新导入燃料喷射器18中。在示出的实例中，导向器22以戽斗(scoops)的形式出现，且经定位以对应于燃料喷射器18。基于此种与燃料喷射器18的对应，这些导向器与所述燃料喷射器18的情况相同，可以设置在单个轴向圆周级、单个轴向级、多个轴向级，或多个轴向圆周级上。冲击套管14和/或导流套管17包括对应于燃料喷射器18的孔24，而且导向器22设置在所述孔24的邻近处。典型的戽斗可以完全或部分地环绕每个孔24，或者部分或完全地覆盖孔24，而且通常为部分球形。例如，戽斗可以是带有或不带有顶部的半圆柱形。或者，导向器22可以采用以下各种其他形状的形式，所述各种其他形状提供类似的功能性，具体而言，引导(harnessing)高压动态气流20。此外，导向器22可以在冲击套管14和/或导流套管17的径向向内方向上进行设置，而且可以与不包括套管的实施例中的多个燃料喷射器18直接结合或连接。
不管导向器22的确切形状如何，所述导向器22可以单个附接在冲击套管14和/或导流套管17，或图2示出实施例中的过渡导管12的邻近处，从而将压缩机排出空气径向向内侧引导，穿过所述导向器22、孔24，进入燃料喷射器18，并射入到过渡导管12和/或衬管16中。随着高压动态气流20急速流入导向器22中，该气流20在内侧快速转向(turned)，并进行重新定向。这种重新定向(redirection)可能引起气流内的旋转漩涡，从而阻碍流进入燃料喷射器18。为了减少这种旋转漩涡的形成，每个导向器22可以包括位于邻近所述导向器22中的弯管28的一个或多个整流叶片(straightening vanes)26。
参考图5，示出了气流和LLI燃料混合情形的渗透剖面(penetrationprofile)。高压动态气流20的导入使得延迟贫喷射系统更深地穿入燃烧区。
在运行中，气流经由如下的导向器22朝着燃料喷射器18进行引导，所述导向器向外伸入到高压动态气流20中，并且其穿过过渡导管12和/或衬管16的冲击套管14和/或导流套管17。由于缺乏驱使所述流穿过导向器的静压差，导向器22采用停滞和重新定向的结合方法而获取先前已穿过与燃料喷射器18对齐的孔24的空气，而且将气流20向内引导至所述燃料喷射器18中以与LLI燃料混合，并引导至过渡导管12和/或衬管16中，从而更深地穿入燃烧区。
现在参考图6，示出了导向器122的另一实施例。导向器122大体上长于上述以戽斗等形式出现的导向器22。导向器122功能与导向器22类似，因而可将高压动态气流120从压缩机排气出口133引导至一个或多个燃料喷射器118。导向器122包括：第一端130，其设置在压缩机排气出口133的邻近处；以及第二端132，其设置在冲击套管114和/或导流套管117的孔124的邻近处，其中所述孔124与每个燃料喷射器118的入口134相对对齐。导向器122用作将高压动态气流120导入燃料喷射器118的通道。每个导向器122可安装到燃气涡轮机组件内的众多部件，所述众多部件包括，但不限于，压缩机排气缸131或各种其他燃烧硬件部件。
随着导向器122从第一端130延伸到第二端132，导向器122的外形可基于所使用的具体应用而不同。一种典型的外形包括大体上细长的平直部分136，所述细长的平直部分从邻近于第一端130和弯曲部分128的区域延伸，所述弯曲部分用于将来自所述大体上细长的平直部分136的气流120过渡到燃料喷射器118的入口134。由于戽斗状导向器22的存在，因此这种弯曲部分128可以使得气流产生旋转涡流(turningvortices)。为了减少此类涡流的发生，弯曲部分128可以包括一个或多个整流叶片126。
参考图7，示出了气流和LLI燃料混合情形的渗透剖面。高压动态气流120的导入使得延迟贫喷射系统更深地穿入燃烧区。
尽管仅结合了有限数目的实施例来详细描述本发明，但容易理解，本发明并不限于所揭示的此类实施例。相反，本发明可以经修改以涵盖之前并未描述、但与本发明的精神和范围相符合的任意数目的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可以仅包括所述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受前述说明的限制，而是仅受所附权利要求书的范围的限制。

Claims (20)

1.一种延迟贫喷射系统，其包括：
设置在燃烧区邻近处的至少一个燃料喷射器；以及
至少一个导向器，其用于将气流从邻近于压缩机排气出口的区域引导至所述至少一个燃料喷射器。
2.根据权利要求1所述的延迟贫喷射系统，其进一步包括过渡导管。
3.根据权利要求2所述的延迟贫喷射系统，其中所述至少一个燃料喷射器设置在所述过渡导管的邻近处，并且其经配置以将燃料喷射到所述燃烧区中。
4.根据权利要求2所述的延迟贫喷射系统，其进一步包括衬管，其中所述至少一个燃料喷射器设置在所述衬管的邻近处，并且其经配置以将燃料喷射到所述燃烧区中。
5.根据权利要求1所述的延迟贫喷射系统，其中所述至少一个导向器包括：第一端，其设置在所述压缩机排气出口的邻近处；以及第二端，其设置在所述至少一个燃料喷射器的邻近处。
6.根据权利要求1所述的延迟贫喷射系统，其中所述至少一个导向器包括位于所述至少一个燃料喷射器邻近处的弯管。
7.根据权利要求6所述的延迟贫喷射系统，其中所述至少一个导向器包括邻近所述弯管的至少一个整流叶片。
8.根据权利要求1所述的延迟贫喷射系统，其中所述至少一个导向器可操作地连接到压缩机排气缸。
9.根据权利要求1所述的延迟贫喷射系统，其进一步包括多个燃料喷射器，其中所述多个燃料喷射器在单个轴向位置处周向间隔分布。
10.根据权利要求1所述的延迟贫喷射系统，其进一步包括多个燃料喷射器，其中所述多个燃料喷射器在多个轴向位置处周向间隔分布。
11.一种延迟贫喷射系统，其包括：
界定过渡区内部的过渡导管，所述过渡导管具有适用于连接到第一涡轮区的一端，以及相对端；
套管，其在所述过渡导管的外表径向间隔分布，并且围绕所述过渡导管周向延伸；
至少一个燃料喷射器，其经配置以将燃料喷射到所述过渡区内部中；以及
至少一个导向器，其用于将气流引导至所述至少一个燃料喷射器。
12.根据权利要求11所述的延迟贫喷射系统，其中所述至少一个导向器包括：第一端，其设置在压缩机排气出口的邻近处；以及第二端，其设置在所述至少一个燃料喷射器的邻近处。
13.根据权利要求12所述的延迟贫喷射系统，其进一步包括衬管，所述衬管设置在所述过渡导管的相对端的邻近处。
14.根据权利要求11所述的延迟贫喷射系统过渡连接件，其中所述至少一个导向器包括位于所述至少一个燃料喷射器邻近处的弯管。
15.根据权利要求14所述的延迟贫喷射系统过渡连接件，其中所述至少一个导向器包括位于所述弯管邻近处的至少一个整流叶片。
16.根据权利要求12所述的延迟贫喷射系统过渡连接件，其中所述至少一个导向器可操作地连接到压缩机排气缸。
17.一种延迟贫喷射系统，其包括：
过渡导管，其具有上游端和下游端；
衬管，其设置在所述过渡导管的所述上游端的邻近处；
导流套管，其在所述衬管径向向外方向间隔分布，而且围绕所述衬管周向延伸；
至少一个燃料喷射器，其设置在所述过渡导管和所述衬管二者中的至少一者的邻近处；以及
至少一个导向器，其用于将气流从邻近于压缩机排气出口的区域引导至所述至少一个燃料喷射器。
18.根据权利要求17所述的延迟贫喷射系统，其中所述至少一个导向器包括：第一端，其设置在所述压缩机排气出口的邻近处；以及第二端，其设置在所述至少一个燃料喷射器的邻近处。
19.根据权利要求17所述的延迟贫喷射系统，其中所述至少一个导向器包括位于所述至少一个燃料喷射器邻近处的弯管。
20.根据权利要求17所述的延迟贫喷射系统，其中所述至少一个导向器可操作地连接到压缩机排气缸。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130821