CN103542426A - 用于燃气涡轮的多锥体式预混合喷燃器 - Google Patents

用于燃气涡轮的多锥体式预混合喷燃器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于燃气涡轮的多锥体式预混合喷燃器(10)，其包括多个外壳(12a-d)，所述多个外壳(12a-d)围绕中心喷燃器轴线(11)布置并且是在下游方向上敞开的虚拟的轴向延伸公共锥体的部分，其中使所述部分垂直于所述喷燃器轴线(11)移置，使得在每一对相邻外壳(12a-d)之间限定有切向狭槽(14)。通过由横切平面(17)定界外壳(12a-d)的下游端而避免在外壳和下游混合管之间的不利的过渡件，横切平面(17)通过利用具有预定半径(R)的虚拟同轴柱体横切所述外壳(12a-d)而限定。

Description

用于燃气涡轮的多锥体式预混合喷燃器
技术领域
本发明涉及燃气涡轮技术。本发明涉及根据权利要求1的前序所述的用于燃气涡轮的多锥体式预混合喷燃器(burner)。
背景技术
在过去20多年中，具有短但有效的预混合区的喷燃器(所谓的EV喷燃器：环保的V形喷燃器)已经以非常低的NOx水平在本申请人的若干燃气涡轮中实现。除此之外，预混合技术的三种变型已经成功开发和部署在这些燃气涡轮发动机中：顺序EV喷燃器，这是一种允许将天然气和石油预混合到热排气流中以再热第一高压涡轮的排气的技术；MBtu EV喷燃器，该喷燃器用来以低NOx排放量在预混合火焰中燃烧合成气；以及高级EV喷燃器(AEV)，该喷燃器能够在燃烧之前预蒸发和预混合液体燃料并以非常低的NOx排放量燃烧液体燃料而不喷水。
文献EP 0 851 172 A2公开了一种示例性的双锥体式EV喷燃器，其用于以液体和/或气体燃料操作燃烧室，从而使此目的所需的燃烧空气通过切向进气管道导入喷燃器的内部空间。这种流的导向导致内部空间中的旋流，该旋流在喷燃器的出口处引起回流区。为了稳定在此处形成的火焰峰，在形成喷燃器的每个分体件处设有至少一个区域，在该区域内设有用于将补充空气喷入旋流中的入口开口。由于这种喷射，在分体件的内壁处形成薄膜，该薄膜防止火焰能够沿着分体件的内壁回火至喷燃器的内部空间中。
文献EP 2 423 597 A2示出了双锥喷燃器形式的另一种示例性EV喷燃器，该喷燃器具有布置成一个嵌套在另一个内部的两个部分锥体外壳，在这两个外壳之间形成进气管道，来自外部的燃烧空气通过该管道流入预混合喷燃器的圆锥形内部空间中。横向于燃烧空气的流动方向延伸的喷射口的孔的线性排布置在进气管道的外壁上，并且气体燃料通过这些孔喷入横向于它们流过的燃烧空气中。
文献DE 195 45 310 A1公开了由具有外锥形壳体和内锥形壳体的中空锥形组成的另一种预混合喷燃器。至少两个进气管道切向于内锥形壳体延伸并且沿直的锥形壳体线定位。所形成的部分外壳的部分锥体轴线位于相同的锥体轴线上。预混合喷燃器被分成包含进气管道的至少两个(例如四个)部分，以便使燃烧空气产生旋流。燃料喷嘴定位在锥体顶端以用于喷射液体燃料。
文献WO 2009/019113 A2描述了一种包括旋流发生器、混合器和喷枪的喷燃器。旋流发生器包封喷燃器内部的入口侧段，并且具有相对于喷燃器的纵向中心轴线切向地延伸的至少一个进气口。旋流发生器以锥形方式设计。相应的进气口形成沿所产生的锥体表面的纵向狭槽。多个这样的进气口优选地以分布方式布置在周向方向上。作为这样的结果，空气能切向地穿透到喷燃器内部，因此将旋流施加到喷燃器。旋流发生器还具有燃料入口，气体燃料能通过该入口引入到喷燃器内部。燃料入口包括多行沿锥形旋流发生器的表面线延伸的单独的入口孔口，燃料气体能通过这些孔口进入喷燃器内部。混合器包封喷燃器内部的出口侧段，并且具有朝燃烧室的燃烧空间敞开的出口开口。混合器包括管状主体，该管状主体经由管状过渡件连接到旋流发生器并承载具有出口开口的出口凸缘。喷燃器能经由出口凸缘连接到燃烧室。混合器便利地为柱形的。
原理上，为了减少NOx的形成，通过在进入燃烧室的突然的面积增加之前在喷燃器的出口处施加混合管，可延长燃料空气混合，在燃烧室处火焰被再循环流稳定化。现有的EV式锥形喷燃器的空气狭槽和气体通道在下游部分中由正交于喷燃器轴线的横切(intersecting)平面限制。因此，喷燃器旋流器出口不是圆形的，并且需要在旋流器和柱形混合管之间的特殊过渡件。该过渡件易于引起回火，因为它必须应用复杂的3D形状以避免在再循环区中的流分离和火焰稳定。
因此，当施加混合管以进一步促进在喷燃器的下游部分处的燃料空气混合时，问题在于限定在旋流器与混合管之间的过渡件，使得不形成可能导致回火的再循环区。
发明内容
本发明的目的是提供一种多锥体式预混合喷燃器，其避免了已知喷燃器的缺点并且将简化的设计与抑制回火的能力相结合。
该目的和其它目的由根据权利要求1所述的预混合喷燃器实现。
根据本发明的用于燃气涡轮的多锥体式预混合喷燃器包括多个外壳，所述多个外壳围绕中心喷燃器轴线布置并且是在下游方向上敞开的虚拟的轴向延伸公共锥体的部分，其中使所述部分垂直于所述喷燃器轴线移置(displaced)，使得在每一对相邻外壳之间限定有切向狭槽。
其特征在于，外壳的下游端由横切平面定界，该横切平面通过利用具有预定半径的虚拟同轴柱体横切(intersecting)所述外壳而限定。
根据本发明的实施例，外壳中的每一个配有沿相应的外壳的轴向定向边缘延伸的预混合气体通道，使得气体能从所述预混合气体通道通过气体喷射孔喷入通过相邻的狭槽进入外壳的布置的内部的空气流中，并且使得预混合气体通道的下游端由横切平面定界，该横切平面通过利用具有所述预定半径的所述虚拟同轴柱体横切所述预混合气体通道而限定。
根据本发明的另一个实施例，具有类似于所述预定半径的内半径的柱形喷燃器环在横切平面的区域中分别附连到外壳的布置和预混合气体通道。
具体而言，带有附连的喷燃器环的所述预混合喷燃器安装在同轴喷燃器套管内以便能在轴向方向上滑动。
更具体而言，所述喷燃器套管将其下游端安装在燃烧室的前面板中。
附图说明
现在将借助于不同的实施例并参照附图更详细地说明本发明。
图1以透视图示出根据本发明的一个实施例的预混合喷燃器；以及
图2示出带有围绕旋流器布置且可移动地安装在喷燃器套管中的附加的喷燃器环的图1的预混合喷燃器。
部件列表
10   预混合喷燃器
11   喷燃器轴线
12a-d   外壳(锥形)
13a-c   预混合气体通道
14   狭槽
15   喷燃器喷枪
16,17   横切平面
18   喷燃器环
19   喷燃器套管
20   前面板。
具体实施方式
在已知的AEV喷燃器设计概念中，需要过渡件以便使在旋流器出口处的镰刀形横截面适合于混合管的柱形横截面(参见例如以上引用的文献WO 2009/019113 A2)。该过渡件需要仔细的空气动力学布局，以便避免流分离和所导致的回火。
本发明避免了对过渡件的需求。锥形外壳的下游端形成为使得外壳在作为可抽出喷燃器的一体部分的喷燃器环的柱形形状中切断。图1和图2所示实施例示出了该解决方案的基本原理。
图1的预混合喷燃器10沿中心喷燃器轴线11延伸。该喷燃器包括四个相同的外壳12a-d，外壳12a-d是在下游方向上(在图中从左向右延伸)敞开的虚拟锥体的一部分。外壳从其在所述虚拟锥体中的初始位置垂直于喷燃器轴线被移置，以限定在每一对相邻外壳之间的切向狭槽14。空气通过这些狭槽14以旋流方式进入锥形外壳布置的内部。在每个狭槽14处，沿相邻外壳的轴向边缘延伸的预混合气体通道13a-c设置成将气体燃料通过孔(未示出)喷入进入的空气流中。
现在，喷燃器外壳12a-d自然地延伸并由具有预定半径R的虚拟同轴柱体(在图1中以虚线示出)横切，该柱体适合后续的混合管的柱形形状，从而避免了对特殊过渡件的需求。借助于这种横切，外壳12a-d的下游端和预混合气体通道13a-c的下游端由柱形横切平面16和17定界，这使得可将柱形喷燃器环18滑动到外壳布置上(图2)，以便固定外壳12a-d的下游端。
带有附连的喷燃器环18的预混合喷燃器10可接着被引入到大致柱形的同轴喷燃器套管19内，套管19将其下游端安装在燃烧室21的前面板20中。带有附连的喷燃器环18的预混合喷燃器10可在轴向方向上移动以便相对于燃烧室21或其它并行工作的喷燃器调整该预混合喷燃器(参见图2中的双箭头)。此外，可以在喷燃器环18和喷燃器套管19之间设置密封装置，以及用于将吹扫空气引入在喷燃器环18和喷燃器套管19之间的间隙内的孔。

Claims (5)

1. 一种用于燃气涡轮的多锥体式预混合喷燃器(10)，其包括多个外壳(12a-d)，所述多个外壳(12a-d)围绕中心喷燃器轴线(11)布置并且是在下游方向上敞开的虚拟的轴向延伸公共锥体的部分，其中使所述部分垂直于所述喷燃器轴线(11)移置，使得在每一对相邻外壳(12a-d)之间限定有切向狭槽(14)，其特征在于，所述外壳(12a-d)的下游端由横切平面(17)定界，所述横切平面(17)通过利用具有预定半径(R)的虚拟同轴柱体横切所述外壳(12a-d)而限定。
2. 根据权利要求1所述的预混合喷燃器，其特征在于，所述外壳(12a-d)中的每一个配有沿所述相应的外壳的轴向定向边缘延伸的预混合气体通道(13a-c)，使得气体能从所述预混合气体通道(13a-c)通过气体喷射孔喷入通过所述相邻的狭槽(14)进入外壳(12a-d)的布置的内部的空气流中，并且所述预混合气体通道(13a-c)的下游端由横切平面(16)定界，所述横切平面(16)通过利用具有所述预定半径(R)的所述虚拟同轴柱体横切所述预混合气体通道(13a-c)而限定。
3. 根据权利要求1或2所述的预混合喷燃器，其特征在于，具有类似于所述预定半径(R)的内半径的柱形喷燃器环(18)在所述横切平面(16, 17)的区域中分别附连到外壳(12a-d)的布置和预混合气体通道。
4. 根据权利要求3所述的预混合喷燃器，其特征在于，带有所述附连的喷燃器环的所述预混合喷燃器(10)安装在同轴喷燃器套管(19)内，以便在轴向方向上可滑动。
5. 根据权利要求4所述的预混合喷燃器，其特征在于，所述喷燃器套管(19)将其下游端安装在燃烧室(21)的前面板(20)中。
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