CN105723155A - 用于涡轮发动机的燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于提高燃料系统(10)中的效率的用于涡轮发动机(12)的燃料系统(10),其中主要级(14)和次级级(16)可以在维持可接受的发动机动力和NOx排放的情况下被组合并保持至相对恒定的燃料比率。燃料系统(10)可以由被定位在火焰筒(20)的上游的第一预混合喷射器组件级(18)形成,其中第一预混合喷射器组件级(18)是次级喷射器系统。燃料系统(10)可以由被定位在第一预混合喷射器组件(18)的下游的作为主喷射器系统的第一主喷射器组件级(22)形成。第一预混合喷射器组件级(18)和第一主喷射器组件级(22)可以被联接到一起使得燃料系统(10)能够同时经由第一预混合喷射器组件级(18)和第一主喷射器组件级(22)将燃料发射到涡轮发动机(12)的燃烧器(24)内。

Description

用于涡轮发动机的燃料喷射系统
技术领域
本发明大体指向于涡轮发动机,并且更特别地涉及用于涡轮发动机的燃料系统。
背景技术
典型地,燃气涡轮发动机包括用于将燃料在火焰区的上游喷射到燃烧器内以与空气混合的多个喷射器。传统的涡轮发动机的燃料喷射器可以以至少三个不同方案中的一个来布置。燃料喷射器可以被定位在贫燃预混合火焰系统中,在该系统中燃料在燃料/空气混合物被点火所在的位置的上游的足够远处被喷射到空气流中使得空气和燃料当在火焰区中燃烧的时候被完全混合。燃料喷射器也可以被布置在扩散火焰系统中使得燃料和空气被同时混合和燃烧。在往往称作部分预混合系统的另一配置中,燃料喷射器可以在火焰区的上游将燃料喷射充分的距离使得空气中的一些与燃料混合。部分预混合系统是贫燃预混合火焰系统与扩散火焰系统的组合。
在操作期间,燃料通过分成诸如先导喷嘴、A级、B级和C级(针对具有顶帽喷射(tophatinjection)或先导预混合特征的配置)等的三个或四个级的喷射器被喷射到燃烧室内。先导喷嘴也可以由预混合与扩散级形成。先导喷嘴提供被燃烧以提供小型扩散火焰喷射器并且还提供对于预混合A-、B-和C-级的稳定性的燃料。涡轮发动机往往使用高水平的空气流动来运行,由此导致具有低到足以防止显著量的NOx的形成的火焰温度的贫燃料混合物。然而,因为贫燃火焰具有低的火焰温度,所以贫燃火焰易于发生高的CO产生。并且因为过量的CO产生是有害的,所以存在着限制CO排放的需要。
涡轮发动机往往以较高的燃料与空气比率在部分负载下而不是在全负载下操作。然而,涡轮发动机被设计为全负载。因此,设计成在全负载下运行的喷嘴在部分负载下过度贫燃地运行。入口引导翼片(IGV)可以被用于降低通过处于部分负载的发动机的空气流动,由此增加了燃料与空气比率并且使得发动机能够通过较大范围的负载更高效地操作。然而,IVG可以仅用于将空气流动约束为有限量。
燃料分级被用于在低于其时IGV可以有效地使用的负载下控制燃料喷射。燃料分级是从少于燃料系统中的所有的喷射器发射燃料的过程。通过减少燃料被喷出所通过的喷射器的数量,增加了在涡轮发动机的以部分负载的操作期间经过喷射器的燃料的量,并因此提高了燃尽。然而,使用燃料分级要求重复辅助管道、孔口燃料流量计、压力传感器、温度传感器和用于确定压力差的传感器。因此,存在着在维持可接受的发动机动力和NOx排放的情况下建立燃料系统的效率的需要。
发明内容
公开了一种用于提高燃料系统中的效率的用于涡轮发动机的燃料系统,其中主要级和次级级可以在维持可接受的发动机动力和NOx排放的情况下被组合并保持至相对恒定的燃料比率。燃料系统可以由被定位在火焰筒的上游的第一预混合喷射器组件级形成,其中第一预混合喷射器组件级是次级喷射器系统。燃料系统可以由被定位在第一预混合喷射器组件的下游的作为主喷射器系统的第一主喷射器组件级形成。第一预混合喷射器组件级和第一主喷射器组件级可以被联接到一起使得燃料系统能够同时经由第一预混合喷射器组件级和主喷射器组件级将燃料发射到涡轮发动机的燃烧器内。
用于涡轮发动机的燃料系统可以包括第一预混合喷射器组件级,其包括被定位在火焰筒的上游的至少一个喷射器,其中第一预混合喷射器组件级是次级喷射器系统。燃料系统还可以包括第一主喷射器组件级,其包括被定位在第一预混合喷射器组件的下游的至少一个喷射器,其中第一主喷射器组件是主喷射器系统。第一预混合喷射器组件级和第一主喷射器组件级可以被定位成使得第一预混合喷射器组件级与燃烧器中的火焰之间的距离大于第一主喷射器组件级与燃烧器中的火焰之间的距离。第一预混合喷射器组件级和第一主喷射器组件级可以被联接到一起使得燃料系统能够同时经由第一预混合喷射器组件级和主喷射器组件级将燃料发射到涡轮发动机的燃烧器内。
第一预混合喷射器组件级和第一主喷射器组件级可以经由燃料歧管被联接到一起使得供给至燃料歧管的燃料被分配至第一预混合喷射器组件级和第一主喷射器组件级。调谐孔板可以与第一预混合喷射器组件级一致地定位以调节组合的第一预混合喷射器组件级与第一主喷射器组件级的燃料比率。在至少一个实施例中,第一预混合喷射器组件级可以被定位在被定位在燃料系统内的预旋流器的上游。第一主喷射器组件级被定位在预旋流器处或者可以被定位在预旋流器的下游。
燃料系统可以被配置成使得第一预混合喷射器组件级可以喷射被喷射到燃烧器内的总燃料的大约10%与大约20%之间。第一主喷射器组件级可以被配置成喷射被喷射到燃烧器内的总燃料的大约25%与大约45%之间。燃料系统还可以包括由被定位在第一预混合喷射器组件级的下游的至少一个喷射器形成的先导级。在至少一个实施例中,先导级可以被配置成喷射被喷射器到燃烧器内的总燃料的少于10%。
在另一实施例中,燃料系统还可以包括第二主喷射器组件级,其包括被定位在第一预混合喷射器组件级的下游的至少一个喷射器,其中第二主喷射器组件级是主喷射器系统。第一主喷射器组件级可以发射由燃料系统的主喷射器所喷射的总燃料的至少40%。在另一实施例中,第一主喷射器组件级可以发射由燃料系统的主喷射器所喷射的总燃料的至少50%。
该燃料系统的优点在于,燃料系统可以在维持可接受的发动机动力和NOx排放的情况下将主和次级燃料喷射器组件级组合,由此消除了重复辅助管道、孔口燃料流量计、压力传感器、温度传感器和用于确定压力差的传感器的需要。
在下面更详细地描述这些及其他实施例。
附图说明
被包含在说明书中并形成其一部分的附图图示出当前公开的发明的实施例并且与描述一起公开了发明的原理。
图1是包括根据本发明的燃料系统的涡轮发动机的一部分的截面图。
图2是具有包括该发明的多个方面的燃料系统的燃烧器的详细截面侧视图。
图3是燃料系统的可替代实施例的详细截面侧视图。
图4是具有燃料系统的燃烧器的侧视图。
图5是用于主燃料级和次级燃料级的典型发动机燃料流动的图。
图6是具有组合的主燃料级和次级燃料级的燃料系统的示意图。
具体实施方式
如图1至图6所示,公开了一种用于提高燃料系统10中的效率的用于涡轮发动机12的燃料系统10,其中主要级14和次级级16可以在维持可接受的发动机动力和NOx排放的情况下被组合并且被保持至相对恒定的燃料比率。燃料系统10可以由被定位在火焰筒20的上游的第一预混合喷射器组件级18形成,其中第一预混合喷射器组件级18是次级喷射器系统。燃料系统10可以由被定位在第一预混合喷射器组件级18的下游的作为主喷射器系统的第一主喷射器组件级22形成。第一预混合喷射器组件级18和第一主喷射器组件级22可以被联接到一起使得燃料系统10能够同时经由第一预混合喷射器组件级18和主喷射器组件级22将燃料发射到涡轮发动机12的燃烧器24内。
用于涡轮发动机的燃料系统10可以包括由被定位在火焰筒20的上游的一个或多个喷射器26形成的第一预混合喷射器组件级18,如图1至3所示。第一预混合喷射器组件级18可以是次级喷射器系统16。在至少一个实施例中,第一预混合喷射器组件级18可以被配置成使得第一预混合喷射器组件级18可以喷射在全负载下被喷射到燃烧器24内的总燃料的大约10%与大约20%之间。
燃料系统10也可以包括由被定位在第一预混合喷射器组件的下游的一个或多个喷射器28形成的第一主喷射器组件级22,其中第一主喷射器组件是主喷射器系统,如图1至3所示。第一预混合喷射器组件级18和第一主喷射器组件级22可以被定位成使得第一预混合喷射器组件级18与燃烧器24中的火焰30之间的距离大于第一主喷射器组件级22与燃烧器24中的火焰30之间的距离。第一预混合喷射器组件级18和第一主喷射器组件级22可以被联接到一起使得燃料系统10能够同时经由第一预混合喷射器组件级18和第一主喷射器组件级22将燃料发射到涡轮发动机12的燃烧器24内,如图6所示。在至少一个实施例中,第一主喷射器组件级22可以被配置成喷射在全负载下被喷射到燃烧器24内的总燃料的大约25%与大约45%之间。
第一预混合喷射器组件级18和第一主喷射器组件级22可以经由燃料歧管32被联接到一起,如图6所示,使得供给至燃料歧管32的燃料被分配至第一预混合喷射器组件级18和第一主喷射器组件级22。调谐孔板34可以与第一预混合喷射器组件级18一致地定位以调节组合的第一预混合喷射器组件级18与第一主喷射器组件级22的燃料比率。燃料比率可以被控制并保持贯穿发动机负载范围几乎恒定,如图5所示。在至少一个实施例中,第一预混合喷射器组件级18可以被定位在定位在燃料系统10内的预旋流器36的上游。第一主喷射器组件级22可以被定位在预旋流器36处,如图3所示,使得下游端分注燃料是在预旋流器36处。在另一实施例中,如图4所示,第一主喷射器组件级22并且具体地是下游端分注燃料可以被定位在预旋流器36的下游。
燃料系统10也可以包括由被定位在第一预混合喷射器组件级18的下游的一个或多个喷射器40形成的先导级38。在至少一个实施例中,先导级38可以被配置成喷射被喷射到燃烧器24内的总燃料的少于10%。
在另一实施例中,燃料系统10也可以包括由被定位在第一预混合喷射器组件级18的下游的一个或多个喷射器44形成的第二主喷射器组件级42,其中第二主喷射器组件是主喷射器系统。第一主喷射器组件级22可以发射由燃料系统10的主喷射器所喷射的总燃料的至少40%。在另一实施例中,第一主喷射器组件级22可以喷射由燃料系统10的主喷射器所喷射的总燃料的至少50%。
该燃料系统10在于,燃料系统10可以在维持可接受的发动机动力和NOx排放的情况下将诸如第一预混合喷射器组件级18和第一主喷射器组件级22等的主和次级燃料喷射器组件级14、16组合,由此消除了重复辅助管道、孔口燃料流量计、压力传感器、温度传感器和用于确定压力差的传感器的需要。
在操作期间,诸如第一预混合喷射器组件级18和第一主喷射器组件级22等的组合的主与次级燃料喷射器组件级14、16可以被同时激活并且通过诸如在40%负载与100%负载之间等的发动机负载以相同燃料比率操作,如图5所示。在包括先导级38和第二主喷射器组件级42的实施例中,先导级38和第二主喷射器组件级42可以与组合的第一预混合喷射器组件级18和第一主喷射器组件级22一起操作,以获得期望的发动机负载和发动机动力并且不超过阈值NOx排放。
前述被提供用于图示、说明和描述该发明的实施例的目的。对这些实施例做出的修改和调整对于本领域技术人员而言将是显而易见的并且可以在不脱离该发明的范围或精神的情况下做出。

Claims (13)

1.一种用于涡轮发动机(12)的燃料系统(10),其特征在于:
第一预混合喷射器组件级(18),包括被定位在火焰筒(20)的上游的至少一个喷射器(26),其中所述第一预混合喷射器组件级(18)是次级喷射器系统;
第一主喷射器组件级(22),包括被定位在所述第一预混合喷射器组件级(18)的下游的至少一个喷射器(28),其中所述第一主喷射器组件级(22)是主喷射器系统;
其中所述第一预混合喷射器组件级(18)和所述第一主喷射器组件级(22)被联接到一起使得所述燃料系统(10)能够同时经由所述第一预混合喷射器组件级(18)和所述第一主喷射器组件级(22)将燃料发射到所述涡轮发动机(12)的燃烧器(24)内;和
其中所述第一预混合喷射器组件级(18)与所述燃烧器(24)中的火焰之间的距离大于所述第一主喷射器组件级(22)与所述燃烧器(24)中的所述火焰之间的距离。
2.根据权利要求1所述的燃料系统(10),其特征在于,所述第一预混合喷射器组件级(18)和所述第一主喷射器组件级(22)经由燃料歧管(32)被联接到一起使得供给至所述燃料歧管(32)的燃料被分配至所述第一预混合喷射器组件级(18)和所述第一主喷射器组件级(22)。
3.根据权利要求2所述的燃料系统(10),其特征进一步在于,调谐孔板(34),其与所述第一预混合喷射器组件级(18)一致地定位以调节所述组合的第一预混合喷射器组件级(18)与所述第一主喷射器组件级(22)的燃料比率。
4.根据权利要求1所述的燃料系统(10),其特征在于,所述第一预混合喷射器组件级(18)被定位在预旋流器(36)的上游,所述预旋流器(36)被定位在所述燃料系统(10)内。
5.根据权利要求4所述的燃料系统(10),其特征在于,所述第一主喷射器组件级(22)被定位在所述预旋流器(36)处。
6.根据权利要求4所述的燃料系统(10),其特征在于,所述第一主喷射器组件级(22)被定位在所述预旋流器(36)的下游。
7.根据权利要求1所述的燃料系统(10),其特征在于,所述第一预混合喷射器组件级(18)被配置成喷射被喷射到所述燃烧器(24)内的总燃料的大约10%与大约20%之间。
8.根据权利要求1所述的燃料系统(10),其特征在于,所述第一主喷射器组件级(22)被配置成喷射被喷射到所述燃烧器(24)内的总燃料的大约25%与大约45%之间。
9.根据权利要求1所述的燃料系统(10),其特征进一步在于,先导级(38),由被定位在所述第一预混合喷射器组件级(18)的下游的至少一个喷射器(40)形成。
10.根据权利要求9所述的燃料系统(10),其特征在于,所述先导级(38)被配置成喷射被喷射器到所述燃烧器(24)内的总燃料的少于10%。
11.根据权利要求1所述的燃料系统(10),其特征进一步在于,第二主喷射器组件级(42),包括被定位在所述第一预混合喷射器组件级(18)的下游的至少一个喷射器(44),其中所述第二主喷射器组件级(42)是主喷射器系统。
12.根据权利要求11所述的燃料系统(10),其特征在于,所述第一主喷射器组件级(22)发射由所述燃料系统(10)的所述主喷射器所喷射的总燃料的至少40%。
13.根据权利要求12所述的燃料系统(10),其特征在于,所述第一主喷射器组件级(22)发射由所述燃料系统(10)的所述主喷射器所喷射的总燃料的至少50%。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110612419A (zh) * 2017-05-16 2019-12-24 西门子公司 贫预混燃气涡轮机燃烧的改善调低排放的二元燃料分级方案
US11906168B2 (en) 2017-10-25 2024-02-20 General Electric Company Volute trapped vortex combustor assembly

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11174792B2 (en) 2019-05-21 2021-11-16 General Electric Company System and method for high frequency acoustic dampers with baffles
US11156164B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 General Electric Company System and method for high frequency accoustic dampers with caps

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1676902A (zh) * 2004-03-15 2005-10-05 通用电气公司 可控压的燃料喷嘴喷射器
CN103080653A (zh) * 2011-03-16 2013-05-01 三菱重工业株式会社 燃气涡轮燃烧器及燃气涡轮
US20130312421A1 (en) * 2012-05-24 2013-11-28 Solar Turbines Incorporated Fuel control system for a gas turbine engine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6996991B2 (en) * 2003-08-15 2006-02-14 Siemens Westinghouse Power Corporation Fuel injection system for a turbine engine
US7036302B2 (en) * 2004-03-15 2006-05-02 General Electric Company Controlled pressure fuel nozzle system
US8769955B2 (en) * 2010-06-02 2014-07-08 Siemens Energy, Inc. Self-regulating fuel staging port for turbine combustor
US9297532B2 (en) * 2011-12-21 2016-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Can annular combustion arrangement with flow tripping device
US20140123651A1 (en) * 2012-11-06 2014-05-08 Ernest W. Smith System for providing fuel to a combustor assembly in a gas turbine engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1676902A (zh) * 2004-03-15 2005-10-05 通用电气公司 可控压的燃料喷嘴喷射器
CN103080653A (zh) * 2011-03-16 2013-05-01 三菱重工业株式会社 燃气涡轮燃烧器及燃气涡轮
US20130312421A1 (en) * 2012-05-24 2013-11-28 Solar Turbines Incorporated Fuel control system for a gas turbine engine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110612419A (zh) * 2017-05-16 2019-12-24 西门子公司 贫预混燃气涡轮机燃烧的改善调低排放的二元燃料分级方案
US11125437B2 (en) 2017-05-16 2021-09-21 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Binary fuel staging scheme for improved turndown emissions in lean premixed gas turbine combustion
CN110612419B (zh) * 2017-05-16 2022-01-25 西门子能源全球两合公司 贫预混燃气涡轮机燃烧的改善调低排放的二元燃料分级方案
US11906168B2 (en) 2017-10-25 2024-02-20 General Electric Company Volute trapped vortex combustor assembly

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Publication number Publication date
US20150128600A1 (en) 2015-05-14
WO2015073215A1 (en) 2015-05-21
EP3069081A1 (en) 2016-09-21
JP2017502237A (ja) 2017-01-19

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