CN203880749U

CN203880749U - 燃料喷射器

Info

Publication number: CN203880749U
Application number: CN201320704297.0U
Authority: CN
Inventors: L.J.斯托亚; G.A.博德曼; 陈伟
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2023-11-08
Also published as: EP2730846A2; JP2014095546A; US20140123653A1

Abstract

本实用新型公开一种燃料喷射器，所述燃料喷射器包括：表面，所述表面设置在接近第一流体的流处；以及三角翼形特征。所述表面具有相对所述流进行限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定喷射器孔，第二流体的射流通过所述喷射器孔可喷射到所述流中。所述三角翼型特征设置在所述表面上、位于所述上游部分，并且配置用于使得所述流的入射部分脱离所述表面并且致使所述流的所述入射部分形成一对反向转动涡流，该对反向转动涡流分别与所述射流在交叉流方向上进行同步转动。

Description

燃料喷射器

技术领域

本说明书所公开的本实用新型涉及涡轮机领域，并且更为具体地说，涉及具有三角翼型(delta wing)增强件的燃料喷射器。

背景技术

典型燃气涡轮发动机包括压缩进气的压缩机、其中燃烧压缩进气和燃料以产生燃烧产物主流的燃烧器、涡轮机以及过渡连接件。涡轮机接收主流，并且经配置成在发电操作中使得所述主流膨胀。过渡连接件以流体方式介于燃烧器与涡轮机之间。可燃材料、如压缩进气和燃料可喷射到燃烧器的头端中。在轴向分级喷射或晚贫喷射(LLI)的情况下，另外可燃材料可喷射到燃烧器和过渡连接件的下游区段中。

无论可燃材料是否可喷射到燃烧器的头端、燃烧器或过渡连接件的下游区段。燃气涡轮发动机的性能很大程度是取决于燃烧之前所混合的可燃材料能力。也就是说，随着可燃材料混合程度增加，即可实现逐渐完成燃烧操作。这又导致来自涡轮机的更大电力输出并且导致燃气涡轮发动机产生的污染排放物质的量减少。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供一种燃料喷射器，并且所述燃料喷射器包括：表面，所述表面经设置成接近第一流体的流；以及三角翼型特征。所述表面具有相对所述流来限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定喷射器孔，第二流体射流通过所述喷射器孔可喷射到所述流中。所述三角翼型特征设置在所述表面上、位于所述上游部分，并且配置用于使得所述流的入射部分脱离所述表面、且致使所述流的所述入射部分形成一对反向转动涡流，该对反向转动涡流分别会与所述射流在交叉流动方向上进行同步转动。

根据本实用新型的另一方面，提供一种燃料喷射器，并且所述燃料喷射器包括：表面，所述表面形成作为管形构件、并且经设置成接近第一流体的流，所述表面具有相对所述流来限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定喷射器孔，第二流体射流通过所述喷射器孔可喷射到所述流中；以及三角翼型特征。所述三角翼型特征设置在所述表面上、位于所述上游部分，并且所述三角翼型特征中的每一者是与所述喷射器孔中的相应一者关联，并且配置用于使得所述流的入射部分脱离所述表面、且致使所述流的所述入射部分形成一对反向转动涡流，该对反向转动涡流分别会与所述射流在交叉流动方向上进行同步转动。

根据本实用新型的又一方面，提供一种燃料喷射器，并且所述燃料喷射器包括：表面，所述表面形成作为环形构件并且经设置成接近第一流体的流，所述表面具有相对所述流来限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定喷射器孔，第二流体射流通过所述喷射器孔可喷射到所述流中；以及三角翼型特征。所述三角翼型特征设置在所述表面上、位于所述上游部分，并且所述三角翼型特征中的每者是与所述喷射器孔中的相应一者关联，并且配置用于使得所述流的入射部分脱离所述表面、且致使所述流的所述入射部分形成一对反向转动涡流，该对反向转动涡流分别会与所述射流在交叉流动方向上进行同步转动。

结合附图，通过以下描述将更清楚这些和其他优点与特征。

附图说明

本说明书所附权利要求书中具体指出并且明确主张作为本实用新型的主题。结合附图，通过以下详细描述可以清楚本实用新型的上述和其他特征与优点，在附图中：

图1是涡轮机的示意图；

图2是涡轮机的燃烧器和过渡连接件的放大示意图；

图3是根据实施例的涡轮机的燃烧器头端的放大示意图；

图4是根据替代实施例的涡轮机的燃烧器头端的放大示意图；

图5是根据实施例的涡轮机的燃料喷嘴的放大示意图；

图6是根据替代实施例的涡轮机的燃料喷嘴的放大示意图；

图7是具有三角翼型特征的燃料喷射器的剖面透视图；

图8是单个三角翼型特征的透视图；

图9是单个三角翼型特征的侧视图；

图10是根据实施例的环形燃料喷射器的局部透视图；以及

图11是根据实施例的纵向燃料喷射器的局部透视图。

具体实施方式参考附图借助实例说明本实用新型的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

下文所提供的描述涉及三角翼型特征，所述三角翼型特征添加在处于交叉流动中的射流上游处，其由外部样式晚贫喷射喷射器上的燃料递送孔形成。三角翼型经定位以向下指向所述燃料孔，并具有朝着其下游末端增加的厚度。三角翼型因此提供斜面以供入射气流脱离喷射器壁。另外，翼型形状设定相反转动涡流，所述相反转动涡流会与燃料射流在交叉流动方向上进行同步转动（co-rotates）。这增强了以下两者：涡度，其是主要燃料/空气混合机制；以及燃料射流穿透程度，其是混合并且避免火焰保持问题关键因素。最终，三角翼型几何形状使得极小尾流（wakes）存在于翼型后，从而可能呈现火焰保持风险。

三角翼型特征适用LLI喷射器，如上指出，并且同样适用另外应用。此类另外应用包括四元燃料喷射以及燃料喷嘴喷射。在每个情况中，三角翼型特征可以被并入钉形或环形燃料喷射器。

参考图1和2，燃气涡轮发动机1包括压缩进气的压缩机2、其中提供压缩进气和燃料为可燃材料并且燃烧产生燃烧产物主流的燃烧器3、涡轮机4以及过渡连接件5。涡轮机4接收所述主流，并且经配置成在发电操作中使得所述主流膨胀。过渡连接件5以流体方式介于燃烧器3与涡轮机4之间。燃烧器3包括环形燃烧器内衬6，并且过渡连接件5包括环形过渡连接件内衬7。燃烧器内衬6和过渡连接件7是共同形成以便限定内部8，所述主流从燃烧器3行进通过所述内部到达涡轮机4上。

可燃材料、如压缩进气和燃料在燃烧器3的头端9处经由燃料喷嘴10可喷射到内部8。在轴向分级喷射或晚贫喷射（late lean injection(LLI)）的情况下，另外的可燃材料在燃烧器3的下游区段11处经由第一级燃料喷射器12、并且在过渡连接件5的上游区段13处经由第二级燃料喷射器14可喷射到内部8。

参考图3和4，燃烧器内衬6是由环形导流套管15所环绕，所述环形导流套管连接到端板16上。燃烧器内衬6和导流套管15共同限定环带17，从压缩机2所输出的压缩空气在径向向内转向前通过所述环带朝着头端9流动，并且随后在相反方向上朝着燃料喷嘴10流动。在一些实施例中并如图3和4所示，四元燃料喷射器（quat fuel injector）18可设置在环带17内，以使四元燃料（quaternary fuel）可喷射到压缩气流。四元燃料喷射器18可以是环形或环形的（参考图3）或者环形或钉形的（参考图4）。在前一情况下，四元燃料喷射通常朝着四元燃料喷射器18外径向引导，然而，在后一情况中，四元燃料喷射通常朝着四元燃料喷射器18外周向引导。

参考图5和6，燃料喷嘴10中的每者包括中心主体19和外围壁20。中心主体19具有纵向轴线，所述纵向轴线经取向以沿着燃烧器3的轴向尺寸延伸。外围壁20是沿着纵向轴线环绕中心主体19，以便限定环形预混合用路径21，压缩空气沿着所述环形预混合用路径朝着燃烧器3的内部8中限定的燃烧区来流动。如图5和6所示，燃料喷嘴喷射器22可设置在环形预混合用路径21内，以使燃料可喷射到压缩气流中。四元燃料喷射器22可以是环形（annular）或环形的（toroidal）（参考图5）或者管状或钉形的（peg-shaped）（参考图6）。在前一情况下，四元燃料喷射通常朝着四元燃料喷射器22外径向引导，然而，在后一情况中，四元燃料喷射通常朝着四元燃料喷射器22外周向引导。

参考图7至9，提供一种燃料喷射器30，所述燃料喷射器可以用作第一或第二级燃料喷射器12和14中的一者或多者（参见图2）。燃料喷射器30包括：表面31，所述表面经设置成接近第一流体的流32；以及三角翼形特征（delta wing feature）33。表面31具有上游部分34和下游部分35，所述上游部分和下游部分是相对流32的主导方向限定。表面31另外经形成以在下游部分35中限定喷射器孔36。第二流体经由喷射器孔36可喷射到流32中，由此，喷射器孔36产生第二流体射流37。

三角翼型特征33设置在表面31上、位于上游部分34，以便喷射器孔36与三角翼型特征33的对准被提供为大体与流32平行的主导方向。三角翼型特征33包括倾斜部分38以及翼型部分39。倾斜部分38经配置用于使得流32的入射部分40脱离表面31，并且具有弯曲前缘41以及大体平坦倾斜表面42。翼型部分39经配置用于致使流32的部分40形成一对反向转动涡流43，该对反向转动涡流分别会与射流37在交叉流动方向上进行同步转动。翼型部分39包括会聚的侧表面44，从而形成大体线性后缘45。弯曲前缘41和大体线性后缘45可相对彼此横向取向。

根据实施例将理解，三角翼型特征33、喷射器孔36以及射流37在数量上均是存在多个。在此类情况下，如图7所示，射流37中的每个通过喷射器孔36中的相应一个生成，并且三角翼型特征33中的每个是与喷射器孔36中的相应一个关联。

根据其他实施例并参考图2和7-9，可以将燃料喷射器30提供用作第一级燃料喷射器12或第二级燃料喷射器14中的一者或多者，以供用于轴向分级喷射或LLI。在此类情况下，将流32提供为低或高热值燃料与压缩空气的混合物（例如，微混合物），其中所述压缩空气是从围绕燃烧器3的下游区段11和过渡连接件5的上游区段13设置的压缩机排放壳体（CDC）中抽取。因此，流32是朝着源自燃烧器3的主流、通过过渡连接件5中限定的过渡区、并且朝着涡轮机4来定向。

为了包含流32，表面31形成管形构件50，所述管形构件具有纵向轴线51。表面31面向内部，其中喷射孔36和三角翼型特征33相应环向布置，由此，射流37指向公共中心标靶。另外，为了将流32径向引导到主流中，管形构件50可设置有纵向轴线51，所述纵向轴线相对所述主流沿着径向取向定向（参考图2）。

根据另外替代实施例并参考图3、5、7和10，可以将燃料喷射器30提供作为四元燃料喷射器18（参见图3）或燃料喷嘴喷射器22（参见图5）。在前一情况中，将流32提供作为压缩气流，从而通过环带17朝着燃烧器3的头端9行进。在后一情况中，将流32提供作为压缩气流，从而通过环形路径21朝着燃烧器3的内部8限定的燃烧区行进。在任一情况中，表面31形成环形构件（toroidal element）60，所述环形构件具有极向轴线（poloidal axis）61，并且所述表面具有向内的侧和向外的侧以相对燃烧器3的轴向尺寸分别径向面向内部、并且径向面向外部。环形构件60可设置在环带17或环形预混合用路径21中，其中极向轴线61布置成与燃烧器3的轴向尺寸大体平行。因此，喷射孔36和三角翼型特征33可以沿着表面31的环向长度来相应布置以便径向面向内部或者外部，由此，射流37可类似地径向指向内部或者外部。

根据另外替代实施例并参考图4、6、7和10，可以将燃料喷射器30提供作为四元燃料喷射器18（参见图4）或燃料喷嘴喷射器22（参见图6）。在前一情况中，将流32提供作为压缩气流，从而通过环带17朝着燃烧器3的头端9行进。在后一情况中，将流32提供作为压缩气流，从而通过环形路径21朝着燃烧器3的内部8限定的燃烧区行进。在任一情况中，表面31形成管形构件70，所述管形构件具有纵向轴线71，并且所述表面具有相对燃烧器3的轴向尺寸面向周向方向的侧表面。环形构件70可设置在环带17或环形预混合用路径21中，其中极向轴线71布置成与燃烧器3的轴向尺寸大体垂直。喷射孔36和三角翼型特征33可以沿着表面31的纵向长度来相应布置以便面向周向方向，由此，射流37可类似地指向周向方向。

尽管本实用新型仅仅结合有限数量的实施例进行详细描述，但应易于理解，本实用新型并不限于此类所公开的实施例。相反，本实用新型可经修改以并入在此之前并未描述但与本实用新型的精神和范围相符的任何数量的变化、更改、替换或等效布置。另外，尽管已经对本实用新型的各种实施例进行描述，但将理解，本实用新型的方面可以仅仅包括所述实施例中的一些实施例。因此，本实用新型不应视为受到前述描述限制，而仅受到所附权利要求书的范围限制。

Claims

1.一种燃料喷射器，所述燃料喷射器包括：

表面，所述表面设置在接近第一流体的流处，

所述表面具有相对所述流进行限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定喷射器孔，第二流体的射流通过所述喷射器孔可喷射到所述流中；以及

三角翼型特征，所述三角翼型特征设置在所述表面上、位于所述上游部分，并且经配置用于使得所述流的入射部分脱离所述表面、且致使所述流的所述入射部分形成一对反向转动涡流，该对反向转动涡流分别会与所述射流在交叉流方向上进行同步转动。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述三角翼型特征包括弯曲前缘。

3.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述三角翼型特征包括大体平坦的倾斜表面。

4.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述三角翼型特征包括会聚的侧表面。

5.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述三角翼型特征包括大体呈线性的后缘。

6.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述三角翼型特征的前缘和后缘横向定向。

7.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述喷射器孔与所述三角翼型特征的对准是与所述流的主导方向大体平行。

8.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中有多个所述喷射器孔和所述三角翼型特征，所述多个三角翼型特征中的每一个与所述多个喷射器孔中的相应一个关联。

9.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述流在引导下流向源自燃烧器、通过过渡区并流向涡轮机的燃烧产物主流。

10.根据权利要求9所述的燃料喷射器，其中所述表面形成管形构件，所述管形构件具有纵向轴线，所述管形构件可与所述纵向轴线一起设置，所述纵向轴线相对所述燃烧产物的所述主流沿着径向方向布置。

11.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述流在引导下流向燃烧器的头端。

12.根据权利要求11所述的燃料喷射器，其中所述表面形成环形构件，所述环形构件具有极向轴线，所述环形构件可与所述极向轴线一起设置，所述极向轴线沿着所述燃烧器的轴向尺寸布置。

13.根据权利要求11所述的燃料喷射器，其中所述表面形成管形构件，所述管形构件具有纵向轴线，所述管形构件可与所述纵向轴线一起设置，所述纵向轴线沿着所述燃烧器的径向尺寸布置。

14.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述流在引导下流向燃烧器的燃烧区。

15.根据权利要求14所述的燃料喷射器，其中所述表面形成环形构件，所述环形构件具有极向轴线，所述环形构件可与所述极向轴线一起设置，所述极向轴线沿着所述燃烧器的轴向尺寸布置。

16.根据权利要求14所述的燃料喷射器，其中所述表面形成管形构件，所述管形构件具有纵向轴线，所述管形构件可与所述纵向轴线一起设置，所述纵向轴线沿着所述燃烧器的径向尺寸布置。

17.一种燃料喷射器，所述燃料喷射器包括：

表面，所述表面形成管形构件并且设置为接近第一流体的流处，

三角翼型特征，所述三角翼型特征设置在所述表面上、位于所述上游部分，并且所述三角翼型特征中的每一个与所述喷射器孔中的相应一个关联，并且经配置用于使得所述流的入射部分脱离所述表面、且致使所述流的所述入射部分形成一对反向转动涡流，该对反向转动涡流分别与所述射流在交叉流方向上进行同步转动。

18.根据权利要求17所述的燃料喷射器，其中所述表面面向内部并且所述喷射器孔、所述射流以及所述三角翼型特征呈环状布置。

19.根据权利要求17所述的燃料喷射器，其中所述表面面向外部并且所述喷射器孔、所述射流以及所述三角翼型特征呈环状布置。

20.一种燃料喷射器，所述燃料喷射器包括：

表面，所述表面形成环形构件并且设置在接近第一流体的流处，

三角翼型特征，所述三角翼型特征设置在所述表面上、位于所述上游部分，并且所述三角翼型特征中的每者是与所述喷射器孔中的相应一者关联，并且经配置用于使得所述流的入射部分脱离所述表面、且致使所述流的所述入射部分形成一对反向转动涡流，该对反向转动涡流分别与所述射流在交叉流方向上进行同步转动。