CN203893228U - 微混合器喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种微混合器喷嘴，所述微混合器喷嘴用于在燃气涡轮发动机中对燃料流和气流进行混合。所述微混合器喷嘴可包括：燃料板，所述燃料板带有多个燃料板孔以及与所述燃料流连通的燃料板通道；以及空气板，所述空气板带有多个空气板孔以及与所述气流连通的空气板通道。所述燃料板通道与所述空气板通道可对准，使所述燃料流和所述气流部分混合。

Description

微混合器喷嘴

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及一种微混合器喷嘴，所述微混合器喷嘴带有简化部件以便易于制造、易于配置并且总体易于操作。

背景技术

燃气涡轮发动机的操作效率以及总体输出大体随着热的燃烧气流温度增加而来增加。然而，高的燃烧气流温度可以产生高含量的氮氧化物以及其他类型的受管制的排放物。因此，以下两者之间存在平衡作用:在有效温度范围中操作燃气涡轮发动机的同时也会确保氮氧化物以及其他类型的受管制的排放物输出仍在规定含量以下。

通过使燃料流与空气流在燃烧前进行良好混合，即可促进氮氧化物以及类似物质排放水平降低。此类预先混合趋于降低燃烧温度以及氮氧化物输出。一种提供此类良好混合的方法是通过使用微混合器燃烧喷嘴实现，其中在燃烧前，将燃料与空气在增压腔室内的多个微混合器管道中混合。

尽管当前微混合器喷嘴设计提供改进燃烧新能，但是制造此类微混合器喷嘴可能是种挑战。如上所述，微混合器喷大体包括多个小型管道，在所述小型管道中带有多个小孔。此类部件可以要求紧密容限，并且因此制造起来是耗时的。另外，其中总体流动分布可能难以控制。

因此，需要一种改进微混合器燃烧喷嘴设计。这种改进微混合器燃烧喷嘴设计可以促进良好燃料/空气混合，同时易于制造、易于配置并且易于与低成本的部件和技术一起使用。

发明内容

本发明提供一种微混合器燃烧喷嘴，用于在燃气涡轮发动机中将燃料流与气流混合。所述微混合器燃烧喷嘴可以包括：燃料板，其带有多个燃料板孔以及与所述燃料流连通的燃料板通道；以及空气板，其带有多个空气板孔以及与所述气流连通的空气板通道。可以将所述燃料板通道与所述空气板通道对准，以使所述燃料流与所述气流部分混合。

所述微混合器燃烧喷嘴进一步包括多个燃料板通道、多个空气板通道，并且其中将所述多个燃料板通道与所述多个空气板通道部分对准。所述多个燃料板通道包括多个同心圆环；所述多个空气板通道包括多个不同配置的空气板通道。所述空气板通道包括线性空气板通道；或者所述空气板通道包括圆形空气板通道节段；或者所述空气板通道包括成角度的空气板通道。

其中，所述燃料板包括第一侧以及第二侧，并且其中所述燃料板通道围绕所述第二侧定位。所述空气板包括第一侧以及第二侧，并且其中所述空气板通道围绕所述第一侧定位。其中，所述燃料板通道与所述空气板通道部分对准，以便形成用于所述燃料流和所述气流的混合管道。燃料空气混合物流动通过所述多个空气板孔。其中，所述多个燃料板孔与所述燃料板通道对准。其中，所述多个燃料板孔包括多个不同大小的燃料板孔。所述多个空气板孔包括多个不同大小的空气板孔。

本发明进一步地提供一种在燃烧喷嘴中将燃料流与气流混合的方法。所述方法可包括以下步骤：将燃气板上的一个或多个燃气板通道与空气板上的一个或多个空气板通道至少部分对准；使燃料通过多个燃料板孔流动到所述一个或多个燃气板通道中；使空气流动到所述一个或多个空气板通道中；混合所述燃料流与所述气流；以及使燃料空气混合物流动通过多个空气板孔。

本发明进一步地提供一种微混合器燃烧喷嘴，用于在燃气涡轮发动机中将燃料流与气流混合。所述微混合器燃烧喷嘴可以包括：燃料板，其带有多个燃料板孔以及与所述燃料流连通的多个燃料板通道；以及空气板，其带有多个空气板孔以及与所述气流连通的多个空气板通道。可以将所述燃料板通道与所述空气板通道部分对准，以将所述燃料流与所述气流混合成燃料空气流从中通过。

其中，所述多个燃料板通道包括多个同心圆环。所述多个空气板通道包括线性空气板通道；或者所述多个空气板通道包括圆形空气板通道节段；或者所述多个空气板通道包括成角度的空气板通道。

当结合若干附图以及所附权利要求书来阅读以下详细描述时，本领域的技术人员可以清楚了解本申请案以及相应专利的这些和其他特征以及改进。

附图说明

图1是示出压缩机、燃烧器、涡轮机以及负载的燃气涡轮发动机的示意图。

图2是如可与图1所示燃料涡轮发动机一起使用的燃烧器的示意图。

图3是可如本说明书所述微混合器喷嘴的局部透视图。

图4是用于图3所示微混合器喷嘴的燃料板的局部透视图。

图5是用于图3所示微混合器喷嘴的空气板的透视图。

图6是可如本说明书所述用于微混合器喷嘴的空气板的替代实施方案的局部侧视截面图。

具体实施方式

现在参阅附图，其中相似数字指代多多幅附图中的相似元件，图1示出可如本说明书所描述的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可以包括压缩机15。压缩机15压缩进入气流20。压缩机15将压缩气流20递送到燃烧器25上。燃烧器25将压缩气流20与加压的燃料流30混合，并且使混合物点燃以便生成燃烧气流35。尽管示出仅单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可以包括任意数量的燃烧器25。然后，将燃烧气流35递送到涡轮机40上。燃烧气流35驱动涡轮机40以使机械功产生。涡轮机40中所产生的机械功是经由轴45来驱动压缩机15和诸如发电机以及相似负载的外部负载50。

燃气涡轮发动机10可以使用天然气、各种类型的合成气和/或其他类型燃料。燃气涡轮发动机10可以是位于美国纽约斯卡奈塔第市（Schenectady,New York）的通用电气公司（General Electric Company）提供的多种不同燃气涡轮发动机中的任何一种，包括（但不限于）7或9系列重型燃气涡轮发动机以及相似燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机10可以具有不同配置并可以使用其他类型部件。本说明书也可以使用其他类型燃气涡轮发动机。本说明书还可同时使用多个燃气涡轮发动机、其他类型涡轮机以及其他类型发电设备。

图2示出可与上述燃气涡轮发动机10一起使用的燃烧器25的实例的示意图。燃烧器25可从头端处的端盖52延伸到围绕涡轮机40的后端处的过渡连接件54上。多个燃料喷嘴56可以围绕端盖52定位。内衬58可以从燃料喷嘴56朝着过渡连接件54延伸，并且可以将燃烧区60设在其中。内衬58可由导流套管62环绕。内衬58和导流套管62可在其间设有流路64，以供用于来自压缩机15或通到其的气流20。本说明书所述燃烧器25是仅仅用作实例目的。本说明书可以使用带有其他部件以及其他配置的燃烧器。

图3至5示出可如本说明书所述燃烧喷嘴100的一部分，所述燃烧喷嘴用于混合气流20与燃料流30。燃烧喷嘴100可为微混合器燃烧喷嘴110。燃烧喷嘴100可以与上述燃烧器25以及类似部件一起使用。燃烧喷嘴100可以具有任何合适大小、形状或者配置。

燃烧喷嘴100可以包括燃料板120。燃料板120可与燃料流30连通。所用术语“板”简单来说是指燃料通道的下游末端。燃料板120可与许多其他总体设计组合。燃料板120可以具有第一侧130以及第二侧140。燃料板120可以具有多个燃料板孔150，所述燃料板孔从第一侧130延伸通过其中到第二侧140。燃料板孔150可以具有任何合适大小、形状或者配置。本说明书可以一起使用不同大小和形状的燃料板孔150。本说明书可以使用任何数量的燃料板孔150。

燃料板120可以具有形成在中的围绕第二侧140的多个燃料板通道160。燃料板通道160可以凹入燃料板140的第二侧140之中，或者以其他方式在其中形成。燃料板孔150可以与燃料板通道160对准。在这个实例中，燃料板通道160采用多个同心圆环170形式。同心圆环170可以是连续和/或间断的。燃料板通道160可以具有任何合适大小、形状或者配置。本说明书可以使用任何数量的燃料板通道160。本说明书可以一起使用不同大小和形状的燃料板通道160。本说明书可以使用其他部件以及其他配置。

燃烧喷嘴100还可包括空气板180。空气板180可与来自压缩机150或其他地方的气流20连通。所用术语“板”简单来说是指空气通道的下游末端。空气板180可与许多其他总体设计组合。空气板180可以完全或者部分环绕燃料板120，或者对应位置可以倒转。空气板180可以包括第一侧190以及第二侧200。燃料板120的第二侧140可以朝向空气板180的第一侧190。空气板180可以具有多个空气板孔210，所述空气板孔从第一侧190延伸通过其中到第二侧200。空气板孔210可以具有任何合适大小、形状或者配置。本说明书可以使用任何数量的空气板孔210。空气板孔210大体可以不与燃料板孔150直接对准(尽管也可使用这种情况，即可以与燃料板孔150对准)，而是可以与其偏离。另外，本说明书可以使用不同数量的空气板孔210和燃料板孔150。本说明书可以一起使用不同大小和形状的空气板孔210。

空气板180还可以具有多个空气板通道220。空气板通道220可以具有任何合适大小、形状或者配置。本说明书可以使用任何数量的空气板通道220。空气板通道220可以在空气板180的第一侧190中形成。空气板通道220可以凹入空气板180的第一侧190之中，或者以其他方式在其中形成。在这个实例中，本说明书可以使用多个线性空气板通道230。另外，也可使用一个或多个圆形空气板通道节段240。空气板孔210可以定位在线性空气板通道230和圆形空气板通道节段240内以及其他地方。如图所示，本说明书可以一起使用不同大小和形状的燃料板通道220。本说明书可以使用其他部件以及其他配置。

在使用时，燃料流30延伸到燃料板120上，并且通过燃料板孔150，然后进入燃料板的第二侧140上的燃料板通道160中。燃料流30在其通过小燃料板板150时可以加速。燃料流20延伸到空气板180上，并且流动通过空气板通道220。燃料板通道160与空气板通道220的交织形成一种混合管道250，用以与经加速的燃料流30组合而来促进其中良好燃料-空气混合。因此，燃料空气混合物260离开空气板孔210以在燃烧区60中燃烧。本说明书也可使用其他部件以及其他配置。

在本说明书中，各种孔和通道大小、形状以及配置可以不同。例如，图6示出带有多个成角度的空气板孔280的空气板270的实例。成角度的空气板孔280因此以一定角度从第一侧190延伸到空气板270的第二侧200。本说明书可以使用任何角度。成角度的空气板孔280可与从空气板180的第一侧190垂直延伸的空气板孔210一起使用，如上所述。本说明书可以使用任何空气板孔组合。使用成角度的空气板孔280可以使热气围绕空气板270的第二侧200的再循环最小化。

可以使用不同大小的空气板孔210来控制对从中通过的燃料-空气混合物260的火焰淬火（quench）。燃料板通道160和空气板通道220的大小可以不同，以便控制其中压降。通过改变板120、180、孔150、210以及通道160、220的大小和形状，也可实现对燃烧喷嘴100的总体调整。对应的孔150、210以及通道160、220也可进行时控以便实现精调。燃料板220和空气板180的对应位置也可倒转。可将不同类型的填充物加入空气通道220，以便维持淬火能力，从而控制火焰保持（flame holding）。此类填充物可以是催化剂以增强其中化学反应，同时抑制火焰保持。另外，可以使用空气板180层而来维持淬火距离并且增加通道220的流面积。本说明书可以使用其他部件以及其他配置。

本说明书所述燃烧喷嘴100因此可以易于制造，因为部件实质可模块化。另外，燃烧喷嘴100可以易于重新配置。这些制造益处会与以下多个操作优点组合：火焰保持限制极高、排放量低、焰短以供快速燃烧以及压降更低。确切地说，燃烧喷嘴100提供对空气与燃料分布的增强控制。

应当清楚，前述内容仅仅涉及本申请案以及相应专利中的某些实施方案。本领域的技术人员可以在不背离本发明的总体精神和范围情况下对本发明做出多种变化以及修改，其中本发明的总体精神和范围由所附权利要求书及其等效物定义。

Claims (9)

1.一种用于在燃气涡轮发动机中对燃料流和气流进行混合的微混合器喷嘴，所述微混合器燃烧喷嘴包括： 

燃料板，其与所述燃料流连通； 

所述燃料板包括多个燃料板孔并且包括燃料板通道； 

空气板，其与所述气流连通； 

所述空气板包括多个空气板孔并且包括空气板通道；以及 

其中所述燃料板通道与所述空气板通道对准，使所述燃料流与所述气流部分混合。 

2.如权利要求1所述的微混合器喷嘴，其进一步包括多个燃料板通道、多个空气板通道，并且其中将所述多个燃料板通道与所述多个空气板通道部分对准。 

3.如权利要求2所述的微混合器喷嘴，其中所述多个燃料板通道包括多个同心圆环。 

4.如权利要求2所述的微混合器喷嘴，其中所述多个空气板通道包括多个不同配置的空气板通道。 

5.如权利要求1所述的微混合器喷嘴，其中所述空气板通道可以包括以下选择中的任何一种：线性空气板通道、圆形空气板通道节段、和成角度的空气板通道。 

6.如权利要求1所述的微混合器喷嘴，其中所述燃料板包括第一侧以及第二侧，并且其中所述燃料板通道围绕所述第二侧定位。 

7.如权利要求1所述的微混合器喷嘴，其中所述空气板包括第一侧以及第二侧，并且其中所述空气板通道围绕所述第一侧定位。 

8.如权利要求1所述的微混合器喷嘴，其中所述燃料板通道与所述空气板通道部分对准，以便形成用于所述燃料流和所述气流的混合管道。 

9.一种用于在燃气涡轮发动机中对燃料流和气流进行混合的微混合器喷嘴，所述微混合器喷嘴包括： 

燃料板，其与所述燃料流连通； 

所述燃料板包括多个燃料板孔和多个燃料板通道； 

空气板，其与所述气流连通； 

所述空气板包括多个空气板孔和多个空气板通道；以及 

其中所述多个燃料板通道与所述多个空气板通道部分对准，以将所述燃料流与所述气流混合成燃料-空气流。