CN203964012U - 燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气涡轮发动机，包括一个或多个燃料喷射器，所述燃料喷射器包括中心体、进气管道、混合管道、旋流器和流量调节器，所述进气管道和混合管道被定位成围绕该中心体，以限定空气流动通道。所述旋流器位于该进气管道和混合管道之间。流量调节器被设置在相对于旋流器的上游的空气流动通道中。流量调节器具有被配置成将空气沿圆周均匀地分布在进气管道内的多孔板。本实用新型提供了一种空气和燃料的均匀混合模式以形成均匀的空气-燃料混合物，并且可以实现空气-燃料混合物在燃烧室中的完全燃烧。

Description

燃气涡轮发动机

技术领域

本实用新型涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器，更具体地涉及用于在燃气涡轮发动机中均匀地混合空气和燃料的燃料喷射器。

背景技术

近年来，发动机的排放标准变得越来越严格。为了达到严格的排放标准，发动机制造商正在不断努力实现可能会远低于排放标准中指定的允许范围的排放水平。一些通常已知的由燃料的燃烧产生的污染物有一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）和氮氧化物。

在某些情况下，对污染物的允许范围，假定按兆比率（ppm）计算，可以通过在操作过程中改变发动机的空气-燃料比来满足。先前已知的系统已经实现对空气-燃料比的改变。然而，这些系统不能均匀地分配空气和燃料以实现空气和燃料的均匀混合模式，因此，可能会产生用于燃烧的非均匀的空气-燃料混合物。

第8,186,162号美国专利涉及一种用于涡轮发动机的燃料喷嘴。该燃料喷嘴具有带引燃的中心体构件、环绕筒形壳体、混合管道和进气管道。该燃料喷嘴还具有位于该进气管道和该混合管道之间的主要燃料喷射装置。该主要燃料喷射装置被配置成将燃料流引入该筒构件中以产生随后被旋流器预混合的燃料/空气混合物。该燃料/空气混合物随后在该混合管道中进一步混合，并从喷嘴喷出，进入燃烧室中用于燃烧。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种燃气涡轮发动机，用于实现空气和燃料在燃气涡轮发动机中的均匀混合。

在一方面，本实用新型提供了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括中心体、进气管道、混合管道、旋流器和流量调节器；所述进气管道和混合管道被定位成围绕该中心体，以限定空气流动通道；所述旋流器被定位于该进气管道和混合管道之间；所述流量调节器被设置在该空气流动通道相对于旋流器的上游；所述流量调节器具有被配置成将空气沿圆周均匀地分布在该进气管道内的多孔板。

在另一方面，本实用新型还公开了一种包括燃烧室和一个或多个与所述燃烧室相关联的燃料喷射器的燃气涡轮发动机；所述燃料喷射器包括中心体、进气管道、混合管道、旋流器和流量调节器；所述进气管道和混合管道被定位成围绕所述中心体，以限定空气流动通道；所述旋流器位于所述进气管道和混合管道之间；所述流量调节器被设置在所述空气流动通道相对于旋流器的上游，所述流量调节器具有被配置成将空气沿圆周均匀地分布在该进气管道内的多孔板。

进一步的，所述流量调节器包括圆柱体，其装配在进气管道并围绕燃料喷射器的中心体。

其中，所述多孔板位于圆柱体的下游端。

又进一步的，所述圆柱体包括在其上限定开口的外表面。

优选的，所述多孔板包括圆穿孔或者弯曲的矩形穿孔。

进一步的，所述旋流器包括多个叶片，所述叶片从中心体向外延伸并进入空气流动通道。

又进一步的，所述叶片包括多个燃料喷口。

其中，所述中心体包括配置成喷射燃料的引燃流的引燃燃料喷射器。

上述技术方案提供了一种空气和燃料的均匀混合模式以形成均匀的空气-燃料混合物，并且可以实现空气-燃料混合物在燃烧室中的完全燃烧。由此可以使得燃气涡轮发动机的排放水平降低，并且可以等于或小于燃气涡轮发动机的排放要求所确定的允许极限。

本实用新型的其它特征和方面将从以下说明和附图中显而易见。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施例的示例性的燃气涡轮发动机的剖面图；

图2是图1中示例性的燃气涡轮发动机使用的燃料喷射器的前剖视图；

图3-5是根据本实用新型的各示例性的实施例的流量调节器的前透视图；

图6是将空气-燃料混合物输送到示例性的燃气涡轮发动机的燃烧室的方法流程图。

具体实施方式

本实用新型涉及用于在燃气涡轮发动机中使用的燃料喷射器的气流调节器。虽然，本实用新型重点在于在此公开的燃气涡轮发动机、结构、步骤以及方法，其可以类似地适用于在其它类型的发动机例如内燃机中使用的燃料喷射器。图1示出了示例性的燃气涡轮发动机100的剖视图。该燃气涡轮发动机100可以是任何类型的。在一个实施例中，该燃气涡轮发动机100可以被用于驱动发电机发电或其它机械组件，例如压缩机。在其它实施例中，该燃气涡轮发动机100可以用于移动机器，例如但不限于运土机器、客车、船舶或本领域已知的任何其它移动机器。

该燃气涡轮发动机100可以包括压缩机部分102、燃烧器部分104、涡轮机部分106和排气部分108。该压缩机部分102可以包括一系列的固定连接到中心轴112周围的压缩机叶片110。该压缩机叶片110可以旋转以压缩空气。当该中心轴112旋转时，该压缩机叶片110可以将空气吸入到该燃气涡轮发动机100中并加压空气，然后该加压空气可以被导向该燃烧器部分104。可以设想该压缩机部分102可以进一步包括压缩机叶片（未示出），该压缩机叶片独立于中心轴112并在涡轮发动机运转期间保持静止。

该燃烧器部分104可以将液态的和/或气态的燃料与来自压缩机部分102的压缩空气混合，并燃烧该混合物以产生机械功输出。该燃烧器部分104可以包括燃烧室114和一个或多个与该燃烧室114相关联的燃料喷射器116。在如图1所示的一个实施例中，该燃料喷射器116可以环状地布置在中心轴112周围。该燃烧室114可以遮蔽燃烧过程。该燃料喷射器116可以将液体和气体燃料中的一种或两种喷射进来自压缩机部分102的压缩空气流中，用于在燃烧室114内的点火。当燃料/空气混合物燃烧时，受热的分子会膨胀并以高速运动进入涡轮机部分106。

该涡轮机部分106可以包括一系列的固定连接到中心轴112的可以旋转的涡轮机转子叶片118。当该涡轮机转子叶片118被来自燃烧器部分104的高能分子轰击时，膨胀分子可以使中心轴112旋转，从而将燃烧能转化成有用的转动能。该转动能可以从燃气涡轮发动机100中取出并用于多种用途。除了为各种外用设备供电，该涡轮机转子叶片118与该中心轴112的旋转可以驱动压缩机叶片110的旋转。该排气部分108可以将废气从燃烧器部分104和涡轮机部分106排放到大气中。

如图2所示，该燃料喷射器116可以包括若干组件，其协同工作以将气体和液体燃料喷射到燃烧室114内。每个燃料喷射器116包括进气管道120和混合管道122。该进气管道120和该混合管道122一起限定被配置为接收压缩端并且向燃烧室114供应燃料-空气混合物的筒形壳体124。

在如图2所示的一个实施例中，筒形壳体124可以包括多个空气喷口126，其被配置成通过该筒形壳体124的外部的一个或多个流体通道（未示出）来接收来自压缩机部分102的压缩空气。该进气管道120可以被配置成用于将压缩空气沿轴向从压缩机部分102（参照图1）引导至筒形壳体124，并将压缩空气的一部分转移到空气喷口126。

该混合管道122可以被配置为将燃料/空气混合物沿轴向从燃料喷射器116引导到燃烧室114内。该混合管道122可以包括流体连通筒形壳体124与燃烧室114的中心开口128。该燃料喷射器116还进一步包括中心体130。该中心体130可以被设置成径向地朝向筒形壳体124内并沿公共轴线131对齐。

该进气管道120和该混合管道122被定位成围绕中心体130，以在它们之间限定空气流动通道132。该空气流动通道132被配置为接收来自压缩机部分102的压缩空气。该燃料喷射器116还可以包括位于中心体130内的引燃燃料喷射器134。该引燃燃料喷射器134可以被配置为将加压燃料的引燃流通过中心体130的顶端136喷射到燃烧室114内，以便于发动机的起动、怠速运转、低温操作和/或燃气涡轮发动机100的稀燃操作。

该燃料喷射器116进一步包括位于该进气管道120和该混合管道122之间的旋流器138。在如图2所示的一个实施例中，该旋流器138可以环状地布置在筒形壳体124与中心体130之间，并且可以被配置成径向地重定向来自进气管道120的压缩空气的轴向流。

在如图2所示的一个实施例中，该旋流器138可以包括从中心体130向外延伸并进入空气流动通道132的叶片140。这些叶片140被设置在压缩空气的轴向流动路径中并且可以被设置成在径向地向内的方向转移压缩空气。本实用新型所公开的叶片140可以设置在围绕该公共轴线131的筒形壳体124中，或者围绕相对于公共轴线131偏心的中心点设置。另外，叶片140在形状上可以是直的或者螺旋的，并且可以相对于公共轴线131倾斜一定角度。

一个或多个叶片140可以包括液体燃料喷口142和多个气体燃料喷口144，以便于筒形壳体124内的燃料喷射。可以设想任何数量或构型的叶片140可以包括液体燃料喷口142。该叶片140的位置沿公共轴线131，并且在燃料喷射器116内所得的轴向燃料导入点可以根据一种应用的特定需要而变化。该气体燃料喷口144可以与叶片相关联以接收来自外部源（未示出）的气体燃料。

该燃料喷射器116还进一步包括设置在空气流动通道132相对于旋流器138的上游的流量调节器146。在如图3所示的一个实施例中，流量调节器146可以包括圆柱体148，以装配在进气管道120里并围绕燃料喷射器116的中心体130。在一个实施例中，该圆柱体148可以包括在上游端151上的外围凸缘149，使得流量调节器146可以被焊接或被放置在进气管道120的安全邻接上。在一个实施例中，该圆柱体148包括在其上限定开口152的外表面150。

此外，该流量调节器146具有多孔板154，其被配置成将空气沿圆周均匀地分布在进气管道120内（参照图2）。该多孔板154位于圆柱体148的下游端156。该多孔板154包括穿孔158，这些穿孔158可以具有各不相同的形状和尺寸，使得压缩空气被允许流过多孔板154，在一个或多个预定路径中偏转，并在混合管道122中与喷射的燃料混合。在如图3所示的一个示例性的实施例中，该流量调节器146的多孔板154可以包括圆穿孔158。在如图4-5所示的其它示例性的实施例中，该多孔板154可以包括具有不同尺寸的弯曲的矩形穿孔158。该穿孔158可以通过普遍已知的制造工艺而形成，例如但不限于冲压、冲割、铸造或从种板材料中组装多个切口。

在一个实施例中，穿孔158可以被选择，使得在混合通道122中实现燃料和空气的均匀混合模式。然而，穿孔158的形状、尺寸、数量和配置可以基于各种因素而改变，例如但不限于空气流动通道132内所需的空气分布、空气-燃料混合物中所需的混合模式、与燃气涡轮发动机100的运行相关的尾流或者燃气涡轮发动机100所要满足的排放要求。因此，尽管穿孔158的某一具体数量、尺寸、形状和配置在图3-5中的多孔板154上已经示出，应注意的是，穿孔158实质上仅仅是示例性的，因此对本实用新型不具有限制性。穿孔158的任何已知的形状、尺寸、配置和数量可以取决于特定的应用要求而被使用。

工业实用性

典型地，燃气涡轮发动机受到可能破坏在燃料喷射器的混合管道中的空气和燃料的混合模式的尾流的影响。在一些情况下，燃气涡轮发动机中出现的尾流可以进一步导致燃料喷射器中的空气和燃料的非均匀的混合。这种非均匀的空气-燃料混合物的使用可以增加不完全燃烧的可能性，并且促进污染物的生成。因此，燃气涡轮发动机可以产生污染物，即使空气-燃料比率被改变以适应燃气涡轮发动机的一个或多个操作参数。

本实用新型的流量调节器146可以用于减小流量调节器146的上游出现的任何尾流。流量调节器146可以形成为包括任何数量的各种尺寸、形状和配置的穿孔158，从而减少尾流并且实现空气-燃料混合物的预定混合模式。通过在此公开的流量调节器146的实施，流量调节器146可以具有在空气流动通道132中的空气所需数量的限制和偏转，使得横贯燃料喷射器116的混合管道122的空气和燃料的混合模式是均匀的。用于形成均匀的空气-燃料混合物的空气和燃料的均匀混合模式可以承受空气-燃料混合物在燃烧室114中的完全燃烧。因此，燃气涡轮发动机100的排放水平可以降低，并且可以等于或小于燃气涡轮发动机100的排放要求所确定的允许极限。而且，当将流量调节器146安装进燃料喷射器116时，设置在圆柱体148上的开口152可以避免任何死角的产生，从而阻止燃料在死角内无意地迁移和燃烧。

流量调节器146结合燃料喷射器116的长期使用可以提高燃气涡轮发动机100的燃料经济性并节约燃料的成本。因此，本实用新型公开的流量调节器146可以提高与燃气涡轮发动机100的操作相关联的盈利能力。

图6示出了一种将该空气-燃料混合物传送至燃气涡轮发动机100的燃烧室114的方法600。在步骤602中，方法600包括接收来自引燃燃料喷射器134的引燃燃料进入燃料喷射器116的中心体130。在步骤604中，方法600进一步包括接收来自旋流器138上的叶片140的燃料进入燃料喷射器116的混合管道122。在步骤606中，方法600进一步包括接收来自进气管道120的空气进入混合管道122。

在步骤608中，方法600进一步包括通过设置在相对于旋流器138的上游的流量调节器146的多孔板154，将空气沿圆周均匀地分布在燃料喷射器116的进气管道120内。在一个实施例中，步骤608内的将空气沿圆周均匀地分布在进气管道120内进一步包括使空气穿过多孔板154的圆穿孔158。在另一个实施例中，步骤608内的将空气沿圆周均匀地分布在进气管道120的步骤进一步包括使空气通过多孔板154的弯曲的矩形穿孔158。

在步骤610中，方法600进一步包括在混合管道122中将燃料与分布的空气混合。在步骤612中，方法600包括接收来自混合管道122的空气-燃料混合物和燃烧室114的中心体130的引燃燃料。

虽然本实用新型的各方面已经详细地说明和描述于上面的实施例中，本领域技术人员可以理解，在不背离所公开的精神和范围的情况下，各种附加的实施例可以通过修改所公开的机器、系统和方法而被设想出。这样的实施例应该被理解为涵盖于基于权利要求书及其任何等效物所确定的本实用新型的范围之内。

Claims (9)

1.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括：

燃烧室；

一个或多个燃料喷射器，其包括：

中心体；

进气管道和混合管道，其设置在中心体周围以限定空气流动通道；

旋流器，其设置在进气管道和混合管道之间；以及

流量调节器，其设置在相对于旋流器的上游的空气流动通道中，所述流量调节器包括被配置成将空气沿圆周均匀地分布在进气管道内的多孔板。

2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述流量调节器包括圆柱体，以装配在进气管道内并围绕燃料喷射器的中心体。

3.如权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多孔板位于圆柱体的下游端。

4.如权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述圆柱体包括在其上限定开口的外表面。

5.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多孔板包括多个圆穿孔。

6.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多孔板包括多个弯曲的矩形穿孔。

7.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述旋流器包括多个叶片，所述叶片从中心体向外延伸并进入空气流动通道。

8.如权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述叶片包括多个燃料喷口。

9.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述中心体包括配置成喷射燃料的引燃流的引燃燃料喷射器。