TW403824B - Combustor baffle - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印？β 403824 A7 ----B7 - 一 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明大體上係關於動力產生器燃燒器，尤其係關於一 種燃燒器擋板。 工業用動力產生器氣體渦輪引擎係包括一用以壓縮空氣 之壓縮機，其中該壓縮2氣係與燃油混合而在一燃燒器中 點火燃燒，以產生燃燒氣體。該燃燒氣體係流入一渦輪機 中，其係可以狡得用以驅動—軸桿之動能以致該壓縮機， 並且產生輸出動能以致動，例如，一發電機。該渦輪機通 系係以相當向的基本負載而長時間的運轉，以致動該發電 機產生電能供應至一，例如，集電器。由燃燒氣體中所排 放出來之廢氣因此便會开）成問題，且會受到法規的限制。 氣體渦輪機燃燒係已經發展成採用貧預混燃燒，以降低-諸如NOx(氪氧化物）之氣體污染物。此類之燃燒器係包本 _ 複數個燃燒器’其係連接至單一燃燒室中。每一燃燒器係 包括一引流管，在引流管中央係配置有燃油噴嘴，該燃油 噴嘴係包含一中央旋翼葉轂，其可以支撑燃油噴射器及旋 满扇葉。在運轉期間’燃油係經由燃油噴射器而噴入，且 與引流官中之旋渦S氣相混合，且在燃燒器出口處係產生 一火焰。該燃燒火焰係藉由在中央旋翼葉轂後面之陡壁體 再循環及旋渦引致之再循環氣體的混合而加以穩定。由於 貧化學計量、貧預混合燃燒之方式係可以達成較低的火= 溫度’且因此產生較低的氮氧化物污染物。 然而，這些預混合系統通常係會產生不可預測的現象， 其一般稱之爲回閃（flashback)”。回閃係由於數種狀沉所迁

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X ------.-------裝--------訂·τ-------線 (請先閱讀背面之注意事項再1 、c本頁) -4- 403324 A7 403324 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（2 ) 成’其包括當火焰在一過渡狀態時於其模式變換期間在燃-油或點火器中之雜質的點火燃燒所造成。當回閃發生時， 一火培係會進入燃燒室之區域或凹口，而這些部位在設計 上係不應該有火焰進入。有可能會產生回閃之其中一此類 區域’係位在燃油噴嘴向上頂靠該端蓋之間的部位。在此 一部位中之再循環空氣流動樣態以及可能存在之燃油，係 很谷易造成回閃產生。在此一區域中之回閃係會造成燃燒 控制性的損失，且會額外造成類似於燃燒喷嘴之燃燒器零 件的加熱及熔化，該些零件並非設計成可以承受過大的熱 量0 再者’具有增強熱動力效率之渦輪機之持續增加的需求 ’係會造成更高的渦輪機入噴嘴溫度。此更高的渦輪機溫 度係會在壓縮機中產生對應的排放溫度對壓_力之比値的增 加。這些狀況之組合係會造成燃油更可能自行燃燒起來。 因此，在此技藝中，便存在有在端蓋部位中增加再循環 以降低回閃產生之需求。 發明摘要 一種燃燒器總成，其包含複數個環周緣配置之燃油噴嘴 ，此燃油噴嘴係具有第一端部，其係結合至一燃燒室，以 及一第二端郅，其係連接至一端蓋。此複數個燃油噴嘴係 在其足間係界定出一中央部位。一擋板係配置在該中央部 位内邵’此擋板係具有一上游基部鄰接該端蓋，以及—具 有輪廓之下游部分，其係具有一相較於該上游基部之寬度 逐小之寬度，以將一再循環流轉變成下游流動，以減小在 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規輅（21〇 x 2k公爱） ----^---；-------裝-------1 訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再{"·本頁)

403824 五、發明說明（ 該中央邵位内發生回閃之可能性。 圖式之簡單説明 本發明之檔案係包含至少_穸 ^ 杉色圖片。本專利且古必4 圖片之副本係可以力趄+西+、^ 令寻〜具有衫色 、 ' 在楗出要求並支付必要規費之後，由呈 國專利商標局來提供。 、 吴 圖1係習知工業用滿輪發動機之概要示意圖； 圖圖2係—示例性燃燒器噴嘴配置之一端部的概要平面视 圖3係—示例性燃燒器噴嘴配置且具有一部分 要側視圖； ‘' 俠 圖4係依照本發明《一實施例《燃燒器喷嘴配置且具有 一郅分移除之概要側視圖； 圖5係依照本發明之一實施例之燃燒器擋板之概要剖 側視圖； 圖6係圖4之燃燒器噴嘴配置之—端部的概要平面視圖； 圖7係依照本發明另一實施例之燃燒器擋板之概要、剖 面側視圖； 圖8係描示速度向量之一示例性樣式，其係藉由在不具 有擒板之中央部分中的速度量値來加以標示 圖9係描示速度向量之一示例性樣式，其係藉由在具有 本發明之—實施例之擋板之中央部分中的速度量値來加以 標示；以及 圖1 0係描示速度向量之一示例性樣式，其係藉由在具有 本發明之另一實施例之擋板之中央部分中的速度量値來加 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵〇x297公楚） ： ： ^--------------線 (請先閱讀背面之注意事項再~'·νϊ本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

403824 五、發明說明（4 以標示。 本發明之詳細説明 種工業用之渦輪引擎丨〇係包括一壓縮機丨2，其係以 串聯的万式配置而與—蜓燒器總成14相連通，以及一單級 或多級滿輪機16，如圖】所示。渴輪機16係藉由一驅動 軸桿18而結合至壓縮機12，該驅動軸桿18之一部分係延 伸乂致動a動發電機（圖上未顯示），以產生電能。在操 作期間’壓化機i2係、將壓縮空氣2{)排放至燃燒器總成}4 ，其中壓縮空氣20係與燃油22混合，且在燃燒室26中點 火燃燒以產生燃燒氣體24，由該燃燒室26中，動能係由 渦輪機1 6所獲得，以轉動軸桿丨8以致動壓縮機12，並且 產生輸出動能以驅動發電機或者係其他的終端負載。 每燃燒器總成14係具有複數個，例如五個，同心且環 周緣配置之上游噴嘴50，如在圖2之概要平面圖中所示。 每一噴嘴50係結合至一對環周緣配置之相鄰噴嘴5〇，使 得其構成一環周緣相鄰接噴嘴5〇之同心噴嘴配置。該喷嘴 50之同心配置係在其間界定出_中央部位52 。每一喷嘴 50之外部54係界定中央部位52之外部終端。在一實施例 中，每一噴嘴50之外部54係呈弓形，藉此界定出中央部 位5 2之一星形外部終端形狀。 每一噴嘴50係包含一第一端部6〇，其係結合玉一端蓋 62以及一第二端部64，其係結合至燃燒器總成14(圖丨）， 以供應預混合之燃油22及空氣20至燃燒室26中，以使其 在燃燒室26中燃燒，如圖3所示。一端板66通常係鄰接 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） K n n n n n — — — It n n n n --^· n n n n I (請先閱讀背面之注意事項再(；本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 4038 五、發明說明（5 ) 配置在噴嘴50之第-护却^ t ^ 罘一·%邵64，而與每一環周緣相鄰接之 噴嘴50相互連接’且防止由中央部位52中之第二端部64 排放出來之任㈣油空氣混合物不當地回流。因此，中央 部位52通常係-由端蓋62、嘴嘴5〇相鄰外部㈣及端板 66所界定出之腔室。 如上所述，再循環空氣68通常係位在中央部位52中。 在中央部位52中所存在之燃油係會與再循環空氣68混合 在一起，而提供了一可使回閃產生之最佳部位。 依照本發明之一實施例，一擋板丨〇〇係配置在中央部位 58中，以減小於其中產生空氣再循環，如圖4所示。在一 實施例中，擋板1 〇〇係以一扣件i 〇2而連接至端蓋62，其 係與一配置在端蓋62中之螺孔104螺合。在一實施例中， 扣件102係5/8" X 2·5"之減徑UNC螺絲。在另一實施例中 ，擋板1 00係與端蓋62 —體成型，且在製造期間將·其機器 加工至適當的尺寸。 擋板100係由與端蓋62鄰接之上游基部丨丨〇以及具有輪 廓狀之下游部分1 1 2所構成，其中該下游部分丨丨2係具有 小於上游基邵1 1 0之寬度，如圖5清楚地顯示。在一實施 例中，擋板100係由Hastelloy X所製成。 擋板100係將再循環空氣流68(圖3)轉移至非再循環流 70(圖4)。因此’由於非再循環流7〇係將下游之燃油及空 氣朝向燃燒室26移動（圖1)，因此在中央部位52(圖4)中產 生回閃的可能性便降低且甚至消除。 上游基部110之形狀係設計成可以與噴嘴5〇(圖4)之各 -------：-------裝-------丨訂--------線 (請先閱讀背面之注意事項再ί·'"本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8- B7 403824 五、發明說明（6 ) 別的外側部位之間配合。在一實施例中，基部1 1 0之高度 (h)係在大約0.25英付及大約1.1 25英叫'(圖5)之間的範圍内 。在一實施例中，擋板1 〇〇之高度（h’）係大約在1.5英付及 大約2.5英吋之間的範圍内。 在一實施例中，具輪廓狀之下游部分1丨2係由在上游部 分之大約3.0英吋與4.0英吋之間的寬度（w)範圍，漸窄至 下游部分之大約0.75至1.30英吋範圍的寬度（w，），而形成 —錐狀之輪廓。 在本發明之一實施例中’具輪廓狀之下游部分丨12係由 較寬的上游基部1 10以一相對於參考線12 4而大約爲3 5度 至55度’且通常爲45度的角度（α)而呈漸窄的形狀。參考 線1 24通常係傾斜而垂直於端蓋62。 在一實施例中，五個喷嘴係界定出—具有五個尖形星狀 幾何形狀之中央邵位5 2。因此’在此一實施例中，播板1 〇 〇 係具有大致上之星形幾何形狀’以平均地與五個噴嘴相配 接，如圖6所示。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在另一實施例200中，如圖7所示，具輪廓狀之下游部 分Π 2係由較寬的基部至較窄的下游部分形成漸窄的形狀 ’而產生一準錐狀輪廓。此外表面之輪廓係設計成一弧狀 ’其係由一大約在1.25英吋及1.375英吋範圍内之軸向長 度（圖7之h’-h)與一大約爲2.2英吋之曲率半徑所界定出來 。此擔板之設計在形狀上係更具有空氣動力性而符合流體 流動特性，其係由於提供流體流動時較少的阻礙（或阻抗） 所致。因此，此擋板之設計係可以符合較低壓力降的需求 -9- M氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵〇 x 297公爱） 五、發明說明（7 ) 。此較低的壓力降係具有降低抽吸成本的優點。 圖8係描示速度向量之一示例性樣式，其係藉由在不且 有擋板之中央部分中的速度量値來加以標示。由圖上可二 看出，在中央部位靠近端蓋處係具有較大之再循環區域: 該再循環區域係回閃及火焰固定之潛在區域。相當弱的再 循環區域亦存在於靜死部位中之噴嘴的軸向下游部位。靠 近端蓋之較強再循環部位係提供燃油存在時可供回閃之^ 位，且在該處將其消除之，以避免在中央部位之火培保持 性。燃油存在於中央部位可以係刻意設計用以達成較佳的 燃燒性及火焰穩定性，或者係由於燃油滲漏而非刻意造 之結果。 圖9係描示速度向量之—示例性樣式，其係藉由在立有 擋板⑽之中央部位的速度値來加以標示。在靠近端蓋(如 圖8所示）之中央部位中的較強再循環區域，在圖9中係消 失了。因此，擋板1 〇〇係消弭了火焰保持在中央部位發生 回問之可能性。然而，此一設計確實地顯示了在中央部位 下游處存在”較弱”之再循環。 圖10係顯示速度向量之一示例性樣式，其係藉由在具有 另-插板200之中央部位中之速度量値來加以標示。在靠 近端蓋之中央部位的較強再循環（如圖8所示），在圖10中 亦消失不見。因此’此-設計亦可以消拜火培保持在中央 邛位發生回閃之可旎性。再者，此擋板設計亦消弭了 n較弱 "之下游再循環。 雖然本發明僅有某些特定之特徵係加以圖示及説明，然 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 裝 m n I n I · •線.

40〇82·λ _Β7_ 五、發明說明（8 ) 而對於習於此技者仍可以進行許多修飾及變化。因此，可 以瞭解的是，後附之申請專利範圍係用以涵蓋被包含在本 發明眞正精神内的所有此類修飾及變化。 ---：---r-------裝-------T 訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再ί ~本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 403624_I_ 六、申請專利範圍 1. 一種燃燒器總成，其包含： 複數個環周緣配置之燃油噴嘴，此燃油噴嘴係具有第 一端部，其係結合至一燃燒室，以及一第二端部，其係 連接至一端蓋’該複數個燃油噴嘴在其之間係界定出一 中央部位；以及 一擋板，其係配置在該中央部位内部，此擋板係具有 上柄基部鄰接該端蓋’以及·一具有輪廊之下游部分’ -其係具有一相較於該上游基部之寬度還小之寬度，以將 一再循環流轉變成下游流動，以減小在該中央部位内發 生回閃之可能性。 2. 根據申請專利範圍第1項之燃燒器總成，其中該複數燃 油噴嘴之數量係五個。 3. 根據申請專利範圍第1項之燃燒器總成，其中該擋板係 以一扣件而與該端蓋結合在一起，且其中該扣件係與一 定位在該端蓋中之螺孔螺合在一起。 4. 根據申請專利範圍第丨項之燃燒器總成，其中該擋板係 由H as tel loy X所製成。 5_根據申請專利範圍第丨項之燃燒器總成，其中該擋板之 基部之外形係設計成可以與該複數噴嘴之各別外表面相 配合。 6.根據申請專利範圍第1項之燃燒器總成，其中該擔板之 基部係具有大約在0.25英吋與1.125英吋範圍内之高度。 7·根據申請專利範圍第1項之燃燒器總成，其中該具有輪 廓之下游部分之輪廓係設計成一弧形，其係由一大約爲 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） I I J I I J--I----—--II I I ·線 (請先閱讀背面之注意事項再{ r本頁) A8 B8 C8 D8 _25夬吋與大約1.375英吋之間 乂^部智慧財產局員工消費合作杜印製

   MMM. 、申請專利範圍 2.2英吋之曲率半徑所界定 8，根據申請專利範圍第2項之燃燒器總成，其中該基部之 形狀係設計成大致上爲星形之形狀，而與五個燃油噴嘴 之各別的外表面相配合。 9·根據申請專利範圍第1項之燃燒器總成，其中該具有輪 摩之下游部位係呈角錐狀。 10·根據申請專利範圍第1項之燃燒器總成，其中該擋板係 具有大約介於L5英吋及大約2 5英吋之間的高度。 11:種工業用渦輪發動機，其具有一燃燒器總成，該燃燒 咨總成包含： 複數個環周緣配置之燃油嘴嘴，此燃油喷嘴係具有第 :端部，其係結合至一燃燒室，以及一第二端部，其係 =接至-端蓋’該複數個燃油噴嘴在其之間係界定出一 中央邵位；以及 —擋板，其係配置在該中 _ ,, 隹Λ T央邵位内邵，此擋板係具有 並伤 及一具有輪廓之下游部分， -係具有一相較於該上游基* β —爯M 土。卩足見度返小之寬度，以將 再循裱流轉變成下游流動， 生回閃之可能性。 &小在孩中央部位内發 !2·根據申請專利範圍第丨丨項 护妬it. t 、 業用過輪發動機，其中該 桉板又基邵又外形係設計成 ^ "丁 表面相配合。 -以與孩複數喷嘴之各別外 — ΙΊ---.-------裝-------T 訂---------線---- (請先閱讀背面之注意事項再f .e本頁) f ' 13-