TWI294015B - Improved liquid fuel injector for burners of gas turbines - Google Patents

Description

1294015 ⑴ 玫、發明說明 (發明说明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單〜曰 技術領域 本發明係關於一種燃氣渦輪機燃燒器之改良式液態燃料 喷射器。 “……、 先前技術 燃氣渦輪機，一如吾人所知，係一種由壓縮機及一或多 段式渦輪機所組成之機器，其中該等構件係以一轉軸相連 ，且其中一燃燒室係設於該壓縮機與該渦輪機之間。 二氣由外界供應至該壓縮機，並在該處壓縮該空氣。 壓縮空氣將通過一系列預混合室，其中各室之末端均具 有、，噴嘴或漸縮部分，一噴射器可將燃料供應至各室，此 燃料將與該空氣混合，形成一可供燃燒之燃料一空氣混人 物。 此σ •乂 (β其目的係為提南氣體之溫度及焓）所需之燃料係來 自一加壓網路，並由一或多個燃燒器導入該燃燒室中。 叙而S，若使用氣態燃料，通常另設有一平行之燃料 供應系統（用以在燃燒器出口附近產生引火焰），俾改良火焰 之穩定性。 •而後，此向溫高壓之氣體將經由適當之導管，到達該渦 輪機之不同d段’該渦輪機可將該氣體之 抽你之燃燒器單儿具有一複雜結構，其中一喷射器係容 、’、；一漸縮之外殼中。 °亥噴射β顯然係連接至一來自遠端貯器之液態燃料供應 (2) (2)1294015 管線，且通常具有一主體，其包含一圓柱形部分及一尖端 部分。 燃氣渦輪機燃燒為之已知類型液態燃料噴射器具有一可 供燃料通過之通道，亦有可供來自渦輪機壓縮機之壓縮空 氣進入之通道。 δ亥燃料通道及泫壓縮空氣通道之末端均具有適當之排出 孔，離開噴射器之空氣即在該處將燃料汽化，俾改良燃燒 特性。 吾人均知，在設計燃氣渦輪機之燃燒室時，首要考量之 因素係火焰穩定度及對過量空氣之控制，其目的係為建立 理想之燃燒條件。 影響燃氣渦輪機燃燒室設計之第二因素為：吾人傾向使 發生燃燒之位置儘可能靠近燃燒室之圓頂。 在燃燒器之技術領域中，其他特別重要之問題尚包括： 液怨燃料須達最佳霧化效果、及須根據所用燃料之不同特 性作適當之混合。 最後，最好能使預混合區内之相關流體達到最佳擾流狀 心並減少燃燒副產物（特別是諸如氧化氮之污染物）之洩 逸。 發明内容 因此本發明之目的係改良上述用於燃氣渦輪機燃燒器 之液態燃料噴射器，俾減少污染洩逸，但仍顧及理想燃燒 之其他必要條件（如下文所提及者）。 因此，本發明之另一目的必為提供一種用於燃氣渦輪機 1294015

(3) 燃燒益之液®燃料噴射器，其兼可提供高火焰穩定度。 本發明之目的亦包括提供_種用於燃氣渦輪機燃燒器之 改良式液態燃料嗜射器，其可減少燃燒室内之壓力振盈。 本發明之另〆目的係提供—種用於燃氣洞輪機燃燒器之 &良式液態燃料噴射器’其可提供高燃燒效率。 本發明之另-目的係提供一種用於燃氣滿輪機燃燒器 改良式液態燃料嘴射器，其有助於延長高溫承受構件之 均使用壽命。 本么明之另一目的係提供一種改良式液態燃料喷射 ，其適用於低污㈣逸㈣氣滿輪機之燃燒ϋ，該噴射 具有一極簡單且極小之έ士德 , 、’，σ構’但仍保有最佳之流體動力 性。 取後本㉝明之另—目的係提供-種用於燃氣渦輪機 燒器之改良式液態_噴射器，其可提供難之機器運 :定度，且製造成本低，因為該噴射器係由少數構件所組 成’此亦有助於拆解及維修。 達成本發明上述及其他目的之方式為：製造如中 範圍第1項中一用於烬氣沔趴 寻矛J 喷射器。 “·、^輪《燒器之改良式液態燃 其他特性詳見申請專利範圍後續各項。 實施方式 參見諸圖式，圖中部干 , .，、、員不一用於燃氣渦輪機燃燒器之 恶燃料噴射器，其整體以標號10表示。 噴射严10具有一截頭圓錐形之噴射器頭部12 ,其較 之 平 器 器 特 燃 轉 料 改良 小底 1294015

(4) 面上具有一可供液態燃料通過之孔14 ;其相反底面則連接 至一管1 6 ’液態燃料即經由該管供應。 擾元件（或稱「旋流器」）1 8係設於管16之起始部分 與喷射器頭部12之間。 此7L件18包括一中央連接導管20，其可供燃料在管16與 頭部1 2之間流通。

頭部12係以螺紋（舉例而言）連接至元件丨8。或者亦可將 元件1 8以對頭方式溶接於管1 6。 大致為螺旋形之葉片組22係設於中央導管20之外圍，且 沿軸向延伸。 一外官24之設置方式係圍繞管16 ,俾形成一可供壓縮空 氣流動之環狀空腔26，該空氣係由一壓縮機（未圖示提 供。 一置中裝置25(例如沿徑向延伸於管16外壁與外管μ户 壁間之附件）可提供管丨6與外管24之間距。

一遮盍用70件（例如一蓋）28之設置方式係圍繞頭部ρ石 擾流元件18，並以螺紋（舉例而言）連接至外管24。 如此-來，蓋28便製造出一空腔32,其為上 26之延伸。 蓋28可利用其遠離外管24之一端包圍嗔射器頭部⑴仓 仍=有-開n3G，其位於頭部12上所設孔之前方。 蓋2 8在頭12之截頭圓錐區周圍呈推拔狀，因 _ 朝蓋28上所設開口 30漸縮之空腔34。 乂 製造擾流元件1 8之一替冲古斗、a人# #代方式係令管16之一起始部分具 -9- (5) 1294015

有一沿軸向延伸之葉片組， 流元件18之葉片組22。 其大致為螺旋狀且類似前述 讀者在一併參閱上開 用於燃氣渦輪機燃燒器 方式’兹簡述如下。 况明及諸圖式後，即可明瞭本發明 之改良式液態燃料噴射器1〇之運作 液態燃料係來自一遠踹目中％ 、，丄〜， 逖鳊射為，亚由官16供應至噴射器 部12，俾供應燃燒器之主火焰。 、 液態燃料經噴射器頭部12喷出後，將由入流空氣加㈣ 化，泫入流空氣係來自外管24之環狀空腔26、蓋Μ之空胪 32、及末了之漸縮空腔34 ,該漸縮空腔可使空氣加速。 該空氣在抵達噴射器頭部12前’將先遭遇元件18之葉片 組22，並因而產生擾流，然後才接觸液態燃料。 因此，液態燃料離開蓋28之開口 30時，將形成一經適當 汽化之錐形喷射流。 田 以上之敘述已明白指出該種用於燃氣渴輪機燃燒器之改 良式液態燃料喷射器之特性（該液態燃料噴射器即為本發 明之目的），並清楚展現其所對應之優點，包括·· 一可減少具污染性之燃燒洩逸； 一燃燒室内之壓力振盪較小，且火焰穩定度佳； —燃燒效率高； 一體積極小； 一易於組裝及拆解，因而容易維修。 最後，上述用於燃氣渦輪機燃燒器之改良式液態燃料喷 射器雖採用該種設計，但顯然亦可在本發明之範圍内以多 1294015

⑹ 種方式加以修改及變化。 此外，所有構件均可以技術均等之元件取代。 貫務上所使用之材料、形狀、及尺寸均可根據時而出現 之技術性要求而隨意變化。 因此’本發明申請㈣之範圍係由後附之巾請專利範圍 加以界定。 圖式簡單說明

上述說明係參照後附之示意圖並以實例加以說明，但 限制之意圖；其可使讀者更清楚瞭解本發明中—用於燃 渦輪機燃燒器之改良式液態燃料噴射器之特性及優點。 式中： I” 團1係一包括局部剖面 燃氣渦輪機燃燒器之液態燃料噴射器 圖2係圖1中噴射器之立體圖式， 解。 口八 β貰射器業經局名 51式代表符號說明 10 液態燃料噴射器 12 噴射器頭部 14 子L 16 管 18 擾流元件/旋流器 20 中央連接導管 22 葉片組 24 外管

-11- 1294015

⑺ 25 置中裝置 26 環狀空腔 28 遮蓋用元件/蓋 30 開口 32,34 空腔

12-

Claims (1)

1. I2940fl°9135678號專利申請案 申請專利範圍替換本(95年ίο月） '^ ；：；! 拾、申請專利範圍 一 1. 一種燃氣渦輪機燃燒器之改良液態燃料喷射器（10)，包 括··一管（16)，其可將該液態燃料供應至一噴射器頭部 (12); —外管（24)，其設置方式係圍繞該管（16)，俾形成 一環狀空腔（26)，可將壓縮空氣供應至該環狀空腔；及 一遮蓋用元件（28)，其設置方式係圍繞該頭部（12)，俾 形成一空腔（32);其特徵在於一包含有一葉片組（22)之 擾流元件（18)係設於該頭部（12)之前。 2·如申請專利範圍第1項之噴射器（10)，其中該葉片組（22) 係沿轴向延伸。 3.如申請專利範圍第1項之噴射器（10)，其中該噴射器頭部 (12)為截頭圓錐形，其較小底面上具有一可供該液態燃 料通過之孔（14)，其相反底面則連接至該管（16)。 4·如申請專利範圍第丨項之噴射器（1〇)，其中該擾流元件 (18)係設於該管（16)之起始部分與該喷射器頭部之 5·如申請專利範圍第4項之嘴射器（1〇)，其中該擾流元件 (18)包括一中央連接導管（2〇)，其可供燃料在該管 與該頭部（12)之間流通。 6.如申請專利範圍第5項之噴射器⑽，其中該頭部（12)係 以螺紋連接至該擾流元件（18)，且其中該元件（Μ)係以 對頭方式熔接於該管（16)。 7·如申請專利範圍第5項之噴射器⑽，其中該中央導管 (20)外圍設有一螺旋形葉片組（22)。 1294015 声年β月刀日修(更)正替換頁

   8. 9. 10. 11. 12. 如申請專利範圍第1項之噴射器（1〇)，其中一置中裝置 (25)可使該管（16)與該外管（24)保持間距。 t 如申請專利範圍第8項之噴射器（1〇)，其中該置中裝置包 括附件（25)，其沿徑向延伸於該管（16)之外壁與該外管 (24)之内壁之間。 ^ 如申料利範㈣！項之喷射器⑽，其中該遮蓋用元件 係一蓋（28)，其以螺紋連接至該外管（24)。 如申請專利範圍第1項之噴射器（1G)，其中該遮蓋用元件 (28)可利用其遠離該外管（24)之—端包圍該嘴射器頭部 〇2)，但仍具有一開口（3〇)，其位於該頭部（12)上所設孔 (14)之前方。 如申請專利範圍第u項之喷射器（1G)，其中該遮蓋用元 件（28)在該噴射器頭部（12)之截頭圓錐區周圍呈推拔狀 ，因而形成一朝該開口（30)漸縮之空腔（34)。

   -2-