[發明專利]燃氣渦輪發動機燃燒器以及燃氣渦輪發動機燃燒器漩流區域內混合燃料和空氣的方法

有效

• 申請號: 200680052830.2
• 申請日: 2006-12-28
• 公開（公告）號: CN101375101A
• 公開（公告）日: 2009-02-25
• 發明（設計）人: N·威爾布厄姆
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F23C7/00
• 分類號: F23C7/00;F23D14/02;F23R3/14;F23R3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫大鵬

技術領域

本發明涉及一種具有空氣入口導管和位于所述空氣入口導管內的至少一個漩流器的燃氣渦輪發動機燃燒器。另外，本發明涉及一種在燃氣渦輪發動機燃燒器的漩流區域內混合燃料和空氣的方法。?

背景技術

在燃氣渦輪發動機燃燒器中，燃料燃燒以便產生熱的壓力排放氣體，該氣體接著供應到渦輪級，其中它們在膨脹和冷卻的同時將動能傳遞到渦輪轉子。渦輪轉子的機械功率可接著用來驅動發生器，以便產生電能，或者用來驅動機器。但是，燃燒燃料在排放氣體中導致多種造成環境危害的不希望的污染物。因此，采取相當大的努力來將保持污染物。一種污染物是一氧化氮(NOx)。形成一氧化氮的速度指數地取決于燃燒火焰的溫度。因此試圖減小燃燒火焰上的溫度，以便盡可能低地保持一氧化氮的形成。?

具有兩種主要方法來實現燃燒火焰的溫度降低。第一種方法是使用貧化學計量學，例如具有低燃料比的燃料/空氣混合物。相對小比例的燃料造成具有低溫度的燃燒火焰。第二種方法是在產生燃燒之前進行燃料和空氣的完全混合。混合越好，燃料在燃燒區域內的分布越均勻。這有助于在燃燒區域防止熱點，熱點是由于燃料/空氣混合比出現局部最大值而造成的。?

現代燃氣渦輪發動機因此使用在燃料/空氣混合物燃燒之前以貧化學計量學預混合空氣和燃料的思想。通常預混合通過將燃料注射到燃燒器位于燃燒區域上游的漩流區域內的空氣流中實現。漩流造成燃料和空氣在混合物進入燃燒區域之前混合。?

US6513329B1披露了燃料和空氣在燃燒器的混合腔室內預混合。混合腔室沿著燃燒器的縱向軸線延伸并至少部分圍繞該縱向軸線卷繞。兩排燃料注射通道位于混合腔室軸線的外壁內。混合腔室的出口開口通過平行于縱向燃燒器軸線延伸的細槽形成。通過此構造，離開混合腔室的燃料/空氣混合物除了具有相對于燃燒器軸線的軸向流動分量?之外，還具有徑向流動分量。?

US2001/0052229A1描述一種具有均勻燃料/空氣預混合以便低排放燃燒的燃燒器。燃燒器包括空氣入口導管和布置在空氣入口導管內的漩流器。漩流器包括具有主要和次要氣體通道的漩流器葉片和相應氣體入口開口。流過兩個氣體通道到入口開口的燃料被單獨控制，并且可以從漩流細槽底部到其尖端控制徑向燃料/空氣濃度分布。次要氣體入口開口位于主要氣體入口開口的下游。?

相對于所述的現有技術，本發明的目的在于提供一種特別是燃氣渦輪發動機燃燒器的燃燒器，以及提供在特別是燃氣渦輪發動機燃燒器的燃燒器的漩流區域內混合燃料和空氣的方法，有利地提供均勻的燃料/空氣混合物。?

此目的通過如權利要求1所述的燃燒器和如權利要求5所述的方法來實現。從屬權利要求描述本發明的有利變型。?

本發明的燃燒器包括空氣入口導管和布置在所述空氣入口導管內的至少一個漩流器。漩流器具有至少一個空氣入口開口、相對于空氣經過空氣入口導管的流動方向定位在空氣入口開口下游的至少一個空氣出口開口以及從至少一個空氣入口開口延伸到至少一個空氣出口開口的至少一個漩流器空氣通道。漩流器通過由空氣入口導管的壁和/或漩流器葉片形成的漩流器空氣通道壁限定。另外，本發明燃燒器包括燃料注射系統和空氣注射系統。可總體適用于注射氣態或液態燃料的燃料注射系統包括例如噴嘴的燃料注射開口，噴嘴配置在至少一個漩流器空氣通道壁內，以便將燃料注射到漩流器空氣通道。空氣注射系統包括例如噴嘴的空氣注射開口，噴嘴配置在至少一個漩流器空氣通道壁內并定位在燃料注射開口的下游，以便將空氣注射到漩流器空氣通道內。?

漩流器空氣通道內的空氣注射孔用來在流動介質中產生另外的漩流，繼而有助于增加燃料和空氣在漩流器空氣通道內混合的速度。因此，可以在漩流器空氣通道的截面上獲得注射燃料的更好分布。另外，增加了燃料/空氣混合物在截面區域上的均勻性。?

在本發明燃燒器的特別實現過程中，空氣通道壁至少部分通過漩流器葉片形成，并且空氣注射開口配置在漩流器葉片內。在用于燃氣渦輪發動機的燃燒器中，燃料注射開口通常配置在漩流器葉片內，將空氣注射開口配置在漩流器葉片內，使得空氣在燃料注射的或多或少的相同方向上注射，特別是垂直于流過空氣通道的空氣的流動方向。但是，通常不同的燃料注射方向和空氣注射方向也是可以的。