[發明專利]用于渦輪發動機的大體積燃料噴嘴

有效

• 申請號: 201010175490.0
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN101876438A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: J·霍爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D14/48
• 分類號: F23D14/48;F23D11/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;譚祐祥

技術領域

本發明涉及用于渦輪發動機中的燃料噴嘴。

背景技術

用于發電裝置中的渦輪發動機通常燃燒可燃燃料。燃燒發生在圍繞渦輪發動機的外周設置的多個燃燒器中。來自渦輪發動機的壓縮機部段的壓縮空氣傳送到燃燒器中。位于燃燒器內的燃料噴嘴將燃料噴射到壓縮空氣中并且燃料和空氣相混合。然后將燃料-空氣混合物點燃而形成熱的燃燒氣體，該燃燒氣體隨后引向發動機的渦輪部段。

渦輪發動機中可使用各種不同的燃料。一些普通燃料包括天然氣和諸如柴油的各種液體燃料。燃料噴嘴成形為將適當量的燃料傳送到燃燒器中從而保持合適的燃料-空氣比，這引起充分完全地燃燒，且因此產生高效率。

發明內容

一種用于渦輪發動機的燃料噴嘴，包括大致圓筒形主體，以及安裝在圓筒形主體內鄰近主體出口端的盤形燃料渦流板。多個燃料傳送開孔貫通渦流板延伸，該燃料傳送開孔相對于渦流板的第一和第二平坦表面成角度。該燃料噴嘴還包括附接在主體出口端上的噴嘴帽蓋(cap)，其中，噴嘴帽蓋的直徑從聯接在主體上的第一端至形成出口的第二端逐漸縮小，且其中，燃料渦流板的出口側和噴嘴帽蓋的內側壁限定了渦流室。

附圖說明

圖1A和圖1B是包括大的圓形燃料傳送開孔的噴嘴設計的截面透視圖；

圖2A和圖2B是具有小的圓形燃料傳送開孔的噴嘴設計的截面透視圖；

圖3A和圖3B是具有螺旋形燃料傳送開孔的噴嘴設計的截面透視圖；

圖4A和圖4B是具有槽形燃料傳送開孔的噴嘴設計的截面透視圖；

圖5A和圖5B是噴嘴帽蓋的截面圖；

圖6A和圖6B是備選噴嘴帽蓋設計的截面圖；

圖7A和圖7B是另一備選噴嘴帽蓋設計的截面圖；

圖8是示出了帶有輔助或起動燃料噴嘴的燃料噴嘴設計的截面圖。

部件清單

110?主體部分

120?燃料渦流板

122?傳送開孔

124?燃料傳送開孔

126?燃料傳送開孔

127?燃料傳送開孔

129?燃料傳送開孔

130?噴嘴帽蓋

132?頂部圓形邊緣

134?擴散冷卻孔

135?渦流室

136?空氣進口開孔

140?起動噴嘴

具體實施方式

如上所述，用于渦輪發動機的燃料噴嘴構造成用以將適當量的燃料傳送到燃燒器中，從而獲得適當的燃料-空氣混合物。合適的燃料-空氣比確保充分完全地燃燒并產生高效率。

隨著燃料成本的增加，在渦輪發動機中使用替代的、價格更低廉的燃料的興趣日趨增加。可在渦輪發動機中燃燒但并非普遍使用的替代燃料包括氣化煤、來自鋼廠的鼓風爐氣、垃圾填埋氣體以及使用其它原料所產生的氣體。通常，這些替代燃料每單位體積含有的能量相當低。例如，與正常燃料如天然氣或柴油的每單位體積能量相比，一些替代氣體每單位體積僅含有大約10％的熱能。這意味著要提供相同量的熱能，與正常燃料的量相比需要燃燒十倍體積之多的替代燃料。

由于燃料噴嘴普遍設計成用以傳送熱能高的燃料，故現有噴嘴設計不適合以燃燒替代燃料時所需的更高流速傳送燃料。當前的燃料噴嘴設計完全不能夠傳送足量的替代燃料之一用以適當地運行渦輪發動機。

傳送到渦輪發動機的燃燒器中的燃料以相比于燃燒器內的壓力更高的壓力傳送到燃燒器中。如上所述，燃燒器填充有來自渦輪壓縮機部段的壓縮空氣。因此，在燃料傳送到燃料噴嘴中之前需要使用泵對燃料加壓。燃料通常以相比于燃燒器中的空氣壓力要高10％到25％之間的壓力傳送到燃燒器中。這確保了燃料以足夠高的速度離開噴嘴以與壓縮空氣適當地混合，并且這還有助于確保燃料一直到其與噴嘴本身相距足夠遠的距離才點燃。僅在燃料已離開噴嘴移動一定距離之后才點燃燃料有助于確保燃料噴嘴不會經受極高的溫度。它還防止了如果噴嘴本身內出現燃料燃燒則可能出現的燃料噴嘴的惡化或毀壞。

用來在燃料傳送到噴嘴之前對燃料進行加壓的能量的量基本上代表渦輪中的能量損耗。由于渦輪發動機中僅使用了體積相對小的典型燃料，故對燃料進行加壓所需的能量所代表的損耗在整個過程中并不明顯。然而，當使用替代燃料時，必須將體積大得多的燃料傳送到燃燒器。對體積大得多的替代燃料進行加壓所需的能量的量則代表大得多的能量損耗百分比。

由于對大量的替代燃料進行加壓所涉及的能量損耗，故希望設計一種用于替代燃料的燃料噴嘴，使得燃料噴嘴本身產生盡可能小的壓力損耗。這繼而又降低了燃料在其傳送到噴嘴中之前必須升高的壓力，從而降低了對燃料進行加壓所涉及的能量損耗。