[發明專利]針對用于增強的火焰穩定抗力的預混合器尾流和旋渦填充的系統和方法

有效

• 申請號: 201110403117.0
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102486311A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發明（設計）人: A·M·埃爾卡迪;C·L·范德沃爾特;K·拉馬克里什南
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D14/62
• 分類號: F23D14/62
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;楊炯

技術領域

本發明通常涉及燃氣渦輪燃燒系統，并且更具體而言，涉及用于增加火焰穩定抗力(flame-holding?resistance)并增強燃燒系統預混合器的燃料空氣混合的技術。?

背景技術

天然氣或燃料油的預混合燃燒在商業上已經被證實為用于陸基(land?based)燃氣渦輪的減少NOx排放的非常有效的方法。類似地，部分預混合通常應用于實現飛機發動機中的相似的排放降低。這種模式的燃燒引入了當這種預混合的空氣-燃料流在期望的燃燒區域的上游點火時的過早燃燒或火焰穩定的風險。如果上游區域未設計成承受與燃燒相關的高溫，那么，構件的過熱和后續的硬件惡化可能發生。已知，增加燃料-氧化劑的預混合能力也將增加可能引起硬件損壞的潛在的燃燒動力學難題。?

一種已經用于增加燃料/空氣預混合器的預混合能力的技術利用了一列空氣通道。另一種技術利用了預混合葉片來提供旋流穩定化的預混合器。又一種已經用于增加燃料/空氣預混合器的預混合能力的技術包括有坑的燃料注射孔，該燃料注射孔額外地增加了火焰穩定的抗力。?

這些已知的預混合器技術，盡管在混合能力或預混合器火焰穩定的抗力方面提供了進步，但是對進一步優化針對燃燒系統預混合器的混合能力和火焰穩定邊界留下了改進的空間。一種現代的混合技術，采用了后緣(trailing?edge)特征，用于信號和噪音降低這兩者，例如來?自飛機發動機的噴射噪音。這種后緣特征已經不作為用于增強燃燒系統預混合器內的燃料/空氣預混合和預混合器火焰穩定的抗力的技術而被研究。?

鑒于前述內容，有利的是，提供一種空氣/燃料預混合結構，該空氣/燃料預混合結構保持或增加與所有類型的燃氣渦輪燃燒器相關的已知的燃燒系統預混合器結構的空氣/燃料混合能力，同時提供增加的火焰穩定的邊界。空氣/燃料預混合器結構應當有利地采用被動式技術(passive?technique)來保持或增加空氣/燃料混合能力，并增加火焰穩定的抗力，同時隨意地減小預混合器內的動量不足的區域。?

發明內容

簡要地，根據一個實施例，提供了一種燃燒系統預混合器，以增加陸基燃燒系統中的火焰穩定的抗力。該預混合器包括一個或更多順流旋渦發生器(stream?vortex?generator)，所述一個或更多順流旋渦發生器配置成響應于穿過預混合器的空氣，被動地使周圍的高速空氣改變方向而填充燃料噴嘴內的尾流和旋渦區域。?

根據另一實施例，一種增加燃燒系統預混合器內的火焰穩定的抗力的方法，包括：在預混合器的一個或更多部分上提供一個或更多順流旋渦發生器；使空氣穿過至少一個預混合器順流旋渦發生器，使得穿過各順流旋渦發生器的空氣被動地改變方向而進入相應的燃料噴嘴的尾流和旋渦區域中。?

根據又一實施例，一種燃燒系統預混合器，包括至少一個后緣區域，該后緣區域包括一個或更多注射孔并還包括一個或更多順流旋渦發生器，其中，一個或更多順流旋渦發生器配置成經由一個或更多注射孔而被動地使注入后緣區域中的周圍的高速空氣或燃料改變方向，使得改變方向的空氣或燃料在產生于后緣區域的下游的其中至少一個尾流和旋渦區域之外混合。?

附圖說明

當參照附圖閱讀下述詳細的描述時，將變得更好地理解本發明的這些和其它的特征、方面以及優勢，在附圖中，相似的符號在圖中始終代表相似的部分，其中：?

圖1是顯示根據一個實施例的帶有順流旋渦發生器的燃燒系統預混合器的剖面透視圖；?

圖2是顯示圖1中描繪的預混合器的旋流器(swirler)部分上的順流旋渦發生器的透視圖；?

圖3是顯示圖1中描繪的預混合器的旋流器部分上的順流旋渦發生器的另一透視圖；?

圖4是顯示圖1中描繪的預混合器的后緣部分上的順流旋渦發生器的透視圖；?

圖5是顯示圖1中描繪的預混合器的后緣部分上的順流旋渦發生器的更加詳細的透視圖；?

圖6是顯示圖1中描繪的預混合器的后緣部分上的順流旋渦發生器的剖面透視圖；?

圖7是顯示根據一個實施例的、采用順流旋渦發生器區域并適用于實施圖1中描繪的預混合器的后緣部分的裂片狀噴嘴的透視圖；?

圖8是顯示設置在圖1中描繪的預混合器的后緣部分附近的一對順流旋渦發生器凹口的透視圖；?

圖9是顯示適于實施其中一個或更多圖1中描繪的預混合器的順流旋渦發生器區域的另一順流旋渦發生器幾何形狀的透視圖；以及?

圖10顯示適于采用使用本文中描述的順流旋渦發生器結構原理的預混合器實施例的燃氣渦輪發動機的一個實施例。?