[發明專利]具有可變旋流器的燃氣渦輪機燃燒室的空氣-燃料預混器

無效

• 申請號: 201210593065.2
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103206727A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: M.巴蒂娜;A.潘達
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;曹若

技術領域

本發明涉及燃氣渦輪機，并且具體而言涉及具有可變旋流器的用于燃氣渦輪機燃燒室的空氣-燃料預混器。

背景技術

燃氣渦輪發動機通常包括用于對進入的空氣流進行壓縮的壓縮機?？諝饬髟谌紵抑信c燃料混合并且點燃，以用于產生熱燃燒氣體。燃燒氣體接著流向渦輪。渦輪從氣體提取能量以用于驅動軸。軸為壓縮機和通常另一個元件(例如發電機)提供動力。

燃氣渦輪機輸出根據多種因素發生變化，其中的一個因素是燃料類型。反應性較低的燃料典型地具有較低的火焰速度，并且因此，來自初級噴嘴的燃料和壓縮工作混合物的流速足夠高，使得上游室中的燃燒在相對于初級噴嘴的充分距離處發生，以防止燃燒使初級噴嘴過度加熱和/或融化。然而，反應性較高的燃料具有較高的火焰速度。提高的火焰速度能夠使上游室中的燃燒移動成更靠近初級噴嘴。使用反應性較高的燃料的上游室中的局部火焰溫度能夠造成部件的過早或者災難性的故障。

在設置當前的旋流器或者旋流噴嘴的過程中，在基本負荷或者任何給定的負荷條件下，燃燒器管出口中的平均軸向速度保持恒定。軸向和切向速度分量取決于旋流器葉片角度。通過特定的燃料成分的火焰速度確定燃燒器管出口處的期望的軸向速度(例如，在燃燒器管出口處的30ft/s的安全余量)。

對燃燒器管中的軸向速度進行控制以有助于在各種燃料成分的擴大的操作范圍下對機器進行操作將是期望的。

發明內容

在一個示例性實施例中，一種位于燃氣渦輪機燃燒室中的旋流器組件包括轂、護罩、以及連接在轂與護罩之間的多個葉片。多個葉片的葉片角度是可調節的。

在另一個示例性實施例中，一種用于燃氣渦輪機的燃燒系統中的燃燒器包括燃料/空氣預混器，燃料/空氣預混器具有空氣進口、燃料進口、以及環形混合通路。燃料/空氣預混器將環形混合通路中的燃料和空氣混合成用于噴射至燃燒室反應區中的均勻的混合物。燃料/空氣預混器包括位于空氣進口下游的旋流器組件。旋流器組件包括轂、護罩、以及連接在轂與護罩之間的多個葉片，多個葉片將旋流施加給進入的空氣。多個葉片的葉片角度是可調節的。該燃燒器還包括進口流動調節器，進口流動調節器布置在位于燃料進口上游的燃料/空氣預混器的空氣進口處。

在又一個示例性實施例中，一種位于燃氣渦輪機燃燒室中的旋流器組件包括轂、護罩、以及連接在轂與護罩之間的多個葉片。多個葉片的葉片角度是可調節的。多個葉片中的每一個葉片都包括固定在轂與護罩之間的固定部段以及可移動地連接至固定部段的可移動部段。多個葉片中的至少一個葉片包括燃料通路。

附圖說明

圖1是燃氣渦輪機旋流器的側橫截面圖；

圖2是旋流器組件的透視圖；

圖3示出了用于旋流器組件的變化的葉片角度；

圖4和圖5示出了吹掃通路；

圖6示出了燃料噴射葉片；以及

圖7示出了備選的實施例。

具體實施方式

圖1是通過位于燃氣渦輪機中的燃燒器管的橫截面。燃燒器組件按照功能分為四個區域，其中包括：進口流動調節器1、空氣旋流器組件(被稱作旋流噴嘴組件)2、環形燃料空氣混合通路3、以及中心擴散火焰燃料噴嘴組件4。

空氣從高壓增壓室6進入燃燒器，高壓增壓室6包繞除了排氣端部的整個組件，排氣端部進入燃燒室反應區5。大部分用于燃燒的空氣通過進口流動調節器(IFC)1進入預混器。IFC包括環形流動通路15，環形流動通路15在內側直徑處由固體圓柱形內壁13連結、在外側直徑處由穿孔圓柱形外壁12粘結、并且在上游端部處由穿孔端帽11連結。一個或多個環形轉動葉片14位于流動通路15的中心處。預混器空氣通過端帽和圓柱形外壁中的穿孔進入IFC1。

穿孔壁11、12執行在系統中產生背壓和圍繞IFC環15沿周向均勻地分配流的功能，而轉動葉片14結合穿孔壁工作以產生進入的空氣在IFC環15中適當的徑向分配。根據預混器內期望的流分配以及用于多個燃燒器燃燒室的單獨的預混器之間的流分流，結合轉動葉片14的軸向位置選擇穿孔壁的適當的孔圖案。

為了消除通向旋流噴嘴2的進口處的護罩壁202附近的低速區域，IFC與旋流噴嘴之間可以使用喇叭口形狀的過渡部26。

離開IFC1之后，燃燒空氣進入旋流噴嘴組件2。旋流噴嘴組件包括由一系列空氣翼型形狀的轉動葉片23連接的轂201(圖2)和護罩202，轉動葉片23向通過預混器的燃燒空氣施加旋流。在離開環形通路3之后，燃料/空氣混合物進入燃燒室反應區5，在燃燒室反應區5處發生燃燒。