[發(fā)明專利]用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的燃燒器的下游噴嘴以及延遲貧噴射器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510501614.2
• 申請日: 2015-08-14
• 公開（公告）號: CN105371300B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: C.P.威利斯;W.M.波謝爾;L.J.斯托亞;P.B.梅爾頓;V.納卡尼;C.普什卡蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴(yán)志軍;周心志

本發(fā)明公開一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的燃燒器的下游噴嘴以及燃料延遲貧噴射器。所述燃燒器包括限定主噴嘴下游的燃燒區(qū)的徑向內(nèi)壁和環(huán)繞所述徑向內(nèi)壁的徑向外壁以及形成在兩者之間的流動環(huán)道。所述下游噴嘴可包括：在所述徑向外壁與所述徑向內(nèi)壁之間延伸的噴射器管；鄰近所述噴射器管且包括頂板和底板的第一腔室，其中所述底板在所述頂板內(nèi)側(cè)設(shè)置在所述徑向內(nèi)壁與所述徑向外壁之間。進料通道可將所述第一腔室連接至在所述徑向外壁的外側(cè)形成的入口，并且沖擊口可穿過所述第一腔室的所述底板形成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機中的燃燒系統(tǒng)，更具體地說，涉及與設(shè)置在某些類型的燃燒器的主噴嘴下游的噴嘴或燃料噴射器有關(guān)的設(shè)備和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

存在用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機（也稱“燃?xì)鉁u輪機”）中的分級燃燒的多種設(shè)計，但是多數(shù)是由多個管路和接口組成的復(fù)雜組件。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，一種在燃?xì)鉁u輪機中常用的分級燃燒系統(tǒng)稱為“延遲貧（late lean）”噴射系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括定位在燃燒器的主噴嘴下游的噴射器。在這類系統(tǒng)中，延遲燃料噴射器位于主噴嘴的下游。這些噴射器可朝向燃燒區(qū)的尾部區(qū)域定位。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，在此下游位置燃燒燃料/空氣混合物可用于改善NOx排放。NOx（即氮氧化物）是由燃燒常規(guī)烴類燃料的燃?xì)鉁u輪機所產(chǎn)生的一種主要的不良空氣污染排放物。延遲貧噴射系統(tǒng)還可用作空氣旁路，以便用于改善“減負(fù)荷（turndown）”或低負(fù)荷運行期間的一氧化碳（即CO）排放。延遲貧噴射系統(tǒng)還可提供其它運行益處。

對于新型燃?xì)鉁u輪機組來說，常規(guī)延遲貧噴射組件的制造成本昂貴，且難以改裝到現(xiàn)有的機組中。其中一個原因在于常規(guī)延遲貧噴射系統(tǒng)的復(fù)雜性，尤其是與燃料和空氣傳送關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)部件。與這些系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的許多零件必須設(shè)計成能夠承受渦輪機環(huán)境中的極端熱負(fù)荷和機械負(fù)荷，致使制造成本和安裝成本大幅提高。常規(guī)延遲貧噴射組件具有高燃料泄漏風(fēng)險，這可導(dǎo)致自燃、火焰穩(wěn)定、機組損壞以及安全問題。

此外，這些系統(tǒng)需要噴射器管，所述噴射器管用于運送燃料和/或空氣混合物橫穿流動環(huán)道，使得將所述混合物噴入燃燒區(qū)的尾部。具體而言，這類噴射器管將流動環(huán)道一分為二，從而對移動穿過所述流動環(huán)道的壓縮空氣流形成嚴(yán)重阻礙，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這可能在多個方面對性能產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，由噴射器管引起的下游尾流或渦流干擾（downstreamwake or eddy）穿過流動環(huán)道的流并且可能導(dǎo)致流特性的不均勻分布。當(dāng)壓縮空氣朝燃燒器的前部移動以便導(dǎo)入主噴嘴內(nèi)的燃料時，非均勻流可能對燃燒結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。這可降低發(fā)動機效率并影響排放水平。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，當(dāng)傳送至主噴嘴的壓縮空氣具有均勻特性時，不良排放物的水平通常降低，而產(chǎn)生不均勻燃燒的非均勻特性導(dǎo)致排放水平的提高。因此，需要使常規(guī)設(shè)計中常見的這類流擾動的形成減少的下游噴射器設(shè)備和系統(tǒng)。

此外，噴射器管下游形成的尾流可對區(qū)域內(nèi)的冷卻產(chǎn)生負(fù)面影響。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，移動穿過流動環(huán)道的空氣向限定燃燒區(qū)的徑向內(nèi)壁提供冷卻。這種冷卻允許徑向內(nèi)壁承受能使發(fā)動機更有效率的高溫。與噴射器管關(guān)聯(lián)的下游尾流中斷此流，特別是對于剛好定位在噴射器管下游的徑向內(nèi)壁上的區(qū)域。更具體地說，噴射器管中斷移動穿過流動環(huán)道的空氣部分，所述流動環(huán)道還用于對流冷卻此區(qū)域。如果此問題可得到減輕，那么燃燒器零件的壽命便可延長。因此，需要以此方式避免影響環(huán)道冷卻的新穎和創(chuàng)新的下游噴射器構(gòu)造。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明描述一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的燃燒器的下游噴嘴，所述燃燒器包括限定主噴嘴下游的燃燒區(qū)的徑向內(nèi)壁和環(huán)繞徑向內(nèi)壁的徑向外壁，從而在兩者之間形成流動環(huán)道。所述下游噴嘴可包括：在徑向外壁和徑向內(nèi)壁之間延伸的噴射器管；鄰近所述噴射器管的第一腔室，所述第一腔室包括頂板和在所述頂板內(nèi)側(cè)的底板，其中所述底板設(shè)置在所述徑向內(nèi)壁與所述徑向外壁之間。進料通道（feed passage）可將所述第一腔室連接至在徑向外壁的外側(cè)形成的入口，并且沖擊口（impingement ports）可穿過所述第一腔室的底板形成。