专利名称：用于涡轮燃烧器燃料混合的系统的制作方法
技术领域：
本文公开的主题涉及燃烧系统，并且更具体而言，涉及将液态燃料混合物供应给燃气涡轮发动机。
背景技术：
多种燃烧系统包括燃烧室，燃料和空气在燃烧室中燃烧而产生热气。例如，燃气涡轮发动机可包括一个或多个燃烧室，燃烧室构造成接收来自压缩机的压缩空气，将燃料喷射到压缩空气中，以及产生热的燃烧气体，以驱动涡轮发动机。各个燃烧室可构造成接收一种或多种不同的燃料，诸如气态燃料和液态燃料。某些物质可与燃料混合，以影响例如燃烧效率和/或副产物的产生。可惜的是，留在不在使用的流径中的这样的混合物可退化，从而降低燃气涡轮发动机的性能和可靠性。
发明内容
下面对在范围方面与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意图限制声明的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所阐述的实施例的多种形式。在第一实施例中，一种系统包括构造成混合液态燃料和水以产生燃料混合物的混合组件。燃料混合物构造成在燃气涡轮的燃烧器中燃烧。混合组件包括设置在集成式壳体中的液态燃料通道。液态燃料通道构造成使液态燃料流过，以及消除(exclude)液阱(liquid trap)。混合组件还包括设置在集成式壳体中的水通道。水通道构造成使水流过，以及消除液阱。混合组件还包括设置在集成式壳体中且联接到液态燃料通道和水通道上的混合器。混合器构造成混合液态燃料和水，以形成燃料混合物。在第二实施例中，一种系统包括构造成混合液态燃料和水以产生燃料混合物的阀组件。燃料混合物构造成在燃气涡轮的燃烧器中燃烧。阀组件包括集成式壳体；液态燃料阀，其直接联接到集成式壳体上，并且构造成调节液态燃料的流率；以及水阀，其直接联接到集成式壳体上，并且构造成调节水的流率。液态燃料阀和水阀靠近彼此。阀组件还包括和水阀靠近彼此的液态燃料阀。通道构造成消除液阱。系统还包括构造成将信号传递到液态燃料阀和水阀中的至少一个的控制器。液态燃料阀和水阀响应于信号而调节燃料混合物的成分。在第三实施例中，一种系统包括集成式阀组件。集成式阀组件包括构造成接收主燃料的主燃料入口端口 ；主燃料通道，其联接到主燃料入口端口上，并且构造成将主燃料传输到第一混合T形件；主燃料阀，其联接到主燃料通道上，并且构造成调节主燃料的主流率；构造成接收水的水入口端口 ；以及水通道，其联接到水入口端口上，并且构造成将水传输到第一混合T形件。主燃料通道和水通道构造成消除液阱，并且第一混合T形件构造成产生主燃料混合物。集成式阀组件还包括构造成排出主燃料混合物的主燃料混合物出口端口，以及联接到水通道上且构造成调节水的第一水流率的第一水阀。主燃料阀和第一水阀靠近彼此。
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变
得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中
图1是具有燃烧器的涡轮系统的实施例的框 图2是用于涡轮燃烧器的燃料供应系统的实施例的框 图3是用于涡轮燃烧器的燃料供应系统的实施例的框 图4是集成式阀组件的实施例的透视 图5是集成式阀组件的实施例的后视图；以及 图6是集成式阀组件的歧管的实施例的正视透视图。部件列表 10涡轮系统
11燃气涡轮发动机 12燃料喷嘴 14燃料供应 15水供应 16燃烧器 18涡轮 20排气出口 22轴 24压缩机 26空气进口 28负载
40涡轮燃料供应系统 42液态燃料
44液态燃料流径 46液态燃料供应阀 48液态燃料歧管 50多个混合组件 52引燃燃料流径 54引燃燃料供应阀 58引燃燃料歧管 60气态燃料
61气态燃料流径 62气态燃料供应阀 64水流径 66水供应阀 68水歧管70液态燃料通道
72液态燃料混合阀
74水通道
76水混合阀
78混合器
80液态燃料混合物
82液态燃料比例阀
83主燃料流径
84主喷嘴
86引燃燃料通道
88引燃燃料混合阀
90引燃燃料-水混合阀
92引燃燃料混合器
94引燃燃料混合物
96引燃燃料加压阀
97第一引燃燃料流径
98引燃喷嘴
100控制器
102信号路径
104传感器
120主燃料入口端口
121主燃料入口端口的直径
122水入口端口
124引燃燃料入口端口
125引燃燃料入口端口的直径
126主燃料混合物出口端口
128引燃燃料混合物出口端口
130引燃燃料混合物的一部分
132第二引燃燃料出口端口
133第二引燃燃料流径
134第二引燃喷嘴组
144x 轴
146y 轴
148z 轴
150集成式壳体152顶侧154底侧156前侧158后侧 160左侧 162右侧
164液态燃料混合阀和引燃燃料混合阀的中心线之间的距离 166集成式壳体的宽度
168水混合阀和引燃燃料-水混合阀的中心线之间的距离
170集成式壳体的高度
180集成式壳体内的多种通道
181相对于水平面的角度
182额外的排出线路或通道
183水平面
184排出端口。
具体实施例方式下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，在说明书中可能不会对实际实现的所有特征进行描述。应当意识到的是，在任何这种实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，必须作出许多特定于实现的决策来达到开发者的具体目的，诸如服从系统相关的约束及商业相关的约束，该具体目的可随不同的实现而改变。此外，应当意识到的是，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将不过是设计、生产和制造的例行任务。当介绍本发明的多种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。如下面详细论述的那样，某些实施例提供这样的系统，即，其混合燃料与水，并且将燃料和水的混合物供应给涡轮燃烧器。例如，涡轮燃烧器可为设置在燃气涡轮发动机中的燃气涡轮燃烧器。在某些实施例中，燃气涡轮燃烧器可燃烧或者气态燃料(诸如天然气、合成气或代用天然气)或者液态燃料，诸如柴油燃料。气态燃料可通过气态燃料路径而供应到燃气涡轮燃烧器，而液态燃料可通过与气态流径分开的液态燃料流径来供应。燃气涡轮燃烧器主要可燃烧气态燃料，而且在气态燃料不可用时，燃烧液态燃料。因而，即使气态燃料的供应被中断，也可通过使用液态燃料来使涡轮燃烧器继续运行。但是，使用气态燃料可为优选的，因为液态燃料的燃烧可能没有气态燃料的燃烧那么高效，以及因为与气态燃料的燃烧相比，液态燃料的燃烧可在燃气涡轮发动机的排气中产生更多副产物。这些副产物可包括氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、一氧化碳(CO)、颗粒物质等。当在燃气涡轮燃烧器中使用液态燃料时，水在被引入到燃气涡轮燃烧器中之前可与液态燃料混合，以帮助减少副产物(例如NOx、SOx、CO或颗粒物质)的产生。添加的水可协助冷却燃气涡轮燃烧器中的反应区，这可减少副产物的产生。特别地，水在反应区中蒸发成蒸汽，这帮助降低反应区的温度。在某些实施例中，混合组件可混合水和液态燃料，以产生燃料混合物。混合组件可为包括多个构件的集成式壳体。例如，集成式壳体可包括使液态燃料流过集成式壳体的液态燃料通道。类似地，集成式壳体可包括使水流过集成式壳体的水通道。液态燃料通道和水通道两者可消除液阱，液阱可定义为液体在不流过集成式壳体时可在其中积聚的区域。因而，消除液阱可表示基本减少或去除在其中液体可积聚且不可被移除或排出的区。用以消除集成式壳体中的液阱的一种方式可包括在通道中利用向下斜坡，使得液态燃料和/或水可排出集成式壳体，而不被陷在集成式壳体内。在某些实施例中，向下斜坡可为没有水平或向上部分的连续的向下斜坡。在其它实施例中，向下斜坡可包括两者都没有向上部分的向下部分和水平部分。通过消除液阱，集成式壳体帮助防止滞留液态燃料退化以及潜在地在集成式壳体内的流径中形成焦化积累。焦化积累可导致系统流动特性改变，从而导致燃气涡轮燃烧器低效率地运行。焦化积累也可部分地阻塞下游燃料喷嘴。在另外的实施例中，混合组件可包括设置在集成式壳体中且联接到液态燃料通道和水通道上的混合器。混合器可混合液态燃料和水，以形成燃料混合物。混合器可改进燃料混合物的均匀性。混合不充分的燃料混合物可导致燃气涡轮燃烧器内有不均匀的燃烧。在其它实施例中，集成式壳体可包括燃料流径、水流径和/或用于燃料和水两者的混合物的路径。通过消除液态燃料阱，流径的内表面可为大体平滑的，以使得流体流能够没有凸起、急弯、凹陷、梯级、急剧的直径变化等。因而，任何剩余的燃料均可被水流通过燃料通道携带离开，以帮助防止有任何焦化积累。在另外的实施例中，集成式壳体可包括额外的构件，以帮助产生均匀的燃料混合物。例如，液态燃料通道可包括调节液态燃料的流率的液态燃料阀。类似地，水通道可包括调节水的流率的水阀。在某些实施例中，液态燃料阀和水阀靠近彼此。因而，可减小集成式壳体内的通道的长度，以有利于冲洗和清洁集成式壳体。在另外的实施例中，控制器可将信号传递到液态燃料阀和/或水阀，以调节燃料混合物的成分。信号可为机械信号或电信号。在某些实施例中，来自水阀的水可向后流过液态燃料阀和液态燃料通道，以帮助清洁或冲洗留在液态燃料阀和液态燃料通道中剩余的任何油。现在转到附图，并且首先参照图1，示出了具有燃气涡轮发动机11的涡轮系统10的实施例的框图。涡轮系统10可使用液态或气态燃料(诸如天然气和/或合成气体)来驱动涡轮系统10。如所描绘的那样，一个或多个燃料喷嘴12吸入燃料供应14。例如，一个或多个燃料喷嘴12可用来吸入液态燃料，并且一个或多个其它燃料喷嘴12可用来吸入气态燃料。另外，当涡轮系统10使用液态燃料时，燃料喷嘴12可吸入水供应15。如下详细地描述的那样，公开的涡轮系统10在燃料喷嘴12的上游和/或在燃料喷嘴12内混合液态燃料与水供应15。混合液态燃料与水15可改进副产物(例如N0x、S0x、C0或颗粒物质)抑制的效率，从而减少从燃气涡轮发动机11中产生和排出副产物。然后燃料喷嘴12进一步混合燃料或燃料-水混合物与空气，并且将燃料、水(当使用时)和空气混合物分配到燃烧器16中，在其中，在燃料、水(当使用时)和空气之间进行进一步的混合。虽然示意地显示为在燃烧器16的外部或与燃烧器16分开，但是燃料喷嘴12可设置在燃烧器16的内部。燃料、水(当使用时)和空气混合物在燃烧器16的室内燃烧，从而产生热的加压排气。燃烧器16通过涡轮18将排气引导向排气出口 20。虽然在图1中显示了仅一个燃烧器16，但在某些实施例中，多个燃烧器16可沿周向布置在燃气涡轮发动机11周围。多个燃烧器16中的各个可包括单独的燃料喷嘴12。随着排气传送通过涡轮18，气体迫使涡轮叶片沿着涡轮系统10的轴线旋转轴22。如所示出的那样，轴22连接到涡轮系统10的多种构件上，包括压缩机24。压缩机24还包括联接到轴22上的叶片。随着轴22旋转，压缩机24内的叶片也旋转，从而压缩从空气进口 26通过压缩机24且进入到燃料喷嘴12和/或燃烧器16中的空气。轴22也可连接到负载28上，负载28可为交通工具或固定的负载，诸如例如功率装置中的发电机或航空器上的推进器。负载28可包括能够由涡轮系统10的旋转输出提供功率的任何适当的装置。图2示出了如图1中示出的那样的燃气涡轮发动机11的燃烧器16的涡轮燃料供应系统40的框图。在以下论述中，用语“阀”用来表示能够作为流控制器而运行的任何装置。如所示出的那样，液态燃料42可供应到燃烧器16。液态燃料42的示例包括(但不限于)基于烃的液态燃料，诸如柴油燃料、喷气燃料、汽油、石脑油、燃料油等。液态燃料42通过液态燃料流径44而传输到燃烧器16，液态燃料流径44可包括液态燃料供应阀46。液态燃料流径44也可包括液态燃料歧管48，液态燃料歧管48可用来将液态燃料42供应到多个混合组件50 (如竖向点所指示的那样)，混合组件50例如可沿周向布置在液态燃料歧管48周围。在某些实施例中，液态燃料歧管48可构造成具有圆形形状或多边形形状的环。多个混合组件50中的各个可联接到沿周向布置在燃气涡轮发动机11周围的多个燃烧器16中的一个上。液态燃料供应阀46可用来调节和/或隔离通往液态燃料歧管48的液态燃料42流。在某些实施例中，各个混合组件50可包括多个阀和通道，如下面详细地论述的那样，以混合液态燃料42与水15。在某些实施例中，液态燃料42的一部分可传输到弓I燃燃料流径52，引燃燃料流径52可包括引燃燃料供应阀54。当首先用液态燃料42启动燃烧器16时，可使用引燃燃料流径52。例如，与液态燃料流径44相比，引燃燃料流径52可使更低的流率的液态燃料42流过。在某些实施例中，通过引燃燃料流径52的液态燃料42的流率可介于通过液态燃料流径44的正常流率或常规流率的大约5%至50%之间、10%至35%之间或15%至25%之间。例如，通过引燃燃料流径52的液态燃料42的流率可为通过液态燃料流径44的正常流率的大约5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%或50%。低流率的液态燃料42 (其可称为引燃燃料)可用来首先启动燃烧器16。之后，液态燃料流径44可用来对燃烧器16供应正常流率或正规流率的液态燃料42。由于下面详细论述的原因，引燃燃料流径52也可继续与液态燃料流径44 一起使用。在燃烧器16的启动期间，来自引燃燃料供应阀54的液态燃料42可传输到引燃燃料歧管58，引燃燃料歧管58可用来将引燃燃料供应到多个混合组件50 (如竖向点所指示的那样)。在某些实施例中，引燃燃料歧管58可构造成具有圆形形状或多边形形状的环。引燃燃料供应阀54可用来调节和/或隔离通往引燃燃料歧管58的液态燃料42流。当燃烧器16不再燃烧液态燃料42时，气态燃料60可通过气态燃料流径61而供应到引燃燃料歧管58，从而用气态燃料60从引燃燃料歧管58中冲洗出液态燃料42。气态燃料60的示例包括(但不限于)甲烷、天然气、合成气等。气态燃料流径61可包括气态燃料供应阀62，气态燃料供应阀62可用来调节和/或隔离气态燃料60流。用气态燃料60冲洗引燃燃料流径52可帮助基本减少或防止液态燃料42在不使用引燃燃料流径52时在引燃燃料流径52中焦化或氧化。在其它实施例中，在不使用引燃燃料流径52时，其它气体(诸如氮、二氧化碳、蒸汽等)可用来冲洗引燃燃料流径52。水15可通过水流径64而供应到燃烧器16，水流径64可包括水供应阀66。水15的示例包括(但不限于)锅炉给水、经脱气的水、蒸汽冷凝物、软化水等。在燃气涡轮发动机11位于其中的装置或设施的别处可能已经可获得这种水15。因而，用于涡轮燃料供应系统40的水供应系统可不包括单独的专用水供应系统。水供应阀66可用来调节和/或隔离通往水歧管68的水15流，水歧管68可用来将水15供应到多个混合组件50(如竖向点所指示的那样)。在某些实施例中，水歧管68可构造成具有圆形形状或多边形形状的环。多个混合组件50中的各个可包括多种构件，以帮助产生液态燃料42和水15的均匀的混合物。例如，各个混合组件50可包括使液态燃料42流到液态燃料混合阀72的液态燃料通道70，液态燃料混合阀72可用来调节通过混合组件50的液态燃料42的流率。例如，液态燃料混合阀72可为开/关阀或节流阀。类似地，混合组件50可包括使水15流到混合组件50中的水通道74。水通道74可包括液态燃料-水混合阀76，液态燃料-水混合阀76可用来调节待与流过液态燃料通道70的液态燃料42混合的水15的流率。例如，液态燃料-水混合阀76可为开/关阀或节流阀。液态燃料42和水15在混合器78处结合，混合器78混合液态燃料42和水15，以形成液态燃料混合物80。在某些实施例中，液态燃料混合物80可为液态燃料42和水15的乳液。混合器78的示例包括(但不限于)混合T形件、顺列混合器、静态混合器、桨叶式混合器、掺合器、带式掺合器等。混合器78产生液态燃料42和水15的不均匀的混合物。当燃气涡轮发动机11不燃烧液态燃料42时(例如燃烧气态燃料60)，水15可用来冲洗液态燃料通道70。特别地，水15可向后流过液态燃料混合阀72，并且进入到液态燃料歧管48中，从而冲洗或转移液态燃料42。在某些实施例中，混合组件50可包括设置在混合器78的下游的液态燃料比例阀82。液态燃料比例阀82可使得在液态燃料混合物80的压力高于阈值压力的情况下，液态燃料混合物80能够沿着主燃料流径83流到燃气涡轮发动机11的所有燃烧器16。例如，液态燃料比例阀82可为控制阀、压力阀、单向阀、止回阀或它们的任何组合。因而，液态燃料比例阀82可帮助防止气体从燃烧器16回流到混合组件50中。换句话说，液态燃料比例阀82可使得仅在液态燃料混合物80的压力超过预设压力时液态燃料混合物80能够流到燃烧器16中。来自混合组件50的液态燃料混合物80然后可沿着主燃料流径83传输到燃烧器16的主喷嘴84。在某些实施例中，混合组件50可包括将引燃燃料传输到引燃燃料混合阀88的引燃燃料通道86，引燃燃料混合阀88可用来调节通往混合组件50的引燃燃料的流率。例如，引燃燃料混合阀88可为开/关阀或节流阀。水通道74可包括使水15流到引燃燃料混合器92的引燃燃料-水混合阀90，引燃燃料混合器92可混合引燃燃料和水15，以形成引燃燃料混合物94。在某些实施例中，引燃燃料混合物94可为引燃燃料和水15的乳液。例如，引燃燃料-水混合阀90可为开/关阀或节流阀。引燃燃料混合器92的示例包括(但不限于)混合T形件、顺列混合器、静态混合器、桨叶式混合器、掺合器、带式掺合器等。当燃气涡轮发动机11不燃烧液态燃料42时(例如燃烧气态燃料60)，水15可用来冲洗引燃燃料通道86。特别地，水15可向后流过引燃燃料混合阀88，并且进入到引燃燃料歧管58中，从而冲洗或转移液态燃料42。在一些实施例中，引燃燃料混合物94可传输到弓I燃燃料加压阀96，引燃燃料加压阀96可使得在引燃燃料混合物94的压力高于阈值压力的情况下，引燃燃料混合物94能够沿着第一引燃燃料流径97流动。例如，引燃燃料加压阀96可为控制阀、压力阀、单向阀、止回阀或它们的任何组合。因而，引燃燃料加压阀96可帮助防止气体从燃烧器16回流到混合组件50中。来自引燃燃料加压阀96的引燃燃料混合物94然后可沿着第一引燃燃料流径97传输到燃烧器16的引燃喷嘴98。引燃喷嘴98可小于主喷嘴84，以使得引燃喷嘴98能够以低于主喷嘴84的流率将液态燃料42喷射到燃烧器16中，但喷嘴压降足以产生可燃的液态燃料喷雾。当燃烧器16不燃烧液态燃料42时，可用气态燃料60持续地冲洗引燃喷嘴98，以帮助阻止热的燃烧产物(例如空气、二氧化碳、水蒸气等)进入引燃喷嘴98的小孔口以及退化。当燃烧器16燃烧液态燃料42时，引燃喷嘴98可与主喷嘴84同时喷射液态燃料42，因为引燃喷嘴98可被通过引燃喷嘴98的引燃燃料混合物94流冷却。在某些实施例中，涡轮燃料供应系统40可包括控制器100，控制器100可沿着信号路径102发送和/或接收多种信号。在以下论述中，沿着信号路径102发送或接收的信号还将由参考标号102指示。例如，控制器100可将信号102发送到液态燃料供应阀46、引燃燃料供应阀54、气态燃料供应阀62、水供应阀66、液态燃料混合阀72、液态燃料-水混合阀76、液态燃料比例阀82、引燃燃料混合阀88、引燃燃料-水阀90和引燃燃料加压阀96中的一个或多个，以指示阀打开或关闭。另外，控制器100可接收来自设置在涡轮燃料供应系统40中的传感器104(诸如(但不限于)压力传感器、温度传感器、流率传感器、成分传感器等)的信号102。在某些实施例中，控制器100可基于接收自传感器104的信号102来调节液态燃料42与水15的比。图3示出了涡轮燃料供应系统40的另一个实施例的框图。如图3中显示的那样，混合组件50包括接收液态燃料42的主燃料入口端口 120。主燃料入口端口 120联接到主燃料通道70上。另外，混合组件50包括接收水15的水入口端口 122。水入口端口 122联接到水通道74上。另外，混合组件50包括接收引燃燃料的引燃燃料入口端口 124。引燃燃料入口端口 124联接到引燃燃料通道86上。混合组件50也可包括将液态燃料混合物80排到主喷嘴84的主燃料混合物出口端口 126。类似地，混合组件50可包括沿着第一引燃燃料流径97将引燃燃料混合物排到引燃喷嘴98的引燃燃料混合物出口端口 128。在某些实施例中，引燃燃料混合物94的部分130可直接供应到第二引燃燃料出口端口 132。换句话说，引燃燃料混合物94的部分130不流过引燃燃料加压阀96。引燃燃料混合物94的部分130改为沿着第二引燃燃料流径133流到燃烧器16的第二引燃喷嘴组134。加压阀96用来在达到混合物94的压力阈值时使引燃燃料混合物94流过。换句话说，加压阀96的功能是按顺序湿润引燃喷嘴134和98。图4示出了混合组件50的实施例的透视图。在以下论述中，可参照X轴144、y轴146和z轴148。如图4中显示的那样，混合组件50包括集成式壳体150或集成式阀组件。集成式壳体150包括顶侧152、底侧154、前侧156、后侧158、左侧160和右侧162。如图4中显示的那样，集成式壳体150可为大体长方形的组件。但是，在其它实施例中，集成式壳体150可具有用以容纳涡轮燃料供应系统40的特定布置的其它形状。另外，集成式壳体150可包括多个开口或端口，以容纳与涡轮燃料供应系统40的装备的连接件。另外，液态燃料混合阀72和引燃燃料混合阀88的促动器可位于顶侧152上。类似地，液态燃料-水混合阀76和引燃燃料-水混合阀90的促动器可位于底侧154上。因而，用于阀72、76、88和90的促动器可沿着多个轴线定向，以减小阀所占用的空间或体积。在其它实施例中，用于多个阀72、76、88和90的促动器可位于集成式壳体150的不同位置上。阀72、76、82、88、90和96可直接联接到集成式壳体150上，并且至少部分地设置在集成式壳体150中钻出的或形成的膛孔或开口中。另外，主燃料出口端口 126可位于液态燃料比例阀82的中心处，并且引燃燃料出口端口 128可位于引燃燃料加压阀96的中心处。在其它实施例中，主燃料出口端口 126和引燃燃料出口端口 128可位于集成式壳体150的不同位置上。第二引燃燃料出口端口 132可在液态燃料比例阀82和引燃燃料加压阀96之间位于前侧156上。在其它实施例中，第二引燃燃料出口端口 132可位于集成式壳体150的不同位置上，或者可省略。如图4中显示的那样，集成式壳体150的阀72、76、82、88、90和96靠近彼此。例如，阀72和88的中心线之间的距离164可介于集成式壳体150的宽度166的大约30至80%之间、40至70%之间或50至60%之间。类似地，阀76和90的中心线之间的距离168可介于集成式壳体150的宽度166的大约30至80%之间、40至70%之间或50至60%之间。因而，距离164和/或168可为宽度166的大约30%、40%、50%、60%、70%或80%。另外，阀72和76可分开集成式壳体150的高度170。类似地，阀88和90可分开集成式壳体150的高度170。因而，集成式壳体150可为紧凑的，具有减小的体积，以减少可能在集成式壳体150的内部退化的液态燃料42的量。另外，可减小阀72、76、82、88、90和96之间的通道的长度，以有利于冲洗和清洁集成式壳体150。图5示出了混合组件50的实施例的后视图。如图5中显示的那样，后侧158包括主燃料入口端口 120、水入口端口 122和引燃燃料入口端口 124。在某些实施例中，主燃料入口端口 120位于侧部160的附近且邻近液态燃料混合阀72。在某些实施例中，水入口端口 122位于侧部162的附近且邻近引燃燃料-水混合阀90。在一些实施例中，引燃燃料入口端口 124位于后侧158的中部附近，或者位于主燃料入口端口 120和水入口端口 122之间。在某些实施例中，主燃料入口端口 120的直径121可大于引燃燃料入口端口 124的直径125，因为液态燃料42沿着路径44的流率可大于引燃燃料沿着路径52的流率。例如，直径121与直径125的比可介于大约1. 1:1至6:1之间、1. 3:1至4:1之间或1. 5:1至2. 5:1之间。在某些实施例中，直径121与直径125的比可为大约1. 1U. 3,1. 5、2、2. 5、3、4、5或
6。在另一个实施例中，水入口端口 122可位于后侧158的中部附近，或位于主燃料入口端口 120和引燃燃料入口端口 124之间。图6示出了集成式壳体150内的多个通道180的实施例的透视图。图6中的与图4和5中显示的那些一样的元件标有相同的参考标号。为了清楚的目的，在图6中未显示阀72、76、88和90。在图6中改为使用圆来表示阀72、76、88和90的位置。如图6中显示的那样，液态燃料通道70直接从主燃料入口端口 120路由到液态燃料混合阀72。换句话说，使液态燃料通道70路由成减小通道70的长度。类似地，水通道74直接从水入口端口 122路由到液态燃料-水混合阀76和引燃燃料-水混合阀90。引燃燃料通道86直接从引燃燃料入口端口 124路由到引燃燃料混合阀88。因而，集成式壳体150内的通道180以直接的方式路由，以减小通道180的长度，从而减少通道180中在不使用时留下的材料的总量。例如，可通过在实心金属块中钻出孔或膛孔来形成通道180，以产生单件式的集成式壳体150。在其它实施例中，可在两个或更多个金属块中钻出孔或膛孔，金属块然后联接在一起，以形成多件式的集成式壳体150。换句话说，通道180完全集成在集成式壳体150内。另外，通道180的长度可小于不在集成式壳体150内的外部管道或管的长度。另外，与外部管道或管的网络相比，集成式壳体150可不那么混乱和复杂。通道180可沿不同的方向形成，这取决于集成式壳体150的特定布置。另外，通过减小通道180的长度，清洁和冲洗集成式壳体150内的通道180变得更容易和快速。另外，由金属块形成通道180可降低从通道180泄漏的可能性。换句话说，使用集成式壳体150会避免与外部管道和管相关联的接头、凸缘、配合部、连接部等。集成式壳体150中的通道180还有利于将阀72、76、82、88、90和96放置成密切地靠近彼此。在某些实施例中，集成式壳体150内的通道180可具有圆形横截面形状，以及/或者在内部平滑，以帮助减少液体在不流过通道180时可积聚的位置。液体可积聚的低点和其它位置被称为液阱。在某些实施例中，通道180可具有连续的向下斜坡，以帮助消除液阱。换句话说，通道可相对于包含X轴144和y轴146的水平面183以角度181成角度。在某些实施例中，角度181可介于大约I度至45度之间、2度至25度之间或3度至5度之间。例如，角度181可为大约I度、2度、3度、5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度或45度。在其它实施例中，通道180可具有向下斜坡，这包括向下倾斜的部分和水平部分，但不包括向上倾斜的部分。因而，液体可以能够自由地排出通道180。在某些实施例中，额外的排出线路或通道182可联接到通道180的端部和/或弯部上，以及联接到排出端口 184上，以对通道180提供额外的排出容量。因而，通道180消除液体可被陷在集成式壳体150内的位置。如上面论述的那样，涡轮燃料供应系统40的多种实施例包括混合组件50，以使液态燃料42与水15在燃烧器16的上游混合而形成液态燃料混合物80和引燃燃料混合物94。水15与液态燃料42的这种混合可帮助降低燃烧器16内的温度，以及帮助减小副产物(诸如NOx)的形成。水15和液态燃料42的预混合在减少NOx的产生方面也可比将水15喷射到燃烧器16中更加高效。例如，液态燃料混合物80和引燃燃料混合物94可比液态燃料42具有更低的粘性和表面张力，从而改进燃烧器16中的混合物80和94的雾化、散布和蒸发速率。因而，使用混合组件50使得在减少NOx的产生方面能够使用更少的水15，因为混合物80和94提供了更高的NOx抑制效率。另外，阀72、76、88和90 (以及可选地阀82和96)在混合组件50内布置成靠近彼此可有利于在不使用液态燃料42时冲洗和清洁涡轮燃料供应系统40。特别地，集成式壳体150的构造帮助减少从涡轮燃料供应系统40中冲洗出的液态燃料42的量，从而改进清洁任何剩余的液态燃料42的效果。例如，集成式壳体150的通道180消除了液态燃料42在其中可积聚和退化成淀积物(其在后面可干扰燃烧器16的运行)的液阱。因而，使用混合组件50可有利于切换燃烧器16使其燃烧液态燃料42，以及使其不燃烧液态燃料42。本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种系统，包括 混合组件，其构造成混合液态燃料和水，以产生燃料混合物，其中，所述燃料混合物构造成在燃气涡轮的燃烧器中燃烧，并且所述混合组件包括 设置在集成式壳体中的液态燃料通道，其中，所述液态燃料通道构造成使所述液态燃料流过，以及消除液阱； 设置在所述集成式壳体中的水通道，其中，所述水通道构造成使所述水流过，以及消除液阱；以及 混合器，其设置在所述集成式壳体中，并且联接到所述液态燃料通道和所述水通道上，其中，所述混合器构造成混合所述液态燃料和所述水，以形成所述燃料混合物。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合器包括混合T形件、顺列混合器、静态混合器、桨叶式混合器、掺合器或带式掺合器或它们的组合中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合组件包括 液态燃料阀，其联接到所述集成式壳体上，并且构造成调节所述液态燃料的流率；以及 水阀，其联接到所述集成式壳体上，并且构造成调节所述水的流率，其中，所述集成式壳体构造成使所述液态燃料阀和所述水阀靠近彼此。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成将信号传递到所述液态燃料阀或所述水阀中的至少一个的控制器，其中，所述液态燃料阀或所述水阀响应于所述信号而调节所述燃料混合物中的液态燃料和水的比。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合组件构造成混合所述液态燃料和所述水，以产生所述液态燃料和所述水的乳液作为所述燃料混合物。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液态燃料通道和所述水通道包括平滑的内表面。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合组件包括联接到所述集成式壳体上的比例阀，并且所述压力阀构造成使得在所述燃料混合物的压力高于阈值压力的情况下所述燃料混合物能够流到所述燃烧器。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水通道构造成在不在所述燃烧器中燃烧所述燃料混合物时，使所述水流过所述混合器和所述液态燃料通道，以从所述混合组件中冲洗出所述液态燃料。
9.一种系统,包括 阀组件，其构造成混合液态燃料和水，以产生燃料混合物，其中，所述燃料混合物构造成在燃气涡轮的燃烧器中燃烧，并且所述阀组件包括 集成式壳体； 液态燃料阀，其直接联接到所述集成式壳体上，并且构造成调节所述液态燃料的流率； 水阀，其直接联接到所述集成式壳体上，并且构造成调节所述水的流率，其中，所述液态燃料阀和所述水阀靠近彼此；以及 通道，其设置在所述集成式壳体中，并且构造成混合所述液态燃料和所述水，以形成所述燃料混合物，其中，所述通道构造成消除液阱；以及 控制器，其构造成将信号传递到所述液态燃料阀或所述水阀中的至少一个，其中，所述液态燃料阀或所述水阀响应于所述信号而调节所述燃料混合物的成分。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述水阀构造成在不在所述燃烧器中燃烧所述燃料混合物时，使水流过所述液态燃料阀和所述通道，以从所述阀组件中冲洗出所述液态燃料。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述通道相对于所述阀组件的水平面成角度地定向。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述通道构造成混合所述液态燃料和所述水，以产生所述液态燃料和所述水的乳液作为所述燃料混合物。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述阀组件包括直接联接到所述集成式壳体上的加压阀，并且所述加压阀构造成使得在所述燃料混合物的压力高于所述燃料混合物的阈值压力的情况下所述燃料混合物能够流到所述燃气涡轮燃烧器。
14.一种系统,包括 集成式阀组件，其包括 构造成接收主燃料的主燃料入口端口； 主燃料通道，其联接到所述主燃料入口端口上，并且构造成将所述主燃料传输到第一混合T形件； 主燃料阀，其联接到所述主燃料通道上，并且构造成调节所述主燃料的主流率； 构造成接收水的水入口端口； 水通道，其联接到所述水入口端口上，并且构造成将所述水传输到所述第一混合T形件，其中，所述主燃料通道和所述水通道构造成消除液阱，并且所述第一混合T形件构造成混合所述主燃料和所述水，以产生主燃料混合物； 构造成排出所述主燃料混合物的主燃料混合物出口端口；以及第一水阀，其联接到所述水通道上，并且构造成调节所述水的第一水流率，其中，所述主燃料阀和所述第一水阀靠近彼此。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述集成式阀组件包括 构造成接收引燃燃料的引燃燃料入口端口； 引燃燃料通道，其联接到所述引燃燃料入口端口上，并且构造成将所述引燃燃料传输到第二混合T形件； 引燃燃料阀，其联接到所述引燃燃料通道上，并且构造成调节所述引燃燃料的引燃流率； 第二水通道，其联接到所述水入口端口上，并且构造成将所述水传输到所述第二混合T形件，其中，所述第二水通道构造成消除液阱，并且所述第二混合T形件构造成混合所述引燃燃料和所述水，以产生引燃燃料混合物； 构造成排出所述弓I燃燃料混合物的弓I燃燃料混合物出口端口；以及第二水阀，其联接到所述第二水通道上，并且构造成调节通往所述第二混合T形件的所述水的第二水流率，其中，所述引燃燃料阀和所述第二水阀靠近彼此。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述引燃燃料和所述主燃料包括液态燃料。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述主燃料入口端口的第一直径大于所述引燃燃料入口端口的第二直径。
18.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述主燃料入口端口和水入口端口设置在所述集成式阀组件的第一侧，所述主燃料混合物出口端口设置在所述集成式阀组件的第二侧，并且所述集成式阀组件的所述第一侧和所述第二侧定位成彼此相反。
19.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述集成式阀组件包括联接到所述主燃料混合物出口端口上的比例阀，所述比例阀构造成使得在所述主燃料混合物的压力高于所述主燃料混合物的阈值压力的情况下所述主燃料混合物能够流过。
20.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第一水阀构造成在不在使用所述主燃料混合物的情况下，使水流过所述主燃料阀和所述主燃料通道，以从所述集成式阀组件中冲洗出所述主燃料。
全文摘要
本发明涉及用于涡轮燃烧器燃料混合的系统。一种系统包括构造成混合液态燃料和水以产生燃料混合物的混合组件。燃料混合物构造成在燃气涡轮的燃烧器中燃烧。混合组件包括设置在集成式壳体中的液态燃料通道。液态燃料通道构造成使液态燃料流过，以及消除液阱。混合组件还包括设置在集成式壳体中的水通道。水通道构造成使水流过，以及消除液阱。混合组件还包括设置在集成式壳体中且联接到液态燃料通道和水通道上的混合器。混合器构造成混合液态燃料和水，以形成燃料混合物。
文档编号F23R3/28GK103062800SQ20121040912
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者张华 , D.F.比迪, D.S.拜尔德, F.T.科德伦, J.F.登欧特, M.J.费希尔 申请人:通用电气公司