具有整体式液体喷射器/蒸发器的多燃料预混合喷嘴的系统和方法与流程

本公开大体涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言涉及具有整体式液体喷射器/蒸发器的多燃料预混合喷嘴的系统和方法。

背景技术：

燃气涡轮发动机的工作效率和总功率输出大体上随着热燃烧气体流的温度的升高而增加。但是，燃烧气体流温度高可产生较高水平的氮氧化物(nox)。此类排放可受美国联邦法规和州法规两者的管制，而且还可受国外类似法规的管制。因而在使燃气涡轮发动机在高效的高温范围内工作的益处之间存在平衡行为，同时还确保氮氧化物和其它类型的受管制的排放的输出仍远低于规定水平。而且，不同的负载水平、不同的周围条件和其它类型的工作参数也可对总的燃气涡轮效率和排放有显著影响。

几种类型的已知的燃气涡轮发动机设计，诸如使用干式低nox(“dln”)燃烧器的那些类型，大体上经由多个预混合燃料喷嘴在反应区或燃烧区的上游预混合燃料流和空气流，以便降低nox排放。这种预混合往往降低最高火焰温度，并因此降低nox排放。

为了实现燃料灵活性和功率系统可用性，除了气体预混合器之外，低排放燃气涡轮通常配备有用以喷射作为辅助或备用燃料的液体燃料的系统。液体燃料喷射器可穿过气体预混合器的中心。因为液体燃料在燃烧之前可能不会蒸发并与空气充分预混合，所以可将大量水喷射到燃烧区中，以便降低火焰温度和所产生的nox排放。因而当使用这种液体燃料工作时，所需的水的量可相当大且昂贵。而且，喷射水可降低总的燃气涡轮效率。

因而期望有一种改进的双燃料预混合喷嘴。这种预混合喷嘴可在保持燃气涡轮热效率和功率产生的同时，在总的水消耗降低或者不需要喷射任何水的情况下，容纳诸如液体燃料的辅助燃料。

技术实现要素：

以上需要和/或问题中的一些或全部可由本公开的某些实施例解决。根据实施例，公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件。燃料喷嘴组件可包括在外部环形护罩和内部环形毂之间形成的预混合腔室、设置成围绕在外部环形护罩和内部环形毂之间的预混合腔室的多个旋流器导叶、定位成围绕旋流器导叶的一个或多个液体燃料喷射器以及与一个或多个液体燃料喷射器连通的液体燃料流。

在另一实施例中，公开了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括压缩机、与压缩机连通的燃烧器以及与燃烧器连通的涡轮。燃烧器可包括燃料喷嘴组件。燃料喷嘴组件可包括在外部环形护罩和内部环形毂之间形成的预混合腔室、设置成围绕在外部环形护罩和内部环形毂之间的预混合腔室的多个旋流器导叶、定位成围绕旋流器导叶的一个或多个液体燃料喷射器、与一个或多个液体燃料喷射器连通的液体燃料流。

根据另一实施例，公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件。燃料喷嘴可包括在外部环形护罩和内部环形毂之间形成的预混合腔室、设置成围绕在外部环形护罩和内部环形毂之间的预混合腔室的多个旋流器导叶、定位在旋流器导叶的后缘附近的一个或多个液体燃料喷射器以及与一个或多个液体燃料喷射器连通的液体燃料流。液体燃料可包括馏出物、生物柴油、乙醇、呈液相的重质碳气或者它们的组合。一个或多个燃料喷射器可以雾化的方式将液体燃料流喷射到预混合/蒸发腔室中。

根据以下详细描述、附图和所附权利要求，本公开的其它实施例、方面和特征对本领域技术人员来说将变得显而易见。

附图说明

现将参照附图，所述附图不必按比例绘制。

图1示意性地描绘根据实施例的示例性燃气涡轮发动机。

图2示意性地描绘根据实施例的燃烧器的示例性横截面。

图3示意性地描绘根据实施例的预混合燃料喷嘴的示例性横截面。

图4示意性地描绘根据实施例的燃料喷射器的示例性横截面。

图5示意性地描绘根据实施例的燃料喷射器的示例性横截面。

图6示意性地描绘根据实施例的燃料喷射器的示例性横截面。

图7示意性地描绘根据实施例的一个或多个燃料喷射器的示例性横截面。

图8示意性地描绘根据实施例的旋流器的示例性横截面。

具体实施方式

现将参照附图在下文更全面地描述说明性实施例，在附图中显示了一些而非全部实施例。本公开可体现为多种不同的形式，并且不应被理解为局限于本文阐述的实施例。相同的标号始终指示相同的元件。

现参照附图，在附图中，遍及这几个视图，相同的标号指示相同的元件，图1显示了本文可使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15对进入的空气流20进行压缩。压缩机15将压缩过的空气流20输送到燃烧器25。燃烧器25使压缩过的空气流20与加压燃料流30混合，并且点燃混合物而产生燃烧气体流35。虽然仅仅显示了单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可包括按周向阵列或按别的方式布置的任何数量的燃烧器25。燃烧气体流35又输送到涡轮40。燃烧气体流35驱动涡轮40，从而产生机械功。涡轮40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15且驱动外部负载50(诸如发电机等)。

燃气涡轮发动机10可使用天然气、液体燃料、各种类型的合成气和/或其它类型的燃料及其掺合物。燃气涡轮发动机10可为纽约斯克内克塔迪通用电气公司提供的多种不同的燃气涡轮发动机中的任何一种，其包括但不限于诸如7或9系列重型燃气涡轮发动机等的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可具有不同的构造且可使用其它类型的构件。本文还可使用其它类型的燃气涡轮发动机。本文还可同时使用多个燃气涡轮发动机、其它类型的涡轮和其它类型的功率产生装备。

图2显示了可与上面描述的燃气涡轮发动机10等一起使用的燃烧器25的示例的示意性横截面。燃烧器25可从首端处的端盖52延伸到涡轮40附近的尾端处的过渡件54。多个燃料喷嘴56可定位在端盖52附近。衬套58可从燃料喷嘴56朝过渡件54延伸，并且可在其中限定燃烧区60。衬套58和过渡件54可被流动套管62包围。衬套58、过渡件54和流动套管62可在它们之间限定用于来自压缩机15或别处的空气流20的流径64。外壳66可部分地包围流动套管62。本文可使用呈周向阵列等的任何数量的燃烧器25。如上面描述的那样，空气流20和燃料流30可在燃烧器25中点燃，以产生燃烧气体流35。本文描述的燃烧器25仅仅是为了示例目的。本文还可使用具有其它类型的构件和其它构造的燃烧器。

图3示意性地描绘可如本文描述的预混合燃料喷嘴100的示例性横截面。预混合燃料喷嘴100可与燃烧器25等一起使用。燃烧器25可包括呈任何构造的任何数量的预混合燃料喷嘴100。

大体地描述，预混合燃料喷嘴100可包括外部环形护罩102。外部环形护罩102可从其上游端部上的空气入口104延伸，并且可在其下游端部处在燃烧区60附近终止。外部环形护罩102可包围内部环形壁或毂106。毂106可从其上游端部处的燃料喷嘴凸缘108延伸，并且可在外部环形护罩102的端部的上游终止。外部环形护罩102和毂106可在它们之间限定预混合腔室110。预混合腔室110可与来自压缩机15或别处的空气流20连通。

预混合燃料喷嘴100还可包括限定用于不同类型的流体流的离散通道的多个管。例如，预混合燃料喷嘴100可包括限定多个燃料管道的多个管。管可具有任何适当的大小、形状或构造。例如，引燃燃料通道112可从燃料喷嘴凸缘108延伸通过预混合燃料喷嘴100的中间而到达引燃末梢114。引燃末梢114可包括直接喷射引燃喷嘴。也就是说，引燃燃料通道112和引燃末梢114可用于使液体或气体或其它类型的流体的燃料流直接喷射到燃烧区60中。例如，引燃燃料通道112可包括水流，且/或本文可使用其它类型的流体。本文还可使用其它通道。本文可使用其它构件和其它构造。

多个旋流器导叶116可从毂106延伸到外部环形护罩102或其附近。旋流器导叶116可具有任何适当的大小、形状或构造。如下面更详细地论述的那样，多个燃料喷射器118可围绕旋流器导叶116而定位。例如，各个旋流器导叶116可包括一个或多个燃料喷射器118。在一些情况下，各个旋流器导叶116可包括10个、20个、30个、40个、50个或更多个燃料喷射器118。本文可使用任何数量的燃料喷射器118。在一些情况下，燃料喷射器118可在同一径向位置处围绕旋流器导叶116布置成周向阵列。在其它情况下，燃料喷射器118可围绕旋流器导叶116布置成多个周向阵列。燃料喷射器118可围绕旋流器导叶116设置在任何位置处和设置成任何构造或型式。

燃料喷射器118可用作液体燃料喷射器，以将液体燃料喷射到预混合腔室110中且使其雾化。在一些情况下，燃料喷射器118可设置在各个旋流器导叶116的径向中点附近。在其它情况下，燃料喷射器118可设置在旋流器导叶116的后缘附近。燃料喷射器118可设置在旋流器导叶116上的任何位置(一个或多个)处。燃料喷射器118可与液体燃料流120连通。例如，预混合燃料喷嘴100可包括液体燃料系统122。液体燃料系统122可提供液体燃料流120，液体燃料流120可为液体燃料(诸如馏出物、生物柴油、乙醇等)或液化气体(诸如重质碳气等)。液体燃料系统122可包括液体燃料通道124，液体燃料通道124可将液体燃料120提供给燃料喷射器118。例如，液体燃料通道124可从气体燃料喷嘴凸缘108延伸到围绕旋流器导叶116的燃料喷射器118。在一些情况下，液体燃料通道124可围绕引燃燃料通道112的一部分形成盘绕状。因而旋流器导叶116和燃料喷射器118可提供液体燃料/空气混合。空气流20和液体燃料流120可开始在预混合腔室110内在旋流器导叶116处或其下游混合并流到燃烧区60中。本文可使用其它构件和其它构造。

图4示意性地描绘旋流器导叶116中的一个沿着预混合燃料喷嘴100的轴向平面的示例性横截面，并且图5示意性地描绘旋流器导叶116中的一个沿着预混合燃料喷嘴100的径向平面的示例性横截面。如图4和5中描绘的那样，燃料喷射器118可包括双面雾化器126。双面雾化器126可包括与液体燃料通道124处于流体连通的液体燃料管道128。液体燃料管道128可通入设置在旋流器导叶116内的腔体130中。照这样，液体燃料120可通入腔体130中。腔体130可包括在旋流器导叶116的第一侧134上的第一孔132和在旋流器导叶116的第二侧138上的第二孔136。第一孔132和第二孔136可在旋流器导叶116的两侧喷射液体燃料120和使其雾化。

图6示意性地描绘旋流器导叶116中的一个沿着预混合燃料喷嘴100的径向平面的示例性横截面。如图6中描绘的那样，燃料喷射器118可包括单面雾化器142。除了单面雾化器142可仅仅包括在旋流器导叶116的一侧上的一个孔之外，单面雾化器142可类似于双面雾化器126。例如，单面雾化器142可包括与液体燃料通道124处于流体连通的液体燃料管道144。液体燃料管道144可通入设置在旋流器导叶116内的腔体146中。腔体146可包括在旋流器导叶116的第一侧150上的孔148。旋流器导叶116的第二侧152可不包括孔。孔148可在旋流器导叶116的一侧喷射液体燃料120和使其雾化。

图7示意性地描绘旋流器导叶116中的一个沿着预混合燃料喷嘴100的轴向平面的示例性横截面。如图7中描绘的那样，燃料喷射器118可包括成簇的双面雾化器126和/或单面雾化器142。例如，双面雾化器126和/或单面雾化器142可经由连接管道140而彼此连通。照这样，多个双面雾化器126和/或单面雾化器142可经由多个连接管道140互连。

图8示意性地描绘旋流器导叶116沿着预混合燃料喷嘴100的径向平面的示例性横截面。图8描绘燃料喷射器118围绕旋流器导叶116的布置。在一些情况下，燃料喷射器118可围绕旋流器导叶116在同一径向位置处布置成单个周向阵列。例如，燃料喷射器118可位于d1或d2处。在其它情况下，燃料喷射器118可围绕旋流器导叶116布置成多个周向阵列。例如，燃料喷射器118可位于d1或d2处。燃料喷射器118可围绕旋流器导叶116设置在任何位置处且设置成任何构造或型式。燃料喷射器可包括单面或双面雾化器。

虽然用对结构特征和/或方法行为专有的语言来描述了实施例，但要理解的是，本公开不必局限于所描述的特定特征或行为。相反，特定特征和行为被公开为实现实施例的说明性形式。