具有一体式液体蒸发器的预混喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请和所得的专利大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及一种燃料气体预混喷嘴，其具有用于减少总体水消耗且改善热效率的一体式液体蒸发器。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机的操作效率和总体功率输出大体上随热燃烧气流的温度升高而提高。然而，高的燃烧气流温度可产生较高水平的氮氧化物(NOx)。此种排放可受美国的联邦和州法规管辖，且还可受国外的类似法规管辖。因此，在于有效高温范围中操作燃气涡轮发动机的益处同时还确保氮氧化物的输出和其他类型的受调节的排放保持远低于授权水平之间存在平衡作用。而且，改变负载水平、改变环境条件、和其他类型的操作参数也可对总体燃气涡轮效率和排放具有显著影响。
[0003]若干类型的已知燃气涡轮发动机设计，如使用干式低N0x(“DLN”)的那些，大体上在反应或燃烧区的上游预混燃料流和空气流，以便通过多个预混燃料喷嘴来减少NOx排放。此种预混趋于降低峰值火焰温度，且因此减少NOx排放。
[0004]为了燃料灵活性和功率系统可用性，低排放燃气涡轮通常在燃料预混器之外配备有喷射液体燃料以作为辅助或后备燃料的系统。液体燃料喷射器可穿过气体预混器的中心插入。因为液体燃料在燃烧之前可能不蒸发和与空气充分地预混，所以可将大量的水喷射至權烧区中，以便降低火焰温度和所得的NOx排放。因此，当利用此种液体燃料操作时，可能需要显著且昂贵的水量。而且，喷水可降低总体燃气涡轮效率。
[0005]因此，期望改进的双燃料预混喷嘴。此种预混喷嘴可以以减少的总体水消耗来容纳辅助燃料(如液体燃料)，同时维持燃气涡轮热效率和功率生成。
【发明内容】
[0006]本申请和所得的专利因此提供了一种燃料喷嘴，其用于使用主燃料和辅助燃料的燃气涡轮发动机。燃料喷嘴可包括用于主燃料的多个主燃料喷射端口、水通路、多个辅助燃料喷射端口、和用于使辅助燃料雾化的辅助燃料蒸发器系统。
[0007]本申请和所得的专利还提供了一种依靠主燃料或辅助燃料操作用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的方法。该方法可包括以下步骤:提供主燃料流、提供辅助燃料流、使辅助燃料流过雾化器、使辅助燃料雾化，和以减少的水消耗燃烧雾化的辅助燃料。
[0008]本申请和所得的专利还提供了一种提供用于使用天然气和/或液体燃料的燃气涡轮发动机的燃料喷嘴。燃料喷嘴可包括具有用于天然气的多个天然气喷射端口的多个旋流器导叶、水通路、多个液体燃料喷射端口、和用于使液体燃料雾化的液体燃料雾化器。
[0009]技术方案1:一种用于使用主燃料和辅助燃料的燃气涡轮发动机10的燃料喷嘴100，包括:
用于主燃料的多个主燃料喷射端口 170;
水通路220; 多个辅助燃料喷射端口 280;和用于使辅助燃料雾化的辅助燃料蒸发器系统290。
[0010]技术方案2:根据技术方案I所述的燃料喷嘴100，其特征在于，还包括多个旋流器导叶160，所述多个旋流器导叶160具有定位在其上的所述多个主燃料喷射端口 170。
[0011 ]技术方案3:根据技术方案2所述的燃料喷嘴100，其特征在于，所述多个旋流器导叶160围绕预混室150定位。
[0012]技术方案4:根据技术方案I所述的燃料喷嘴100，其特征在于，所述主燃料包括天然气流。
[0013]技术方案5:根据技术方案I所述的燃料喷嘴100，其特征在于，所述水通路220包括引燃液体燃料通路220。
[0014]技术方案6:根据技术方案5所述的燃料喷嘴100，其特征在于，所述引燃液体燃料通路220延伸至引燃末梢210。
[0015]技术方案7:根据技术方案6所述的燃料喷嘴100，其特征在于，所述引燃末梢210包括围绕其的引燃旋流器240。
[0016]技术方案8:根据技术方案I所述的燃料喷嘴100，其特征在于，还包括与所述多个辅助燃料喷射器280连通的辅助燃料通路260。
[0017]技术方案9:根据技术方案8所述的燃料喷嘴100，其特征在于，所述辅助燃料包括液体燃料流。
[0018]技术方案10:根据技术方案I所述的燃料喷嘴100，其特征在于，所述辅助燃料蒸发器系统290包括雾化器290。
[0019]技术方案11:根据技术方案10所述的燃料喷嘴100，其特征在于，所述雾化器290包括雾化旋流器300。
[0020]技术方案12:根据技术方案11所述的燃料喷嘴100，其特征在于，所述雾化旋流器300包括柄320和凸缘330。
[0021]技术方案13:根据技术方案11所述的燃料喷嘴100，其特征在于，所述雾化旋流器300包括其中的多个槽口 340。
[0022]技术方案14:根据技术方案11所述的燃料喷嘴100，其特征在于，雾化器300包括护套310，所述护套310在其中具有孔口 350。
[0023]技术方案15:—种依靠主燃料或辅助燃料来操作用于燃气涡轮发动机10的燃料喷嘴100的方法，包括:
提供主燃料流；
提供辅助燃料流；
使辅助燃料流过雾化器290;
使辅助燃料雾化;和燃烧雾化的辅助燃料。
[0024]技术方案16:—种用于使用天然气和/或液体燃料的燃气涡轮发动机的燃料喷嘴，包括:
多个旋流器导叶，其具有用于天然气的多个天然气喷射端口；
水通路； 多个液体燃料喷射端口；和液体燃料雾化器，其用于使液体燃料雾化。
[0025]技术方案17:根据技术方案16所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述雾化器包括雾化旋流器。
[0026]技术方案18:根据技术方案17所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述雾化旋流器包括凸缘，所述凸缘在其中具有多个槽口。
[0027]技术方案19:根据技术方案16所述的燃料喷嘴，其特征在于，雾化器包括护套，所述护套在其中具有孔口。
[0028]技术方案20:根据技术方案16所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述水通路包括引燃液体燃料通路。
[0029]在结合若干附图和所附权利要求查阅以下详细描述时，本申请和所得的专利的这些及其他特征和改善将对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
【附图说明】
[0030]图1为示出压缩机、燃烧器、涡轮和负载的燃气涡轮发动机的示意图。
[0031]图2为可与图1的燃气涡轮发动机一起使用的燃烧器的示意图。
[0032]图3为在本文中可能描述的预混燃料喷嘴的截面图。
[0033]图4为可与图3的预混喷嘴一起使用的引燃燃料末梢(pilotfuel tip)的局部截面图。
[0034]图5为可与图3的预混喷嘴一起使用的液体燃料喷射器的截面图。
[0035]部件列表
10燃气涡轮发动机 15压缩机 20空气 25燃烧器 30燃料 35燃烧气体 40涡轮 45轴 50负载 52端盖 54过渡件 56燃料喷嘴 58衬套 60燃烧区 62流动套筒 64流路 66壳
100预混燃料喷嘴 110环形护罩 120空气入口 130毂
140喷嘴凸缘
150预混室
160旋流器导叶
170喷射端口
180气体通路
190空气通路
200空气进口
210引燃末梢
220液体燃料通路
230液体燃料进口
240引燃旋流器
250液体燃料蒸发器系统
260液体燃料通路
270预混液体燃料进口
280预混燃料喷射器
290液体燃料雾化器
300内旋流器
310外护套
320柄
330凸缘
340 槽口
350 孔口。
【具体实施方式】
[0036]现在参看附图，在附图中，相似的数字表示贯穿该若干视图的相似元件，图1示出了可能在本文中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压缩空气20的进入流。压缩机15将空气20的压缩流输送至燃烧器25。燃烧器25使空气20的压缩流与燃料30的加压流混合，且点燃混合物来形成燃烧气流35。尽管仅示出了单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可包括以周向阵列或其他形式布置的任何数目的燃烧器25。燃烧气流35又输送至涡轮40。燃烧气流35驱动涡轮40，以便产生机械功。在涡轮40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15和外部负载50，诸如发电机等。
[0037]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/或其他类型的燃料及其掺合物。燃气祸轮发动机10可为Schenectady，New York的General ElectricCompany提供的许多不同燃气涡轮发动机中的任一种，包括但不限于诸如7或9系列重载燃气涡轮发动机等的那些。燃气涡轮发动机10可具有不同构造，且可使用其他类型的构件。在本文中还可使用其他类型的燃气涡轮发动机。在本文中还可一起使用多个燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮、和其他类型的功率生成设备。
[0038]图2示出了可与上文所述的燃气涡轮发动机10等一起使用的燃烧器25的实例的示意图。燃烧器25可围绕涡轮40从头端处的端盖52延伸至后端处的过渡件54。多个燃料喷嘴56可围绕端盖5