用于燃气涡轮燃烧器的喷嘴的制作方法
【专利摘要】本公开关于一种用于燃气涡轮燃烧器的喷嘴(1)，喷嘴(1)包括内通道(3)、涡流通道(4)、混合区(5)和出口通道(6)，其中喷嘴(1)从入口(20)延伸至出口(22)，涡流通道(4)围绕内通道(3)设置，内通道(3)和涡流通道(4)从入口(20)延伸至混合区(5)，混合区(5)从内通道(3)和涡流通道(4)延伸至出口通道(6)，并且出口通道(6)从混合区(5)延伸至出口(22)。还描述了包括喷嘴(1)的焚烧器(8)和燃气涡轮，连同使用喷嘴(1)的方法。
【专利说明】
用于燃气涡轮燃烧器的喷嘴
技术领域
[0001]本公开涉及用于燃气涡轮燃烧器的喷嘴，并且更具体地涉及具有涡流通道和内通道的用于燃气涡轮燃烧器的喷嘴。
【背景技术】
[0002]用于燃气涡轮燃烧器的现今喷嘴系统大部分设计为普通射流或涡流喷嘴。这些喷嘴类型之间的主要差别在于雾化质量、喷雾锥角和压降。涡流喷嘴提供与大喷雾锥角组合的良好雾化。相比之下，普通射流提供较低的燃料压降，但也提供较差的雾化质量和较小的喷雾锥角。
[0003]普通射流喷嘴由轴向开孔的孔组成，并且对应的制造成本为低的。普通射流喷嘴相比于涡流喷嘴还需要燃烧器中的较少空间。涡流喷嘴大体上具有与精密喷嘴出口形状组合的几何上复杂的涡流器，并且因此提供良好的喷雾质量。用于涡流喷嘴的制造成本可比用于普通射流喷嘴的更大，但由于更好的喷雾质量，故更大操作范围可为可用的。
[0004]关于通流值的用于燃料喷嘴的要求为严格的，并且限制在具有不可超过的指定的公差带的窄范围中。结果，需要燃料喷嘴的100%流率检查。偏离指定的公差带为不可接受的，并且可要求喷嘴的昂贵再加工。特别对于复杂涡流喷嘴，这可为太昂贵的，并且可互换的附加孔口施加于喷嘴的上游以便调节吞吐量。该措施导致了附加的压力损失，增加的制造成本以及增加的空间要求，连同燃料喷射系统可靠性的降低以及其相关联的增加的试机和维护成本。
[0005]由于关于现有喷嘴的这些问题，故认识到可改进现有设计。
【发明内容】
[0006]本发明在现在将参照的所附独立权利要求中限定。本发明的有利特征在从属权利要求中阐述。
[0007]本发明的第一方面提供了一种用于燃气涡轮燃烧器的喷嘴，喷嘴包括内通道、涡流通道、混合区和出口通道，其中喷嘴从入口延伸到出口，涡流通道围绕内通道设置，内通道和涡流通道从入口延伸至混合区，混合区从内通道和涡流通道延伸至出口通道，并且出口通道从混合区延伸至出口。
[0008]这可导致相比于普通射流喷嘴，从喷嘴出口以改进的喷雾质量的燃料喷雾。喷嘴还可提供同一喷嘴内的普通射流喷嘴和涡流喷嘴的优点中的一些，并且可提供两个设计之间的最佳折衷。喷嘴还可制造成小于涡流喷嘴。
[0009]在一个实施例中，喷嘴布置成使得当在使用中时，燃料的30%到75%穿过内通道。在一个实施例中，喷嘴包括附接于出口通道的扩散器，并且其中出口通道从混合区延伸至扩散器。扩散器可加强喷雾角，并且改进与空气的混合，以减少燃烧室中的热点，并且由此延长寿命和减少排放。
[0010]在一个实施例中，内通道的直径小于出口通道的直径。喷嘴的流数可甚至在喷嘴通过铰削内通道来置于燃气涡轮中时校正。
[0011 ]在一个实施例中，喷嘴用于与液体燃料一起使用，如，燃料油、煤油、柴油，或燃料油、煤油或柴油与水的乳状液。乳状液燃料的使用可降低峰值焚烧温度，并且减少排放，特别是NOx。在一个实施例中，出口通道直接通向燃烧室中。
[0012]本发明的第二方面提供了包括如上文所述的喷嘴的焚烧器。在一个实施例中，焚烧器包括围绕喷嘴的出口设置的至少一个防护流体孔。通过防护流体孔提供的防护流体如空气可有助于保护喷嘴和其它邻近部分免受热(当喷嘴未使用时)，并且免受燃料并且免受在使用中时的焦形成。
[0013]本发明的第三方面提供了一种燃气涡轮，其包括燃烧器，该燃烧器包括如上文所述的喷嘴或如上文所述的焚烧器。
[0014]本发明的第四方面提供了一种使用用于燃气涡轮燃烧器的喷嘴的方法，喷嘴包括内通道、涡流通道、混合区和出口通道，并且喷嘴具有入口和出口，其中涡流通道围绕内通道设置，内通道和涡流通道从入口延伸至混合区，混合区从内通道和涡流通道延伸至出口通道，并且出口通道从混合区延伸至出口，该方法包括通过喷嘴给送燃料，并且在燃烧室中燃烧燃料。在一个实施例中，燃料为液体燃料，如燃料油、煤油、柴油，或燃料油、煤油或柴油与水的乳状液。
【附图说明】
[0015]现在将仅经由实例并且参照附图来描述本发明的实施例，在该附图中:
图1示出了根据本发明的包括喷嘴的用于燃气涡轮的焚烧器的一部分的截面；
图2示出了根据本发明的喷嘴的侧视图；以及图3示出了沿A-A的图2中的喷嘴的截面。
[0016]部件列表I喷嘴
2喷嘴载体 3内通道 4涡流通道 5混合区 6出口通道 7燃烧室 8焚烧器 9燃料供应管线 10防护流体孔 12防护流体 14燃料 16混合区轴线 18喷嘴轴线 20入口 22出口 24扩散器。
【具体实施方式】
[0017]图1示出了根据本发明的在用于燃气涡轮的焚烧器8中的喷嘴I。喷嘴包括至少一个内通道3(内轴向入口通道)，其中至少一个涡流通道4(外涡流通道)围绕内通道3的外径延伸。内通道3和涡流通道4从喷嘴入口 20延伸至内通道3和涡流通道4下游的混合区5。混合区5为穿过喷嘴的圆柱形孔，其中混合区圆柱形孔的轴线16垂直于喷嘴的轴线18(还见图2)0
[0018]出口通道6设置在混合区与内通道3和涡流通道4的另一侧处(在混合区5下游)，其中出口通道6从混合区5延伸至喷嘴的出口 22。
[0019]防护流体孔10(防护流体通道)设在喷嘴载体2与焚烧器8之间，用于提供防护流体如冷却空气。喷嘴载体2为燃料供应管线9的一部分。
[0020]图2示出了图1的喷嘴的侧视图，该喷嘴具有如上文所述的特征。图2包括示出喷嘴的壁的内部范围的虚线。图3示出了沿与图1相同的方向的喷嘴的截面视图，但没有包绕的焚烧器。图3还为沿A-A的图2中的喷嘴的截面。可选的扩散器24在图3中示出，在喷嘴的出口下游并且附接在其处。
[0021]上文所述的喷嘴和焚烧器用于在燃气涡轮中使用。例如，喷嘴可用于AEV焚烧器(先进的环境焚烧器)中。喷嘴可用于液体燃料焚烧器中，或作为具有液体燃料喷嘴和气体喷嘴两者的组合的气体和液体燃料焚烧器中的液体燃料喷嘴。
[0022]当在使用中时，燃料14给送穿过燃料供应管线9和喷嘴载体2至入口20，其中其分成两股流，穿过内通道3的主流和穿过涡流通道4的第二流。在分别流过内通道3和涡流通道4之后，主流和第二流在混合区5中再组合。燃料14从混合区5流过出口通道6并且流到燃烧室7中。如果扩散器设在出口之后，则燃料在离开出口通道之后在进入燃烧器之前流过扩散器。
[0023]燃料可为液化燃料如燃料油、煤油、柴油，或燃料油、煤油或柴油与水的乳状液。例如，燃料油可为2号燃料油(S卩，主要由具有10到20个碳原子的链长度的烃分子构成的油)。
[0024]在一些实施例中，大部分燃料穿过内部通道，优选至少75%，更优选至少85%，并且最优选至少95%。其余的燃料穿过涡流通道，大体上至少1%或2%。穿过内通道的最大燃料流部分因此大体上为98%或99%。在其它实施例中，燃料的30%到75%穿过内通道，优选40%到70%，并且最优选55%到60%。例如，一个实施例具有穿过内通道的燃料的58%，以及穿过涡流通道的燃料的42%。这意味着燃料的一部分直接穿过(给送穿过)内通道、混合区和出口通道到燃烧器中。其余的燃料采用相同的路径，除了其穿过涡流通道而替代穿过内通道，在混合区中生成附加的涡流和湍流。这可导致相比于普通射流喷嘴，从喷嘴出口以改进的喷雾质量的燃料喷雾。
[0025]离开喷嘴出口的燃料的涡流，以及燃烧器中的燃料流场中的富燃料区的数量和位置两者基于质量流比(在内通道与涡流通道之间)和涡流通道的数量变化。燃料流场中的富燃料区的位置为重要的，并且富燃料区应当保持远离燃烧器中的其它构件，以使这些构件上的热负载最小化。喷嘴的定向可选择成优化富燃料区的位置和使热负载最小化。
[0026]在如上文所述的喷嘴I的制造方法中，喷嘴I可制造为组成部分或若干单独的部分。大体上，喷嘴I接着附接于喷嘴载体2，喷嘴载体2接着附接于燃料供应管线9。喷嘴I可通过适合的方法如硬钎焊或焊接附接于喷嘴载体2。喷嘴I与喷嘴载体2之间的连结大体上是不透气的。类似地，喷嘴载体2可通过任何适合的方法如硬钎焊或焊接附接于燃料供应管线9。
[0027]在喷嘴插入到燃气涡轮中之前、期间或之后，内通道可铰削来增大其内径，S卩，垂直于喷嘴轴线18的平面中的其直径。如果喷嘴在初始制造之后在公差带外或随后发现在公差带外，则这可为有用的。喷嘴可针对现有的燃气涡轮改造。
[0028]喷嘴大体上为圆柱形或大致圆柱形形状，但其它形状也是可能的。结果，在垂直于喷嘴轴线18的平面中的喷嘴的截面大体上为圆形的，但其它形状也是可能的。喷嘴可为燃烧器的一部分，并且可在喷嘴的出口之后将燃料直接地引导至燃烧室。如果提供扩散器，则燃料通过出口离开到扩散器中并且接着到燃烧室中。
[0029]可提供一个、两个或更多个内通道3。如可在图中所见，内通道可具有小于出口通道的直径。然而，内通道作为备选可具有与出口通道相同或更大的直径。可提供一个、两个或更多个涡流通道4。(多个)涡流通道和(多个)内通道优选为同心的。涡流通道可围绕内通道的整个圆周(关于喷嘴轴线方向)设置。
[0030]混合区5示为穿过喷嘴的圆柱形孔，但可为其它形状并且成其它角，如，长方体或卵形体形状，或无规则形状。
[0031]喷嘴载体2在图1中示为围绕喷嘴延伸并且超过喷嘴的入口20。作为备选，喷嘴载体可延伸直至喷嘴的入口 20，或者可仅延伸喷嘴的长度的一部分(关于喷嘴轴向方向)。如图1中所示，超过喷嘴载体的端部，燃料供应管线继续。喷嘴载体2(燃料供应管线)可围绕喷嘴的整个圆周(关于喷嘴轴线)延伸。如图1中所示，在涡流通道4附近的喷嘴载体的区域中，喷嘴载体(或燃料供应管线的另一部分)大体上提供涡流通道的外极限。作为备选，喷嘴自身的结构可界定涡流通道。喷嘴载体2还可为燃料供应管线9的组成部分。喷嘴轴线18还可为燃料供应管线的轴线。喷嘴和燃料供应管线(喷嘴载体)可为同心的。
[0032]防护流体孔10为可选的，并且喷嘴载体2可直接邻近焚烧器。焚烧器可附接于喷嘴载体。防护流体孔可围绕喷嘴(和喷嘴载体)的整个圆周延伸，或者作为备选，一个或更多个防护流体孔可提供成各个仅延伸围绕整个圆周的路线的一部分。支承件还可设在喷嘴载体与焚烧器之间的防护流体孔中，特别是在其中防护流体孔围绕整个圆周延伸的实施例中。防护流体孔通常比内通道3和涡流通道4离喷嘴轴线18更远。防护流体孔可提供空气环带，防护流体(即，来自内通道和涡流通道的流体)流过该空气环带。
[0033]扩散器可为圆锥形形状(截头圆锥)或另一适合形状，如角锥。扩散器将大体上符合喷嘴的出口的形状。
[0034]所述实施例的各种改型是可能的，并且将由本领域技术人员想到，而不脱离由以下权利要求限定的本发明。
【主权项】
1.一种用于燃气涡轮燃烧器的喷嘴(I)，所述喷嘴(I)包括内通道(3)、涡流通道(4)、混合区(5)和出口通道(6)，其中 所述喷嘴(I)从入口( 20)延伸至出口( 22)， 所述涡流通道(4)围绕所述内通道(3)设置， 所述内通道(3)和所述涡流通道(4)从所述入口( 20)延伸至所述混合区(5)， 所述混合区(5)从所述内通道(3)和所述涡流通道(4)延伸至所述出口通道(6)，并且 所述出口通道(6)从所述混合区(5)延伸至所述出口( 22)。2.根据权利要求1所述的喷嘴(I)，其特征在于，所述喷嘴(I)布置成使得当在使用中时，燃料的30%到7 5%穿过所述内通道(3)。3.根据权利要求1或权利要求2所述的喷嘴(I)，其特征在于，所述喷嘴(I)包括附接于所述出口通道(6)的扩散器(24)，并且其中所述出口通道(6)从所述混合区(5)延伸至所述扩散器(24)。4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的喷嘴(I)，其特征在于，所述内通道(3)的直径小于所述出口通道(6)的直径。5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的喷嘴(I)，其特征在于，所述喷嘴(I)用于与液体燃料一起使用，如，燃料油、煤油、柴油，或燃料油、煤油或柴油与水的乳状液。6.根据权利要求1或权利要求2所述的喷嘴(I)，其特征在于，所述出口通道(6)直接通向燃烧室中。7.—种包括如权利要求1至权利要求6中任一项所述的喷嘴(I)的燃料供应管线(9)。8.—种包括如权利要求1至权利要求6中任一项所述的喷嘴(I)或如权利要求7所述的燃料供应管线的焚烧器(8)。9.根据权利要求8所述的焚烧器(8)，其特征在于，所述焚烧器(8)包括围绕所述喷嘴(I)的所述出口(22)设置的至少一个防护流体孔。10.—种包括燃烧器的燃气涡轮，所述燃烧器包括如权利要求1至权利要求6中任一项所述的喷嘴(I)，或如权利要求8或权利要求9所述的焚烧器(8)。11.一种使用用于燃气涡轮燃烧器的喷嘴(I)的方法，所述喷嘴(I)包括内通道(3)、涡流通道(4)、混合区(5)和出口通道(6)，其中所述喷嘴(I)从入口(20)延伸至出口(22)，所述涡流通道(4)围绕所述内通道(3)设置，所述内通道(3)和所述涡流通道(4)从所述入口(20)延伸至所述混合区(5)，所述混合区(5)从所述内通道(3)和所述涡流通道(4)延伸至所述出口通道(6)，并且所述出口通道(6)从所述混合区(5)延伸至所述出口(22)，所述方法包括通过所述喷嘴(I)给送燃料，并且在燃烧室中燃烧所述燃料。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述燃料为液体燃料如燃料油、煤油、柴油，或燃料油、煤油或柴油与水的乳状液。
【文档编号】F23R3/38GK106091012SQ201610276116
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月29日 公开号201610276116.7, CN 106091012 A, CN 106091012A, CN 201610276116, CN-A-106091012, CN106091012 A, CN106091012A, CN201610276116, CN201610276116.7
【发明人】M.扎贾达茨, D.A.彭内尔, T.C.默茨库斯
【申请人】通用电器技术有限公司