专利名称：截流涡流式燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃烧技术领域。更特别的是，本发明涉及特别是用在燃气轮机中的燃烧器的设计。
背景技术：
燃气轮机已经作为主要的原动机被广泛地运用到固定发电站中。然而，需要对燃烧效率进行改进，为了减少排放量，这将是特别有益的。在为了获得这种改进的各种尝试中，已经试图采用了各种方法和结构，包括测试和商业上的。这些尝试中一些包括通过将热燃烧产物与输入燃料和空气的混合物相混合来利用再循环区域以提供连续点火源。结构装置，例如涡旋叶片、非流线型体以及后部端面刮削步骤(rearward facing steps)通常已经运用于建立再循环区域中以稳定火焰。然而，挑战已经存在于燃料导入方法论和火焰稳定器的结构中，其中所述火焰稳定器的这种结构在降低资本和操作成本的同时能够确保性能(包括可接收的排放量和声学稳定性)。
火焰稳定的标准甚至在以跨音速或者超音速进口条件操作时更为重要。对于操作在这种条件下的燃烧器来说特别需要具有火焰稳定器，其中所述火焰稳定器能够对有效地抵抗外界的流场动力学特性和/或扰动。
因此，理想地是提供一种燃气轮机的燃烧器，特别是包括这样一种燃烧室结构，即在减少不希望的燃烧产物，例如(a)氮的氧化物，(b)部分氧化的碳氢化合物，和(c)一氧化碳的排放的同时，使发动机保持高的燃烧效率。
此外，在这种装置中，这也是有利的，即，对燃烧器进行高效的冷却。这种设计方法提高了燃烧器的使用寿命(并且因此使寿命周期的成本总体降低，同时最大限度地提高了燃烧效率)。
根据特定执行工况下的特殊操作需要，可采用示范性实施例的各种组合或者这些示范性实施例的某些特征的变形来实施前述内容的某些部分(或者甚至全部)。
发明内容
这里所披露的用于燃气轮机的、新颖性的燃烧器设计的一个实施例具有这样一种燃烧器的构造，其中火焰稳定器延伸在内外燃烧室壁之间。在一个实施例中，内外壁的每一个大致都呈圆筒形，并且从而形成了一个环形的燃烧室，在该燃烧室内放置有多个径向延伸的火焰稳定器。
设计之一是利用了进口中心体，其内通过使倾斜的振动(shock)以设计速度从前缘结构侧向向外地延伸至相邻的中心体结构而以预先选择的进口速度获得压缩。在这种情况下，中心体和伴随的非流线型(bluff)体固定在预先选择的、大致匹配的方向上，从而平稳并且连续地获得清洁的压缩进口空气，并且有效并可靠地将燃烧所带来的产物排出。在一种构造中，多个中心体以螺旋角定位在环形的燃烧器壳体内。
环形的燃烧器壳体被简化成，进口中心体的后壁作为燃烧室的上游壁，以稳定火焰。利用从内腔壁向外延伸至外腔壁的进口中心体的后壁，以及采用同样向外延伸在内腔壁和外腔壁之间的第一非流线型体，这样在截流涡流式燃烧器下游处限定了使燃料和空气进行充分混合的一段距离，为燃料与氧化剂提供足够的停留时间以最大限度地防止未完全燃烧物溢出，并提供一般的火焰稳定度。
前面的燃烧室的结构被设计成使燃料和空气进行有效地混合，特别是以超音速进口入流速度进入的燃料和空气的混合。通过利用进口体的后壁，形成了分离流线，该分离流线利用位于前置体和后置体之间的高能锁定的涡动副将进入的冷的来料分离。这种布置提供了更加紧凑的主区域和在延伸的操作范围内理想的火焰稳定度。已发现采用与截流的涡旋的自然旋转方向(naturalrotation sense)相反的方向喷射燃料和/或氧化剂将进一步增强燃料和空气在这种燃烧室内的混合。上述实施例提供了通过增强燃料/空气的混合来获得优于传统方案的增强的燃烧强度。另一个特征是，通过包含在中心体的后壁处延伸或者与中心体的后壁相邻的侧柱的实施例，而使某些主区域热产物更加容易转换成未反应的进口流，以提高效率。在另一变形中，通过利用多个后置非流线型体来提供多个截流涡流腔，这种方案可以但是并不必需利用二次喷射来提高性能。
此外，应该理解的是，虽然描述了这样一种燃烧室，即大致为分段式的环状并且沿着流道在任何所选择的位置处具有大致呈矩形的断面的燃烧室，但是除了刚才所述的外，采用进口体后壁火焰稳定器形的其它设计也是可行的(例如，矩形断面，或者非矩形断面)。然而，通过优化燃烧器容积，即以理想的压力和温度操作以优化放热，同时保持理想的温度分布曲线和排放效果，可以有益地减少采用这种截流涡流式燃烧器的发动机的“高温段”。
在另一实施例中，燃料/空气预混合物以高速通过与进口中心体相邻的进口流体压缩管道被输送，从而，甚至是在燃料具有非常高的火焰速度的情况下，也可以可靠地避免从燃烧器发生逆燃现象。这种高速的入流也可用于从声学的角度出发使上游流的声响同来自燃烧腔的声响相分离。
为了使读者更加充分地理解本发明，以及新颖的特征及其优点，因此，在结合附图对本发明进行考虑的同时，注意力应放到以下的详细说明中，其中图1示出了安装在燃气轮机内的燃烧器部分的局部剖面透视图，该燃烧器准备通过位于内和外燃烧器壁之间的进口接收压缩空气，并且图1还示出了用于接收燃料/空气预混合物的内合外环形通道、以一定的角度偏离的多个燃烧器，以及所采用的进口中心体和两个后置非流线型体，正如这里所教导的，它们每一个都具有以在混合和火焰的稳定性方面起辅助作用的引燃燃料添加剂。
图2示出了这里所教导的具有新颖性的燃烧器的剖面图，此燃烧器示出用在燃气轮机中，该燃气轮机具有压气机，其中压气机带有三个轴向级和一个离心级，同时压缩空气在运动到中心体之前向前通过燃烧器和燃料进口来为燃料-空气的预混合作准备，并且废气在向燃气轮机的前置体排出之前驱动固定在中心轴上的燃气轮机。
图3为现有技术中的截流涡流式燃烧器结构的简要方案，它示出了所采用的喷射到燃烧区域的燃料和空气是怎样被设计成将这种附加流的动量导入到由经过最前部的中心体的大量流(bulk flow)所产生的涡旋方向上。
图4示出了本发明的一个实施例的简要方案，其中燃料和/或空气喷射被设计成将动量投影到与由经过最前部的中心体的大量流所产生的涡旋方向相反的方向上，所带来的结果是相反的涡旋转动。
图5为本发明的一个实施例的透视图，它与刚才在图4中的流动方案类似，但是现在另外包括采用了从最前部的中心体侧向突出的侧柱，此侧柱产生了小的再循环区域，将热的主区域的产物另外混合到进入的管道流中。
图6示出了本发明的另一实施例，现在它示出了所采用的轴向可调的后置非流线型体，其中非流线型体可相对于主非流线型体被调整到适当位置处，以产生所需尺寸的主区域；该图还示出了在后置非流线型体内采用的引燃燃料和冷却空气出口。
在图7中，提供了一种采用简单的非流线型体的燃烧器设计，它就所需的冷却负荷进行了改进，图示它采用了对火焰稳定器表面进行后侧冲击和泻流冷却的组合作用。
在图8中，通过采用以稳定主燃烧区域的引燃燃料喷射器进一步对燃烧器设计进行了改进。
在图9中，通过采用截流涡流设计进一步提高了燃烧器的效率，所述截流涡流设计将对位于前置体(或者中心体)和后置体之间的固定涡流锁定，并且通过将二次流泵送到主区域内增加了带走的管道空气和/或预混合物的量。
图10示出了燃烧器设计，它包括多个位于中心体上游处的燃料混合口，以及通过中心体的燃料添加剂口，以为截流涡流式燃烧器设计提供微量的预混合燃料。
图11示意性地示出了刚才在图10中所披露的截流涡流式燃烧器设计，现在它示出了以正如首先在上面的图1中所述的那种方式与燃气轮机的中心线偏离的燃烧器的中心线，从而在环形空间内提供螺旋流结构以扩展停止燃烧区域从而降低CO的产生。
图12为俯视看去的燃烧器——一个截流涡流式燃烧器构造的局部断面图，它示出了为了提高混合度、燃烧强度以及燃烧效率，而从前置体进行燃油喷射以提高火焰的稳定性，并且还采用从后置体处喷射燃料和/或空气以在截流涡流的涡流的反方向上传递动量。
图13示出了图12刚才所示出的燃烧器，但是现在加入第二后置非流线型体，其中为了提高混合度、燃烧强度以及燃烧效率，第二后置非流线型体利用燃料和/或空气的喷射以在与截流涡流的涡流相反的方向上传递动量。
图14图示性地示出了使燃料和空气以这种方式进行喷射，其中燃料和空气以顺着截流涡流的涡流方向进行喷射以传递动量。
图15示出了独特的截流涡流式燃烧器的一个实施例，其中提供了一种简单的非流线型的前半部(或者中心体)，它具有可拆卸的体模块位置，并且其中后置体具有燃料和空气喷射口。
图16为与图15类似的实施例，它现在示出增加有侧柱，该侧柱从最前部的非流线型前置体侧向突出以为额外的混合产生小的再循环区域。
图17为示范性的拆卸后置流线型体的局部剖面透视图，它示出了冷却空气进口以及燃料和空气喷射口的位置。
图18为沿图17的线18-18剖开的局部剖视图，现在它示出了燃料和空气通道，以及成角度布置的冷却空气出口以增加环绕在后置非流线型体周围的冷却空气的流量。
图19为后置非流线型体的局部侧视图，现在它示出了冷却空气出口的方向，以及几个引燃燃料出口。
图20描述了与图16中所示类似的另外一个实施例，该实施例包括采用了与前置体相邻的侧柱，但是现在它还另外示出了采用第二后置体以提供具有理想长度的二次截流涡流式燃烧器。
图21示出了图16中所示的前置体，该前置体位于断面形状为方形的燃烧器内。
图22示出了第二后置体的一个实施例，其中仅提供有冷却空气孔，即，在此第二后置体的实施例中没有喷射燃料和/或空气(除了冷却空气外)。
图23图示性地示出了进行测试的基线TVC构造的NOX指标(performance)与主区域(前端)当量比(φfe)之间的关系，这里φfe＝整个燃料/前端空气。
图24图示性地示出了进行测试的基线TVC构造的CO指标与主区域(前端)当量比(φfe)之间的关系。
图25图示性地以汇总的方式示出了在所进行的基线TVC测试中NOX与CO之间的关系。
图26图示性地示出了在所进行的基线TVC测试中燃烧效率与强度参数之间的关系。
图27图示性地示出了在CO低于50ppm的情况下，在所进行的TVC测试中NOX与CO之间的关系。
图28图示性地示出了对于两个不同的TVC构造，即没有柱的截流涡流式燃烧器与具有柱的截流涡流式燃烧器的燃烧效率与强度参数之间的关系。
图29图示性地以汇总的方式示出了正如这里所教导的在具有柱的截流涡流式燃烧器的测试中NOX与CO之间的关系。
前面的附图仅仅是示范性的，它包含可根据不同场合在实际的实施过程中出现或略去的各种元件。所作的尝试是将附图以这种方式进行绘制，即示出至少那些对于理解本发明的各种实施例和方面很重要的部件。然而，也一并示出了各种其它元件和参数并且对其进行了简要的说明以使读者能够理解为了提供燃气轮机有效、可靠的燃烧器，各种可选择的特征是如何被利用的。
具体实施例方式
图1提供了燃气轮机的截流涡流式燃烧器30的示范性实施例的详细视图。由参考字母A所指示的通常为压缩空气A的进口流体通过限定于内进口壁36和外进口壁38之间的进口34被输送。在进口34的下游处，进口流体A被分为三股流，即外部冷却空气供给流B、燃烧空气供给流C以及内部冷却空气供给流D。前缘40和42因而使进入的空气发生分离。外部冷却空气供给流包含在限定于燃烧器外壁46和外部增压室壁48之间的外部增压室44内。内部冷却空气供给流D包含在限定于燃烧器内壁52和内部增压室壁54之间的内部增压室50之间。如图所示，壁48、46、52和54中的每一个都通过所需直径的管状的圆筒部分被置于固实部分内以将其它部件安装在所需尺寸和功率输出的燃气轮机内。燃烧器内壁52和燃烧器外壁46的位置提供了环形燃烧器壳体60，在此壳体内安置有多个进口中心体62(也称为“前置体”)。这些中心体62从壁52延伸至壁46，并且如图所示，它们相对于燃烧器壳体60的纵轴中心线64以螺旋角偏移。一适合的角度阿尔法(α)大约为30度(30°)。
在所涉及的环境条件很重要的情况下，为了获得燃烧的适当条件，并且同时产生低污染的燃烧产物，燃料供给系统提供了预混合级，其内燃料和燃烧空气在流经中心体62之前进行预混合。在这个级中，图10更清楚地示出了，燃料喷射器70将燃料F加入到进口流体中，其中所述进口流体通常为空气A或者其它不含氧化剂流的燃料(但是它可以含有一些高价值的燃料，例如氢，或者一些低价值的燃料，例如煤床甲烷、煤矿吹扫气、掩埋物甲烷、生物体产生的燃气、质量较差的天然气，或者其它低级燃料)。为了以操作可靠的方式执行实际的燃烧步骤，压缩的进口燃料空气的预混合物的速度优选地是应该在介于燃烧室72和燃料/空气混合物输送点之间的混合点处较高，从而减少或者避免火焰前缘从燃烧室72朝燃料喷射器70的情况。在这里所述的示范性发动机设计中，当以这里所述的适当条件操作时，那么在扩散部分74的驻留时间过短从而不能在所规定的驻留时间内引发自动点火过程。此外，扩散器74的设计以及进口部分76、78的空气动力学性能不益于火焰的稳定性。
为了稳定进口中心体80的后壁104下游处的燃烧过程，通过提供燃烧室72使得通过燃烧室72的气体速度降低，其中所述燃烧室72具有大致比此处的进口管道76和78的横截过流面积大。如图10所示，为了有足够的驻留时间以基本上最大限度地减少燃烧室72内的一氧化碳的产生，于是用固定的再循环区域限制被截流的涡流V，并且为了使排出的燃烧气体中残留的CO达到环境可接收的低残留水平，使燃烧终止区LBz的长度适中。
起初，我们决定，甚至是在没有截流涡流腔的情况下，通过采取图7和8所示的构造，将燃烧器内的主混合带“LPz”的长度大大地缩短。这些附图是沿着燃烧器内侧看去的剖面图，例如如果燃烧器是以在图1中第一次出现的方式被径向地安装，那么这些附图是这里所教导的示范性燃烧器100向下看去得到的视图。燃烧器100位于第一壁122和第二壁124之间、中心体128的后壁126的后方。在一个实施例中，中心体128的后壁126包括可操作地以与冷却气源相通的穿孔壁130(例如，通过对中心体128的内部空间133加压)，正如图7中的参考箭头142所示，通过使用内部后部140中的穿孔138来对后部126进行冲击冷却。可替换地是或者此外，如通过使冷却空气流144穿过后部126内的穿孔146来对后壁126施行泻流冷却。采用具有穿过其中的冷却通道138的内部后壁140，对中心体128的后壁/火焰稳定器126结合进行冲击和泻流冷却以加大冷却力度，这对于在如这里的其它附图所示的许多结构中都是非常有用的。虽然这种简单、坚固的非流线型体的燃烧器设计容易确定所需进口速度的大小，但是由于主区域的长度不如它所要求的那样紧凑，并且可能还会遇到不稳定的涡旋分离以及主区域强度的降低，因此预期的燃烧效率会低于最优效率，因而，对于许多商用重要的燃烧器设计来说，这并不是最优的设计。因而，燃烧效率可能会低于最优效率。这样，燃烧强度将会下降，特别是在与下述的新颖的截流涡流式燃烧器相比时。
现在参考图9，已研发出了一种示范性的燃烧器200。燃烧器200利用后置体202对涡流204和206进行截流。此燃烧器200的构造相对于图7和8所示的简单的非流线型体的构造来说，通过燃烧器200压降较低。另外，火焰稳定性也通过对位于中心体(或“前置体”)128的后壁126以及后壁202之间的下游的涡流204和206进行了锁定而被提高。并且，通过为前置体202提供了足够大的后向(流向)空间，因此，就提供了长度为LBz的燃烧终止区。因此，就产生了燃烧器效率相对较高的紧凑的主区域Pz。值得注意的是，在利用涉及上面的附图7和8首次所讨论过的联合采用冲击和泻流的冷却方法对这里的此设计和其它设计也是有利的。
在图9中，由于采用了高紊流的主区域使得每单位燃烧器容积的有效的燃烧和的高释放热量成为可能。重要地是，正如在图10要进一步说明的，喷射冲击以及泵作用可使燃烧器的效率至少增加至99％或者更高，并且更优选的是，至少增加到99.5％或者更高。
通过比较图4至图9，相对于图4所示的设计可以容易地注意到对现有技术的一个改进。在图4中，提供了一种燃气轮机的截流涡流式燃烧器300。燃料供给系统用于气体燃料F的输送。燃料输送系统具有预混合级，其中来自燃料供给系统的燃料F从燃料供给结构302中喷出并且与进口空气A相混合从而在一个或多个截流涡流腔中的第一个306的上游处提供了微量的预混合物204。这里，第一截流涡流腔303位于后置体310的后壁306的后方。具有前壁312的第一后置体非流线型体310限定了后部或第一截流涡流腔303。由于预混合物大量流经前置体308，因此，出现了预定的大量的向内流动的涡旋方向，它们以参考箭头320和322的方式被示出。它利用与燃料供给系统相通的流体内的一个或多个引燃喷射器330，提供了至少一个引燃燃料级。一个或多个引燃喷射器330中的每一个中的至少一个被构造成将燃料喷射到所述一个或多个截流涡流腔中的第一个306内。如图4所示，引燃喷射器被构造成以参考箭头332和334所示的方向将燃料喷射到一个或多个截流涡流腔中的第一个306内，其中所述所述截流涡流腔被定位成，使来自引燃喷射器330的射流在与预定方向上的大量流体涡旋方向的相反方向上提供燃料和燃烧气体的动量。这里，虽然引燃喷射器的数目可根据必须提供的混合度以及获得所需的燃烧效率，以及提供适当数量的辅助燃料来进行调整，但是这里仅给出了两个引燃喷射器。例如，已经发现，在大量的预混合物中所必需的气体燃料占95％是可以接受的，并且在这种情况下，大约占5％的所必需的气体燃料是由燃料供给系统的引燃燃料喷射器级来提供的。
图5为如图4中所示的示范性截流涡流式燃烧器的局部剖面透视图，它更加清楚地示出了所采用的第一和第二柱340、342，其中所述柱呈局部翼型的构造，并带有如果存在前置体308的情况下基本上与其后壁306共面的后壁344。柱340和342对另外的涡流位置进行导向，从而将涡流350和352截流。注意的是，流场将是三维的，它不仅仅在这里为示出和说明的目的而显示的横向方向上。可替换的是，提供了圆柱状的销子形柱360。此圆柱状柱360布置于前置体308的后壁306的上游处并与其间隔长度为SL，并且，如果需要的话，那么柱340和342可以类似地布置在后壁306的上游处。如图所示，柱，无论是340还是342或者是360都从前置体308的第一或者第二侧壁362、364，如图5所示，向外延伸至燃烧器300的外侧壁370和372。应该理解的是，如图4中示出的燃烧器优选地是可对后壁306按照如图7、8、9中所教导的冷却技术对后壁306进行冷却。
将注意力再次放到图5上，这里燃烧器300具有一个或多个与前置体308相邻的导管通道380。这些通道在此结构中一侧被限定在壁364和372之间，另一侧被限定在壁362和370之间，并且这两侧都限定在燃烧器的底部380和顶部382之间。前置体的后壁306定义了限定于底部380和顶部382、以及侧壁370和372之间的具有横截面积的翻转平面(dump plane)。翻转平面的横截面积等于(i)前置体后壁306的横截面积与(ii)与前置体后壁306相邻的一个或多个导管通道所有的横截面积之和。将前置体后壁306的横截面积除以翻转平面的整个横截面积所确定的阻塞比超过60％。在一个实施例中，阻塞比大约为63％。
现在将注意力放到图6上，此处燃烧器400具有独有的截流涡流腔403，该截流涡流腔具有容积调整装置。此实施例好像是沿图6的线6-6剖开的，但是它具有另一可调整的后置体非流线型体410。后置体非流线型体410具有基本为I形横梁状的结构，其中具有用于密封上部顶部密封面416的上部突缘412，所述突缘带有下部密封面414。下部突缘422具有用于密封底部下密封面426的上部密封面424。顶部430和底部432其间具有有边壁434和435相对于顶部形成的间隙、边壁236和437相对于顶部形成的间隙，相对于顶部和底部，后部非流线型体410的实际位置可在参考箭头440的方向上向前调整，也可在参考箭头442的方向上向后调整。通过伺服马达448以及适合的传动装置，例如作用在上部凸缘412的凹形齿452上的涡轮450的作用下进行调整操作。此构造允许就燃烧器的效率而言调节涡流腔303的尺寸。
图11示出了所采用的位于侧壁506和508之间的多进口中心体500和502，其中所述中心体以螺旋角阿尔法(α)相对于燃气轮机或者其它发动机的中心线偏移。燃气轮机中的此螺旋角可以达到30度或者更大。如图所示，后置体510和512位于中心体500和502的火焰稳定器的后壁514和516的后部，从而对后壁514和后置体510之间、以及后壁516和后置体512之间的涡流进行截流。
在图12中，进口中心体610具有示范性的增强的双壁火焰稳定器的后壁600，该后壁在第一壁603内具有冲击冷却通道602，在第二壁605内具有泻流冷却通道604。同时还具有引燃燃料口612、614。另外，具有引燃燃料口622和624的后置体620对燃烧器630进行截流涡流操作。
在图13中，示出了示范性的双非流线型体构造。这里同时示出了第一非流线型体620和第二非流线型体700。此示范性实施例可利用正如上面图12所示出的双壁火焰稳定器后壁600的构造。然而，除了上面图12所示出的第一再循环区域720外，第二非流线型体700用于产生第二再循环区域710。此构造允许进一步提高燃烧效率。
为了给出背景技术以及参考的作用，图14图示性地示出了现有技术中的截流涡流式燃烧器设计，此设计采用这样的一种基本构思，即使燃料和空气的喷射以这种方式，其中燃料和空气被这样导向以使得喷射流体射流在与截流涡旋方向一致，而非相反的方向上将动量传递给涡旋气体的方式进行。然而，在本发明中已经发现，通过证明使燃料和/或空气的喷射这样被导向以使得将射流在与截流涡流的涡旋方向相反的方向上，而不是一致的方向上将动量传递给涡旋气体可以提高燃烧强度和效率。
图15示出了独特的截流涡流式燃烧器800的一个实施例，其中该燃烧器具有简单的非流线型前置体(或者“中心体”)802，所述中心体带有可拆卸的模块位置804用于提供给可拆卸的后壁部分805。中心体802具有侧壁804和806，它们和燃烧器侧壁810、814一起限定了导管通道816。第一后置体820具有燃料通道830以及燃料喷射器832。一部分燃烧器(burner)燃料或者引燃燃料可位于喷射器832处。同时在第一后置体820内还具有与冷却空气供给系统相连的冷却空气通道840以及输送冷却空气用于对后置体非流线型体820进行薄膜冷却的冷却空气喷射口842。多个穿孔842与冷却空气供给系统流体地相通，从而多个穿孔对第一后置体非流线型体820的壁，特别是前壁821进行冷却。在图19进一步示出的此实施例中，穿孔842具有通道843，此通道以所选择的倾角(即，相对于作为图15中示出的中心线850的纵向流线的上下位置)以及偏转角(即，相对于作为图15中示出的中心线850的纵向流线的左右位置)相对于所述第一后置体非流线型体的所述前壁位于出口的上游处。在一个实施例中，穿孔的倾角在上游方向向上位置处大约为30度。在此实施例中，提供相对于一侧或者另一侧大约呈30度的偏转角布置的穿孔也是有利的，从而冷却薄膜以顺时针方向或者反时针方向绕非流线型体820进行循环。通常，这种穿孔具有统一的倾角和偏转角，从而产生扫过所述第一后置体非流线型体的所述前置体的均匀冷却空气薄膜。然而，如图18进一步示出的那样，统一的倾角和偏转角可反向地位于第一侧860和第二侧862上(即一侧的上方和另一侧的下方)以产生用于薄膜冷却的涡旋作用。在这种情况下，上角(Ω)可被设置成与下倾角(β)相等，但是优选地是，涡旋方向基本上保持一致。
现在回过来看图16，此实施例与图15中的类似，但是现在它示出了一种改进后的燃烧器801，这种燃烧器利用增加的柱870和872来为热的燃烧气体的额外混合产生小的再循环区域从而提高燃烧效率，其中所述柱从前置体的非流线型体的后置体侧向地突出。如图所示，这些柱870和872与图5中所述的柱340和342类似。
图17为示范性的可拆卸的后置体非流线型体820的局部剖视图，它示出了冷却空气喷射口842和燃料喷射口832的位置。图18为沿图17的线18-18剖开的局部剖视图，现在它示出了燃料和空气通道830、840，并且对冷却空气出口进行了更为详细地示出，其中所述冷却空气出口正如上面所述与环绕在后置体非流线型体周围的冷却空气的增强流成一定角度。图19为后置体非流线型体820的局部侧视图，现在它示出了冷却空气出口842的方位，以及几个引燃燃料出口832。
图20描述了燃烧器803的另一实施例，该燃烧器与图16中示出的类似，包括采用了与前置体802相邻的侧柱870和872，但是它还另外示出了所采用的第二后置体880，此第二后置体具有前壁882以在第一后置体820的壁882和后壁884之间提供了二次截流涡流式腔体882，因此提供了具有理想长度的截流涡流式燃烧器。
如前面提到的TVC燃烧构思根据脱离于非流线型体的抑制涡流(inhibiting vortex)，否则会降低主区域的稳定性并且因此永久地限制系统的工作包络线(operating envelop)。对于大多数燃烧系统来说，宽的工作包络线都是非常理想的，特别是对于由于部分功率需求的地面用的燃烧系统。此外，存在于前置体和后置体(参见图16)之间的强烈的燃烧活性应该用作一种便于在冷的来料和热的燃烧产物之间的相互作用的机制，由此激励竞争性的排放水平。为了评估性能，空气-燃料(A/F)的比值由按化学计量组成的空气-燃料(A/F)比进行标准化以获得当量比，φ＝(A/F)化学计量组成/所测得的(A/F)。采用这种定义，φ＞1意味着富燃料操作，φ＜1意味着贫燃料操作。总的来说，当混合物贫乏时最大效率出现，不幸的是，在整个一定微量混合物范围内NOX产生量增长，虽然由于燃烧温度随着混合物量逐渐下降而进一步降低，但是NOX产生量也下降。因此，如这里所教导的改进的TVC燃烧器设计是对现有技术的重大改进，它在降低了不需要的排放物的同时使贫混合物进行有效地燃烧。
根据对两个TVC构造进行的具体测试而进行讨论，其中所述两个TVC构造，一个是如图15中示出的，另一个是如图16中示出的，并且图16中示出的具有位于翻转平面以进一步增强混合度的侧柱。
首先，根据图15中示出的TVC，对基本的TVC和非流线型体装置进行了两个测试。利用预混合燃料系统和TVC燃料支管来完成燃料的加入工作。利用无非流线型体的燃料加入(进行了部分预混合)或者利用扩散引燃加入燃料(diffusion piloting)。所有的测试都以5％(整个空气的3.5％)的前端空气加入到TVC，95％的前端空气加入到供给通道为主题。对三个不同的主区域(前端)的当量比(φfe)点进行测试(0.51，0.55，0.60)，其中在TVC内进行改变以达到规定的主区域(前端)当量比(φfe)的主加入燃料部分。整个TVC(图16中具有柱的构造以及图15中无柱的构造)测试中，内衬冷却空气负荷维持在25％(整个空气流量的百分比)。已尝试将加入到TVC的空气升高至10％前端空气载荷，但是这种尝试是徒劳的，原因是爆裂(blow out)和/或硬件超温(内衬和/或IE模块热电偶)。应该注意到从整个所有的变化范围(excursions)来看，由于热释放和/或燃料加入(当量比)的位置不同，沿着燃烧器长度方向上的内衬温度是不均匀的，其变化范围在800°F至1700°F(427℃至927℃)内。可获得全燃烧压力(每平方英寸275磅的绝对压力或者1900千帕斯卡的绝对压力)以及预热温度(761°F或者405℃)。
图23和24表示在此结构下所获得的所有数据的NOX和CO排放量分别与主燃烧区域(前端)的当量比(φfe)之间的关系，其中不考虑TVC/通道燃料分离(splits)。注意的是，排放量被校正为15％的O2标准。NOX排放量证明具有增长的主区域(前端)当量比(φfe)或者前端火焰温度的典型性能增加主区域的火焰温度由于主要NOX产生机制，因此就增加了NOX的排放量。相反地，CO排放量证明了相反的趋势，此趋势对于动态CO的产生又是典型的。明显地是，在测试的整个范围内，不会获得均衡的CO产生机制，由此CO的水平开始随着温度上升。注意的是，y轴采用对数刻度是由于随着混合物的量的减少，CO的水平快速上升。
图25通过绘制NOX与CO的排放量关系的曲线图对主要当量值(0.51，0.55和0.60)内的三种变化范围进行了汇总。在基于每一通道的当量比时，这时φ主要＝通道燃料/通道空气，在致力于使每一设计图表中都保持整个燃料水平恒定的过程中，进行了在基于TVC的当量比，φtvc＝TVC燃料/TVC空气下的变化范围。这导致在TVC当量比为0.51-1.5内变化范围较宽。明显地是，较低的当量比设置已经对CO的产生量产生了明显地影响，这是由于在整个范围内产生的高水平(数百ppm)所导致的。在增大整个、前端当量比，由于混合物有效地“燃尽”或者CO转换成CO2，因此使得CO的产生量适当下降。
最优燃料分离是在采用了主当量比，φ主要＝0.6的情况下获得的，由此，记录了校正为15％的O2的28/28ppm的同时产生的NOX/CO值。参见图27，其下方为前面的附图的放大视图。注意的是，为了清楚起见已将主当量比φ主要＝0.51曲线从所设置的数据中去掉。
在装置(图26)中的最后那幅图表示了基于排放量的燃烧效率与强度参数(SP)的关系，其中SP由Roquemore等在2001年定义，其定义如下SP＝(Pcomb/14.7)0.26808*exp(T进口/257.693)*0.0581*φoa*(φtvc/φoa)0.291096实质上，强度参数模仿负荷参数，此负荷参数有效地对各种燃料/空气的编排研究进行了标准化。清楚地示出了由于负荷参数从7.0上升到8.0，效率也有效地发生上升现象，此后，它又呈下降水平。由于在增加加入燃料的作用下，紊流以及随之的TCV区域(介于非流线型体和后置体之间的区域)的燃烧活性的增强，使得效率升高。然而，更重要地是，证明了效率的水平高(＞99.5％)。总的来说这是由于相对于如轴流和/或径流式预混合器的构思而言，这里所提供的新颖性设计具有优良的性能所导致的。
参考图16中示出的设计，即具有柱的TVC，根据数据确信，要求主要和高能中心气流与冷的、共流通道流的反应能进一步增强以完全开发出TVC构思的优点。当介于前置体和后置体之间的热的、紊流的燃烧产物被更有效地分配到通道流内时，燃烧的强度将更强并且效率也将更高。此外，由于点火在内衬中开始较早，因此为燃烧的终止留出了更充裕的时间，这样增强的反应将减少CO的排放量。在此测试中，4根直径为0.25英寸的杆被作为柱安装在翻转平面处，跨越相等的过流面积从而作为将热的TVC燃烧产物导入到通道流的导管。单排冷却孔842沿着杆的轴线进行布置(参见图21，用于相似的构造)从而确保在燃烧温度下部件的可靠性。表1示出了用于实现此硬件构造的实际数据点。对于所有的点而言，保持的燃烧压力大约为每平方英寸上270磅的绝对压力(1860千帕斯卡的绝对压力)以及0.75的TVC当量比(φtvc)。在建立了这些基线条件后，在整个对通道或者主当量比(φ主要)的调整中，执行前端当量比中的变化范围。
下面图28对这种修改结果与早先示出的基线TVC结构进行了比较。另外，还勾勒出与强度参数，SP相比的燃烧效率。清楚地示出了，相对于前面的趋势(runs)，现在的燃烧效率的范围更大了接近100％；与之前相比，接近优异燃烧效率的区域延伸至较低的强度参数值。
也许此构造的性能收益能由绘制CO与NOX(校正为15％的O2)之比的曲线图来得到最大程度的证明，将在相当大的化学计量范围内获得此性能收益，这远远超过了所有现有技术中的构造(TVC或者非流线型体)。此外，甚至可以获得并且超过10ppm NOX/10ppm CO的极限。此曲线证明了两种CO产生机制等量产生用于较丰富的混合物，动态产生用于较贫的混合物。鼓励冷热来料之间的相互反应的重要性已经得到了清楚的证明。
已经完成了三种硬件构造的燃烧测试。测试从最简单的火焰稳定器(非流线型体，即图7)开始，其中该火焰稳定器在预期成功水平下具有63％的阻塞比。正常情况下可获得超过99％的燃烧效率，但是器燃烧废气排放量不具有竞争力。第二测试组对TVC构思进行了评估，其中该TVC依靠将涡动副锁定在前置体和后置体之间(即，图15)。此构造导致排放水平从数百(非流线型体构造的特性)下降到20-30ppm的范围，同时导致收益为整个燃烧效率(＞99％)。已知促进高紊流TVC和管道流之间的反应对于效率的收益是有利的，这导致了对第三种构思进行评估，第三种构思利用位于通道本身内的柱(图4，5和16)。为了测试的目的，将杆作为柱，正如图4所示。所示的这些受保护的管道能够有效地增加进入的冷的预混合物流和热的循环燃烧气体之间的反应。所产生的排放量水平(低于10ppm NOX/CO以及高的燃烧效率(＞99.9％))已经证明了这种构思在可能用于工业燃气轮机中的成功性。
应该理解的是，这里所述的燃烧器设计的各个方面和实施例对于现有技术的截流涡流式燃烧器来说都是重要的改进。虽然仅仅详细地描述了几个示范性实施例，但是各种细节都充分地出现在附图中和说明书中，并且这里附图和说明书中的内容能够使得本领域的普通技术人员使用和利用本发明，这并不需要费过多的笔墨在说明书中进一步说明。重要的是，这里所述以及所要求的方面和实施例可在不从本质上偏离本发明所提供的新颖性的教导和优点的前提下根据那些示出的内容进行修改，并且在不偏离本发明的精神或者本质特性的前提下可以其它方特殊形式将本发明具体化。因此，这里所列出的实施例在所有的方面都被认为是示例性的而不是局限性的。这些披露的内容意在覆盖这里所述的结构并且不仅是它的结构等同物，还包括等同的结构。根据上面的教导数个改进和变形都是可行的。因此，应理解的是，在所附权利要求的范围之内，本发明除了这里详述的外可以进行其它实践。因此，正如出现在所附权利要求中、通过附图示出以及前述说明的本发明的范围意在包括对所提供的实施例进行的变形，然而其中所述实施例是通过广义的说明进行描述的，并且其范围恰当地用于解释下面所提出的权利要求中的明显含义。
权利要求
1.一种截流涡流式燃烧器，所述截流涡流式燃烧器包括(a)一个或多个截流涡流腔室；(b)提供进口空气的空气供给系统；(c)用于提供气体燃料的燃料供给系统，所述燃料供给系统包括(i)预混合级，其中来自所述燃料供给系统的燃料与所述进口空气相混合以提供位于所述一个或多个截流涡流腔室中的第一个的上游处的微量预混合物；(ii)至少一个燃料级，其包括一个或多个与所述燃料供给系统流体地相通的喷射器，所述一个或多个喷射器中的至少一个被构造为将燃料喷射到所述一个或多个截流涡流腔室中的第一个内；(d)所述一个或多个截流涡流腔室中的所述第一个被构造为以预定方向提供大量流体涡旋；(e)所述一个或多个喷射器中的所述至少一个被构造成将燃料喷射到所述一个或多个截流涡流腔室中的所述第一个内，其中所述涡流腔室的方位被定位成能够使来自所述至少一个喷射器的射流在与所述大量流体涡旋预定方向相反的方向上提供燃料和燃烧气体的动量。
2.如权利要求1所述的燃烧器，还包括与所述燃料供给系统流体地相通的两个或多个喷射器，所述两个或多个喷射器的每一个提供燃料的射流以在与所述大量流体涡旋预定方向相反的方向上提供动量。
3.如权利要求1所述的燃烧器，其中所述燃烧器包括具有后壁的前置体，以及具有前壁的第一后置体，并且其中所述一个或多个截流涡流腔室中的第一个位于所述前置体后壁和所述后置体前壁之间。
4.如权利要求3所述的燃烧器，其中所述燃烧器包括具有前壁的第二后置体，并且其中所述第一后置体还包括后壁，其中所述一个或多个截流涡流腔室中的第二个位于所述第一后置体的所述后壁和所述第二后置体的所述前壁之间。
5.如权利要求4所述的燃烧器，其中所述燃烧器包括至少第一燃料级和第二燃料级，并且其中所述第二燃料级提供了至少一个燃料喷射器以将燃料供给到所述一个或多个截流涡流腔室中的所述第二个中。
6.如权利要求3所述的燃烧器，其中所述燃烧器包括与所述前置体相邻的一个或多个导管通道，并且其中所述前置体后壁限定了具有横截面积的翻转平面，并且其中所述翻转平面的所述横截面积为(i)所述前置体后壁的横截面积和(ii)与所述前置体后壁相邻的一个或多个导管通道的横截面积之和，并且其中通过将所述前置体后壁的横截面积除以整个翻转平面的横截面积所确定的阻塞比超过60％。
7.如权利要求5所述的燃烧器，其中所述阻塞比大约为63％。
8.如权利要求3所述的燃烧器，其中所述前置体的所述后壁由泻流冷却进行冷却。
9.如权利要求3所述的燃烧器，其中所述前置体的所述后壁由冲击冷却进行冷却。
10.如权利要求3所述的燃烧器，其中所述第一后置体由泻流冷却进行冷却。
11.如权利要求3所述的燃烧器，还包括一个或多个从所述前置体向外延伸的侧柱。
12.如权利要求11所述的燃烧器，其中所述侧柱从与所述前置体后壁相邻的位置处向外延伸。
13.如权利要求11或12所述的燃烧器，其中所述侧柱包括圆柱形销。
14.如权利要求11或12所述的燃烧器，其中所述侧柱包括具有下游端部的局部翼型。
15.如权利要求3所述的燃烧器，其中所述前置体还包括充分地密封固定在所述前置体的所述后壁上的外侧壁，以形成位于所述前置体内的可加压的冷却空气增压室，所述冷却空气增压室与所述前置体的所述后壁流体地相通，从而对所述前置体的所述后壁提供冲击冷却。
16.如权利要求3所述的燃烧器，其中所述后壁包括多个在所述可加压冷却空气增压室和所述一个或多个截流涡流腔室中的所述第一个之间流体地相通的穿孔，所述多个穿孔被构造成对所述前置体的所述后壁提供泻流冷却。
17.如权利要求16所述的燃烧器，其中所述穿孔相对于所述后壁以选定的倾角和偏转角设置。
18.如权利要求17所述的燃烧器，其中所述穿孔的所述倾角大约为30度以上。
19.如权利要求18所述的燃烧器，其中所述偏转角大约为30度。
20.如权利要求17所述的燃烧器，其中所述穿孔以统一的倾角和偏转角设置，从而产生扫过所述前置体的所述后壁的冷却空气薄膜。
21.如权利要求3所述的燃烧器，还包括冷却空气供给系统，并且其中所述第一后置体非流线型体包括多个与所述冷却空气供给系统流体地相通的穿孔，所述多个穿孔被构造成对所述第一后置体非流线型体的所述前壁提供泻流冷却。
22.如权利要求21所述的燃烧器，其中所述穿孔相对于所述第一后置体非流线型体的所述前壁以选定的倾角和偏转角设置。
23.如权利要求22所述的燃烧器，其中所述穿孔的所述倾角大约为30度以上。
24.如权利要求23所述的燃烧器，其中所述偏转角大约为30度。
25.如权利要求22所述的燃烧器，其中所述穿孔以统一的倾角和偏转角设置，从而产生扫过所述第一后置体非流线型体的所述前壁的冷却空气薄膜。
26.一种燃气轮机的截流涡流式燃烧器，所述燃烧器包括(a)至少一个前置体，所述至少一个前置体具有可拆卸的后壁部分；(b)至少一个后置体非流线型体；(c)一个或多个截流涡流腔室；(d)供给进口空气的空气供给系统；(e)用于供给气体燃料的燃料供给系统，所述燃料供给系统包括(i)预混合级，其中来自所述燃料供给系统的燃料与所述进口空气相混合以提供位于所述一个或多个截流涡流腔室中的第一个的上游处的微量预混合物；(ii)至少一个燃料级，其包括一个或多个与所述燃料供给系统流体地相通的喷射器，所述一个或多个喷射器中的至少一个被构造为将燃料喷射到所述一个或多个截流涡流腔室中的第一个内；(f)所述一个或多个截流涡流腔室中的所述第一个被构造为以预定方向提供大量流体涡旋；(g)所述一个或多个喷射器中的所述至少一个被构造成将燃料喷射到所述一个或多个截流涡流腔室中的所述第一个内，其中所述涡流腔室的方位被定位成能够使来自所述至少一个喷射器的射流将燃料和燃烧气体的动量提供给所述截流涡流腔室。
27.如权利要求26所述的燃烧器，其中所述一个或多个喷射器中的至少一个被构造成在某一方向上将燃料喷射至所述一个或多个截流涡流腔室内，其中所述截流涡流腔位于这样的方向上，即它能使得射流在与所述大量流体涡旋预定方向相反的方向上提供来自燃料和燃烧气体的动量。
28.如权利要求27所述的燃烧器，还包括与所述燃料供给系统流体地相通的两个或多个喷射器，所述两个或多个喷射器的每一个提供燃料射流以在与所述大量流体涡旋预定方向相反的方向上提供动量。
29.如权利要求26所述的燃烧器，其中所述至少一个后置体非流线型体包括至少具有前壁的第一后置体，并且其中所述一个或多个截流涡流腔室中的第一个位于所述前置体的可拆卸后壁部分和所述第一后置体前壁之间。
30.如权利要求29所述的燃烧器，其中所述燃烧器包括具有前壁的第二后置体，并且其中所述第一后置体还包括后壁，其中所述一个或多个截流涡流腔室中的第二个位于所述第一后置体的所述后壁和所述第二后置体的所述前壁之间。
31.如权利要求30所述的燃烧器，其中所述燃烧器包括至少第一燃料级和第二燃料级，并且其中所述第二燃料级提供了至少一个燃料喷射器以将燃料供给到所述一个或多个截流涡流腔室中的所述第二个中。
32.如权利要求29所述的燃烧器，其中所述燃烧器包括与所述前置体相邻的一个或多个导管通道，并且其中所述前置体后壁限定了具有横截面积的翻转平面，并且其中所述翻转平面的所述横截面积为(i)所述前置体后壁的横截面积和(ii)与所述前置体后壁相邻的一个或多个导管通道的横截面积之和，并且其中通过将所述前置体后壁的横截面积除以整个翻转平面的横截面积所确定的阻塞比超过60％。
33.如权利要求32所述的燃烧器，其中所述阻塞比大约为63％。
34.如权利要求26所述的燃烧器，其中所述前置体的所述可拆卸后壁由泻流冷却进行冷却。
35.如权利要求26所述的燃烧器，其中所述前置体的所述可拆卸后壁由冲击冷却进行冷却。
36.如权利要求26所述的燃烧器，其中所述第一后置体非流线型体是可拆卸的。
37.如权利要求36所述的燃烧器，所述第一后置体由泻流冷却进行冷却。
38.如权利要求26所述的燃烧器，还包括一个或多个从所述前置体向外延伸的侧柱。
39.如权利要求38所述的燃烧器，其中所述侧柱从与所述前置体后壁相邻的位置处向外延伸。
40.如权利要求38或39所述的燃烧器，其中所述侧柱包括圆柱形销。
41.如权利要求38或39所述的燃烧器，其中所述侧柱包括具有下游端部的局部翼型。
42.如权利要求1或26或38所述的燃烧器，其中所述燃烧器具有矩形的断面形状。
43.如权利要求26所述的燃烧器，其中所述前置体还包括充分地密封固定在所述前置体的所述后壁上的外侧壁，以形成位于所述前置体内的可加压的冷却空气增压室，所述冷却空气增压室与所述前置体的所述可拆卸后壁流体地相通，从而对所述前置体的所述可拆卸后壁提供冲击冷却。
44.如权利要求43所述的燃烧器，其中所述可拆卸后壁包括多个在所述可加压冷却空气增压室和所述一个或多个截流涡流腔室中的所述第一个之间流体地相通的穿孔，所述多个穿孔被构造成对所述前置体的所述可拆卸后壁提供泻流冷却。
45.如权利要求44所述的燃烧器，其中所述穿孔相对于所述后壁以选定的倾角和偏转角设置。
46.如权利要求45所述的燃烧器，其中所述穿孔的所述倾角大约为30度以上。
47.如权利要求46所述的燃烧器，其中所述偏转角大约为30度。
48.如权利要求17所述的燃烧器，其中所述穿孔以统一的倾角和偏转角设置，从而产生扫过所述前置体的所述可拆卸后壁的冷却空气薄膜。
49.如权利要求26所述的燃烧器，还包括冷却空气供给系统，并且其中所述第一后置体非流线型体包括多个与所述冷却空气供给系统流体地相通的穿孔，所述多个穿孔被构造成对所述第一后置体非流线型体的所述前壁提供泻流冷却。
50.如权利要求49所述的燃烧器，其中所述穿孔相对于所述第一后置体非流线型体的所述前壁以选定的倾角和偏转角设置。
51.如权利要求50所述的燃烧器，其中所述穿孔的所述倾角大约为30度以上。
52.如权利要求51所述的燃烧器，其中所述偏转角大约为30度。
53.如权利要求22所述的燃烧器，其中所述穿孔以统一的倾角和偏转角设置，从而产生扫过所述后置体非流线型体的所述前壁的冷却空气薄膜。
54.如权利要求1或26所述的燃烧器，其中氮的氧化物(NOx)的排放量小于百万分之20，所述排放量被校正为15％的氧气。
55.如权利要求1或26所述的燃烧器，其中氮的氧化物(NOx)的排放量小于百万分之10，所述排放量被校正为15％的氧气。
56.如权利要求1或26所述的燃烧器，其中一氧化碳的排放量小于百万分之20，所述排放量被校正为15％的氧气。
57.如权利要求1或26所述的燃烧器，其中一氧化碳的排放量小于百万分之10，所述排放量被校正为15％的氧气。
58.如权利要求1或26所述的燃烧器，其中(a)氮的氧化物(NOx)的排放量小于百万分之10，所述排放量被校正为15％的氧气，并且(b)一氧化碳的排放量小于百万分之10，所述排放量被校正为15％的氧气。
59.如权利要求58所述的燃烧器，其中燃烧效率超过99.5％。
60.如权利要求58所述的燃烧器，其中燃烧效率等于或大于99.9％。
61.如权利要求1或26所述的燃烧器，其中所述燃料喷射器包括引燃燃料喷射器。
62.如权利要求1或26所述的燃烧器，还包括一个或多个空气喷射器，并且其中所述一个或多个空气喷射器中的至少一个被定位成能够提供与所述大量流体涡旋预定方向相反的射流。
63.如权利要求26所述的燃烧器，还包括一个或多个从所述前置体向外延伸的侧柱。
64.如权利要求62所述的燃烧器，其中所述空气喷射器中的每一个被定位成能够提供与所述大量流体涡旋预定方向相反的射流。
65.如权利要求63所述的燃烧器，其中所述一个或多个空气喷射器中的每一个包括二级空气喷射器。
66.一种操作截流涡流式燃烧器的方法，所述方法包括(a)提供截流涡流式燃烧器，所述截流涡流式燃烧器包括(1)一个或多个截流涡流腔室，所述一个或多个截流涡流腔室中的所述一个被构造成在预定方向上提供大量流体涡旋；(2)供给进口空气的空气供给系统；(3)用于供给气体燃料的燃料供给系统，所述燃料供给系统包括(i)预混合级，其中来自所述燃料供给系统中的燃料与所述进口空气相混合以提供位于所述一个或多个截流涡流式腔室中的第一个的上游处的微量预混合物；以及(ii)至少一个燃料级，此燃料级包括一个或多个与所述燃料供给系统流体地相通的喷射器，所述一个或多个喷射器中的至少一个被构造成将燃料喷射到所述一个或多个截流涡流式腔室中的第一个内；(b)通过所述一个或多个喷射器中的至少一个喷射燃料，所述喷射器中的所述至少一个被构造成以这种流体喷射方向，即使得来自所述一个或多个喷射器中的所述至少一个的射流以与所述大量流体涡旋预定方向相反的方向提供喷射燃料的动量将燃料喷射到所述一个或多个截流涡流腔中的所述第一个内。
67.如权利要求66所述的方法，其中所述截流涡流式燃烧器还包括一个或多个空气喷射器，并且其中所述方法还包括通过所述一个或者多个空气喷射器喷射空气以在与所述大量流体涡流预定方向相反的方向上提供喷射空气的动量的步骤。
68.如权利要求66所述的方法，其中所述截流涡流式燃烧器包括燃气轮机中的燃烧器。
全文摘要
燃气轮机的截流涡流式燃烧器。环形的燃烧器壳体具有多个沿着螺旋轴线布置的进口中心体。进口中心体包括前缘结构，相对侧壁、可加压的腔室以及后壁。进口中心体与相邻结构和后置体非流线型体协同作用以限定用于混合进口流体和可燃燃料以形成热的燃烧气体的截流涡流腔燃烧室。通过利用与后壁相邻以在流体流中产生漩涡的柱，以及通过以与由大量流体流产生的涡旋相反的方向喷射燃料和/或空气来提高混合度。热的燃烧气体用在轮机中用于提取动能，或者用在热交换装置中用于回收热能。可获得高的燃烧效率并且氮的氧化物以及一氧化碳的排放量小于10ppm。
文档编号F01D1/32GK1784574SQ200480012361
公开日2006年6月7日 申请日期2004年2月4日 优先权日2003年5月5日
发明者唐纳德·肯德里克, 肖恩·P·劳勒, 罗伯特·C·斯蒂尔 申请人:拉姆金动力系统公司