专利名称：燃气涡轮机燃烧器火焰稳定器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及燃气涡轮机燃烧器。更具体地，本发明涉及布 置于燃气涡轮机燃烧器的燃料喷嘴处的火焰稳定器，籍此燃烧器能够 使用更贫乏的预混燃料气体混合物运行，而导致更低的一氧化氮排放。
背景技术：
典型地，燃气涡轮机燃烧器具有主燃料喷嘴和辅助燃料喷嘴。此
类燃烧器具有四种运行模式，即主模式，贫燃-贫燃才莫式(lean-lean)， 辅助模式，和预混模式。主模式用于仅将燃料输送至主喷嘴时燃烧器 的点火。在贫燃-贫燃模式，辅助喷嘴也被点燃，且燃料被输送至主喷 嘴和辅助喷嘴。在辅助模式，燃料仅被输送至辅助喷嘴，从而在主喷 嘴处熄灭火焰。而在预混模式，燃料被输送至主喷嘴和辅助喷嘴，但 是火焰仅存在于辅助喷嘴区域，且预混的燃料气体混合物被优化以获 得包括降低的一氧化氮排放在内的理想性能。
为了寻求降低燃烧器的一氧化氮排放，燃烧器常工作在贫燃条件 下。然而，在贫燃条件下工作有贫燃熄火的危险。当工作在贫燃条件 下并发生变化如流扰动时，就会产生贫燃熄火。如上所讨论的，熄火 导致燃烧室转回贫燃-贫燃模式或甚至停机，并相应导致重转换至预混 模式或要求重新点火。为了避免贫燃熄火，许多燃烧器运行在较为富 燃的条件下，但是这些条件导致更高的火焰温度和更大的一氧化氮排 放。
政府的排放法规对于燃气涡轮机的污染排放，如一氧化氮越来越 关注。美国专利No. 6,026,644公开了具有促使形成所需火焰形状的湍 流促进器的凹陷锥形喷嘴。所公开的火焰形状更为稳定，使得其不易 受到流扰动的影响，从而允许更贫燃的运行。
发明内容
提出了一种燃气涡轮机燃烧器，其包含预混室和燃烧室。预混室 包括用于进气的至少 一个开口 。布置至少一个主燃料喷嘴来将燃料排 入预混室。从主喷嘴排出的燃料和预混室内的进气混合以提供燃料气 体混合物。燃烧室定位在预混室的下游。辅助燃料喷嘴布置成临近该 燃烧室，以在燃烧室处排放燃料。稳定器布置于辅助燃料喷嘴处，以 便当辅助燃料喷嘴处的燃料被点燃时定位成靠近火焰。稳定器由具有 从燃烧器中产生的热流中吸取热量、并保持足以维持火焰点燃的温度 的能力的材料构成。
还提出了一种用在燃气涡轮机燃烧器中的燃料喷嘴，其包括燃料 喷嘴和布置于燃料喷嘴处的火焰稳定器，以便当燃料喷嘴被点燃时定 位成靠近火焰。稳定器由具有从燃烧器中产生的热流中吸取热量、并 保持足以维持火焰点燃的温度的能力的材料构成。
提出了一种稳定燃气涡轮机燃烧器中的火焰的方法。该方法包括 在燃气涡轮机燃烧器的燃烧室处排放燃料，和当燃烧室的燃料被点燃 时将稳定器定位于火焰的附近。稳定器吸收燃烧器中产生的热流的热 量、并保持足以维持火焰点燃的温度。
图1为本发明的一个示范性实施例的燃气涡4仑^U然烧器系统的简 化横截面视图；和
图2为图1的燃气涡轮机燃烧器系统的火焰稳定器的横截面视图。
部件清单
510 燃气涡轮机燃烧器 12 燃烧室14 主燃料喷嘴16 辅助燃料喷嘴18 预混室20 文丘里管22 燃烧器中心线24 壁26 燃烧衬里28 上壁30 下壁32 火焰稳定器34 伸长的部件35 表面36 支架38 开口39 表面46 向外伸出的肩部 48 螺纟丈部件 50 进口54 燃料% 流控制器6Q 收缩壁62 扩张壁具体实施方式
参见图1，本发明的一个实施例的燃气涡轮机燃烧器一般地示于 10处。燃气涡轮机燃烧器10 —般包括燃烧室12、主燃料喷嘴14(如 此处所示，某些燃气涡轮机在各燃烧器内使用多个喷嘴)、辅助燃料喷 嘴16、环形预混室18和文丘里管20。燃烧室12通常是绕燃烧器中 心线22的圆柱形并由壁24和燃烧衬里26闭合。大体上圆柱状的燃 烧衬里26包括上壁28和下壁30，它们限定了燃烧室12。燃气涡轮机燃烧器IO有四种工作模式，即主模式、贫燃-贫燃模 式、辅助模式和预混模式。主模式用于在燃料54仅被输送至主喷嘴14的情况下点燃燃烧器 10。气流通过进口 50被供入预混室18。将会了解，为了简化图1, 未示出主燃料喷嘴末梢叶片和冷却回路。燃料54通过燃料流控制器 56被提供给主燃料喷嘴14。之后燃料气体混合物被火花塞(未示出) 或其它常用点燃装置点燃，引发在预混室18内在主燃料喷嘴14处的 燃烧。在贫燃-贫燃模式中，辅助喷嘴16也被点燃，且燃料被分别输送 至主喷嘴14和辅助喷嘴16。燃料54的大约60%被供应给主喷嘴14， 而燃料54的40%被供应给辅助燃料喷嘴16。辅助喷嘴16被来自主喷 嘴14的火焰点燃。这产生理想的热流，使得火焰稳定器32的伸长的 部件34被成指数地加热。在辅助模式中，燃料54仅被输送至辅助喷嘴16，从而熄灭主喷 嘴处的火焰。尽管燃烧室12内的燃烧以甚至更高的燃烧率持续，但 一氧化氮排放并没有减少。而在预混模式中，燃料54分别被输送至主喷嘴14和辅助喷嘴16, 但是火焰仅存在于辅助喷嘴16处。然后燃料54的大约80%被在主燃 料喷嘴14中供应，而燃料的大约20%被供给辅助燃料喷嘴16。来自 主燃料喷嘴14的燃料54和从进口 50引入的气体混合，以在预混室 18内生成燃料气体混合物。此燃料气体混合物未被点燃，并如箭头 58所示沿下游方向向燃烧室12移动。文丘里管20的收缩/扩张壁60 和62限制了燃料气体混合物的流动。根据伯努利原理，当气流经过 收缩壁60时，被文丘里管20引起的流动限制会使得混和物加速，其 中速度的增加伴随着压力的降低。相应地，这使得燃料气体混合物加 速进入燃烧室12，同时维持燃烧室12内的火焰。燃料气体混合物在 燃烧室12内被辅助燃料喷嘴16处的火焰点燃。极大地增强了燃烧室 12内的火焰并由此产生增强的热流。火焰稳定器组件32安装在辅助燃料喷嘴16处。该火焰稳定器组 件32利用了燃烧室12中产生的热流。参见图2，火焰稳定器组件32包括具有大致圆柱体形状的伸长的 部件34。尽管已示出并描述了大体圆柱体形状，但将会懂得，其它的 形状(如大致圓锥体形状)也可用于限定部件34而不背离本发明的精神 或范围。部件34有着足以伸出辅助燃料喷嘴16并靠近或进入火焰的 长度。部件34由任何适用的材料制成，该材料具有逐渐加热并保持 由热流产生的高温的能力。此类材料包括但不限于鴒和鴒合金。部件 34还包括如由表面35限定的向外张开的其一个末端。大致圆柱体形状的支架36支撑着部件34，且支架36被固定在辅 助喷嘴16中。支架36具有穿过其中的开口 38，且该开口的一端被制 有螺紋而另一端被制成向内渐缩，如由表面39所限定。部件34被插 入支架36的开口 38，以便部件34的表面35和支架36的表面39接 触或接合。螺紋部件(如，螺钉或螺栓)48被拧入螺紋开口，确保部件 34的表面35和支架36的表面39的接合。支架36还包括向外伸出的 肩部46，该肩部46抵靠辅助燃料喷嘴16支撑組件32。燃烧器10可工作在更为贫燃的条件下以进一步减少一氧化氮排 放。由于组件34将对从辅助燃料喷嘴16排出的燃料提供持续点火， 贫燃熄火会显著地减少。相应地，会有例如流扰动之类可能以其它方 式导致熄火的情况；但由于部件34将对辅助燃料喷嘴16排出的燃料 提供持续的点火，因此此类熄火将不会发生。尽管已示出和描述了优选实施例，仍可在不背离本发明的宗旨和 范围的情况下对本发明做出不同的改进和替换。相应地，还应懂得已 经通过例示而非限制的方式对本发明进行了描述。
权利要求
1.一种燃气涡轮机燃烧器(10)，包括包括用于进气的至少一个开口(50)的预混室(18)；布置成将燃料(54)排入所述预混室(18)的至少一个主燃料喷嘴(14)，其中，从该主燃料喷嘴(14)排出的燃料和所述预混室(18)内的吸入的气体混合提供燃料气体混合物；定位于所述预混室(18)的下游的燃烧室(12)；布置成邻近所述燃烧室(12)的辅助燃料喷嘴(16)，以在所述燃烧室(12)处排放燃料；以及布置于所述辅助燃料喷嘴(16)处的稳定器(32)，以便当所述辅助燃料喷嘴(16)处的燃料被点燃时定位成紧邻火焰，所述稳定器(32)由具有吸收来自所述燃烧器(10)内产生的热流的热量、并保持足以维持火焰点燃的温度的能力的材料构成。
2. 如权利要求1种所述的燃气涡轮机燃烧器(IO),其特征在于，所述燃气涡轮机燃烧器(10)还包括定位于所述预混室(18)和所述燃烧室(12)之间的文丘里管(20)，其中，所述文丘里管(20)限制来自所述预混室(18)的燃料气体混合物的流进入所述燃烧室(12)，同时保持所述燃烧室(12)中的火焰。
3. 如权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧器(IO)，其特征在于，所述稳定器(32)包括伸长的部件(34),其在其一端处定位在所述辅助燃料喷嘴(16)处，而在其另一端处向所述燃烧室(12)突出。
4. 如权利要求3所述的燃气涡轮机燃烧器(10),其特征在于，所述伸长的部件(34)为大致圆柱体状或大致圆锥体状。
5. 如权利要求3所述的燃气涡轮机燃烧器(IO)，其特征在于，所述燃气涡4仑^U然烧器(10)还包括支架(36)，其构造成支撑在所述辅助燃料喷嘴(16)处，且在所述辅助燃料喷嘴(16)处接合所述伸长的部件(34)的末端，以保持所述伸长的部件(34)。
6. 如权利要求5所述的燃气涡轮机燃烧器(10)，其特征在于所述辅助燃料喷嘴(16)处的所述伸长的部件(34)的末端向外张开；且所述支架(36)具有通过其中的开口(38)，且所述开口(38)的一端被为渐缩形，其中该伸长的部件(34)被插过所述支架(36)的所述开口(38)d吏得向外张开的所述伸长的部件(34)的末端和为渐缩形的所述开口(38)的末端接合。
7. 如权利要求6所述的燃气涡轮机燃烧器(10)，其特征在于所述支架(36)的另一末端具有带螺紋的所述开口(38》且还包括螺紋部件(48),其与带螺紋的开口 (38)接合并将所述伸长的部件(34)固定到支架(36)上。
8. 如权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧器(IO)，其特征在于，所述材料包括鴒或钨合金。
全文摘要
本发明涉及燃气涡轮机燃烧器火焰稳定器，具体而言，提出了一种燃气涡轮机燃烧器(10)，其包括定位于预混室(18)的下游的燃烧室(12)。预混室(18)包括用于进气的至少一个开口(50)。至少一个主燃料喷嘴(14)被布置以将燃料(54)排入预混室(18)。从主喷嘴(14)排出的燃料和预混室(18)内的进气混合以提供燃料气体混合物。辅助燃料喷嘴(16)布置在燃烧室(12)附近，用于在燃烧室(12)处排放燃料。稳定器(32)布置于辅助燃料喷嘴(16)处，以便当辅助燃料喷嘴(16)处的燃料被点燃时定位成紧邻火焰。还提出了一种稳定燃气涡轮机燃烧器(10)中的火焰的方法。
文档编号F23D14/04GK101514815SQ200910117919
公开日2009年8月26日 申请日期2009年2月19日 优先权日2008年2月21日
发明者D·W·西蒙斯, G·D·迈尔斯, J·勒贝格, L·L·托马斯 申请人:通用电气公司