专利名称：多管预混合装置的制作方法
技术领域：
本申请大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及一种具有管中管型气体喷
射器和惰性护罩的多管预混合器。
背景技术：
燃气涡轮机的效率通常随燃烧气流的温度一起而提高。然而，较高的燃烧气流温 度可产生较高水平的不期望的排放物，如氮氧化物(N0X)等。N0X的排放通常需服从政府规 定。因此，改善的燃气涡轮机效率必须与符合排放规定相协调。 较低的N0X排放水平可通过提供燃料流与空气流的良好混合来实现。例如，在允
许进入反应区或燃烧区之前，燃料流和空气流在干式低N(UDLN)燃烧器中进行预混合。这
种预混合有助于降低燃烧温度和减少N0X排放输出。其它系统试图通过将稀释剂引入燃料
空气混合物中以便实现预定的混合和/或温度来降低火焰稳定(flameholding)。 然而，预混合还可引起或促进自动点火、回火、火焰稳定和/或其它类型的性能问
题。具体而言，火焰稳定可受到因进入轮廓所引起的燃料流和空气流中的不均匀性的冲击。
此外，火焰稳定还可为有关喷嘴内燃料喷射相互作用的问题。 因此，期望预混合器提供良好的燃料空气混合，以便提高总效率和火焰稳定裕度， 同时符合排放规定。优选的是，这种预混合器可结合新型和现有的设备一起使用。
发明内容
因此，本申请提供一种用于燃烧器的预混合器。该预混合器可包括具有多个燃料 管的燃料室，以及具有多个空气管的喷燃器管。燃料管相对于空气管延伸，或围绕空气管延 伸或延伸到空气管内。 本申请还提供一种混合第一流体(flow)和第二流体的方法。该方法可包括如下 步骤使第一流体分开进入多个第一流体管中，使第二流体分开进入多个第二流体管中，将 第一流体管相对于第二流体管进行安放，以及在第二流体管内混合第一流体和第二流体。
本申请还提供了一种用于燃烧器的预混合器。该预混合器可包括具有多个第一流 体管和多个第二流体管的燃料室，以及具有多个空气管的喷燃器管。第一流体管和第二流 体管相对于空气管延伸，或围绕空气管或延伸到空气管内。 根据如下详细说明并结合附图和所附权利要求，本申请的这些及其它特征对于本 领域的普通技术人员来说将是显而易见的。
图1为燃气涡轮发动机的简图。 图2为如本文所述的预混合器的透视图。 图3为图2中的预混合器的侧部截面图。 图4为如本文所述的预混合器的备选实施例的透视图。
图5为图4中的预混合器的侧部截面图。 零件清单 IO燃气涡轮发动机 20压縮机 30燃烧器 40涡轮 50外部负载 IOO预混合器 110燃料室 120腔室 130燃料管 140喷燃器管 150空气管 160钟形口 170喷燃器管喷嘴 180隔离件 190燃料室凸缘 200喷燃器管凸缘 210预混合器 220燃料室 230内腔室 240外腔室 250内腔室燃料管 260外腔室燃料管 270喷燃器管 280空气管 290钟形口 300喷燃器管喷嘴 310隔离件 320燃料室凸缘 330喷燃器管凸缘
具体实施例方式
现参看附图，其中，相似的标号在所有各个视图中表示相似元件，图1示出了燃气 涡轮发动机10的实例的简图。如同所知，燃气涡轮发动机10可包括压縮机20，用以压縮进 入空气流。压縮机20将压縮的空气流输送到燃烧器30中。燃烧器30将压縮的空气流与 燃料流相混合，且点燃该混合物。(尽管仅示出了单个燃烧器30，但燃气涡轮发动机10可 包括任意数目的燃烧器30。)热燃烧气体继而从燃烧器30输送到涡轮40中。涡轮40驱 动压縮机20和外部负载50，如发电机等。燃气涡轮发动机10可使用文中的其它构造和构件。 图2示出如可在文中所述的预混合器100。预混合器100可用于上文所述的燃烧 器30和类似装置。预混合器100可包括燃料室110。燃料室110可包括与多个燃料管130 连通的腔室120。腔室120可具有任何期望的尺寸或构造。本文中可使用任意数目的燃料 管130。燃料管130可具有任何期望的尺寸或构造。 预混合器100还可包括喷燃器管140。喷燃器管140可包括经由其延伸穿过的多 个空气管150。可使用任意数目的空气管150。空气管150可具有任何期望的尺寸或构造。 空气管150可从面向燃料室110的钟形口 160延伸至相对的喷燃器管喷嘴170。空气管150 可具有比燃料管130更大的直径。 燃料室IIO和喷燃器管140可由多个隔离件180隔开。可使用任意数目的隔离件 180。隔离件180可具有任何期望的尺寸或构造。隔离件180可在一端附接到燃料室凸缘 190上，而在另一端附接到喷燃器管凸缘200上。凸缘190， 200可具有任何期望的尺寸或构 造。本文中可使用其它类型的连接手段。燃料室110与喷燃器管140之间的间距可为变化 的。 多个燃料管130可从燃料室110延伸进入喷燃器管140内的多个空气管150中。 因此，燃料可经由腔室120进入燃料室IIO，可分配到燃料管130中，且之后可喷射到各空 气管150中的空气流中，以便在其中进行混合。同样，空气流可在燃料室110与钟形口 160 之间得到引导，并进入空气管150中。 一些或所有空气管150可具有定位在其中的燃料管 130。因此，预混合器IOO可使用具有多个燃料管130的多个空气管150，以便产生多股同向 流动的空气和燃料的射流。各燃料管130相对于各空气管150越近地端接到钟形口 160上， 燃料和空气就可越好地在空气管150内混合。管130，150的尺寸和数目可为变化的。本文 中可使用预混合器100的其它构造。 图4和图5示出了如本文所述的预混合器210的备选实施例。在该实施例中，预 混合器210包括具有内腔室230和外腔室240的燃料室220。腔室230， 240可具有任何期 望的尺寸或构造。(内腔室230和外腔室240的定位仅用于识别。该定位是相对的。)多 个内腔室燃料管250可从内腔室230伸出。同样，多个外腔室燃料管260可从外腔室240 伸出，且穿过内腔室230。管250，260的尺寸和数目可为变化的。外腔室燃料管260可包绕 内腔室燃料管250。本文中可使用其它构造。 预混合器210还可包括喷燃器管270。如上文所述，喷燃器管270包括经由其延 伸穿过的多个空气管280。空气管280的尺寸和数目可为变化的。空气管280可从钟形口 290延伸至喷燃器喷嘴300。空气管280中的一些可具有在其中延伸的内腔室燃料管250， 而其它的空气管可具有在其中延伸的外腔室燃料管260。空气管280可具有比燃料管250， 260更大的直径。 预混合器210还可包括多个隔离件310，其将燃料室220和喷燃器管270隔开。可 使用任意数目的隔离件310。隔离件210可具有任何期望的尺寸或构造。燃料室220可具 有燃料室凸缘320，而喷燃器管270可具有喷燃器管凸缘330。凸缘320， 330可具有任何期 望的尺寸或构造。本文中可使用其它类型的连接手段。燃料室220与喷燃器管270之间的 间距可为变化的。 因此，燃料或其它类型的流体可从内腔室230和外腔室240流动，穿过燃料管250，260，且与空气管280中的空气相混合。内腔室230和外腔室240可结合不同的燃料、空气 和稀释剂的布置来使用。例如，外腔室240可结合稀释剂如氮气(N2)来使用，而内腔室230 可结合燃料如氢气(H2)来使用。作为备选，稀释剂流可以是反应性较小的燃料或包括反应 性较小的燃料。稀释剂和燃料的这种布置可产生包绕燃料流的稀释剂惰性护罩。这种经过 空气管280的外部惰性护罩可防止关于喷燃器喷嘴300的火焰稳定。 本文中可使用其它的燃料和空气的混合机理。例如，内腔室230可设置成具有空 气，而外腔室240可具有氢气和氮气的混合物。同样，内腔室230可使用氮气，而外腔室240 可使用氢气和氮气的组合。本文中可使用空气、燃料和稀释剂的其它布置，以及不同类型的 空气、燃料和稀释剂及其组合。 因此，本文所述的预混合器100，210可使用多个燃料管和空气管，以产生多股同 向流动的空气和燃料的射流。归因于空气管的长度与直径比，燃料和空气的混合可得以增 强。预混合器100， 210还可使用与稀释剂护罩和/或稀释剂和空气的护罩相结合的燃料射 流。由于燃料流至空气流的轴向分量的增大，以及通过将常规喷燃器管划分为多个管，故多 股射流还提供了增大的火焰稳定裕度。局部熄灭还可由惰性的氮气、其它稀释剂和/或高 流动性空气所引起，以便限制火焰稳定。因此，可通过由将燃料喷射到各个小的空气管中而 产生良好混合来实现很低的排放。 显然，上文仅涉及本申请的一些实施例，并且本领域的普通技术人员可在不脱离 由所附权利要求及其等同方案所限定的本发明的总体精神和范围的情况下产生许多变化 和修改。
权利要求
一种用于燃烧器(30)的预混合器(100)，包括燃料室(110)；其中，所述燃料室(110)包括多个燃料管(130)；以及喷燃器管(140)；其中，所述喷燃器管(140)包括多个空气管(150)；以及其中，所述多个燃料管(130)相对于所述多个空气管(150)延伸。
2. 根据权利要求1所述的预混合器(100)，其特征在于，所述喷燃器管(140)包括位于 第一端的钟形口 (160)，以及位于第二端的喷燃器管喷嘴(170)。
3. 根据权利要求2所述的预混合器(IOO)，其特征在于，所述多个空气管(150)从所述 钟形口 (160)延伸至所述喷燃器管喷嘴(170)。
4. 根据权利要求1所述的预混合器(IOO)，其特征在于，所述预混合器(100)还包括定 位在所述燃料室(110)与所述喷燃器管(140)之间的多个隔离件(180)。
5. 根据权利要求1所述的预混合器(IOO)，其特征在于，所述燃料室(110)包括与所述 多个燃料管(130)连通的腔室(120)。
6. 根据权利要求1所述的预混合器(IOO)，其特征在于，所述燃料室(110)包括多个腔 室(230,240)。
7. 根据权利要求6所述的预混合器(IOO)，其特征在于，所述多个腔室(230,240)包括 第一腔室(230)，以及其中，所述多个燃料管(130)包括与所述第一腔室(230)连通的第一 多个燃料管(250)。
8. 根据权利要求7所述的预混合器(IOO)，其特征在于，所述多个腔室(230,240)包括 第二腔室(240)，以及其中，所述多个燃料管(130)包括与所述第二腔室(240)连通的第二 多个燃料管(260)。
9. 根据权利要求8所述的预混合器(IOO)，其特征在于，所述第一多个燃料管(250)包 绕所述第二多个燃料管(260)。
10. —种混合第一流体和第二流体的方法，包括 使所述第一流体分开进入多个第一流体管(130)中； 使所述第二流体分开进入多个第二流体管(150)中；将所述多个第一流体管(130)相对于所述多个第二流体管(150)进行安放；以及 在所述多个第二流体管(150)内混合所述第一流体和所述第二流体。
全文摘要
本申请涉及多管预混合装置。具体而言，本申请提供一种用于燃烧器(30)的预混合器(100)。该预混合器(100)可包括具有多个燃料管(130)的燃料室(110)，以及具有多个空气管(150)的喷燃器管(140)。燃料管(130)相对于空气管(150)延伸。
文档编号F23D14/64GK101725985SQ20091016882
公开日2010年6月9日 申请日期2009年8月21日 优先权日2008年10月21日
发明者B·瓦拉塔拉彦, B·莱西, C·斯蒂芬森, D·费林, E·伊尔马茨, G·O·克雷默, J·H·安, W·S·齐明斯基 申请人:通用电气公司