本发明专利技术公开了一种流体混合装置(100)，该流体混合装置包括延伸穿过流体充气室(132)的混合导管(150)。包围限定流体联接到低压流体源(115)的主要通道(112)的第一壁(110)的流体充气室(132)自身被限定流体联接到高压流体源(125)的高压充气室(122)的第二壁(120)包围。设置在第一壁(110)的入口(117)处的隔热管(740)输送第三流体。混合导管(150)将高压充气室(122)流体联接到主通道(112)，其中高压流体与低压流体和第三流体混合。任选地，流体充气室(132)可容纳通过混合导管(150)中的注射孔(154)注入的第四流体。该流体混合装置(100)可用于在气体涡轮燃烧器(17、70)中将一种或多种燃料与高压和低压空气混合。燃料与高压和低压空气混合。燃料与高压和低压空气混合。
Fluid mixing device using liquid fuel and high and low pressure fluid flow
【技术实现步骤摘要】
使用液体燃料和高压及低压流体流的流体混合装置
[0001]有关政府权利的声明
[0002]本文所公开的专利技术由美国能源部(DOE)授予的合同号DE-FE0023965由政府支持完成。美国政府对本专利技术享有一定权利。
[0003]本公开整体涉及流体混合装置领域，并且更具体地涉及使用第一流体的高压和低压流体流来促进与不同的第二流体混合的流体混合装置。在一个实施方案中，此类流体混合装置可用于作为轴向分级燃料输送系统的一部分通过气体涡轮燃烧器的燃烧器衬套引入燃料/空气混合物。
技术介绍
[0004]一些常规涡轮机器诸如气体涡轮系统用于产生电力。一般来讲，气体涡轮系统包括压缩机、一个或多个燃烧器以及涡轮。空气可以经由其入口被吸入压缩机，在那里，空气通过经过多级旋转叶片和固定喷嘴而被压缩。压缩空气被引导到一个或多个燃烧器，在那里，燃料被引入，并且燃料/空气混合物被点燃并燃烧以形成燃烧产物。燃烧产物用作涡轮的工作流体。
[0005]然后，工作流体流过涡轮中的流体流动路径，该流动路径被限定在多个旋转叶片与设置在这些旋转叶片之间的多个固定喷嘴之间，使得每组旋转叶片和每组对应固定喷嘴限定涡轮级。当多个旋转叶片旋转气体涡轮机系统的转子时，联接到转子的发电机可以从转子的旋转产生电力。涡轮叶片的旋转还导致联接到转子的压缩机叶片的旋转。
[0006]当将燃料和空气引入燃烧器中进行燃烧时，已经发现的是，在输送到燃烧区中之前混合燃料和空气(即，“预混合”)减少了一氧化二氮和其他污染物的形成。通过沿着燃烧器的长度通过一个或多个轴向间隔开的级引入一些燃料并且通过燃烧器的上游端处的燃料喷嘴和附加燃料，可实现进一步减少排放。位于燃烧器的上游端或头部端处的燃料喷嘴在轴向方向上引入燃料，而分级燃料喷嘴在相对于来自上游端的燃烧产物流的径向或横向方向上引入燃料。
[0007]在一些情况下，代替气体燃料或除了气体燃料之外，可能期望燃烧液体燃料。引入液体燃料需要小心防止液体燃料喷嘴焦化并且防止液体燃料润湿相邻的壁(这可能导致沿着壁焦化)。此类壁面焦化可导致燃烧器衬套中不期望的温度升高，这能够缩短衬套的使用寿命。
[0008]因此，需要改进用于混合流体流(例如，燃料和空气)的设备。
技术实现思路
[0009]一种流体混合装置包括延伸穿过流体充气室的混合导管。包围限定流体联接到低压流体源的主要通道的第一壁的流体充气室自身被限定流体联接到高压流体源的高压充气室的第二壁包围。设置在第一壁的入口处的隔热管输送第三流体。混合导管将高压充气
室流体联接到主要通道，在该处高压流体与低压流体和第三流体混合。任选地，流体充气室可容纳通过混合导管中的注射孔注入的第四流体。流体混合装置可用于在气体涡轮燃烧器中将一种或多种燃料与高压和低压空气混合。另选地，流体混合装置可将流体与高压和低压水流混合。
附图说明
[0010]涉及本领域的普通技术人员的说明书阐述本专利技术的系统和方法的完整的且能够实现的公开内容，包括使用该系统和方法的最佳模式。说明书涉及附图，其中：
[0011]图1是根据本公开的第一方面的用于混合三种流体流的流体混合装置的示意性剖视图；
[0012]图2是图1的流体混合装置的一个另选实施方案的示意性剖视图；
[0013]图3是根据本公开的第二方面的用于混合三种流体流的流体混合装置的示意性剖视图；
[0014]图4是可采用如本文所述的流体混合装置的气体涡轮的示意性剖视图；
[0015]图5是包括图3的流体混合装置的罐式环形燃烧器的示意性侧向剖视图；
[0016]图6是如图5的包括图3的流体混合装置的罐式环形燃烧器的一部分的示意性侧向剖视图；
[0017]图7是可采用如本文所述的流体混合装置的示例性分段环形燃烧器的上游视图；
[0018]图8是在图7的分段环形燃烧器中使用的集成燃烧器喷嘴(ICN)的侧向透视图；
[0019]图9是根据本公开的另一方面的可在图8的集成燃烧器喷嘴中使用的流体混合装置的透视图；
[0020]图10是图9的流体混合装置的一部分的平面图；
[0021]图11是沿图10的线A-A截取的图9的流体混合装置的剖视图；
[0022]图12是沿图10的线B-B截取的图9的流体混合装置的剖视图；
[0023]图13是沿图10的线C-C截取的图9的流体混合装置的剖视图；
[0024]图14是沿图11的线D-D截取的图9的流体混合装置的剖视图；
[0025]图15是沿图11的线E-E截取的图9的流体混合装置的阶梯形剖视图；
[0026]图16是图9的流体混合装置的混合导管的阶梯形剖视图，如图15所示；
[0027]图17是一对图9的相对设置的流体混合装置的透视局部剖面图；
[0028]图18是图17的该对流体混合装置的侧向透视图；
[0029]图19是根据本公开的另一方面的用于混合四种流体流的流体混合装置的示意性剖视图；
[0030]图20是安装在图8的集成燃烧器喷嘴中的图19的流体混合装置的示意性剖视平面图；
[0031]图21是根据本公开的另一方面的用于混合至少三种流体流的流体混合装置的示意性剖视图；以及
[0032]图22是根据本公开的又一方面的用于混合至少三种流体流的流体混合装置的示意性剖视图。
具体实施方式
[0033]现在将详细地参考本公开的各种实施方案，其一个或多个示例在附图中示出。具体实施方式使用数字和字母名称指代附图中的特征结构。附图和说明书中的相似或类似的名称已经用于指代本公开的相似或类似的零件。
[0034]为了清楚地描述使用高压和低压流体流的当前流体混合装置，某些术语将用于指代和描述本公开范围内的相关部件。在可能范围内，通用行业术语将以与术语的接受含义一致的方式来使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本申请的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将了解，通常可以使用若干不同或重叠术语来引用特定部件。在本文中可描述为单个零件的物体可以包括多个部件并且在另一个上下文中被引用为由多个部件组成。另选地，在本文中可描述为包括多个部件的物体可以在别处被称为单个集成零件。
[0035]此外，在本文中可以有规律地使用若干描述性术语，如下所述。术语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用，以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示单独部件的位置或重要性。
[0036]如本文所用，“下游”和“上游”是指示相对于流体流动的方向的术语，诸如通过流体混合装置的流体。术语“下游”对应于流体流动的方向，并且术语“上游”是指与流动(即流体流动的方向)相反的方向。在没有任何另外的特殊性的情况下，术语“前”和“后”是指相对位置，其中“前”用于描述朝向引擎的前(或压缩机)端或朝向燃烧器的入口端定位的部件或表面，并且“后”用于描述朝向引擎的后(或涡轮机)端或朝向燃烧器的出口端定位的部件。术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种流体混合装置(100)，包括：第一环形壁(110)，所述第一环形壁限定第一入口(117)、第一出口(118)和在所述第一入口(117)与所述第一出口(118)之间延伸的第一通道(112)，所述第一通道(112)在第一压力下与第一流体源(115)流体连通；第二壁(120)，所述第二壁限定第一充气室(122)，所述第一充气室在第二压力下与第二流体源(125)流体连通，其中所述第一压力小于所述第二压力；第三壁(130)，所述第三壁限定第二充气室(132)，其中所述第三壁(130)至少部分地被所述第二壁(120)包围；混合导管(150)，所述混合导管延伸穿过所述第二充气室(132)并流体连接所述第一充气室(122)和所述第一通道(112)；管(740)，所述管设置在所述第一入口(117)的上游，所述管(740)与第三流体源(745)流体连通并且具有开口(744)以从所述管(740)分配所述第三流体；其中通过所述混合导管(150)的所述第二流体的流将所述第一流体的流和所述第三流体的流吸入并通过所述第一通道(112)，以产生所述第一流体、所述第二流体和所述第三流体的混合物。2.根据权利要求1所述的流体混合装置(100)，其中限定所述第一通道(112)的所述第一环形壁(110)沿所述流体混合装置(100)的中心线取向；并且其中限定所述第一充气室(122)的所述第二壁(120)界定限定所述第一通道(112)的所述第一环形壁(110)。3.根据权利要求1所述的流体混合装置(100)，其中所述第二壁(120)包括一对伸缩的C形壁，所述一对伸缩的C形壁包括第一C形壁(776)和第二C形壁(778)，每个C形壁具有第一端壁段(784、794)、与所述第一端壁段(784、794)相对的第二端壁段(786、796)，以及在所述第一端壁段(784、794)与所述第二端壁段(786、796)之间延伸的第三壁段(726、728)；并且其中所述第一C形壁(776)的第一端壁段(784)设置在所述第二C形壁(778)的第一端壁段(794)的外侧；并且其中所述第一C形壁(776)的第二端壁段(786)设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
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