用于在燃料喷嘴中预混合空气和燃料的系统技术方案

本发明专利技术涉及用于在燃料喷嘴中预混合空气和燃料的系统。根据各种实施例，一种系统包括涡轮燃料喷嘴。涡轮燃料喷嘴包括：延伸至下游混合区域的第一燃料通道；从涡轮燃料喷嘴的外部延伸至下游混合区域的第一空气通道；和延伸至下游混合区域上游的第一空气通道的第二燃料通道。

【技术实现步骤摘要】

本文所公开的本主题涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及燃料喷嘴，其具有燃料-空气混合特征以改进燃烧并且减少排气排放物。
技术介绍
燃料-空气混合的程度影响各种发动机中的燃烧和排气排放物，该发动机诸如燃气涡轮发动机。例如，排气排放物包括氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。稀释剂可用于降低燃烧的温度，由此减少NOx排放物。然而，使用稀释剂增加了成本和发动机的复杂度
技术实现思路
与最初要求保护的专利技术的范围相称的某些实施例总结如下。这些实施例不意图限制要求保护的专利技术的范围，而是这些实施例仅意图提供专利技术的可能形式的简要概括。实际上，本专利技术可能包含类似于或者不同于下文陈述的实施例的各种形式。根据第一实施例，系统包括涡轮燃料喷嘴。涡轮燃料喷嘴包括具有内燃料通道的内环状部分；围绕内环状部分布置的外环状部分；和在内环状部分与外环状部分之间延伸的中间环状部分。内环状部分和外环状部分限定了中间环状部分上游的环状燃料通道，并且外环状部分限定了中间环状部分下游的空腔。涡轮燃料喷嘴还包括通过外环状部分和中间环状部分从外环状部分的外部延伸至空腔的第一空气通道；通过中间环状部分从环状燃料通道延伸至空腔的第一燃料通道；和通过中间环状部分从环状燃料通道延伸至第一空气通道的第二燃料通道。根据第二实施例，系统包括涡轮燃料喷嘴。涡轮燃料喷嘴包括延伸至下游混合区域的第一燃料通道；从涡轮燃料喷嘴的外部延伸至下游混合区域的第一空气通道；和延伸进下游混合区域上游的第一空气通道的第二燃料通道。根据第三实施例，系统包括涡轮发动机和联接到涡轮发动机的涡轮燃料喷嘴。涡轮燃料喷嘴包括具有第一空气通道和第一燃料通道的内预混合壁，并且第一燃料通道联接到内预混合壁内的第一空气通道。附图说明本专利技术的这些和其它特征、方面和优点在当参考附图阅读如下详细描述时将变得更容易理解，其中贯穿附图相同附图标记代表相同部件，其中图I是具有NOx-减少燃料喷嘴的涡轮系统的实施例的框图；图2是涡轮系统的实施例的截面侧视图，涡轮系统如图I所示具有燃烧器，其具有一个或多个NOx-减少燃料喷嘴；图3是燃烧器的实施例的剖面侧视图，燃烧器如图2所示具有联接到燃烧器的端盖的一个或多个NOx-减少燃料喷嘴；图4是图3所示的燃烧器的端盖和NOx-减少燃料喷嘴的实施例的透视图5是如图4中通过线5-5所示的NOx-减少燃料喷嘴的实施例的截面侧视图；图6是如图4中通过线6-6所示的NOx-减少燃料喷嘴的实施例的截面侧视图；图7是NOx-减少燃料喷嘴的实施例的分解前透视图；图8是NOx-减少燃料喷嘴的实施例的分解后透视图； 图9是如图7和图8所示的NOx-减少燃料喷嘴的实施例的透视图，其中虚线示出内部通道；图10是如图7和图8所示的NOx-减少燃料喷嘴的实施例的俯视图，其中虚线示出内部通道；图11是如图1-10所示的NOx-减少燃料喷嘴的一部分的实施例的截面侧视图；图12是沿图11的线12-12截取的NOx-减少燃料喷嘴的实施例的截面侧视图，其示出燃料通道的不同布置；图13是沿图11的线12-12截取的NOx-减少燃料喷嘴的实施例的截面侧视图，其示出燃料通道的不同布置；图14是沿图11的线12-12截取的NOx-减少燃料喷嘴的实施例的截面侧视图，其示出燃料通道的不同布置；图15是沿图11的线15-15截取的NOx-减少燃料喷嘴的实施例的截面视图，其示出燃料通道相对于空气通道的不同轴向对齐；图16是沿图11的线15-15截取的NOx-减少燃料喷嘴的实施例的截面视图，其示出燃料通道相对于空气通道的不同轴向对齐；并且图17是沿图11的线15-15截取的NOx-减少燃料喷嘴的实施例的截面视图，其示出燃料通道相对于空气通道的不同轴向对齐。具体实施例方式本专利技术的一个或多个具体实施例将在下文描述。在致力于提供这些实施例的简要描述的过程中，实际实施的所有特征可不全在说明书中描述。应当理解，在任何这种实际实施的开发中，如在任何工程或设计计划中，必须作出多种具体实施决策以达到开发者的具体目标，诸如遵守系统相关和商业相关的约束，这可能随一个实施到另一个实施而变化。而且，应当理解，这种开发努力可能是复杂和耗时的，但是对于将从本公开中获益的本领域技术人员来说，这将是设计、生产和制造的例行任务。在介绍本专利技术的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个” “该”和“所述”意图表明存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意图是包括的，并且表明除了列出的元件外可存在额外的元件。本公开涉及用于改进燃气涡轮发动机中燃料-空气混合、燃烧、效率和排放(例如NOx排放)的系统。总体上，燃气涡轮发动机采用一个或多个燃料喷嘴来便于燃烧器中的燃料-空气混合。各燃料喷嘴包括结构以引导空气、燃料和可选的其它流体到燃烧器。燃料和空气混合物在进入燃烧器后燃烧，由此驱动涡轮发动机。在燃烧期间，可形成受政府管制的诸如一氧化氮和二氧化氮(统称为NOx)的化合物。在燃烧过程期间形成的NOx排放物随燃料组分、操作模式和燃烧装备设计而变化。NOx排放物可能经由燃烧空气中的大气氮的热固形成(即，热力型NOx)，火焰区域附近一氧化氮的快速形成(即，快速型NOx)，或燃料中的氮与氧气的反应(即，燃料型NOx)而形成。NOx形成的驱动力是燃烧温度和燃烧时间。为了减少NOx排放物，稀释剂(例如，蒸汽、水或烟气)可能被注入燃烧区域，从而导致更高的操作成本。本公开的实施例提供了改进的涡轮燃料喷嘴设计，其构造成在燃烧之前在燃料喷嘴中预混合空气和燃料，以便减少高温区域和NOx排放物。例如，涡轮燃料喷嘴可能包括下游空腔，其由环状壁和基壁限定，其中，基壁包括多个空气通道和多个燃料通道，并且至少一个空气通道联接到至少一个燃料通道以预混合空气和燃料。在某些实施例中，例如，多个空气通道从外部表面延伸，通过环状壁和基壁，并且进入下游空腔，同时多个燃料通道延伸通过基壁，并且进入下游空腔，同时多个燃料通道从上游空腔通过燃料基壁延伸至下游空腔。而且，各空气通道可联接到从上游空腔导引的分流燃料通道，使得第一部分燃料流过多个燃料通道，并且第二部分燃料流过分流燃料通道进入空气通道。例如，第二部分可能是全部燃料流的I %至50%或10%至40%。分流燃料通道使燃料和空气在空气通道内的预混合能够实现，由此改进燃料-空气混合、改进燃烧并且减少排放物。例如，预混合可以减少高温区域，并且从而减少NOx的生成。 图I是具有燃气涡轮发动机11的涡轮系统10的实施例的框图。如下文详细描述地，所公开的涡轮系统10采用具有改进设计的一个或多个燃料喷嘴12以在涡轮系统10中减少NOx排放物。涡轮系统10可使用液体或气体燃料，诸如天然气和/或合成气体，以驱动涡轮系统10。如图所示，一个或多个燃料喷嘴12吸入燃料供给14，将燃料和空气部分地混合，并且将燃料和空气-燃料混合物分配进燃烧器16，在燃烧器16中在燃料和空气之间发生进一步混合。空气-燃料混合物在燃烧器16内的腔室中燃烧，由此产生热的加压排气。燃烧器16朝向排气出口 20引导排气通过涡轮18。当排气通过涡轮18时，气体迫使涡轮叶片沿涡轮系统10的轴线使轴22转动。如图所示，轴22连接到涡轮系统10的各种构件，包括压缩器24。压缩器24还包括连接到轴22的叶片。当轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.01.31 RU 20111032231.一种系统，包括 燃料喷嘴，包括 具有内燃料通道的内环状部分； 围绕所述内环状部分布置的外环状部分； 在所述内环状部分与外环状部分之间延伸的中间环状部分，其中，所述内环状部分和外环状部分在所述中间环状部分上游限定环状燃料通道，并且所述外环状部分在所述中间环状部分下游限定空腔； 第一空气通道，其通过所述外环状部分和所述中间环状部分从所述外环状部分的外部延伸至所述空腔； 第一燃料通道，其通过所述中间环状部分从所述环状燃料通道延伸至所述空腔；和 第二燃料通道，其通过所述中间环状部分从所述环状燃料通道延伸至所述第一空气通道。2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第二燃料通道相对于通过所述第一空气通道的空气流路径沿上游方向成角度。3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第二燃料通道相对于通过所述第一空气通道的空气流路径沿下游方向成角度。4.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述第二燃料通道沿偏离所述第一空气通道的中心轴线的方向成角度，以围绕所述第一空气通道的中心轴线创造燃料的旋涡流动路径。5.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括第三燃料通道，其通过所述中间环状部分从所述环状燃料通道延伸至所述第一空气通道。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二燃料通道和第三燃料通道彼此不平行。7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二燃料通道和第三燃料通道具有彼此不同的直径。8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二燃料通道和第三燃料通道包括围绕所述第一空气通道的中心轴线沿对立方向引导至所述第一空气通道的燃料路径，以生成围绕所述中心轴线的反向燃料旋涡。9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二燃料通道和第三燃料通道包括沿会聚方向弓I导至所述第一空气通道的燃料路径。10.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，包括多个第一空气通道和多个第二燃料通道，其中，所述多个第一空气通道的各第一空气通道通过所述外环状部分和所述中间环状部分从所述外环状部分的外部延伸至所述空腔，并且所述多个第二燃料通道的各第二燃料通道通过所述中间环状部分从所述环状燃料通道延伸至所述多个第一空气通道的至少一个第一空气通道。11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·V·特列亚科夫，I·A·斯罗波延斯基，S·V·科谢维奇，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：