用于涡轮发动机的燃料/空气预混系统技术方案

本发明专利技术涉及并提供一种系统，该系统包括燃料喷嘴。燃料喷嘴包括中心体部，中心体部被构造成接收第一部分空气并且将空气输送至燃烧区域。燃料喷嘴还包括旋流器，旋流器被构造成接收第二部分空气并且将空气输送至燃烧区域。旋流器包括外部护罩壁、内部毂壁、以及旋流叶片。旋流叶片包括旋流叶片的下游边缘处的径向旋流轮廓。径向旋流轮廓包括从外部护罩壁延伸至第一过渡点的区域以及从过渡点延伸至内部毂壁的第二区域。第一区域和第二区域中的至少一个是基本平直的并且第一区域和第二区域中的至少一个是弓形的。

【技术实现步骤摘要】
用于涡轮发动机的燃料/空气预混系统
本专利技术涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及用于改进燃料喷嘴的可操作性的系统。
技术介绍
燃气涡轮发动机燃烧燃料与空气的混合物以产生热燃烧气体，所产生的热燃烧气体接着驱动一个或多个涡轮级。具体而言，热燃烧气体迫使涡轮轮叶旋转，由此驱动轴以使一个或多个负载（例如发电机）旋转。燃气涡轮发动机包括燃料喷嘴，以将燃料和空气引导至燃烧区域中。在具有燃料与空气的可燃混合物的燃烧区域中产生火焰。不幸的是，火焰有可能从燃烧区域向上游传播到燃料喷嘴中，从而能够由于燃烧的热而影响燃料喷嘴的性能。该现象通常被称为回火。同样地，有时可能在燃料喷嘴表面上或燃料喷嘴表面附近产生火焰。该现象通常被称为火焰保持。例如，火焰保持可能发生在燃料喷嘴上或燃料喷嘴附近的低速区域中。
技术实现思路
下文对与原始要求保护的专利技术的范围相符的某些实施例进行概述。并不期望这些实施例对所要求保护的专利技术的范围构成限制，相反，这些实施例仅仅旨在提供本专利技术的可能形式的简要概括。事实上，本专利技术可以包括多种形式，这些形式可以与下文所阐述的实施例相似或不同。根据第一实施例，一种系统包括燃料喷嘴。燃料喷嘴包括中心体部，中心体部被构造成接收第一部分空气并且将空气输送至燃烧区域。燃料喷嘴还包括旋流器，旋流器被构造成接收第二部分空气并且将空气输送至燃烧区域。旋流器包括外部护罩壁、内部毂壁、以及旋流叶片。旋流叶片包括旋流叶片的下游边缘处的径向旋流轮廓。径向旋流轮廓包括从外部护罩壁延伸至过渡点的区域以及从过渡点延伸至内部毂壁的第二区域。第一区域和第二区域中的至少一个是基本平直的并且第一区域和第二区域中的至少一个是弓形的。根据第二实施例，一种方法包括引导第一部分空气通过燃料喷嘴的中心体部。第一部分空气以燃料喷嘴的毂壁附近的第一旋流角离开中心体部。该方法还包括引导第二部分空气通过燃料喷嘴的旋流器。第二部分空气以燃料喷嘴的护罩壁附近的第二旋流角离开旋流器。第二部分空气以燃料喷嘴的毂壁附近的第三旋流角离开旋流器。第二旋流角大于第三旋流角。根据第三实施例，一种系统包括燃料喷嘴旋流器。燃料喷嘴旋流器包括外部护罩壁、内部毂壁、以及旋流叶片。旋流叶片包括旋流叶片的下游边缘处的径向旋流轮廓。径向旋流轮廓包括从外部护罩壁延伸至过渡点的第一区域以及从过渡点延伸至内部毂壁的第二区域。第一区域基本恒定，并且第二区域朝向毂壁显著减小。附图说明当参照附图阅读下文的详细描述时，本专利技术的这些和其它的特征、方面、以及优点将变得更好理解，其中相似的附图标记在全部附图中代表相似部件，在附图中：图1是根据本专利技术的各个方面的燃气涡轮机系统的实施例的方框图；图2是根据本专利技术的各个方面的沿纵向轴线截取的图1的燃气涡轮发动机的实施例的横截面侧视图；图3是根据本专利技术的各个方面的具有端盖的燃烧器头部端的实施例的透视图，该端盖具有多个燃料喷嘴；图4是根据本专利技术的各个方面的可以采用旋流器来对燃料和空气进行预混的图3的燃料喷嘴的实施例的透视横截面图；图5是根据本专利技术的各个方面的可以采用旋流叶片的旋流器的实施例的透视图；图6是根据本专利技术的各个方面的如图5中所示的旋流叶片的实施例的透视图；图7是根据本专利技术的各个方面的沿护罩壁处的纵向轴线截取的图6的旋流叶片的实施例的横截面图；图8是根据本专利技术的各个方面的沿毂壁处的纵向轴线截取的图6的旋流叶片的实施例的横截面图；图9是根据本专利技术的各个方面叠加在图8的旋流叶片的毂侧的横截面图上的图7的旋流叶片的护罩侧的横截面图；图10是根据本专利技术的各个方面的旋流叶片的下游边缘的径向旋流轮廓的实施例的图示；以及图11是根据本专利技术的各个方面的旋流叶片的下游边缘的径向旋流轮廓的另一个实施例的图示。具体实施方式本专利技术涉及燃料/空气预混系统，能够采用所述燃料/空气预混系统来在燃料与空气的混合物进入燃烧区域之前增加混合物的混合。根据某些实施例，预混系统包括具有旋流叶片的旋流器，所述旋流叶片具有恒定转向和强制涡旋径向轮廓。旋流器可以保持护罩壁附近的高旋流角，以增强混合以及火焰稳定。旋流器还可以保持毂壁附近减少的旋流以及较高的轴向速度，以减小火焰回火或火焰保持的可能性或影响。此外，可以引入旋流吹扫空气，以进一步稳定中心体部下游的火焰。可以对流过旋流器的空气相对于流过中心体部的空气的比进行调节，以使得系统能够在降低的流速（例如调低）下操作。下文将对本专利技术的一个或多个特定实施例进行描述。为了提供对这些实施例的简明描述，说明书中可能不会对实际实施方式的所有特征进行描述。应当领会，在开发任何这种实际实施方式的过程中，如在任何工程或设计项目中，必须进行多种实施方式特定的判定，以实现开发者的特定目标（例如遵守系统相关和商业相关的约束），所述特定目标可能随着实施方式的不同而发生变化。此外，应当领会，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但是无论如何，对于受益于本专利技术的本领域普通技术人员而言，这是设计、加工、和制造的常规任务。当引入本专利技术的各个实施例的元件时，冠词“一个”和“所述”意在表示具有元件中的一个或多个元件。术语“包括”和“具有”意为包含的并且意味着除了所列出的元件还可能具有另外的元件。现在参照附图并且首先参照图1，示出了燃气涡轮机系统10（例如燃气涡轮发动机）的实施例的方框图。该图包括燃料喷嘴12、燃料供给14、以及燃烧器16。如图所示，燃料供给14包括液体燃料或气体燃料（例如天然气），所述液体燃料或气体燃料被引导至燃气涡轮机系统10通过燃料喷嘴12进入燃烧器16中。在燃料与加压空气（由箭头18示出）混合之后，燃烧器16中发生点火。燃料喷嘴12可以包括用于在点燃混合物之前增强燃料与空气的混合的系统。更具体地，如下文更详细地描述的，燃料喷嘴12可以包括旋流器，该旋流器被设计成增强燃料与空气混合、稳定火焰、减少火焰回火或火焰保持、并且使得燃气涡轮机系统10能够在调低速率下操作。由于点火而产生的来自燃烧器16的排放气体造成涡轮20内的轮叶旋转。涡轮20中的轮叶与轴22之间的联接将使得轴22旋转，轴22在整个燃气涡轮机系统10中还联接至若干部件，如图所示。例如，图示的轴22驱动地联接至压缩机24和负载26。应当领会，负载26可以是可通过燃气涡轮机系统10的旋转输出产生动力的任何合适的装置，例如发电机或车辆。空气进给28进入进气部30，进气部30接着将空气引导至压缩机24中。压缩机24包括驱动地联接至轴22的多个轮叶，由此对来自进气部30的空气进行压缩并且将经过压缩的空气引导至燃料喷嘴12和燃烧器16，如箭头18所示。燃料喷嘴12可以接着以最优比将加压空气与燃料混合以用于燃烧，例如使得燃料更完全地燃烧以便不会浪费燃料或者造成过量排放物的燃烧。在通过涡轮20之后，热排放气体在排气出口34处离开燃气涡轮机系统10。燃气涡轮机系统10包括相对于在燃气涡轮机系统10操作期间固定的其它部件移动和/或旋转的多个部件（例如轴22）。图2是沿如图1中所示的燃气涡轮机系统10的实施例的轴向方向36截取的横截面侧视图。在操作中，空气通过进气部30进入燃气涡轮机系统10并且进入压缩机24中。压缩机24包括多个轮叶38，多个轮叶38围绕轴22沿周向方向40旋转以对空气进行加压。轮叶38将空气引导至燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，所述系统包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括：中心体部，所述中心体部被构造成接收第一部分空气并且将所述第一部分空气输送至燃烧区域；以及旋流器，所述旋流器被构造成接收第二部分空气并且将所述第二部分空气输送至所述燃烧区域，其中所述旋流器包括：外部护罩壁；内部毂壁；以及旋流叶片，所述旋流叶片具有所述旋流叶片的下游边缘处的径向旋流轮廓，其中所述径向旋流轮廓包括从所述外部护罩壁延伸至过渡点的第一区域以及从所述过渡点延伸至所述内部毂壁的第二区域，并且所述第一区域和所述第二区域中的至少一个是基本平直的并且所述第一区域和所述第二区域中的至少一个是弓形的。

【技术特征摘要】
2012.04.30 US 13/4607001.一种系统，所述系统包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括：中心体部，所述中心体部被构造成接收第一部分空气并且将所述第一部分空气输送至燃烧区域；以及旋流器，所述旋流器被构造成接收第二部分空气并且将所述第二部分空气输送至所述燃烧区域，其中所述旋流器包括：外部护罩壁；内部毂壁，所述内部毂壁包括用于供应燃料的端口；以及旋流叶片，所述旋流叶片具有所述旋流叶片的下游边缘处的径向旋流轮廓，其中所述径向旋流轮廓包括从所述外部护罩壁延伸至过渡点的第一区域以及从所述过渡点延伸至所述内部毂壁的第二区域，并且所述第一区域是基本平直的并且所述第二区域是弓形的；其中所述旋流叶片包括与所述用于供应燃料的端口流体连通的用于喷射燃料的端口。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中心体部包括扩散旋流器，所述扩散旋流器被构造成向所述第一部分空气的子部分引起旋流。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述径向旋流轮廓形成所述外部护罩壁处的第一旋流角并且所述径向旋流轮廓形成所述内部毂壁处的第二旋流角，并且所述第一旋流角大于所述第二旋流角。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一旋流角处于大约40度至大约60度之间。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二旋流角小于大约20度。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一部分空气相对于所述第二部分空气的比为大约0.05至大约0.25。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过渡点布置成接近所述径向旋流轮廓的中心。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括燃气涡轮机，所述燃气涡轮机包括燃烧器和燃料喷嘴。9.一种方法，所述方法包括：引导第一部分空气通过燃料喷嘴的中心体部，其中所述第一部分空气以所述燃料喷嘴的毂壁附近的第一旋流角离开所述中心体部；以及引导第二部分空气通过所述燃料喷嘴的旋流器，其中所述第二部分空气以所述燃料喷嘴的护罩壁附近的第二旋流角离开所述旋流器，所述第二部分空气以所述燃料喷嘴的所述毂壁附近的第三旋流角离开所述旋流器，并且所述第二旋流角大于所述第三旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：左柏芳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：