微混合器噴嘴的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種微混合器噴嘴，所述微混合器噴嘴用于在燃氣渦輪發動機中對燃料流和氣流進行混合。所述微混合器噴嘴可包括：燃料板，所述燃料板帶有多個燃料板孔以及與所述燃料流連通的燃料板通道；以及空氣板，所述空氣板帶有多個空氣板孔以及與所述氣流連通的空氣板通道。所述燃料板通道與所述空氣板通道可對準，使所述燃料流和所述氣流部分混合。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明大體涉及燃氣渦輪發動機，并且更具體地涉及一種微混合器噴嘴，所述微 混合器噴嘴帶有簡化部件以便易于制造、易于配置并且總體易于操作。 微混合器噴嘴
【背景技術】
[0002] 燃氣渦輪發動機的操作效率以及總體輸出大體隨著熱的燃燒氣流溫度增加而來 增加。然而，高的燃燒氣流溫度可以產生高含量的氮氧化物以及其他類型的受管制的排放 物。因此，以下兩者之間存在平衡作用：在有效溫度范圍中操作燃氣渦輪發動機的同時也 會確保氮氧化物以及其他類型的受管制的排放物輸出仍在規定含量以下。
[0003] 通過使燃料流與空氣流在燃燒前進行良好混合，即可促進氮氧化物以及類似物質 排放水平降低。此類預先混合趨于降低燃燒溫度以及氮氧化物輸出。一種提供此類良好混 合的方法是通過使用微混合器燃燒噴嘴實現，其中在燃燒前，將燃料與空氣在增壓腔室內 的多個微混合器管道中混合。
[0004] 盡管當前微混合器噴嘴設計提供改進燃燒新能，但是制造此類微混合器噴嘴可能 是種挑戰。如上所述，微混合器噴大體包括多個小型管道，在所述小型管道中帶有多個小 孔。此類部件可以要求緊密容限，并且因此制造起來是耗時的。另外，其中總體流動分布可 能難以控制。
[0005] 因此，需要一種改進微混合器燃燒噴嘴設計。這種改進微混合器燃燒噴嘴設計可 以促進良好燃料/空氣混合，同時易于制造、易于配置并且易于與低成本的部件和技術一 起使用。
【發明內容】
[0006] 本發明提供一種微混合器燃燒噴嘴，用于在燃氣渦輪發動機中將燃料流與氣流混 合。所述微混合器燃燒噴嘴可以包括：燃料板，其帶有多個燃料板孔以及與所述燃料流連通 的燃料板通道；以及空氣板，其帶有多個空氣板孔以及與所述氣流連通的空氣板通道。可以 將所述燃料板通道與所述空氣板通道對準，以使所述燃料流與所述氣流部分混合。
[0007] 所述微混合器燃燒噴嘴進一步包括多個燃料板通道、多個空氣板通道，并且其中 將所述多個燃料板通道與所述多個空氣板通道部分對準。所述多個燃料板通道包括多個同 心圓環；所述多個空氣板通道包括多個不同配置的空氣板通道。所述空氣板通道包括線性 空氣板通道；或者所述空氣板通道包括圓形空氣板通道節段；或者所述空氣板通道包括成 角度的空氣板通道。
[0008] 其中，所述燃料板包括第一側以及第二側，并且其中所述燃料板通道圍繞所述第 二側定位。所述空氣板包括第一側以及第二側，并且其中所述空氣板通道圍繞所述第一側 定位。其中，所述燃料板通道與所述空氣板通道部分對準，以便形成用于所述燃料流和所述 氣流的混合管道。燃料空氣混合物流動通過所述多個空氣板孔。其中，所述多個燃料板孔 與所述燃料板通道對準。其中，所述多個燃料板孔包括多個不同大小的燃料板孔。所述多 個空氣板孔包括多個不同大小的空氣板孔。
[0009] 本發明進一步地提供一種在燃燒噴嘴中將燃料流與氣流混合的方法。所述方法可 包括以下步驟：將燃氣板上的一個或多個燃氣板通道與空氣板上的一個或多個空氣板通道 至少部分對準；使燃料通過多個燃料板孔流動到所述一個或多個燃氣板通道中；使空氣流 動到所述一個或多個空氣板通道中；混合所述燃料流與所述氣流；以及使燃料空氣混合物 流動通過多個空氣板孔。
[0010] 本發明進一步地提供一種微混合器燃燒噴嘴，用于在燃氣渦輪發動機中將燃料流 與氣流混合。所述微混合器燃燒噴嘴可以包括：燃料板，其帶有多個燃料板孔以及與所述燃 料流連通的多個燃料板通道；以及空氣板，其帶有多個空氣板孔以及與所述氣流連通的多 個空氣板通道。可以將所述燃料板通道與所述空氣板通道部分對準，以將所述燃料流與所 述氣流混合成燃料空氣流從中通過。
[0011] 其中，所述多個燃料板通道包括多個同心圓環。所述多個空氣板通道包括線性空 氣板通道；或者所述多個空氣板通道包括圓形空氣板通道節段；或者所述多個空氣板通道 包括成角度的空氣板通道。
[0012] 當結合若干附圖以及所附權利要求書來閱讀以下詳細描述時，本領域的技術人員 可以清楚了解本申請案以及相應專利的這些和其他特征以及改進。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是示出壓縮機、燃燒器、渦輪機以及負載的燃氣渦輪發動機的示意圖。
[0014] 圖2是如可與圖1所示燃料渦輪發動機一起使用的燃燒器的示意圖。
[0015] 圖3是可如本說明書所述微混合器噴嘴的局部透視圖。
[0016] 圖4是用于圖3所示微混合器噴嘴的燃料板的局部透視圖。
[0017] 圖5是用于圖3所示微混合器噴嘴的空氣板的透視圖。
[0018] 圖6是可如本說明書所述用于微混合器噴嘴的空氣板的替代實施方案的局部側 視截面圖。
【具體實施方式】
[0019] 現在參閱附圖，其中相似數字指代多多幅附圖中的相似元件，圖1示出可如本說 明書所描述的燃氣渦輪發動機10的示意圖。燃氣渦輪發動機10可以包括壓縮機15。壓縮 機15壓縮進入氣流20。壓縮機15將壓縮氣流20遞送到燃燒器25上。燃燒器25將壓縮 氣流20與加壓的燃料流30混合，并且使混合物點燃以便生成燃燒氣流35。盡管示出僅單 個燃燒器25,但燃氣渦輪發動機10可以包括任意數量的燃燒器25。然后，將燃燒氣流35 遞送到渦輪機40上。燃燒氣流35驅動渦輪機40以使機械功產生。渦輪機40中所產生的 機械功是經由軸45來驅動壓縮機15和諸如發電機以及相似負載的外部負載50。
[0020] 燃氣渦輪發動機10可以使用天然氣、各種類型的合成氣和/或其他類型燃料。燃 氣潤輪發動機10可以是位于美國紐約斯卡奈塔第市（Schenectady, New York)的通用電 氣公司（General Electric Company)提供的多種不同燃氣潤輪發動機中的任何一種，包括 (但不限于）7或9系列重型燃氣渦輪發動機以及相似燃氣渦輪發動機。該燃氣渦輪發動機 10可以具有不同配置并可以使用其他類型部件。本說明書也可以使用其他類型燃氣渦輪發 動機。本說明書還可同時使用多個燃氣渦輪發動機、其他類型渦輪機以及其他類型發電設 備。
[0021] 圖2示出可與上述燃氣渦輪發動機10 -起使用的燃燒器25的實例的示意圖。燃 燒器25可從頭端處的端蓋52延伸到圍繞渦輪機40的后端處的過渡連接件54上。多個燃 料噴嘴56可以圍繞端蓋52定位。內襯58可以從燃料噴嘴56朝著過渡連接件54延伸，并 且可以將燃燒區60設在其中。內襯58可由導流套管62環繞。內襯58和導流套管62可 在其間設有流路64,以供用于來自壓縮機15或通到其的氣流20。本說明書所述燃燒器25 是僅僅用作實例目的。本說明書可以使用帶有其他部件以及其他配置的燃燒器。
[0022] 圖3至5示出可如本說明書所述燃燒噴嘴100的一部分，所述燃燒噴嘴用于混合 氣流20與燃料流30。燃燒噴嘴100可為微混合器燃燒噴嘴110。燃燒噴嘴100可以與上述 燃燒器25以及類似部件一起使用。燃燒噴嘴100可以具有任何合適大小、形狀或者配置。
[0023] 燃燒噴嘴100可以包括燃料板120。燃料板120可與燃料流30連通。所用術語 "板"簡單來說是指燃料通道的下游末端。燃料板120可與許多其他總體設計組合。燃料板 120可以具有第一側130以及第二側140。燃料板120可以具有多個燃料板孔150,所述燃 料板孔從第一側130延伸通過其中到第二側140。燃料板孔150可以具有任何合適大小、形 狀或者配置。本說明書可以一起使用不同大小和形狀的燃料板孔150。本說明書可以使用 任何數量的燃料板孔150。
[0024] 燃料板120可以具有形成在中的圍繞第二側140的多個燃料板通道160。燃料板 通道160可以凹入燃料板140的第二側140之中，或者以其他方式在其中形成。燃料板孔 150可以與燃料板通道160對準。在這個實例中，燃料板通道160采用多個同心圓環170形 式。同心圓環170可以是連續和/或間斷的。燃料板通道160可以具有任何合適大小、形 狀或者配置。本說明書可以使用任何數量的燃料板通道160。本說明書可以一起使用不同 大小和形狀的燃料板通道160。本說明書可以使用其他部件以及其他配置。
[0025] 燃燒噴嘴100還可包括空氣板180。空氣板180可與來自壓縮機150或其他地方 的氣流20連通。所用術語"板"簡單來說是指空氣通道的下游末端。空氣板180可與許多 其他總體設計組合。空氣板180可以完全或者部分環繞燃料板120,或者對應位置可以倒 轉。空氣板180可以包括第一側190以及第二側200。燃料板120的第二側140可以朝向 空氣板180的第一側190。空氣板180可以具有多個空氣板孔210,所述空氣板孔從第一側 190延伸通過其中到第二側200。空氣板孔210可以具有任何合適大小、形狀或者配置。本 說明書可以使用任何數量的空氣板孔210。空氣板孔210大體可以不與燃料板孔150直接 對準（盡管也可使用這種情況，即可以與燃料板孔150對準），而是可以與其偏離。另外，本 說明書可以使用不同數量的空氣板孔210和燃料板孔150。本說明書可以一起使用不同大 小和形狀的空氣板孔210。
[0026] 空氣板180還可以具有多個空氣板通道220。空氣板通道220可以具有任何合適 大小、形狀或者配置。本說明書可以使用任何數量的空氣板通道220。空氣板通道220可 以在空氣板180的第一側190中形成。空氣板通道220可以凹入空氣板180的第一側190 之中，或者以其他方式在其中形成。在這個實例中，本說明書可以使用多個線性空氣板通道 230。另外，也可使用一個或多個圓形空氣板通道節段240。空氣板孔210可以定位在線性 空氣板通道230和圓形空氣板通道節段240內以及其他地方。如圖所示，本說明書可以一 起使用不同大小和形狀的燃料板通道220。本說明書可以使用其他部件以及其他配置。
[0027] 在使用時，燃料流30延伸到燃料板120上，并且通過燃料板孔150,然后進入燃料 板的第二側140上的燃料板通道160中。燃料流30在其通過小燃料板板150時可以加速。 燃料流20延伸到空氣板180上，并且流動通過空氣板通道220。燃料板通道160與空氣板 通道220的交織形成一種混合管道250,用以與經加速的燃料流30組合而來促進其中良好 燃料-空氣混合。因此，燃料空氣混合物260離開空氣板孔210以在燃燒區60中燃燒。本 說明書也可使用其他部件以及其他配置。
[0028] 在本說明書中，各種孔和通道大小、形狀以及配置可以不同。例如，圖6示出帶有 多個成角度的空氣板孔280的空氣板270的實例。成角度的空氣板孔280因此以一定角度 從第一側190延伸到空氣板270的第二側200。本說明書可以使用任何角度。成角度的空 氣板孔280可與從空氣板180的第一側190垂直延伸的空氣板孔210 -起使用，如上所述。 本說明書可以使用任何空氣板孔組合。使用成角度的空氣板孔280可以使熱氣圍繞空氣板 270的第二側200的再循環最小化。
[0029] 可以使用不同大小的空氣板孔210來控制對從中通過的燃料-空氣混合物260的 火焰淬火（quench)。燃料板通道160和空氣板通道220的大小可以不同，以便控制其中壓 降。通過改變板120、180、孔150、210以及通道160、220的大小和形狀，也可實現對燃燒噴 嘴100的總體調整。對應的孔150、210以及通道160、220也可進行時控以便實現精調。燃 料板220和空氣板180的對應位置也可倒轉。可將不同類型的填充物加入空氣通道220,以 便維持淬火能力，從而控制火焰保持（flame holding)。此類填充物可以是催化劑以增強其 中化學反應，同時抑制火焰保持。另外，可以使用空氣板180層而來維持淬火距離并且增加 通道220的流面積。本說明書可以使用其他部件以及其他配置。
[0030] 本說明書所述燃燒噴嘴100因此可以易于制造，因為部件實質可模塊化。另外，燃 燒噴嘴100可以易于重新配置。這些制造益處會與以下多個操作優點組合：火焰保持限制 極高、排放量低、焰短以供快速燃燒以及壓降更低。確切地說，燃燒噴嘴1〇〇提供對空氣與 燃料分布的增強控制。
[0031] 應當清楚，前述內容僅僅涉及本申請案以及相應專利中的某些實施方案。本領域 的技術人員可以在不背離本發明的總體精神和范圍情況下對本發明做出多種變化以及修 改，其中本發明的總體精神和范圍由所附權利要求書及其等效物定義。
【權利要求】
1. 一種用于在燃氣渦輪發動機中對燃料流和氣流進行混合的微混合器噴嘴，所述微混 合器燃燒噴嘴包括： 燃料板，其與所述燃料流連通； 所述燃料板包括多個燃料板孔并且包括燃料板通道； 空氣板，其與所述氣流連通； 所述空氣板包括多個空氣板孔并且包括空氣板通道；以及 其中所述燃料板通道與所述空氣板通道對準，使所述燃料流與所述氣流部分混合。
2. 如權利要求1所述的微混合器噴嘴，其進一步包括多個燃料板通道、多個空氣板通 道，并且其中將所述多個燃料板通道與所述多個空氣板通道部分對準。
3. 如權利要求2所述的微混合器噴嘴，其中所述多個燃料板通道包括多個同心圓環。
4. 如權利要求2所述的微混合器噴嘴，其中所述多個空氣板通道包括多個不同配置的 空氣板通道。
5. 如權利要求1所述的微混合器噴嘴，其中所述空氣板通道可以包括以下選擇中的任 何一種：線性空氣板通道、圓形空氣板通道節段、和成角度的空氣板通道。
6. 如權利要求1所述的微混合器噴嘴，其中所述燃料板包括第一側以及第二側，并且 其中所述燃料板通道圍繞所述第二側定位。
7. 如權利要求1所述的微混合器噴嘴，其中所述空氣板包括第一側以及第二側，并且 其中所述空氣板通道圍繞所述第一側定位。
8. 如權利要求1所述的微混合器噴嘴，其中所述燃料板通道與所述空氣板通道部分對 準，以便形成用于所述燃料流和所述氣流的混合管道。
9. 一種用于在燃氣渦輪發動機中對燃料流和氣流進行混合的微混合器噴嘴，所述微混 合器噴嘴包括： 燃料板，其與所述燃料流連通； 所述燃料板包括多個燃料板孔和多個燃料板通道； 空氣板，其與所述氣流連通； 所述空氣板包括多個空氣板孔和多個空氣板通道；以及 其中所述多個燃料板通道與所述多個空氣板通道部分對準，以將所述燃料流與所述氣 流混合成燃料-空氣流。
【文檔編號】F23R3/28GK203893228SQ201320697813
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2012年11月6日
【發明者】陳偉, K.W.麥克馬罕, G.A.博德曼, J.D.布朗 申請人:通用電氣公司