[发明专利]用于运行涡轮发动机的方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般地涉及旋转机器，且更特定地涉及用于运行燃气涡轮发动机的方法和设备。

背景技术

至少一些已知的燃气涡轮发动机燃烧燃料和空气的混合物，以从混合物释放热能以形成高温燃气流，高压燃气流通过热燃气路径被引导到涡轮机。涡轮机将来自燃气流的热能转化为使涡轮机轴旋转的机械能。涡轮机的输出可以用于驱动机器，例如发电机或泵。

至少一个燃烧反应的副产品可能受到法规限制。例如，在热驱动反应中，氮氧化合物(NOx)可能由于空气中的氮和氧之间由燃气涡轮发动机内的高温所引起反应而形成。一般地，当进入发动机的涡轮机部分的燃气流的温度增加时，涡轮机的效率增加。然而，燃气温度的增加可能促进NOx形成的增加。

燃烧通常在燃烧器上游区域处或附近发生，该上游区域通常称为反应区或初级区。燃料和空气的混合和燃烧也可能在反应区下游的经常被称为稀释区的区域内发生。惰性稀释剂可以被直接引入稀释区内以稀释燃料和空气混合物，以便于实现预先确定的混合物和/或进入涡轮机部分的燃气流的温度。然而，惰性稀释剂不总是可得到的，它可能不利地影响发动机热率且可能增加资金和运行成本。蒸汽可用作为稀释剂被引入，然而，蒸汽可能缩短热燃气路径部件的预期的使用寿命。

为便于控制涡轮发动机运行期间的NOx排放，至少一些已知的燃气涡轮发动机使用了以稀薄燃空比运行的燃烧器，和/或其中燃烧器运行为使得在允许燃料进入燃烧器的反应区前使燃料与空气预混合。预混合可能便于降低燃烧温度且因此降低NOx的形成而不要求添加稀释剂。然而，如果所使用的燃料是过程气体或合成的气体，或合成气，则选中的过程气体和/或合成气可能包括充足的氢，使得相关的高火焰速度可能便于自点火，回火和/或保持在混合设备内的火焰。此外，这样的高火焰速度可能不便于在燃烧前燃料和空气的均匀混合。

发明内容

在一个方面中提供了运行涡轮发动机的方法。方法包括提供至少一个具有限定在其内的燃烧室的燃烧器组件，其中燃烧室具有延伸通过它的中心线。方法也包括将至少一个第一流体流喷射到燃烧室内。方法进一步包括将至少一个第二流体流以相对于该至少一个第一流体流的倾斜的角喷射到燃烧室内，因此该至少一个第二流体流与该至少一个第一流体流相交和混合。

在另一个方面中提供了燃烧器组件。组件包括至少一个限定了燃烧室的燃烧器壁。组件也包括在该至少一个燃烧器壁内限定了至少一个第一流体入口的至少一个第一流体通道。该至少一个第一流体通道与燃烧室流动连通地联接。该至少一个第一流体入口构造为将第一流体流喷射到燃烧室内。组件进一步包括在该至少一个燃烧器壁内限定了至少一个第二流体入口的至少一个第二流体通道。该至少一个第二流体入口邻近该至少一个第一流体入口且与燃烧室流动连通地联接。第二流体入口构造为将第二流体流以相对于第一流体流的倾斜的角喷射到燃烧室内，使得第二和第一流体流以预先确定的入射角相交。

在进一步的方面中提供了涡轮发动机。发动机包括至少一个第一流体源、至少一个第二流体源和与该至少一个第一流体源和该至少一个第二流体源流动连通地联接的燃烧器组件。燃烧器组件包括至少一个燃烧器壁、至少一个第一流体通道和至少一个第二流体通道。该至少一个燃烧器壁限定了燃烧室。该至少一个第一流体通道在该至少一个燃烧器壁内限定了至少一个第一流体入口，且该至少一个第一流体通道与燃烧室流动连通地联接。该至少一个第一流体入口构造为将第一流体流喷射到燃烧室内。该至少一个第二流体通道在该至少一个燃烧器壁内限定了至少一个第二流体入口。该至少一个第二流体入口邻近该至少一个第一流体入口定位。该至少一个第二流体入口与燃烧室流动连通地联接且构造为将第二流体流以相对于第一流体流的倾斜的角喷射到燃烧室内，使得第二和第一流体流以预先确定的入射角相交。

附图说明

图1是典型的燃气涡轮发动机的截面示意图；

图2是典型的燃烧器组件可以与图1中所示的燃气涡轮发动机一起使用的一部分的截面示意图；

图3是图2中示出的燃烧器组件沿线3-3截取的截面示意图；

图4是可以与图2中示出的燃烧器组件一起使用的替代燃料-空气阵列的截面示意图；

图5是可以与图2中示出的燃烧器组件一起使用的另一个替代燃料-空气阵列的截面示意图；

图6是图4和图5中示出的替代燃料空气阵列的沿线6-6截取的截面示意图；

图7是可以与图2中示出的燃烧器组件一起使用的多个典型燃料空气阵列的端示意图；

图8是可以与图2中示出的燃烧器组件一起使用的替代燃料空气阵列的端示意图：

图9是图8中示出的燃料-空气阵列的部分沿椭圆9-9截取的截面示意图；