[发明专利]对涡轮燃烧器燃料喷嘴中火焰稳定和回火的主动控制

说明书

有关美国联邦资助的研究&开发声明

本发明根据美国能源部所授予的DE-FC26-05NT42643号合同由美国政府支持完成。美国政府拥有本发明的一定权利。

技术领域

文中的主题涉及用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴。更具体而言，本公开主题涉及消除与燃料喷嘴相关的回火和火焰稳定。

背景技术

燃气涡轮发动机燃烧燃料和空气的混合物以产生热的燃烧气体，该气体继而又驱动一个或多个涡轮。具体而言，热燃烧气体迫使涡轮叶片旋转，从而驱动轴用以旋转一个或多个负载，例如，发电机。如所了解的那样，火焰形成在具有燃料和空气的可燃混合物的燃烧区中。令人遗憾的是，火焰可能潜在地从燃烧区向上游传播到燃料喷嘴中，这可导致因燃烧热而造成破坏。此种现象通常称为回火。同样，火焰有时可能形成在表面上或附近，这也可导致因燃烧热而造成破坏。此种现象通常称为火焰稳定。例如，火焰稳定可发生在低速区域中的燃料喷嘴上或附近。具体而言，喷射燃料流到空气流中可在燃料流的喷射点附近造成低速区域，这可能导致火焰稳定。

发明内容

下文概述了与初始要求得到专利保护的本发明的范围相称的一些实施例。这些实施例并非旨在限制要求得到专利保护的本发明的范围，而是这些实施例仅意图提供对本发明可能形式的简要概述。实际上，本发明可包含可能类似或不同于下文所阐述的实施例的多种形式。

在第一实施例中，一种系统包括涡轮燃烧器燃料喷嘴，该燃料喷嘴包括：涡流导叶；以及喷射孔，其构造成用以响应于检测到表示火焰在涡轮燃烧器燃料喷嘴内的状态而在涡流导叶的下游区域中喷射流体。

在第二实施例中，一种系统包括涡轮燃烧器燃料喷嘴，该燃料喷嘴包括：空气通路；燃料通路；燃料-空气混合物区域，其接收来自于空气通路的空气和接收来自于燃料通路的燃料；以及流体喷射孔，其构造成用以响应于检测到表示火焰在涡轮燃烧器燃料喷嘴内的状态而在燃料-空气混合物区域中喷射流体。

在第三实施例中，一种系统包括：燃料喷嘴火焰传感器，其构造成用以检测表示火焰在涡轮燃烧器燃料喷嘴内的状态；以及燃料喷嘴火焰控制器，其构造成用以响应于来自燃料喷嘴火焰传感器的表示该状态的信号而控制喷射流体到涡轮燃烧器燃料喷嘴中。

附图说明

当参考附图研读以下详细描述时，将会更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，全部附图中相似的符合表示相似的部分，在附图中：

图1是根据本技术的实施例的燃气涡轮系统的示意性方框图；

图2是根据本技术的实施例的燃气涡轮发动机(如图1中所示)的剖面侧视图；

图3是燃气涡轮发动机(如图2中所示)的燃烧器的剖面侧视图，显示了根据本技术的实施例的多个燃料喷嘴；

图4是根据本技术的实施例的燃料喷嘴(如图3中所示)的方框图；和

图5是根据本技术的一些实施例的燃料喷嘴(如图4中所示)的预混合器的透视剖视图；以及

图6是根据本技术的实施例的燃料喷嘴(如图3中所示)的透视剖视图。

零件清单

10涡轮系统

12燃料喷嘴

14燃料源

16空气源

18稀释剂源

20燃烧器

22箭头

24涡轮

26轴

28压缩机

30负载

31空气源

32空气进口

33排气出口

34火焰监控器

36传感器

38控制器

40涡轮叶片

42叶片

44头端

46端盖

48燃烧器帽盖组件

50燃烧器室

52流动套筒

54衬套

56中空环形空间

58过渡件

60定向线

62仓室

64喷嘴空气进口

66上游部分

67流体通路

68环形本体

69定向箭头

70环形通道

72涡流导叶

73轴向方向

74径向方向

75周向方向

76壁

78燃料隔间

80燃料喷射孔

81定向流动线

82下游部分

84流体喷射孔

86流体隔间

88环形壁

90主要空气阀

92预混合器

94分隔件