[发明专利]耐火焰副燃料喷嘴

说明书

本发明在由美国能源部授予的合同No. DE-FC26-05NT42643下得到政府支持而作出。政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及在包括冷却的预混合器中的耐火焰副燃料喷嘴。

背景技术

燃气涡轮的燃烧器中的副喷嘴在火焰保持在该喷嘴的预混合段中时可能被永久性地破坏。高反应性燃料的使用使得这样的可能性更高了，并限制了气体燃烧器在受限的燃料空间中的可操作性。

高反应性燃料的使用增加了会引起硬件损坏的火焰保持危险，并使得在预混合运行中操作这些燃料更加困难。之前，已经通过所谓的部分预混合设计理念来处理这种情况，该设计理念相对于火焰保持危险损害了混合，并且增加了NO_x排放。

参照图1，示例性燃气涡轮12包括了压缩器14、双级双模式燃烧器16和由单个叶片代表的涡轮18。尽管没有具体示出，该涡轮18沿着共同轴线起推动作用地连接到该压缩器14。该压缩器14对入口空气加压，之后该入口空气转向或反向流向该燃烧器16，此处该入口空气用于冷却该燃烧器并且也用于向燃烧过程提供空气。该燃气涡轮12包括位于该燃气涡轮12的外围附近的多个燃烧器16(示出一个)。过渡管20将它的特定的燃烧器16的出口端与涡轮18的入口端连接，以将燃烧过程的热产物输送到该涡轮18。

参照图1和图2，各个燃烧器包括由文氏管喉部区域28分开的主或上游燃烧室24和第二或下游燃烧室26。燃烧器由将压缩器排放空气流引导向该燃烧器的燃烧器流动套管30围绕。燃烧器还由用螺栓固定到涡轮罩32上的外罩31围绕。

主喷嘴36向上游燃烧室24提供燃料输送，并被布置为环绕中央副扩散喷嘴38的环形阵列。尽管应该明白可以提供其它的布置，各个燃烧器可以包括六个主喷嘴以及一个副喷嘴。燃料通过管路42向喷嘴输送。在主燃烧器中的点燃通过火花塞48引起，而在邻近燃烧器中的点燃通过联焰管50引起。

参照图2，主扩散喷嘴36包括燃料输送喷嘴54和环形旋流器56。该喷嘴54仅仅输送燃料，之后这些燃料接着与旋流器空气混合以用于燃烧。位于中央的该副喷嘴38包括主燃料/空气预混合通道和导向器扩散喷嘴。

在基本负荷运行期间，该双级双模式燃烧器被设计为以预混合模式运行，使得所有主喷嘴36简单地使将要通过由副喷嘴38支承的副预混合火焰点燃的燃料和空气混合。这种主喷嘴燃料的预混合以及通过副导向器扩散喷嘴的点燃导致燃烧器中更低的NO_x产量。

还参照图2，扩散导向的预混合喷嘴100包括具有燃料输送管的扩散导向器。该扩散导向器还包括与燃料输送轴向管部分同轴且环绕该部分的空气输送管。输入进该空气输送管中的空气为环绕燃烧器16反向流动进入由流动套管30和燃烧室衬套78限定的容积76中的压缩器排放空气。该扩散导向器在它的排放端包括为了将空气输送管排放空气引导向扩散导向火焰的目的的第一或扩散导向旋流器。

环绕扩散导向器并包括邻近扩散导向器排放端而终结的排放端(如通过流动箭头所示)的类似套管的截锥限定了预混合室84。压缩器排放空气以与向空气输送管供应空气的方式相类似的方式从容积76流入该预混合室84中。多个径向燃料分配管贯穿空气输送管并进入预混合室84，使得喷射的燃料和空气混合并输送到在扩散导向器和预混合室截锥之间的第二或预混合室旋流器环状空间。图1和图2中示出的燃烧器和燃气涡轮发动机的进一步的细节在例如美国专利5193346中公开。 

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器，包括构造为将燃料扩散进入经过该燃烧器的空气流中的多个主喷嘴以及构造为将燃料与空气流预混合的副喷嘴，该副喷嘴包括：燃料通道；环绕该燃料通道提供的中央主体；燃烧管，该燃烧管环绕该中央主体提供且在该中央主体和该燃烧管之间限定了环形空气-燃料混合通道；环形空气-燃料混合通道中的构造为使空气流打旋的至少一个叶片；以及至少两个冷却通道，包括用于冷却中央主体和该至少一个叶片的表面的燃料冷却通道和用于冷却该燃烧管的壁的空气冷却通道。