[发明专利]用于燃气涡轮机的燃料喷嘴组件和使燃料流转向的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机中的燃料燃烧，并且具体而言涉及将压缩空气引导至燃烧器中的燃烧区域。 

背景技术

燃气涡轮机燃烧器对大量的燃料和压缩空气进行混合，并且使所获得的空气和燃料混合物燃烧。传统的用于工业燃气涡轮机的燃烧器通常包括圆柱形燃烧“罐(can)”的环形阵列，在圆柱形燃烧“罐”中空气和燃料混合以及产生燃烧。来自轴流压缩机的压缩空气流入燃烧器中。通过延伸到每一个罐中的燃料喷嘴组件喷射燃料。燃料和空气的混合物在每一个罐的燃烧室中燃烧。燃烧气体从每一个罐排放到通向涡轮的管道中。 

来自压缩机的加压空气在罐的后端处进入燃烧罐，后端同样也是热燃烧气体从罐流向涡轮的端部。压缩空气流过形成在罐的圆柱形壁与内圆柱形燃烧衬套之间的环形管道。当热燃烧气体流过衬套的内部时，相对较冷的压缩空气对衬套的壁进行冷却。热燃烧气体沿与压缩空气的流动大体相反的方向流过管道。 

当压缩空气到达燃烧器罐的头部端时，空气转向180度，以进入燃料喷嘴中的一个燃料喷嘴。为了进入外燃料喷嘴，压缩机空气的流动方向发生紧密并且快速的逆转。这个突然的转向能够在空气中产生低速流动区域，而空气流的其它区域处于明显更高的速度。当空气进入用于压缩空气的最靠近燃烧室中的双壁流动路径的外燃料喷嘴时，低速流的出现是最激烈的。 

通过燃料喷嘴的均匀流速是期望的，以提供空气与燃料的均匀混合和均匀燃烧。由于低速区域提供用于将火焰停泊(anchor)在燃料喷嘴内侧的区域，因此燃料喷嘴中的低速空气流区域还造成喷嘴内侧的火焰保持风险。燃料喷嘴中的火焰能够毁坏喷嘴的硬件。此外，低速空气流能够造成空气和燃料混合物中的局部变化。这些变化能够包括这样的区域：在所述区域中，燃料和空气混合物过于丰富(rich)，从而导致过高的燃烧温度以及氮氧化物(NO_X)的过度产生。始终期望能够在燃烧器罐中保持稳定火焰、减少燃气涡轮机中的燃烧而产生的NO_X排放物、以及保持通过燃料喷嘴的均匀空气流速度。 

发明内容

构想了一种用于燃气涡轮机的燃料喷嘴组件，该组件包括：圆柱形中心体部、与中心体部共轴并且围绕中心体部延伸的圆柱形罩(shroud)、以及具有下游边缘的转向引导件，该下游边缘延伸到位于中心体部与罩之间的通路的入口中，其中转向引导件仅部分地围绕中心体部延伸。 

转向引导件可以是成形为与罩的入口区域相符合的薄片。转向引导件可以具有广口弯曲入口区域和大体直的出口区域。转向引导件可以通过肋或柱(post)安装至罩或中心体部。转向引导件可以沿围绕燃料喷嘴的弧延伸，并且该弧可以处于200度至35度的范围内。转向引导件可以位于邻近外部双壁环形流动管道的罩的一侧，压缩机空气通过外部双壁环形流动管道并且朝向该组件径向向内转向。 

构想了一种用于燃气涡轮机的燃烧室，该燃烧室包括：环形流动管道，加压空气沿与形成在该燃烧室中的燃烧气体的流动相反的方向流过环形流动管道；具有内侧表面的端盖组件；径向向内转向件，该径向向内转向件接近端盖组件的内侧表面位于流动管道中；至少一个燃料喷嘴组件，该燃料喷嘴组件包括圆柱形中心体部、与中心体部共轴并且围绕中心体部延伸的圆柱形罩、以及具有下游边缘的转向引导 件，该下游边缘朝向位于中心体部与罩之间的通路延伸，其中转向引导件仅部分地围绕中心体部延伸，并且转向引导件与环形流动管道的出口对齐且接近环形流动管道的出口，使得转向引导件将空气从环形流动管道导入位于中心体部与罩之间的通路中。转向引导件可以位于邻近环形流动管道的罩的一侧。 

构想了一种将加压空气导入燃烧室中的燃料喷嘴组件的空气流动管道中的方法，该方法包括以下步骤：使加压空气沿第一方向移动通过燃烧室中的环形管道，并且使空气从管道朝向燃料喷嘴径向向内转向；经过转向的加压空气流入位于燃料喷嘴组件的圆柱形罩与中心体部之间的通路中；当经过转向的加压空气流入通路中时，通过具有入口边缘和出口边缘的转向引导件对空气进行导向，入口边缘与从环形管道流动的经过转向的空气对齐，出口边缘与通路对齐，其中转向引导件仅部分地围绕中心体部延伸。