[发明专利]用于在涡轮发动机中使用的燃料喷射组件及其组装方法

说明书

联邦调查声明

本发明是根据由能源部（DOE）授予的合同No.DE-FC26-05NT42643在政府支持下进行的，并且政府在本发明中具有某些权利。

技术领域

本发明中所公开的主题大体涉及涡轮发动机，并且更具体地，涉及用于在涡轮发动机中使用的燃料喷射组件。

背景技术

至少一些已知的涡轮发电机用于热电联产设施（cogeneration facilities）和电厂中。这种发动机可能对每单元质量流量的比功和功率具有高要求。为了提高操作效率，至少一些已知的涡轮发动机（例如燃气涡轮发动机）在升高的燃烧温度下操作。在至少一些已知的燃气涡轮发动机中，随着燃烧气体温度上升，发动机效率提高。

然而，在较高温度下操作还可能使例如氮氧化物（NO_X）的污染排放物的产生增加。在使这种排放物的产生减少的尝试中，至少一些已知的涡轮发动机包括改进的燃烧系统设计。例如，许多燃烧系统可以使用预混技术，所述预混技术包括管组件或微型混合器，所述管组件或微型混合器有利于将例如稀释剂、气体、和/或空气的物质与燃料混合，以产生用于燃烧的燃料混合物。预混技术还可以包括被称为掺氢（hydrogen doping）的过程。在掺氢过程中，氢气（H₂）与燃料混合，使得燃料和氢气混合物被引导至管组件。已经证实掺氢能够使排放物水平降低，并且有助于减少燃烧器贫油熄火（LBO）。

然而，在高氢气水平下操作可能实际上增加NO_X水平，并且/或者可能引入大于1kHz的刺耳音频。这种刺耳频率范围可能造成火焰行为，该火焰行为能够造成燃烧组件内的喷嘴之间、以及/或者喷嘴的部件（例如管）之间的联接相互作用（coupling interaction）。这种火焰行为可能使燃烧组件内的温度大幅上升，并且/或者可能在整个燃烧组件和相关联的硬件部件上引起振动。此外，引入燃烧系统中的温度上升和振动可能使燃烧器以及相关联的部件的磨损增加，并且/或者可能缩短燃烧系统的使用寿命。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供一种用于在涡轮发动机中使用的燃料喷射组件。该燃料喷射组件包括多个管组件，其中多个管组件中的每一个管组件都包括多个管。至少一个喷射系统联接至多个管组件中的至少一个管组件。该喷射系统包括流体供给构件，流体供给构件相对于管组件定位在上游的预定距离处。流体供给构件包括第一部分，该第一部分包括至少一个第一开口，以用于朝向管组件输送流体，从而在涡轮发动机操作期间减少燃烧器内的动压振荡、和/或减少燃烧器内的NO_X排放物。

所述至少一个喷射系统进一步包括燃料输送管道，所述流体供给构件基本包绕所述燃料输送管道的至少一部分，所述至少一个流体供给构件包括外部表面和相对的内部表面，所述内部表面基本包绕所述燃料输送管道的至少一部分，所述至少一个第一开口从所述外部表面延伸至所述内部表面。所述至少一个喷射系统包括：第一喷射系统，所述第一喷射系统联接至第一管组件并且包括第一流体供给构件，所述第一流体供给构件相对于所述第一管组件定位在上游的第一预定距离处；第二喷射系统，所述第二喷射系统联接至第二管组件、并且包括第二流体供给构件，所述第二流体供给构件相对于所述第二管组件定位在上游的第二预定距离处；以及第三喷射系统，所述第三喷射系统联接至第三管组件、并且包括第三流体供给构件，所述第三流体供给构件相对于所述第三管组件定位在上游的第三预定距离处，其中所述第一预定距离、所述第二预定距离、和所述第三预定距离基本彼此不同。所述多个管组件中的所述每一个管组件都是燃料喷嘴。

所述第一部分包括：上游部分；下游部分，所述下游部分联接至所述上游部分，使得至少一个通道被限定在所述上游部分与所述下游部分之间，其中所述至少一个第一开口延伸通过所述下游部分；以及外部，所述外部从所述上游部分延伸至所述下游部分。所述第一部分包括冲击板，所述冲击板联接在所述上游部分与所述下游部分之间，使得所述至少一个通道包括被限定在所述上游部分与所述冲击板之间的第一通道、和被限定在所述冲击板与所述下游部分之间的第二通道。所述第一部分包括至少一个第二开口，所述至少一个第二开口延伸通过所述冲击板。所述燃料喷射组件进一步包括联接至所述流体供给构件的流体源，其中所述流体源包含朝向所述至少一个管组件输送的燃料、稀释剂、惰性气体、和空气中的至少一种。