[发明专利]具有可变旋流器的燃气涡轮机燃烧室的空气-燃料预混器

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机，并且具体而言涉及具有可变旋流器的用于燃气涡轮机燃烧室的空气-燃料预混器。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括用于对进入的空气流进行压缩的压缩机。空气流在燃烧室中与燃料混合并且点燃，以用于产生热燃烧气体。燃烧气体接着流向涡轮。涡轮从气体提取能量以用于驱动轴。轴为压缩机和通常另一个元件(例如发电机)提供动力。

燃气涡轮机输出根据多种因素发生变化，其中的一个因素是燃料类型。反应性较低的燃料典型地具有较低的火焰速度，并且因此，来自初级喷嘴的燃料和压缩工作混合物的流速足够高，使得上游室中的燃烧在相对于初级喷嘴的充分距离处发生，以防止燃烧使初级喷嘴过度加热和/或融化。然而，反应性较高的燃料具有较高的火焰速度。提高的火焰速度能够使上游室中的燃烧移动成更靠近初级喷嘴。使用反应性较高的燃料的上游室中的局部火焰温度能够造成部件的过早或者灾难性的故障。

在设置当前的旋流器或者旋流喷嘴的过程中，在基本负荷或者任何给定的负荷条件下，燃烧器管出口中的平均轴向速度保持恒定。轴向和切向速度分量取决于旋流器叶片角度。通过特定的燃料成分的火焰速度确定燃烧器管出口处的期望的轴向速度(例如，在燃烧器管出口处的30ft/s的安全余量)。

对燃烧器管中的轴向速度进行控制以有助于在各种燃料成分的扩大的操作范围下对机器进行操作将是期望的。

发明内容

在一个示例性实施例中，一种位于燃气涡轮机燃烧室中的旋流器组件包括毂、护罩、以及连接在毂与护罩之间的多个叶片。多个叶片的叶片角度是可调节的。

在另一个示例性实施例中，一种用于燃气涡轮机的燃烧系统中的燃烧器包括燃料/空气预混器，燃料/空气预混器具有空气进口、燃料进口、以及环形混合通路。燃料/空气预混器将环形混合通路中的燃料和空气混合成用于喷射至燃烧室反应区中的均匀的混合物。燃料/空气预混器包括位于空气进口下游的旋流器组件。旋流器组件包括毂、护罩、以及连接在毂与护罩之间的多个叶片，多个叶片将旋流施加给进入的空气。多个叶片的叶片角度是可调节的。该燃烧器还包括进口流动调节器，进口流动调节器布置在位于燃料进口上游的燃料/空气预混器的空气进口处。

在又一个示例性实施例中，一种位于燃气涡轮机燃烧室中的旋流器组件包括毂、护罩、以及连接在毂与护罩之间的多个叶片。多个叶片的叶片角度是可调节的。多个叶片中的每一个叶片都包括固定在毂与护罩之间的固定部段以及可移动地连接至固定部段的可移动部段。多个叶片中的至少一个叶片包括燃料通路。

附图说明

图1是燃气涡轮机旋流器的侧横截面图；

图2是旋流器组件的透视图；

图3示出了用于旋流器组件的变化的叶片角度；

图4和图5示出了吹扫通路；

图6示出了燃料喷射叶片；以及

图7示出了备选的实施例。

具体实施方式

图1是通过位于燃气涡轮机中的燃烧器管的横截面。燃烧器组件按照功能分为四个区域，其中包括：进口流动调节器1、空气旋流器组件(被称作旋流喷嘴组件)2、环形燃料空气混合通路3、以及中心扩散火焰燃料喷嘴组件4。

空气从高压增压室6进入燃烧器，高压增压室6包绕除了排气端部的整个组件，排气端部进入燃烧室反应区5。大部分用于燃烧的空气通过进口流动调节器(IFC)1进入预混器。IFC包括环形流动通路15，环形流动通路15在内侧直径处由固体圆柱形内壁13连结、在外侧直径处由穿孔圆柱形外壁12粘结、并且在上游端部处由穿孔端帽11连结。一个或多个环形转动叶片14位于流动通路15的中心处。预混器空气通过端帽和圆柱形外壁中的穿孔进入IFC1。

穿孔壁11、12执行在系统中产生背压和围绕IFC环15沿周向均匀地分配流的功能，而转动叶片14结合穿孔壁工作以产生进入的空气在IFC环15中适当的径向分配。根据预混器内期望的流分配以及用于多个燃烧器燃烧室的单独的预混器之间的流分流，结合转动叶片14的轴向位置选择穿孔壁的适当的孔图案。

为了消除通向旋流喷嘴2的进口处的护罩壁202附近的低速区域，IFC与旋流喷嘴之间可以使用喇叭口形状的过渡部26。

离开IFC1之后，燃烧空气进入旋流喷嘴组件2。旋流喷嘴组件包括由一系列空气翼型形状的转动叶片23连接的毂201(图2)和护罩202，转动叶片23向通过预混器的燃烧空气施加旋流。在离开环形通路3之后，燃料/空气混合物进入燃烧室反应区5，在燃烧室反应区5处发生燃烧。