[发明专利]具有阶梯形中心体的轴流式燃料喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及燃料喷嘴，并且更具体地，涉及用于燃气涡轮机的轴流式燃料喷嘴，该轴流式燃料喷嘴包括多个环形通路以有利于混合。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括压缩机，以用于对进入的空气流进行压缩。空气流在燃烧器内与燃料相混合并且点燃，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对轴进行驱动。该轴为压缩机以及例如发电机的大体另一个元件提供动力。来自燃烧气体的废气排放通常是考虑因素并且可能受到强制限制。某些类型的燃气涡轮发动机设计成用于低废气排放操作，并且具体而言，用于具有最小的燃烧动力、充分自动点燃、和火焰保持裕度的低NO_X(氮氧化物)操作。

在现有低NO_X燃烧器喷嘴的中，液体燃料回路将燃料和水直接喷射到再循环区域(燃烧区域)中。燃料的充分燃烧产生高温，从而使得形成较高的排放。现有设计也同时使用雾化空气和水用于减少NO_X。提供使液体燃料在预混通路中更好地雾化以降低排放同时还使得更好地使用幕空气的简单设计将是期望的。

发明内容

在一个示例性实施例中，一种用于燃气涡轮机的轴流式燃料喷嘴包括多个环形通路以用于输送燃烧材料。环形空气通路接收压缩机排气，并且多个旋流器叶片槽定位成邻近环形空气通路的轴向端部。第一环形通路相对于环形空气通路沿径向向内布置并且包括第一开口，第一开口定位成邻近第一环形通路的轴向端部并且定位在旋流器叶片槽的下游。第二环形通路相对于第一环形通路沿径向向内布置并且包括第二开口，第二开口定位成邻近第二环形通路的轴向端部并且定位在第一开口的下游。

在另一个示例性实施例中，环形空气通路接收压缩机排气，并且多个旋流器叶片槽定位成邻近环形空气通路的轴向端部。环形空气通路通过旋流器叶片槽将幕空气/雾化空气输送至位于旋流器叶片槽下游的预混区域。环形液体燃料通路相对于环形空气通路沿径向向内布置并且将液体燃料输送至预混区域。环形水通路相对于环形液体燃料通路沿径向向内布置并且将水输送至预混区域，其中水用于对燃料喷嘴进行冷却并且有利于液体燃料与压缩机排气的混合。

在又一个示例性实施例中，一种对用于在燃气涡轮机中燃烧的燃料和空气进行预混的方法包括以下步骤：使压缩机排气通过环形空气通路并且通过定位成邻近环形空气通路的轴向端部的多个旋流器叶片槽流向位于旋流器叶片槽下游的预混区域；通过相对于环形空气通路沿径向向内布置的第一环形通路将(1)燃料、(2)水、和(3)燃料与水的混合物中的一种输送至预混区域；以及通过相对于第一环形通路沿径向向内布置的第二环形通路将(1)水和(2)空气中的一种输送至预混区域。

附图说明

图1是燃气涡轮发动机的侧横截面图；

图2是根据实施例的燃料喷嘴的剖面图；以及

图3是燃料喷嘴的端视图。

具体实施方式

图1示出了燃气涡轮发动机10的横截面图。燃气涡轮发动机10包括压缩机20，以对进入的空气流进行压缩。压缩空气流接着被输送至燃烧器30，在燃烧器30处，压缩空气流与来自多个进入燃料线路40的燃料相混合。燃烧器30可以包括布置在外壳55中的多个燃烧器罐或喷嘴50。众所周知，燃料和空气可以在喷嘴50内混合并且点燃。热燃烧气体接着被输送至涡轮60，以便对压缩机20和外部负载(例如发动机等)进行驱动。喷嘴50典型地包括一个或多个旋流器。

图2是通过根据所描述的实施例的轴流式燃料喷嘴的横截面。燃料喷嘴包括多个环形通路。环形空气通路62限定了径向最外侧的通路并且接收压缩机排气。如图所示，多个旋流器叶片槽64定位成邻近环形空气通路62的轴向端部。第一环形通路66相对于环形空气通路62沿径向向内布置。第一环形空气通路66包括第一开口68，第一开口68定位成邻近通路66的轴向端部。开口68定位在旋流器叶片槽64的下游。第二环形通路70相对于第一环形通路沿径向向内布置，并且包括第二开口72，第二开口72定位成邻近通路70的轴向端部并且定位在第一开口68的下游。

在一个实施例中，第一环形通路66与液体燃料源相联接。由此，第一开口68相对于环形空气通路62定位成使得通过旋流器叶片槽64的空气使流过第一开口68的液体燃料至少部分地雾化。在该布置中，第二环形通路70可以与水源相联接。由此，第二开口72相对于第一开口68定位成使得通过第二开口72的水冲击或影响流过第一开口68的液体燃料。邻近第一开口68和第二开口72的位于旋流器叶片槽64上游的区域用作预混区域。