[发明专利]具有空气旁通系统的可变容积的燃烧器

说明书

关于联邦政府资助研究或开发的声明

本发明在由美国能源部授予的合同No.DE-FC26-05NT42643下利用政府支持完成。政府对本发明具有某些权利。

技术领域

本申请和所得的专利大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及一种具有用于改进下调性能的空气旁通系统的可变容积的燃烧器。

背景技术

燃气涡轮发动机的操作效率和总体输出大体随着热燃烧气流动的温度增大而增大。然而，较高的燃烧气流动温度可产生更高水平的氮氧化物和其它类型的受管制的排放物。因此，平衡动作存在于如下益处之间，该益处以有效的高温范围操作燃气涡轮发动机，同时还确保氮氧化物和其它类型的受管制的排放物的输出保持在法定水平之下。此外，改变的负载水平、改变的环境条件和许多其它类型的操作参数还可对总体燃气涡轮效率和排放物具有显著的影响。

氮氧化物等的更低排放水平可通过在燃烧之前提供燃料流动和空气流动的良好混合来促进。这种预混合倾向于减小燃烧温度梯度和氮氧化物的输出。提供这种良好混合的一种方法为通过使用具有许多微混合器燃料喷嘴的燃烧器。一般来说，微混合器燃料喷嘴在燃烧之前在仓室内的许多微混合器管中混合较小体积的燃料和空气。

虽然当前微混合器燃烧器和微混合器燃料喷嘴设计提供了改进的燃烧性能，但是某些类型的操作条件下的微混合器燃料喷嘴的可操作性窗口可通过考虑动力和排放物来至少部分地限定。具体而言，某些内部构件的操作频率可耦合，以便产生高频或低频动力场。这种动力场可对燃烧器构件以及下游的涡轮构件的物理性能具有消极影响。假定这样，本燃烧器设计可试图通过使燃料流或空气流分级来避免这种操作条件，以防止动力场的形成。即使大多数条件可在排放物、可燃性等的方面将设计置于典型操作极限之外，但是分级试图产生稳定燃烧的局部区。然而，这种分级可需要时间集中校准，并且还可需要在低于最佳水平下操作。

因此，期望改进微混合器燃烧器设计。这种改进的微混合器燃烧器设计可促进其中的燃料流和空气流的良好混合，以便在更高的温度和效率下但以更低的总体排放物和更低的动力操作。此外，这种改进的微混合器燃烧器设计可在不极大地增加整个系统的复杂性和成本的情况下实现这些目标。

发明内容

本申请和所得的专利因此提供了一种用于与燃气涡轮发动机中的燃料流和空气流一起使用的燃烧器。燃烧器可包括定位在衬套内的许多微混合器燃料喷嘴和绕着衬套定位的空气旁通系统。空气旁通系统可变地允许空气流的旁通部分绕过微混合器燃料喷嘴。

本申请和所得的专利还提供了一种下调用于与燃气涡轮发动机中的燃料流和空气流一起使用的燃烧器的方法。该方法可包括以下步骤：将许多微混合器燃料喷嘴定位在衬套内、将许多空气旁通孔定位成穿过衬套、操纵微混合器燃料喷嘴来开启衬套中的空气旁通孔、使空气流的旁通部分远离微混合器燃料喷嘴流动，以及减少至微混合器燃料喷嘴的燃料流。

本申请和所得的专利还提供了一种用于与燃烧器中的燃料流和空气流一起使用的空气旁通系统。空气旁通系统可包括定位在盖组件内的许多微混合器燃料喷嘴(盖组件定位在衬套内)，以及绕着衬套定位的许多空气旁通孔。空气旁通孔允许空气流的旁通部分绕过微混合器燃料喷嘴。

一种用于与燃气涡轮发动机中的燃料流和空气流一起使用的燃烧器，其包括：多个微混合器燃料喷嘴；多个微混合器燃料喷嘴定位在衬套内；以及绕着衬套定位的空气旁通系统；空气旁通系统可变地允许空气流的旁通部分绕过多个微混合器燃料喷嘴。

优选地，多个微混合器燃料喷嘴包括多个微混合器燃料管和燃料板。

优选地，空气旁通系统包括穿过衬套的多个空气旁通孔。

优选地，多个空气旁通孔构造成一排。

优选地，多个空气旁通孔构造成多排。

优选地，多个微混合器燃料喷嘴定位在盖组件内。

优选地，盖组件包括绕着衬套定位的密封件。

优选地，密封件绕着盖组件的后端定位。

优选地，空气旁通系统包括闭合位置，其中，密封件在空气旁通系统的下游。

优选地，空气旁通系统包括开启位置，其中，密封件在空气旁通系统的上游。

优选地，开启位置包括处于完全后方位置的盖组件。

优选地，空气旁通系统包括部分开启位置，其中，密封件部分地在空气旁通系统的上游。

优选地，密封件包括呼啦圈式密封件。

优选地，燃烧器还包括用以操纵衬套内的多个微混合器燃料喷嘴的线性促动器。