專利名稱：用于膨脹燃燒器內(nèi)的初級火焰和次級火焰的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種具有改善的排放性能的燃燒器，并且更具體地涉及一種具有改善的排放性能和穩(wěn)定性的燃燒器。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)包括用于壓縮空氣的壓縮機(jī)，用于在有由壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣參與的情況下通過燃燒燃料產(chǎn)生熱氣的燃燒器，以及用于從由燃燒器產(chǎn)生的膨脹熱氣中提取功的渦輪機(jī)。燃?xì)鉁u輪機(jī)排放不希望有的氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)是已知的。現(xiàn)行的干式低NOx燃燒器(DLN燃燒器)減少了Nox、CO和其它污染物的產(chǎn)生。這些DLN燃燒器適應(yīng)貧燃(fuel-lean)的混合物，同時通過允許一部分火焰區(qū)的空氣與燃料在較低的負(fù)荷下混合，從而避免了不穩(wěn)定火焰的存在和火焰熄滅的可能性。然而，NOx排放規(guī)格正變得更加嚴(yán)格，因此，需要一種將不降低燃燒器穩(wěn)定性或增加CO排放物的較低NOx排放的燃燒器的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的是一種用于使環(huán)形流體流和中心流體流膨脹的裝置，其包括燃燒器和文丘里喉管，燃燒器包括文丘里管和中心體，中心體包括上游端和下游端，文丘里喉管由文丘里管限定，并且設(shè)置在中心體的下游端的下游0.19英寸處的上游。
還公開了一種用于布置部件以在燃燒器內(nèi)產(chǎn)生環(huán)形流體流和中心流體流的膨脹的方法，其包括將文丘里喉管設(shè)置在燃燒器的中心體的徑向外部，并且將文丘里喉管設(shè)置在中心體的下游端的下游0.19英寸處的上游。
另外還公開了一種用于通過在燃燒器內(nèi)增強(qiáng)火焰穩(wěn)定性和降低CO排放物來降低NOx排放物的方法，它包括，朝著燃燒器的中心體引導(dǎo)環(huán)形流體流，所述引導(dǎo)發(fā)生在中心體的下游端的下游0.19英寸處的上游；使環(huán)形流體流膨脹遠(yuǎn)離中心體，所述膨脹發(fā)生在中心體的下游端的下游0.19英寸處的上游；通過膨脹來徑向向外地拉動中心流體流；并增加中心線回流區(qū)尺寸。


從下列結(jié)合附圖對說明性實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將更全面地理解本發(fā)明的上述和其它的特征與優(yōu)點(diǎn)，其中，相同的元件在這些圖中采用相同的標(biāo)號圖1是燃?xì)鉁u輪機(jī)的示意圖；圖2是燃燒器的示意性剖視圖；圖3是燃燒器的示意性剖視圖，其包括在根據(jù)示范性實(shí)施例的、改善了環(huán)形流體流和中心流體流的膨脹的裝置中的部件；圖4是顯示了用于布置部件以在燃燒器內(nèi)產(chǎn)生環(huán)形流體流和中心流體流的膨脹的方法的框圖；以及圖5是顯示了用于降低NOx排放物、同時增強(qiáng)燃燒器內(nèi)的火焰穩(wěn)定性的方法的框圖。
元件列表


具體實(shí)施方式
為了清楚起見和觀察，圖1顯示了與燃?xì)鉁u輪機(jī)相關(guān)聯(lián)的燃燒器的示例。應(yīng)該理解，所公開的裝置(用于膨脹環(huán)形流體流和中心流體流的裝置)具有除圖1所示渦輪機(jī)以外的可應(yīng)用性，因此，圖1中的渦輪機(jī)不應(yīng)認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。
如圖1所示，燃?xì)鉁u輪機(jī)10包括位于壓縮機(jī)14和渦輪16之間的氣流通道內(nèi)的燃燒器12。渦輪16與其旋轉(zhuǎn)式地驅(qū)動的壓縮機(jī)14和動力輸出驅(qū)動軸18相結(jié)合?？諝膺M(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)10，并且經(jīng)過壓縮機(jī)14。高壓空氣從壓縮機(jī)14進(jìn)入燃燒器12，在此處與燃料混合并且燃燒。高能量的燃燒氣體排出燃燒器12，并且在渦輪16內(nèi)膨脹，由此而被提取能量。另外，渦輪16驅(qū)動動力輸出軸18。
參見圖2，顯示了限定了內(nèi)襯腔23并包括文丘里管22和中心體24的燃燒器20(其可以用于圖1的燃?xì)鉁u輪機(jī)10)。中心體24包括上游端30和下游端32。文丘里管22限定了設(shè)置在中心體24的徑向外部的文丘里喉管28。文丘里喉管28(如圖2所示)設(shè)置在中心體24的下游端32的下游，而環(huán)形腔35圍繞中心體24的外部環(huán)狀地設(shè)置。環(huán)形流體流34從該環(huán)形腔35流入，并且流過內(nèi)襯腔23的回流區(qū)21。從中心體24流出的中心流體流36也流入內(nèi)襯腔23。
因?yàn)槲那鹄锖砉?8設(shè)置在下游端32的下游，所以，環(huán)形流體流34在已排出環(huán)形腔35之后，通過文丘里喉管28被引向中心流體流36。在這種類型的裝置26中，環(huán)形流體流34沖擊在下游端32的下游中心流體流36上，從而造成中心流體流36在內(nèi)襯腔23的中心線回流區(qū)39內(nèi)的狹縮部38。狹縮部的效應(yīng)傾向于使燃燒器火焰不穩(wěn)定，從而較大可能地使燃燒成為動態(tài)或熄滅。另外(當(dāng)文丘里喉管28和下游端32以這種方式設(shè)置時)，直到環(huán)形流體流36以通過中心體24的下游端32和文丘里喉管28之后，環(huán)形流體流36才可膨脹，并形成可促進(jìn)中心流體流36膨脹的低壓區(qū)40。這延遲了相關(guān)于中心流體流36的火焰(未示出)與相關(guān)于環(huán)形流體流34的火焰(未示出)之間的相互作用。
參見圖3，文丘里喉管28和中心體24的下游端32顯示在裝置42的示范性的實(shí)施例中，該裝置42改善了環(huán)形流體流34和中心流體流36在回流區(qū)21中的膨脹，從而同時改善了NOx的減少和火焰的穩(wěn)定性。在該裝置42中，文丘里喉管28設(shè)置在中心體24的下游端32的下游小于0.19英寸處。文丘里喉管28可以設(shè)置在中心體24的下游端32的下游小于0.19英寸處，這是通過向下游移動或延伸中心體24，或在文丘里管22內(nèi)向上游移動文丘里喉管28來實(shí)現(xiàn)的。在例如圖3所示的示范性實(shí)施例中，文丘里喉管28設(shè)置在中心體24的下游端32的上游的0.5英寸處。在另一示范性的實(shí)施例中，文丘里喉管28設(shè)置在中心體24的下游端32的上游的0.31英寸處。文丘里喉管28還可以設(shè)置成與所述中心體24的下游端32共面(或在同一平面43內(nèi))。
在這些示范性的實(shí)施例中，通過將文丘里喉管28設(shè)置在中心體24的下游端32的上游，環(huán)形流體流34就通過文丘里喉管28而被朝著中心體24引導(dǎo)，其中，所述引導(dǎo)發(fā)生在中心體24的下游端32的上游。通過以這種方式定位文丘里喉管28，環(huán)形流體流34將在移動到中心體24的下游端32的下游之前開始膨脹。由于環(huán)形流體流34在其通過中心體24的下游端32時已經(jīng)膨脹，因此，它不限制中心流體流36的膨脹，而是形成中心流體流36在進(jìn)入內(nèi)襯腔23時將會經(jīng)受到的低壓區(qū)46。該低壓區(qū)46促進(jìn)了中心流體流36與環(huán)形流體流34的膨脹。
中心流體流36的更早膨脹(按照流體流方向，并和圖2的部件布置相比)增強(qiáng)了中心流體流36在回流區(qū)21內(nèi)的回流，這就容許在相關(guān)于中心流體流36的火焰(未示出)和相關(guān)于環(huán)形流體流34的火焰(未示出)之間的更快的相互作用。該更快的相互作用減少了在燃燒器20內(nèi)的冷條紋(cold streak)，并且通過在給定的Nox水平降低CO排放物而改善了NOx排放性能，從而促進(jìn)燃燒器20以較低含量的燃料-空氣混合物運(yùn)轉(zhuǎn)，并且因此產(chǎn)生較少的NOx排放物。更早膨脹還消除了狹縮部38，這增加了中心線回流區(qū)39的尺寸，并且改善了燃燒器20的穩(wěn)定性。應(yīng)該理解的是，在一個示范性的實(shí)施例中，燃燒器20為干式低NOx燃燒器，其利用了貧燃的混合物，并且不使用稀釋劑(例如水噴射)來降低火焰溫度。
參見圖4，顯示了用于布置部件以在燃燒器內(nèi)20產(chǎn)生環(huán)形流體流34和中心流體流36的膨脹的方法100，方法100包括，將文丘里喉管28設(shè)置在燃燒器20的中心體24的徑向外部(如操作框102所示)。方法100還包括，將文丘里喉管28設(shè)置在中心體24的下游端32的下游0.19英寸處的上游(如操作框104所示)。如上所述，文丘里喉管28的上游的設(shè)置可以通過向下游移動中心體24或者向上游移動文丘里喉管28而實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該理解的是，在一個示范性的實(shí)施例中，文丘里喉管28設(shè)置在所述中心體24的下游端32的上游，或與下游端32共面。
參見圖5，顯示了用于通過在燃燒器20內(nèi)增強(qiáng)火焰穩(wěn)定性和降低CO排放物來降低NOx排放物的方法200，該方法200，包括朝著燃燒器20的中心體24引導(dǎo)環(huán)形流體流34，其中，引導(dǎo)發(fā)生在中心體24的下游端32的下游0.19英寸處的上游(如操作框202所示)。方法200還包括，使環(huán)形流體流34遠(yuǎn)離中心體24地膨脹，其中，該膨脹發(fā)生在所述中心體24的下游端32的下游0.19英寸處的上游(如操作框204所示)；以及，通過膨脹，來徑向向外地拉動中心流體流36，并增加中心線回流區(qū)的尺寸(如操作框206所示)。應(yīng)該理解的是，在一個示范性的實(shí)施例中，引導(dǎo)和膨脹發(fā)生在所述中心體24的下游端32的上游，或與下游端32共面。
盡管已經(jīng)參考示范性的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了介紹，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，可以不背離本發(fā)明的范圍地進(jìn)行各種改變，并且可以對本發(fā)明的元件以等同物進(jìn)行替代。另外，可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)而不背離本發(fā)明的范圍，來進(jìn)行許多變更，以適應(yīng)特別的情形或?qū)嶓w。因此，重要的是，本發(fā)明不限于用于實(shí)施本發(fā)明的作為最佳方式公開的具體實(shí)施例，而是，本發(fā)明將包括屬于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。此外，除非特別說明，否則，所使用的任何用語第一、第二等等不表示任何順序或重要性，而是，用語第一、第二等等用于將元件相互區(qū)分開來。
權(quán)利要求
1.一種用于膨脹環(huán)形流體流(36)和中心流體流(36)的裝置(42)，所述裝置(42)包括包括文丘里管(22)和中心體(24)的燃燒器(12)，所述中心體(24)包括上游端(30)和下游端(32)；以及文丘里喉管(28)，其由所述文丘里管(22)限定，并且設(shè)置在所述中心體(24)的所述下游端(32)的下游0.19英寸處的上游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(42)，其特征在于，所述文丘里喉管(28)按照以下情形中的至少一種來進(jìn)行設(shè)置設(shè)置在所述中心體(24)的所述下游端(32)的上游，以及，設(shè)置成與所述中心體(24)的所述下游端(32)共面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(42)，其特征在于，所述文丘里管(22)從設(shè)置在所述中心體(24)的所述下游端(32)的下游小于0.19英寸處到設(shè)置在所述中心體(24)的所述下游端(32)的上游大約0.5英寸處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置(42)，其特征在于，所述文丘里喉管(28)從設(shè)置在所述中心體(24)的所述下游端(32)的上游約0.31英寸處到約0.5英寸處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(42)，其特征在于，所述燃燒器(20)為干式低NOx燃燒器(12)。
6.一種用于膨脹環(huán)形流體流(34)和中心流體流(36)的裝置(42)，所述裝置(42)包括設(shè)置在燃?xì)鉁u輪機(jī)(10)中的壓縮機(jī)(14)與渦輪(16)之間的氣流通道內(nèi)的燃燒器(12)，所述燃燒器(12)包括文丘里管(22)和中心體(24)，所述中心體(24)包括上游端(30)和下游端(32)；以及文丘里喉管(28)，其由所述文丘里管(22)限定，并且設(shè)置在所述中心體(24)的所述下游端(32)的下游0.19英寸處的上游。
7.一種用于布置部件以在燃燒器(12)內(nèi)產(chǎn)生環(huán)形流體流(34)和中心流體流(36)的膨脹的方法(100)，所述方法(100)包括將文丘里喉管(28)設(shè)置在所述燃燒器(12)的中心體(24)的徑向外部；以及將所述文丘里喉管(28)設(shè)置在所述中心體(24)的下游端(32)的下游0.19英寸處的上游。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法(100)，其特征在于，所述設(shè)置包括以下情形中的至少一種將所述文丘里喉管(28)設(shè)置在所述中心體(24)的所述下游端(32)的上游，以及，將所述文丘里喉管(28)設(shè)置成與所述中心體(24)的所述下游端(32)共面。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法(100)，其特征在于，所述設(shè)置包括，將所述文丘里管(22)設(shè)置在所述中心體(24)的所述下游端(32)的下游小于0.19英寸處至所述中心體(24)的所述下游端(32)的上游約0.5英寸處。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法(200)，其特征在于，所述設(shè)置包括，將所述文丘里喉管(28)設(shè)置在所述中心體(24)的所述下游端(32)的上游大約0.31英寸處至約0.5英寸處。
全文摘要
公開了一種用于膨脹環(huán)形流體流(34)和中心流體流(36)的裝置(42)，該裝置(42)包括燃燒器(12)和文丘里喉管(28)，該燃燒器(12)包括文丘里管(22)和中心體(24)，該中心體(24)包括上游端(30)和下游端(32)，該文丘里喉管(28)由該文丘里管(22)限定，并且設(shè)置在該中心體(24)的下游端(32)的下游0.19英寸處的上游。
文檔編號F23R3/02GK101067497SQ20071010245
公開日2007年11月7日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月4日
發(fā)明者W·K·赫斯勒, A·J·內(nèi)格羅尼, P·波波維克, K·K·文卡塔拉曼 申請人:通用電氣公司