專利名稱：偏心燃燒器襯里的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及燃燒器襯里或者具有偏心
喉部和出口的其它類型的通道。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一般必須在嚴(yán)格的排放指標(biāo)下運(yùn)行，尤其是關(guān)于氮氧化物 (N0x)的指標(biāo)。同樣，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)必須以高效率運(yùn)行而不產(chǎn)生不期望的空氣排 放。因而，許多現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)為低NOx的燃燒而使用非常貧化的預(yù)混火焰。
—種限制渦輪機(jī)排放的方法是在燃燒器中確保燃料和空氣的良好混合。適當(dāng)?shù)幕?合可包括用稀釋劑調(diào)整或者類似方法混合流操作。但是，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整燃燒器可能是困難而 耗時(shí)的。而且，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整燃燒器的需要還會(huì)影響初始試車所需要的時(shí)間和/或?qū)е缕渌?類型的延遲。 因而，存在對(duì)改善的燃燒器和其他類型的渦輪機(jī)部件的需要，該燃燒器和渦輪機(jī) 部件提升了燃料和空氣的良好混合，同時(shí)提供了具有有限排放的高總體效率。優(yōu)選地，燃燒 器或者其他部件可以與新的和現(xiàn)有的設(shè)備一起使用。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明提供用于燃燒器的襯里。該燃燒器襯里可包括嘴部、一個(gè)或者多個(gè)成 角度過渡區(qū)域以及偏心出口。 本發(fā)明還提供一種在燃燒器中混合燃料和空氣的方法。 該方法可以包括使得燃料和空氣流入燃燒器襯里、使得燃料和空氣流動(dòng)經(jīng)過一個(gè)
或者多個(gè)成角度的過渡區(qū)域以及使得燃料和空氣流動(dòng)經(jīng)過偏心喉部的步驟。 本發(fā)明還提供燃?xì)鉁u輪機(jī)。該燃?xì)鉁u輪機(jī)可包括用于燃料流的通道、用于空氣流
的通道、用于混合該燃料流和空氣流的第一區(qū)域、位于第一區(qū)域下游的一個(gè)或者多個(gè)成角
度的過渡區(qū)域以及位于一個(gè)或者多個(gè)成角度的過渡區(qū)域下游的偏心出口 。 當(dāng)結(jié)合若干附圖以及所附權(quán)利要求時(shí)，在查看下面的具體實(shí)施方式
后，本發(fā)明的
這些和其他的特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。


圖1是燃?xì)鉁u輪機(jī)的示意性視圖。 圖2是可以與圖1的燃?xì)鉁u輪機(jī)一起使用的燃燒器的截面?zhèn)纫晥D。 圖3是如可在本文中進(jìn)行描述的燃燒器襯里的透視圖。 圖4是如可在本文中進(jìn)行描述的備選的燃燒器的透視圖。 部件列表 10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 20 壓縮機(jī)
3
30燃燒器40渦輪50外部負(fù)載100燃燒器
110端部覆蓋組件
120燃料歧管
130燃料噴嘴組件
140空氣通道
150燃燒器流動(dòng)套筒160燃燒器襯里170混合區(qū)域180燃燒區(qū)域190過渡件200燃燒襯里205嘴部210燃燒區(qū)域220成角度的過渡區(qū)域230直過渡區(qū)域240偏心喉部245偏心出口250第一側(cè)部260第二側(cè)部300燃燒器襯里305嘴部310燃燒區(qū)域320成角度的過渡區(qū)域330直過渡區(qū)域340偏心喉部345偏心出口350第一側(cè)部360第二側(cè)部
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，其中貫穿若干附圖，相似的標(biāo)記指相似的元件，圖1顯示了燃?xì)鉁u 輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意性視圖。如已知的，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)IO可包括用于壓縮進(jìn)入空氣流的 壓縮機(jī)20。壓縮機(jī)20將壓縮空氣流輸送到燃燒器30。燃燒器30使得壓縮空氣流與燃料 流混合并點(diǎn)燃該混合物。熱燃燒氣體又被輸送給渦輪40。渦輪40驅(qū)動(dòng)諸如發(fā)電機(jī)等的外 部負(fù)載50。此處燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可以使用其他的配置和部件。 圖2顯示了如可在本文中使用的燃燒器100的示例。在該示例中，燃燒器100可以是由New York州Schenectady市的GeneralElectric公司提供的DLN-1 (干式低NOx) 的Model 6B或者M(jìn)odel 7EA型的燃燒器系統(tǒng)。但是，本文描述的概念可以適用于任何類型 的燃燒器并且還可以適用于與渦輪機(jī)有關(guān)的其他類型的部件以及其他類型的路徑。
如一般所描述的，燃燒器IOO可包括端部覆蓋組件110。該端部覆蓋組件110可包 括許多燃料歧管120。燃料歧管120可與燃料噴嘴組件130連通。燃料噴嘴組件130可支 撐擴(kuò)散和預(yù)混合燃燒二者?？梢杂蓧嚎s機(jī)20通過空氣通道140將壓縮空氣輸送給燃燒器 100?？諝馔ǖ?40可以由燃燒器流動(dòng)套筒150和燃燒器襯里160限定。在此處還可以使 用許多其他的設(shè)計(jì)和渦輪機(jī)配置。 燃料流和空氣流可以在燃料噴嘴組件130周圍匯合并且可以在燃燒器襯里160內(nèi) 被點(diǎn)燃。燃燒器襯里160可包括混合區(qū)域170和燃燒區(qū)域180。燃燒器襯里160延伸進(jìn)入 鄰近渦輪40的過渡件190。如所顯示的，現(xiàn)有的燃燒器襯里設(shè)計(jì)160形狀上是大體上同心 的，且水平中心線一致地延伸穿過其中。但是，至少一部分流動(dòng)路徑與彎曲的過渡件190形 成接觸。因而當(dāng)與過渡件190的彎曲結(jié)合時(shí)，襯里160的此同心形狀會(huì)產(chǎn)生貫穿其中的稍 微受限的流動(dòng)路徑。 圖3顯示了如可在本文中描述的燃燒器襯里200。取代如上所述結(jié)合到過渡件190 中具有混合區(qū)域170和燃燒區(qū)域180的燃燒襯里160，燃燒襯里200可以是統(tǒng)一的元件。燃 燒器襯里200可以包括嘴部205、燃燒區(qū)域210、多個(gè)成角度的過渡區(qū)域220、至少一個(gè)直過 渡區(qū)域230以及具有偏心出口 245的偏心喉部240。如所顯示的，該燃燒器襯里200具有大 體上平坦的第一側(cè)部250，并具有定位在階梯狀的第二側(cè)部260周圍的成角度的過渡區(qū)域 220。作為該形狀的結(jié)果，經(jīng)過襯里200的流動(dòng)路徑與嘴部205的入口相比是偏心的。盡管 流動(dòng)路徑在各成角度的過渡區(qū)域220中采取了小幅下降(dip)，但是貫穿其中的該流動(dòng)路 徑實(shí)際上是較少受限制的。可以使用多個(gè)成角度的過渡區(qū)域220。 因而，襯里200的偏心喉部240和出口 245提供與福斯特曼漏斗(Forstman fu皿el)概念的形狀類似的形狀。福斯特曼漏斗是具有與入口偏心的出口嘴部的漏斗。流 過漏斗的液體傾向于渦旋并形成漩渦。結(jié)果，離心力驅(qū)動(dòng)液體遠(yuǎn)離排出孔，因而減少漏斗容 量。但是，福斯特曼漏斗的不對(duì)稱形狀減小了漩渦中液體的旋轉(zhuǎn)速度，使得可以增加漏斗容 量。這種設(shè)計(jì)可以比傳統(tǒng)漏斗多流大約50%到大約70%。 將該概念應(yīng)用到燃燒器100，與傳統(tǒng)的圓柱形的部件相比，該設(shè)計(jì)提供了更加穩(wěn)定 的流出燃燒器100的流。因而，經(jīng)過燃燒器100增加的流可以允許更加徹底的氣流混合。同 樣，通過消除彎曲的過渡件190延長(zhǎng)了燃燒區(qū)域210。因而將導(dǎo)致改善的混合。更加均勻的 流和更好的混合還應(yīng)當(dāng)促進(jìn)更加徹底的燃燒并因而降低排放。同樣，將導(dǎo)致更一致的排氣 溫度。該設(shè)計(jì)將通過使得貫穿其中的流動(dòng)路徑限制更小而增加流量、冷卻和/或排放曲線 (exhaust profile)。 圖4顯示了如本文中所描述的燃燒器襯里300的一個(gè)備選實(shí)施例。如上所述，燃 燒器襯里300包括嘴部305、燃燒區(qū)域310、多個(gè)成角度的過渡區(qū)域320、一個(gè)或者多個(gè)直過 渡區(qū)域330以及具有偏心出口 345的偏心喉部340。但是，在該實(shí)施例中，取代平坦的第一 側(cè)部250，燃燒器襯里300包括與階梯狀的第二側(cè)部360匹配的階梯狀的第一側(cè)部350。結(jié) 果，貫穿其中的流動(dòng)路徑與上述的燃燒器襯里200相比甚至是更加偏心的。
雖然本文中所描述的福斯特曼漏斗概念集中在燃燒器襯里200,300上，但是還能夠?qū)⒃摳拍顟?yīng)用到流動(dòng)套筒、燃燒箱、襯里蓋組件、輔助和主燃料噴嘴、燃料噴嘴末端、端部 覆蓋主燃料噴嘴上以及應(yīng)用在流過交錯(cuò)的孔或者頸狀收縮的任何位置。 應(yīng)當(dāng)顯而易見的是前述僅涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并且在此處可以由本領(lǐng)域 中的技術(shù)人員進(jìn)行許多改變和修改，而不脫離由所附權(quán)利要求以及權(quán)利要求的等同物限定 的本發(fā)明的一般精神和范圍。
權(quán)利要求
一種用于燃燒器(100)的襯里(200)，包括嘴部(205)；一個(gè)或者多個(gè)成角度的過渡區(qū)域(220)；以及偏心出口(245)。
2. 如權(quán)利要求l所述的襯里(200)，其特征在于，所述襯里還包括燃燒區(qū)域(210)。
3. 如權(quán)利要求l所述的襯里(200)，其特征在于，所述襯里還包括一個(gè)或者多個(gè)直過渡區(qū)域(230)。
4. 如權(quán)利要求l所述的襯里(200)，其特征在于，所述襯里還包括定位在所述偏心出口(245)周圍的偏心喉部(240)。
5. 如權(quán)利要求4所述的襯里(200)，其特征在于，所述偏心出口 (245)和所述偏心喉部(240)包括福斯特曼漏斗。
6. 如權(quán)利要求l所述的襯里(200)，其特征在于，所述一個(gè)或者多個(gè)成角度的過渡區(qū)域(220)包括第一平坦的側(cè)部(250)和第二階梯狀側(cè)部(260)。
7. 如權(quán)利要求l所述襯里(200)，其特征在于，所述一個(gè)或者多個(gè)成角度的過渡區(qū)域(220)包括第一階梯狀側(cè)部(350)和第二階梯狀側(cè)部(360)。
8. —種在燃燒器(100)中混合燃料和空氣的方法，包括使得所述燃料和所述空氣流入燃燒器襯里(200);使得所述燃料和所述空氣流動(dòng)經(jīng)過一個(gè)或者多個(gè)成角度的過渡區(qū)域(220);以及使得所述燃料和所述空氣流動(dòng)經(jīng)過偏心喉部(240)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，使得所述燃料和所述空氣流動(dòng)經(jīng)過一個(gè)或者多個(gè)成角度的過渡區(qū)域(220)以及偏心喉部(240)的步驟包括隨著燃料和空氣流流過其中而降低該燃料和空氣流的旋轉(zhuǎn)速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及偏心燃燒器襯里，更具體地，本發(fā)明提供一種用于燃燒器(100)的襯里(200)。該燃燒器襯里(200)可以包括嘴部(205)、一個(gè)或者多個(gè)成角度的過渡區(qū)域(220)以及偏心出口(245)。
文檔編號(hào)F23D14/46GK101713540SQ200910205208
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者T·戴維斯, W·K·赫斯勒 申請(qǐng)人:通用電氣公司