專利名稱：具有固定火苗用燃料噴嘴的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒，具體而言，涉及通過(guò)燃料噴嘴注入氧化劑和燃料以便形成用于固定燃燒區(qū)的回流區(qū)的燃燒室。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)大體上包括壓縮機(jī)、燃燒室、一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴，以及渦輪機(jī)。工作流體通過(guò)入口進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)，然后通過(guò)壓縮機(jī)增壓。所述工作流體可以是純空氣或低氧或缺氧的工作流體。例如，低氧工作流體的實(shí)例包括，主要含二氧化碳和蒸汽的混合物以及主要含二氧化碳和氮?dú)獾幕旌衔?。然后壓縮后的工作流體會(huì)與通過(guò)燃料噴嘴提供的燃料混合。工作流體與燃料氧化劑的混合物以一定的比例輸送到燃燒室進(jìn)行燃燒。所述氧化劑可以是空氣、純氧氣或富含氧的流體。燃燒生成增壓的排出氣體，以此驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的葉片。
燃燒室包括燃燒區(qū)、回流區(qū)(recirculation zone)或回流泡(bubble),以及摻混區(qū)(dilution zone)。燃燒室端蓋通常包括一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴。為使燃燒穩(wěn)定有效，有時(shí)也會(huì)在端蓋提供引燃器或噴嘴。引燃噴嘴用于在燃燒區(qū)點(diǎn)火。燃料在回流泡處蒸發(fā)并部分燃燒，剩余的燃料在燃燒區(qū)燃燒。移除或縮小回流泡會(huì)使工作流體流混合物在燃燒室內(nèi)擴(kuò)散，從而縮短工作流體流混合物的滯留時(shí)間(residence time)。在化學(xué)計(jì)量(stoichiometric)的擴(kuò)散燃燒應(yīng)用中，尤其需要強(qiáng)大的回流泡，因?yàn)樵谶@些應(yīng)用中，富氧燃燒等階段采用的是低氧或缺氧工作流體。在使用低氧工作流體燃燒時(shí)，很重要的一點(diǎn)是，在大量燃料和氧化劑從火焰區(qū)選出之前要完成燃燒。強(qiáng)大的回流泡和輔助的小回流區(qū)配合使用，可確保增加火焰區(qū)滯留時(shí)間，從而提高燃燒效率。因此，理想的做法是提供可促進(jìn)穩(wěn)定有效的燃燒的燃料噴嘴，尤其是在采用低氧工作流體的應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒室包括具有噴嘴的端蓋。所述噴嘴具有前端面和中線軸。所述噴嘴包括多個(gè)燃料通道和多個(gè)氧化劑通道。所述多個(gè)燃料通道配置成供燃料從燃料通道排出。所述多個(gè)燃料通道經(jīng)設(shè)置以用于沿第一方向輸送燃料，其中所述第一方向向內(nèi)朝向所述中心軸傾斜。所述多個(gè)氧化劑通道用于使氧化劑從所述多個(gè)氧化劑通道中排出。所述多個(gè)氧化劑通道經(jīng)設(shè)置以用于沿第二方向輸送氧化劑，其中所述第二方向向外遠(yuǎn)離所述中心軸向外傾斜。所述多個(gè)燃料通道和所述多個(gè)氧化劑通道以彼此關(guān)聯(lián)的方式設(shè)置，以便燃料與氧化劑成交叉流布置，從而在所述燃燒室內(nèi)形成燃燒區(qū)。所述多個(gè)氧化劑通道配置成輸送氧化劑，從而在所述燃燒室內(nèi)形成將所述燃燒區(qū)固定在所述噴嘴的所述前端面的回流區(qū)。所述噴嘴包括多個(gè)冷卻流通道，所述冷卻流通道配置成將工作流體從所述多個(gè)冷卻流通道輸送至所述燃燒室。所述燃燒室內(nèi)的工作流體是缺氧工作流體。所述多個(gè)氧化劑通道和所述多個(gè)冷卻流通道之間的所述端蓋內(nèi)設(shè)置了一系列混合通道，且其中所述多個(gè)氧化劑通道和所述多個(gè)冷卻流通道通過(guò)所述混合通道互相成流體連通狀態(tài)。所述多個(gè)氧化劑通道以相對(duì)于所述燃料噴嘴的所述前端面測(cè)量得到的氧化劑角度定向，其中所述氧化劑角度大約垂直于所述前端面。所述前端面以相對(duì)于所述中心軸測(cè)量得到的端面角定向，且其中相對(duì)于所述中心軸測(cè)量得到的所述前端面的所述端面角介于大約三十度至大約七十五度之間。所述多個(gè)燃料通道以燃料角度設(shè)置，以便將燃料定位到所述第一方向上，且其中當(dāng)相對(duì)于所述燃料噴嘴的所述前端面測(cè)量時(shí)，所述燃料角度介于大約十五度至大約九十度之間。所述多個(gè)燃料通道沿所述前端面互相交錯(cuò)配置。所述噴嘴的中心軸上放置了引燃器，其中所述引燃器在所述燃燒區(qū)內(nèi)點(diǎn)火。所述多個(gè)氧化劑通道的外徑介于大約I. 3厘米至大約3. 8厘米之間。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步提供一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒室，所述燃燒室包括具有至少一個(gè)噴嘴的端蓋，所述噴嘴具有前端面和中心軸，所述噴嘴包括多個(gè)燃料通道，其配置成沿第一方向輸送燃料，其中所述第一方向向內(nèi)朝向所述中心軸傾斜；多個(gè)冷卻流通道，所述冷卻流通道配置成將工作流體從所述多個(gè)冷卻流通道中的一個(gè)或多個(gè)輸送至所述燃燒室；多個(gè)氧化劑通道，所述氧化劑通道配置成沿第二方向輸送氧化劑，所述第二方向遠(yuǎn)離所、述中心軸向外傾斜，且其中所述多個(gè)燃料通道和所述多個(gè)氧化劑通道的位置彼此關(guān)聯(lián)，以便燃料與氧化劑成交叉流布置，從而在所述燃燒室內(nèi)形成燃燒區(qū)；且其中所述多個(gè)氧化劑通道配置成輸送氧化劑，從而形成將所述燃燒區(qū)固定在所述噴嘴的所述前端面的回流區(qū)。所述燃燒室內(nèi)的工作流體是缺氧工作流體。所述多個(gè)氧化劑通道和所述多個(gè)冷卻流通道之間的所述端蓋內(nèi)設(shè)置了一系列混合通道，且其中所述多個(gè)氧化劑通道和所述多個(gè)冷卻流通道通過(guò)所述混合通道互相成流體連通狀態(tài)。所述前端面以相對(duì)于所述中心軸測(cè)量得到的端面角定向，且其中相對(duì)于所述中心軸測(cè)量得到的所述前端面的所述端面角介于大約三十度至大約七十五度之間。所述多個(gè)氧化劑通道以相對(duì)于所述燃料噴嘴的所述前端面測(cè)量得到的氧化劑角度定向，其中所述氧化劑角度大約垂直于所述前端面。所述多個(gè)燃料通道以燃料角度設(shè)置，以便將燃料定向到所述第一方向上，且其中當(dāng)相對(duì)于所述燃料噴嘴的所述前端面測(cè)量時(shí)，所述燃料角度介于大約十五度至大約九十度之間。所述噴嘴的中心軸上設(shè)置了引燃器，其中所述引燃器在所述燃燒區(qū)內(nèi)點(diǎn)火。本發(fā)明還提供一種具有燃燒室的燃?xì)鉁u輪機(jī)，所述燃燒室包括具有至少一個(gè)噴嘴的端蓋，所述噴嘴具有前端面和中心軸，其中，所述前端面以相對(duì)于所述中心軸測(cè)量得到的端面角定向，所述噴嘴包括多個(gè)燃料通道，其配置成沿第一方向輸送燃料，其中所述第一方向向內(nèi)朝向所述中心軸傾斜；多個(gè)冷卻流通道，所述冷卻流通道配置成將工作流體從所述多個(gè)冷卻流通道輸送至所述燃燒室；多個(gè)氧化劑通道，其配置成沿第二方向輸送氧化齊U，其中所述第二方向遠(yuǎn)離所述中心軸傾斜，且其中所述多個(gè)氧化劑通道以相對(duì)于所述燃料噴嘴的所述前端面測(cè)量得到的氧化劑角度定向，所述多個(gè)燃料通道和所述多個(gè)氧化劑通道的位置彼此關(guān)聯(lián)，以便使提供給所述燃燒室的燃料與氧化劑成交叉流布置，從而在所述燃燒室內(nèi)形成燃燒區(qū)；且其中所述多個(gè)氧化劑通道配置成輸送氧化劑，從而形成將所述燃燒區(qū)固定在所述噴嘴的所述前端面的回流區(qū)。相對(duì)于所述中心軸測(cè)量得到的所述前端面的所述端面角介于大約三十度至大約七十五度之間。當(dāng)相對(duì)于所述燃料噴嘴的所述前端面測(cè)量時(shí)，所述燃料角度介于大約十五度至大約九十度之間。
通過(guò)以下說(shuō)明并結(jié)合附圖可以更加清楚地了解到這些以及其他優(yōu)點(diǎn)和特征。


本說(shuō)明書(shū)中的權(quán)利要求書(shū)詳細(xì)指出并明確主張了本發(fā)明。通過(guò)以下說(shuō)明并結(jié)合附
圖可以清楚地了解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖I為具有燃燒室的示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的部分截面圖。圖2為圖I所示燃燒室的截面圖，所示燃燒室的端蓋上連接了燃料噴嘴。圖3為圖2所示端蓋和燃料噴嘴的正視圖。
圖4為圖3所示端蓋的一部分的放大圖。圖5為圖3所示燃料噴嘴的截面圖。圖6所示為運(yùn)行期間的圖5所示燃料噴嘴；以及圖7為圖5所示燃料噴嘴的替代性實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
部分參考附圖以舉例方式介紹本發(fā)明的實(shí)施例及優(yōu)點(diǎn)和特征。元件符號(hào)列表
參考標(biāo)號(hào)部件參考標(biāo)號(hào)部件
10發(fā)電系統(tǒng)20壓縮機(jī)
""22燃燒室24禍輪機(jī)
~^0進(jìn)氣口34燃料噴嘴
38
40W
42殼體44襯墊
導(dǎo)流套管48中空環(huán)形空間
過(guò)渡件56端蓋襯墊
~~60Hl62燃料通道
~~64氧化劑通道66冷卻流通道
■"70引燃器或噴嘴somm
""90燃料流92第一方向
""94氧化劑開(kāi)口96氧化劑流
第二方向98冷卻流開(kāi)口
權(quán)利要求
1.一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)(24)的燃燒室(20)，其包括 具有噴嘴(34)的端蓋(36)，所述噴嘴具有前端面(60)和中心軸，所述噴嘴包括多個(gè)燃料通道(62)，其配置成沿第一方向(92)輸送燃料，其中所述第一方向向內(nèi)朝向所述中心軸(A-A)傾斜； 多個(gè)氧化劑通道(64)，其配置成沿第二方向輸送氧化劑，其中所述第二方向遠(yuǎn)離所述中心軸(A-A)向外傾斜，且其中所述多個(gè)燃料通道￠2)和所述多個(gè)氧化劑通道￠4)的位置彼此關(guān)聯(lián)，以便燃料與氧化劑成交叉流布置，從而在所述燃燒室(22)內(nèi)形成燃燒區(qū)(110);且 其中所述多個(gè)氧化劑通道￠4)配置成輸送氧化劑，從而在所述燃燒室(22)內(nèi)形成將所述燃燒區(qū)(110)固定在所述噴嘴(34)的所述前端面(60)的回流區(qū)(112)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃燒室，其特征在于，所述噴嘴(34)包括多個(gè)冷卻流通道 (66)，所述冷卻流通道配置成將工作流體從所述多個(gè)冷卻流通道￠6)輸送至所述燃燒室(22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒室，其特征在于，所述燃燒室(22)內(nèi)的工作流體(102)是缺氧工作流體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)氧化劑通道￠4)和所述多個(gè)冷卻流通道￠6)之間的所述端蓋(36)內(nèi)設(shè)置了一系列混合通道(200)，且其中所述多個(gè)氧化劑通道￠4)和所述多個(gè)冷卻流通道￠6)通過(guò)所述混合通道(200)互相成流體連通狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)氧化劑通道￠4)以相對(duì)于所述燃料噴嘴(34)的所述前端面￠0)測(cè)量得到的氧化劑角度定向，其中所述氧化劑角度大約垂直于所述前端面(60)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃燒室，其特征在于，所述前端面￠0)以相對(duì)于所述中心軸(A-A)測(cè)量得到的端面角定向，且其中當(dāng)相對(duì)于所述中心軸(A-A)測(cè)量時(shí)，所述前端面(60)的所述端面角介于大約三十度至大約七十五度之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)燃料通道￠2)以燃料角度設(shè)置，以便將燃料定位到所述第一方向上，且其中當(dāng)相對(duì)于所述燃料噴嘴(34)的所述前端面(60)測(cè)量時(shí)，所述燃料角度介于大約十五度至大約九十度之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)燃料通道￠2)沿所述前端面(60)互相交錯(cuò)配置。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃燒室，其特征在于，所述噴嘴(34)的中心軸(A-A)上設(shè)置有引燃器(70)，其中所述引燃器(70)在所述燃燒區(qū)(110)內(nèi)點(diǎn)火。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃燒室，其特征在于，所述多個(gè)氧化劑通道￠4)的外徑介于大約I. 3厘米至大約3. 8厘米之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種具有固定火苗用燃料噴嘴的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒室，所述燃燒室包括一個(gè)具有噴嘴的端面。所述噴嘴具有一個(gè)前端面和一個(gè)中線軸。所述噴嘴包括多個(gè)燃料通道和多個(gè)氧化劑通道。所述燃料通道配置成供燃料從燃料通道排出。所述燃料通道設(shè)置成沿第一方向輸送燃料，其中所述第一方向與所述中心軸成內(nèi)角。所述氧化劑通道配置成供氧化劑從所述氧化劑通道排出。所述氧化劑通道設(shè)置成沿第二方向輸送氧化劑，其中所述第二方向遠(yuǎn)離所述中心軸傾斜。所述多個(gè)燃料通道與所述多個(gè)氧化劑通道的設(shè)置彼此關(guān)聯(lián)，以便燃料與氧化劑成交叉流布置，從而在所述燃燒室內(nèi)形成燃燒區(qū)。
文檔編號(hào)F23R3/02GK102679399SQ20121007949
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者A·巴魯亞, G·O·克雷默, P·波波維奇, W·T·羅斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司