專利名稱：燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪的燃燒器，并且更具體地，涉及由燃燒裝置噴嘴(burnerjet)的構(gòu)造產(chǎn)生的在燃燒器內(nèi)的空氣流，該燃燒裝置噴嘴將燃料和空氣的混合物沿大體徑向取向噴射到燃燒器中。
背景技術(shù)：
燃燒器典型地包括燃燒室、旋流器和外殼。燃燒室繞著中心線在形狀方面是大體柱形的。燃燒室由布置在外殼內(nèi)的襯套限定。用于來自渦輪壓縮機(jī)的空氣流的路徑或開口設(shè)置在襯套與外殼之間。旋流器典型地繞著中心線位于燃燒室的上游端部處。來自渦輪壓縮機(jī)的空氣流行進(jìn)通過旋流器，在旋流器處空氣流被旋轉(zhuǎn)以在燃燒室內(nèi)形成渦旋流模式。燃燒裝置噴嘴定位在燃燒室的上游端部處以將燃料和空氣混合物噴射到燃燒室中。燃燒裝置噴嘴將燃料和空氣混合物縱向地引導(dǎo)到燃燒室中。接著，燃料和空氣的混合物在燃燒室內(nèi)燃燒，其中，熱在燃燒室的下游或排出端部處離開到排出裝置。為了加強(qiáng)襯套的傳熱，通常使用沖擊冷卻構(gòu)造。該冷卻使熱載荷消散，用于燃燒區(qū)域中更均勻的溫度分布和因此更有效的燃燒。有利的是進(jìn)一步提高操作效率并且進(jìn)一步減少燃燒器的排放物。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種燃燒器，其包括燃燒室和繞著燃燒器周向布置的成組的至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴。至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴是大體共面的并且周向間隔大約相等距離。至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴中的每一個(gè)取向以在燃燒室內(nèi)的虛擬圓的對(duì)應(yīng)切向點(diǎn)處引導(dǎo)流體流，以在燃燒室內(nèi)引起大體氣旋(cyclonic)流模式。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種在燃燒器的燃燒室內(nèi)引起大體氣旋流模式的方法。該方法包括在燃燒室內(nèi)的第一虛擬圓的第一切向點(diǎn)處引導(dǎo)第一流體流和在燃燒室內(nèi)的第一虛擬圓的第二切向點(diǎn)處引導(dǎo)第二流體流。第一虛擬圓的第一切向點(diǎn)和第二切向點(diǎn)周向間隔大約相等距離。第一流和第二流配合以在燃燒室內(nèi)引起大體氣旋流模式。這些和其他的優(yōu)點(diǎn)和特征將從結(jié)合附圖的以下描述中變得更加顯而易見。


被認(rèn)為是本發(fā)明的主題在說明書的總結(jié)處的權(quán)利要求中被具體地指出并且清楚地要求保護(hù)。本發(fā)明的前述和其他的特征及優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合附圖的下列詳細(xì)描述是顯而易見的，其中
圖1是本發(fā)明的燃燒器的示意 圖2是從成組的燃燒裝置噴嘴到圖1的燃燒器的燃燒室中的流的方向的示意圖；和 圖3是包括附加的成組燃燒裝置噴嘴的圖1的燃燒器的示意圖。詳細(xì)描述參考附圖經(jīng)由實(shí)例解釋了本發(fā)明的實(shí)施例，連同其優(yōu)點(diǎn)和特征。部件列表 10燃燒器
12燃燒室
14旋流器
16外殼
18中心線
20襯套
22開口
24渦旋流模式
26組
28燃燒裝置噴嘴
30排出裝置
32沖擊套管
34通路 36至39 切向點(diǎn)
40圓
42虛線
44氣旋流模式。
具體實(shí)施例方式參考圖1，大體示出燃燒器10。燃燒器10包括燃燒室12、旋流器14和外殼16。燃燒室12繞著中心線18在形狀方面是大體柱形的。燃燒室12由布置在外殼16內(nèi)的襯套20限定。用于來自渦輪壓縮機(jī)(未示出)的空氣流的部分的路徑或開口 22設(shè)置在襯套20與外殼16之間。旋流器14典型地繞著中心線18位于燃燒室12的上游端部處。來自渦輪壓縮機(jī)(未示出)的空氣流行進(jìn)通過旋流器14，在旋流器14處空氣流被旋轉(zhuǎn)以在燃燒室12內(nèi)形成渦旋流模式24。在現(xiàn)有技術(shù)中，燃燒裝置噴嘴定位在燃燒室的上游端部處以將燃料和空氣混合物噴射到燃燒室中，這是眾所周知的。這些現(xiàn)有技術(shù)燃燒裝置噴嘴將燃料和空氣混合物縱向地引導(dǎo)到燃燒室中。其公開包括通過使用成組26燃燒裝置噴嘴28而背離該現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)踐，成組26燃燒裝置噴嘴28繞著燃燒室12周向地布置以大體徑向地噴射燃料和空氣混合物，如在下面更全面地描述的。接著，燃料和空氣混合物在燃燒室12內(nèi)燃燒，其中，熱在燃燒室12的下游或排出端部處離開到排出裝置30。為了加強(qiáng)襯套20的傳熱，沖擊套管32固定在襯套20與外殼16之間。沖擊板32具有繞著襯套20的背側(cè)噴射渦輪空氣(或冷卻流體)的多個(gè)開口或通路34。冷卻物還可被朝向燃燒裝置噴嘴28引導(dǎo)。冷卻流體使熱載荷消散，用于在燃燒區(qū)域中更均勻的溫度分布和因此更有效的燃燒。該沖擊冷卻的使用產(chǎn)生更均勻的熱負(fù)載，從而減小燃燒器10上的熱應(yīng)力。每組26燃燒裝置噴嘴28安裝在燃燒室12的襯套20處，其中，來自組26的每個(gè)燃燒裝置噴嘴28是共面的，并且與相鄰組26中的燃燒裝置噴嘴28繞著燃燒室12周向間隔大體相等距離。每組26燃燒裝置噴嘴28包括四個(gè)(或更多個(gè))燃燒裝置噴嘴28，其繞著燃燒室12周向相等地間隔，并且當(dāng)截面地觀看時(shí)，形成X模式。還參考圖2，關(guān)于繞著燃燒室12周向相等地間隔的任一組26燃燒裝置噴嘴28，它們?nèi)∠蛞栽谌紵?2內(nèi)的虛擬圓40上的切向點(diǎn)36至39處引導(dǎo)燃料和空氣混合物。虛擬圓40位于以上討論的由旋流器14產(chǎn)生的渦旋24周圍。從截面圖(圖3)，切向點(diǎn)36至39位于這種以虛線X 42表示的X構(gòu)造中。虛擬圓40在本實(shí)例中示出為定心在燃燒室12的中心線18上。對(duì)于每個(gè)這種組，存在對(duì)應(yīng)的虛擬圓40。這些圓40可具有相同直徑或變化直徑，例如，當(dāng)圓40在燃燒室12中向下游(朝向排出端部)縱向地移動(dòng)時(shí)，圓40可在直徑方面增大或減小。此外，圓40的直徑和/或由單個(gè)燃燒裝置噴嘴28噴射的燃料和空氣混合物的體積可設(shè)定或控制以提高性能。該性能包括聲學(xué)動(dòng)態(tài)特性(例如，鎖頻)、排放物減少、功率、燃料節(jié)約等。利用該燃燒裝置噴嘴28的構(gòu)造將燃料和空氣混合物噴射到燃燒室中在燃燒室12內(nèi)縱向地產(chǎn)生大體氣旋流模式44。此外，燃燒裝置噴嘴28可構(gòu)造以繞著噴霧器的外部提供更貧燃(lean)的燃料空氣混合物并且朝向噴霧器的中心提供更富燃(rich)的燃料空氣混合物，還構(gòu)造以實(shí)現(xiàn)期望性能。成組26燃燒裝置噴嘴28可對(duì)齊成使得來自相鄰組26的對(duì)應(yīng)燃燒裝置噴嘴28與燃燒裝置噴嘴縱向地成一直線。可選地，成組26燃燒裝置噴嘴28可相對(duì)于相鄰組28移位或旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)期望性能或流模式。雖然成組26燃燒裝置噴嘴28在以上示范實(shí)施例中描述為四個(gè)或更多個(gè)燃燒裝置噴嘴28，但是成組26燃燒裝置噴嘴28包括至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴28在本發(fā)明的范圍內(nèi)。經(jīng)由實(shí)例，組26可包括燃燒裝置噴嘴36和38或燃燒裝置噴嘴37和39以產(chǎn)生大體氣旋流模式44。大體氣旋流模式44圍繞由旋流器14所產(chǎn)生的渦旋流模式24，這導(dǎo)致在燃燒室12內(nèi)的渦旋破壞(breakdown)的減少。保持渦旋流模式24提高了燃燒室12內(nèi)的流和燃燒的穩(wěn)定性。此外，以上討論的沖擊冷卻的使用進(jìn)一步有助于維持燃燒器10的完整性。沖擊冷卻在該示范實(shí)施例中是優(yōu)選的，而不是將附加空氣吸入到燃燒室12中(這可干擾期望的流模式)。此外，大體氣旋流模式44產(chǎn)生更大的渦旋火焰，其更容易控制，并且比僅利用渦旋流模式24產(chǎn)生的火焰具有更小的動(dòng)態(tài)性。大體氣旋流模式44減少渦旋流模式24破壞，因此提高火焰穩(wěn)定性。更高的火焰穩(wěn)定性減少貧燃熄火并且增加燃燒器10的調(diào)低(turndown)。此外,氣動(dòng)熱聲學(xué)特性將降低,操作窗口增加，并且導(dǎo)致更寬的Wobbie指數(shù)。此外，本發(fā)明的燃料和空氣混合物的氣旋的引入通過在燃燒室12內(nèi)產(chǎn)生氣體再循環(huán)效果而允許排出燃料氣體與新鮮燃料和空氣混合物更強(qiáng)烈地相互作用。再循環(huán)大體朝向燃燒器的中心往回向上游引導(dǎo)從燃燒器10離開的燃燒氣體，該燃燒氣體接著向下游沿著燃燒器10徑向向外流動(dòng)。當(dāng)燃燒氣體遇到新鮮燃料和空氣混合物時(shí)，它們點(diǎn)燃混合物流并且增加用于燃盡燃料的停留時(shí)間。接著，燃燒過的氣體的一部分排放到排出裝置，并且氣體的一部分將朝向上游往回繼續(xù)循環(huán)。該再循環(huán)為來自燃燒裝置噴嘴28的新鮮燃料和空氣混合物提供穩(wěn)定點(diǎn)燃源，并且在它與新鮮燃料和空氣混合物混合時(shí)，攜帶來自燃燒的NOx(氮氧化物)?；旌衔镏蠳Ox的濃度使化學(xué)反應(yīng)朝向減少NOx移動(dòng)；因此，再循環(huán)產(chǎn)生更少的空氣排放物。該再尋循環(huán)導(dǎo)致更低的燃燒溫度，這減少在燃燒期間形成的NOx排放物。眾所周知的是，當(dāng)燃燒器的入口溫度增大時(shí)，NOx排放物按指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)污染的可能受到政府越來越多的關(guān)注時(shí)，減少NOx排放物變的重要。參考圖3，在可選實(shí)施例中，附加組26的燃燒裝置噴嘴28可設(shè)置在下游以實(shí)現(xiàn)用于進(jìn)一步減少排放物的、后期貧燃的燃料分級(jí)或空氣分級(jí)。
雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)容易理解，本發(fā)明不受限于這種公開實(shí)施例。相反地，本發(fā)明可修改以合并迄今為止未描述但是與本發(fā)明的精神和范圍相稱的、任何數(shù)量的變化、變更、替換或等同配置。另外，雖然描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方面可僅包括所描述的實(shí)施例中的ー些。因此，本發(fā)明不著作是被前述描述限制，而是僅被所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種燃燒器，包括 燃燒室；和 第一組至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴，其繞著所述燃燒器周向布置并且是大體共面的，所述至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴周向間隔大約相等距離，所述至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴中的每一個(gè)取向以在所述燃燒室內(nèi)的第一虛擬圓的對(duì)應(yīng)切向點(diǎn)處引導(dǎo)流體流，以在所述燃燒室內(nèi)引起大體氣旋流模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器具有中心線，并且所述第一虛擬圓大體定心在所述中心線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括 第二組至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴，其在所述第一組至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴下游繞著所述燃燒器周向地布置，所述第二組中的至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴是大體共面的，所述第二組中的至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴周向間隔大約相等距離，所述第二組中的至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴中的每一個(gè)取向以在所述燃燒室內(nèi)的第二虛擬圓的對(duì)應(yīng)切向點(diǎn)處引導(dǎo)流體流，以在所述燃燒室內(nèi)進(jìn)一步引起所述大體氣旋流模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述第一組中的至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴中的每一個(gè)與所述第二組中的至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)一個(gè)共線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器具有中心線，并且所述第一虛擬圓和所述第二虛擬圓大體定心在所述中心線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述第一虛擬圓和所述第二虛擬圓具有大體相同的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述第一虛擬圓的直徑大于所述第二虛擬圓的直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述第一虛擬圓的直徑小于所述第二虛擬圓的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括 沖擊套管，其布置在所述燃燒器內(nèi)，所述沖擊套管包括通路來為所述燃燒器提供冷卻。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述第一組至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴包括四個(gè)燃燒裝置噴嘴。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述第一組至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴包括四個(gè)燃燒裝置噴嘴，并且所述第二組至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴包括四個(gè)燃燒裝置噴嘴。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括 旋流器，其布置在所述燃燒器的一個(gè)端部處，用于在所述燃燒室內(nèi)引起大體渦旋流模式，并且 其中，所述大體氣旋流模式大體圍繞所述大體渦旋流模式并且與其相互作用。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述流體是空氣和燃料混合物。
14.一種在燃燒器的燃燒室內(nèi)引起大體氣旋流模式的方法，所述方法包括 在所述燃燒室內(nèi)的第一虛擬圓的第一切向點(diǎn)處引導(dǎo)第一流體流；以及 在所述燃燒室內(nèi)的第一虛擬圓的第二切向點(diǎn)處引導(dǎo)第二流體流，所述第一虛擬圓的第一切向點(diǎn)和第二切向點(diǎn)周向間隔大約相等距離；其中，所述第一流和所述第二流配合以在所述燃燒室內(nèi)弓I起所述大體氣旋流模式。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括 在所述燃燒室內(nèi)的第二虛擬圓的第一切向點(diǎn)處引導(dǎo)第三流體流，所述第二虛擬圓位于所述第一虛擬圓的下游； 在所述燃燒室內(nèi)的第二虛擬圓的第二切向點(diǎn)處引導(dǎo)第四流體流，所述第二虛擬圓的第一切向點(diǎn)和第二切向點(diǎn)周向間隔大約相等距離；并且 其中，所述第三流和所述第四流配合以在所述燃燒室內(nèi)進(jìn)一步弓I起所述大體氣旋流模式。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一虛擬圓的第一切向點(diǎn)和第二切向點(diǎn)中的每一個(gè)與所述第二虛擬圓的第一切向點(diǎn)和第二切向點(diǎn)中的每一個(gè)的對(duì)應(yīng)一個(gè)共線。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一虛擬圓和第二虛擬圓具有大體相同的直徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一虛擬圓的直徑大于所述第二虛擬圓的直徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一虛擬圓的直徑小于所述第二虛擬圓的直徑。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括 沖擊冷卻所述燃燒器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃燒器，其包括燃燒室和繞著燃燒器周向地布置的至少一組至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴。組內(nèi)的至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴是大體共面的并且周向間隔大約相等距離。組內(nèi)的至少兩個(gè)燃燒裝置噴嘴中的每一個(gè)取向以在燃燒室內(nèi)的相關(guān)虛擬圓的對(duì)應(yīng)切向點(diǎn)處引導(dǎo)流體流，以在燃燒室內(nèi)引起大體氣旋流模式。
文檔編號(hào)F23R3/28GK103032903SQ20121036853
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月7日
發(fā)明者陳偉 申請(qǐng)人:通用電氣公司