燃气轮机燃烧器喷射组件及燃烧器燃料混合物供给方法

摘要

本发明提供了燃气轮机燃烧器喷射组件及燃烧器燃料混合物供给方法。通过喷射组件将燃料混合物供给至燃气轮机燃烧室，喷射组件具有：具有助燃空气入口的外本体；容纳于外本体中并部分地限定内管道和外环形管道的圆锥形管状部分；以及用于将液体燃料分别供给至内管道和外环形管道的第一和第二供给回路；第一回路具有一圈管道，这一圈管道各自的轴线平行于圆锥形管状部分的外表面的母线。

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机燃烧器喷射组件、以及燃烧器燃料混合物供 给方法。

更具体地，本发明涉及一种用于将气-液燃料混合物喷入飞机/航改式 (aeroderivative)发动机燃气轮机的燃烧室中的喷射组件。

背景技术

在燃气轮机中，通过燃料喷射气-液混合组件将气-液燃料混合物供给 至涡轮机燃烧室，该燃料喷射气-液混合组件包括有孔的助燃 (combustion-supporting)空气入口部分；端部燃料供给管；以及圆锥形管 状本体，其容纳于有孔部分内，朝着燃烧室逐渐变细，并具有延伸穿过燃 烧室的轴线。圆锥形管状本体分隔开两个气-液燃料混合管道：内管道， 通过一圈喷嘴将液体燃料喷洒到该内管道中；以及外环形管道，通过另一 圈喷嘴将液体燃料供给到该外环形管道中，所述另一圈喷嘴在离圆锥形管 状体的外表面一定距离处并且定向为朝着环形管道的外壁供给液体燃料。

在到达燃烧室之前，必须利用空气所产生的湍流充分地混合空气和燃 料。

试验表明，不能依靠另一圈喷嘴的位置和定向来在燃烧器的所有工作 条件下产生期望的混合物，并且还表明，混合物根据沿着管道的气流的量 和特征(例如，密度)而变化。结果，由于从管道的一部分到另一部分是 变化的，所以，被供给至燃烧室的气-液燃料混合物并不总是均匀的，由 此通常导致形成烟和大量污染性燃烧产物。

例如，在专利申请WO 2010/037627中描述了一种解决方案，其包括 用于在基本上平行于圆锥形管状部分的外表面的母线的方向上引导液体 燃料的壁，在该专利申请中，这些壁容纳在液体燃料和助燃空气被供给至 其中的管道内。然而，此类的解决方案在设计上相对复杂。

发明内容

本发明的一个目的是，提供一种被设计为提供针对以上问题的简单、 低成本的解决方案的燃气轮机燃烧器喷射组件。

根据本发明，提供一种燃气轮机燃烧器喷射组件，其包括：具有助燃 空气入口的外本体；容纳于所述外本体中并部分地限定内管道和外环形管 道的圆锥形管状部分；以及分别用于将液体燃料分别供给至所述内管道和 所述外环形管道中的第一和第二供给装置；所述第二供给装置包括用于在 基本上平行于所述圆锥形管状部分的外表面的母线的方向上引导相应的 所述液体燃料的引导装置；并且所述组件的特征在于，所述引导装置位于 所述外环形管道外侧。

优选地，在以上限定的组件中，所述圆锥形管状部分具有一轴线，所 述第二供给装置包括一圈管道，所述圈具有与所述圆锥形管状部分的轴线 同轴的轴线；这些管道具有各自的平行于所述母线的轴线。

本发明还涉及一种用于将燃料混合物供给至燃气轮机燃烧器的喷射 方法。

根据本发明，提供一种利用喷射组件将燃料混合物供给至燃气轮机燃 烧室的方法，该喷射组件包括空心外本体，以及容纳于所述空心外本体中 并与空心外本体一起限定环形管道的圆锥形管状部分；该方法包括将一股 助燃空气流以及至少一股液体燃料流供给到所述环形管道中的步骤；且其 特征在于，在预定方向上导引被供给到所述环形管道中的所述液体燃料 流；用所述助燃空气流拦截所述液体燃料流；并通过所述助燃空气流将该 液体燃料流朝着所述圆锥形管状部分推动。

以上限定的方法优选地还包括另外的步骤：使所述液体燃料流与所述 圆锥形管状部分的外表面相接触并且保持接触，并将液体燃料向前供给从 而与所述圆锥形管状部分相接触。

附图说明

将参考附图通过实例来描述本发明的非限制性实施方式，附图中：

图1示出了表征了根据本发明的教导的喷射组件的一个优选实施方 式的燃气轮机燃烧器的一个截面，为了清楚起见，去除了一些部分；

图2示出了图1的喷射组件的大比例立体图；

图3示出了图1中的一细部的大比例截面；

图4示出了图3中的一细部的大比例截面。

具体实施方式

图1中的标号1整体上表示燃气轮机的燃烧器，其包括燃烧室2和用 于对燃烧室2供以气-液燃料混合物的喷射组件3。

如图1和图2中所示，组件3包括方便的一体式气-液燃料供给头5； 以及支撑供给头5并与头部5一起形成一体式本体7的一部分的臂6。

头部5与轴线9同轴地从臂6伸出，并包括限定管道11的外壳或管 状外本体10，其具有与燃烧室2相连通的轴向出口13，并通过成形开口 15a、16a的两个相邻的环15、16在外部连通。每个开口15a、16a基本上 是四边形的，限定针对进入管道11中的气流的引导，由垂直于轴线9的 两个平行轴向壁18轴向地(即，在气-液燃料混合物流动方向上)划界 (bound)，并由两个彼此平行且与轴线9平行的切向壁19基本上周向地 划界，并径向地倾斜，从而与预定直径的圆相切并与轴线9同轴，如图2 所示。

如图1和图3所示，管道11容纳本体20，其在纵向截面中是基本上 T形的，并包括与轴线9同轴且在环15与16之间延伸的基本上板状的环 形连接部分21。本体20还包括圆锥形管状部分22，其从部分21的内边 缘伸出，与轴线9同轴，朝着其自由端并朝着燃烧室2逐渐变细，并通过 具有直母线24的表面23在外部划界(图3和图4)。本体20将管道11 分成与开口15a的环15相连通的内管道26；和外环形的、至少部分地混 合的管道27，其通过表面23部分地划界且与开口16a的环16相连通。

如图1和图2所示，组件3还包括用于分别向管道26和环形管道27 供给液体燃料的两个分离的液压回路29、30。回路29包括延伸穿过臂6 的管道31；和沿着轴线9设置的喷射器32。并且，回路30包括管道33， 其出口在形成于环形连接部分21中的环形室34的内部露出(图3和图4)。

如图3和图4所示，回路30还包括直校准管道36的环35，该直校 准管道36延伸穿过部分21并具有平行于母线24的相应轴线36a。每个管 道36具有与腔室34连通的入口；以及穿过离表面23一定距离处的表面 37而形成的出口。表面37垂直于轴线9，划定部分21的边界，并与环16 中的开口16a的表面18共面(图4)。

在使用中，管道36的环35的存在，管道36相对于圆锥形管状部分 22的布置，以及，特别地，轴线36a平行于圆锥形管状部分22的母线24 的事实，不仅用来朝着圆锥形管状部分22导引被供给至环形管道27中的 液体燃料，而且用来在表面23上产生基本上恒定厚度的液体燃料薄膜。

试验表明，液体燃料薄膜不仅提供空气和液体燃料的正确混合，而且， 最重要的是，提供向燃烧室2供以完全均匀的、一致的混合物，不管由回 路29和30供应的空气和/或燃料的量如何。相对于已知的解决方案，还通 过如下方式改进了空气和液体燃料的混合：管道36的出口形成在垂直于 轴线9的表面中，且最重要的是，与界定空气入口16a的轴向表面的一部 分共面。与已知的解决方案不同，进入环形管道27中的气流由此拦截从 管道36流出的液体燃料，并将其推至表面23上，与此同时，在环形管道 27的内部产生涡流运动。空气所施加的推力导致环形管道27内的液体燃 料的部分蒸发，且与此同时，剩余的液体燃料液滴沉积在表面23上，以 形成液体燃料的薄膜，其沿着表面23前进至出口13，在那里，由来自管 道26和27的气流所产生的强湍流帮助在薄膜到达燃烧室2之前使其雾化 (atomize)。

这导致污染性燃烧产物急剧减少，特别是当燃烧室2中的温度增加 时。

然而，明显地，在不背离在独立权利要求中限定的保护范围的前提下， 可以对所述组件进行改变。特别地，引导管道并不需要与母线24完全地 平行，或者，可以通过用于在基本上平行于圆锥形管状部分的外表面的母 线的方向上引导液体燃料(但是仍是为了在外表面上形成液体燃料的薄膜 的目的)的其他引导装置来替代。