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无帽式燃烧器组件中的横移式 燃料 喷嘴

阅读：907发布：2023-02-26

专利汇可以提供无帽式燃烧器组件中的横移式燃料喷嘴专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种无帽式燃烧器组件中的横移式燃料喷嘴，燃烧器(100，300，400)包括中心燃料喷嘴组件(304)和多个外部燃料喷嘴组件(308)，多个外部燃料喷嘴组件(308)各具有中心体(310)和外护罩(312)，多个外部燃料喷嘴组件(308)构造成以包围关系与中心柱(304)彼此邻接，以便在多个外部燃料喷嘴组件(308)的任何两个邻接的外部燃料喷嘴组件之间不出现间隙。根据本发明的实施例，多个燃料喷嘴组件(104，304，308)中的一个或更多个可前后轴向横移。，下面是无帽式燃烧器组件中的横移式燃料喷嘴专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃烧器(100，300，400)，其包括：
至少一个燃料喷嘴组件(104，304，308)，所述至少一个燃料喷嘴组件(104，304，308)包括
中心体(124，310)；
内护罩(120，312)，其至少包围所述中心体(124，310)的一部分；
外护罩(144)，其至少包围所述内护罩(120，312)的一部分；以及
多个冷却孔(156)，其形成在所述外护罩(144)的一部分上，冷却空气引入到所述内护罩(120，312)与所述外护罩(144)之间的空间并从所述多个冷却孔(156)排出；以及促动器(148)，其在轴向方向上至少移动所述中心体(124，310)。
2.根据权利要求1所述的燃烧器(100，300，400)，其特征在于，所述燃烧器还包括叶片(116，314)，其布置在所述内护罩(120，312)与所述中心体(124，310)之间。
3.根据权利要求2所述的燃烧器(100，300，400)，其特征在于，所述促动器(148)在轴向方向上移动所述叶片(116，314)、所述内护罩(120，312)和所述外护罩(144)，其中，当所述促动器(148)移动所述内护罩(120，312)通过隔板(136)时，所述内护罩(120，312)与所述外护罩(144)之间的空间内的冷却空气冷却所述内护罩(120，312)的突出通过燃烧器(100，300，400)的隔板(136)的部分。
4.根据权利要求1所述的燃烧器(100，300，400)，其特征在于，所述燃烧器包括多个燃料喷嘴组件(104，304，308)。
5.根据权利要求2所述的燃烧器(100，300，400)，其特征在于，所述促动器(148)在轴向方向上移动所述至少一个燃料喷嘴组件(104，304，308)中的各个的所述叶片(116，
314)、所述内护罩(120，312)和所述外护罩(144)，其中，当所述促动器(148)移动所述内护罩(120，312)通过隔板(136)时，所述内护罩(120，312)与所述外护罩(144)之间的空间内的冷却空气冷却所述内护罩(120，312)的突出通过燃烧器(100，300，400)的隔板(136)的部分。
6.根据权利要求4所述的燃烧器(100，300，400)，其特征在于，所述燃烧器包括多个促动器(148)，所述多个促动器(148)中的各个可操作以在轴向方向上移动所述多个燃料喷嘴组件(104，304，308)的中心燃料喷嘴组件(304)和所述多个燃料喷嘴组件(104，304，
308)的多个外部燃料喷嘴组件(308)中的相应一个。
7.根据权利要求6所述的燃烧器(100，300，400)，其特征在于，所述多个促动器(148)可操作以彼此独立地在轴向方向上移动所述中心燃料喷嘴组件(304)和所述多个外部燃料喷嘴组件(308)中的相应一个。

说明书全文

无帽式燃烧器组件中的横移式 燃料 喷嘴

背景技术

[0001] 用于环式(annular)和环管式(can-annular)设计的重载燃气涡轮的预混合干式低NOx(DLN)燃烧系统基于燃料分级、空气分级或者两者的结合。这使得该燃烧系统能够在较广泛的条件中操作。当与现代燃气涡轮的负载循环相比时，预混合燃烧的窗口较窄。因此，尽管主体条件(bulk condition)可将设计置于其操作限制(即排放、可燃性等)之外，但是燃烧系统内的条件典型地是分级的，以产生稳定燃烧的局部区域。

[0002] 此外，分级给予“调节(tune)”燃烧系统使其远离潜在地破坏性声学不稳定的机会。预混合系统可经历燃烧“动态”。改变火焰形状、提供阻尼或者错开燃料到火焰前锋的对流时间的能力都被用作意图控制这些事件发生的方法。然而，这些特征倾向于为不可调节的或者可仅仅以诸如排放的另一个基本边界为代价而得以实施。

[0003] 动态缓解是持续调查的源泉。许多燃烧器设计具有使燃料流分级(通常称为“燃料分流”)的装置，但这产生排放惩罚。其它设计具有多个燃料喷射面以产生对流时间的混合。再者，许多途径是可能的，诸如燃料施压(forcing)、谐振器、1/4 波长管等等。

[0004] 声学不稳定性是热释放波动与燃烧室的固有声学模式的一个或更多个同时发生的指示。这些热释放波动与燃烧室相互作用的方式在很大程度上由火焰形状和燃料/空气混合物到火焰前锋的传送时间所确定。两个参数通常通过改变燃料到燃烧器内多个喷嘴的分布而被操纵。如果喷嘴是在共同的轴平面上，那么主要作用是改变火焰形状。反而，如果喷嘴处于不同的轴向位置，那么主要作用是改变对流时间。此外，处于共同平面上的喷嘴可导致有害的喷嘴至喷嘴的火焰前锋的相互作用，除非使一个喷嘴“偏置”以从稳定角度来看胜过相邻喷嘴。然而，任何调整都导致操作性的降低。也就是说，由于很好建立的NOx形成对局部火焰温度的指数依赖(exponentialdependency)，共同平面上的不均匀燃料分布导致相对更高的NOx排放。此外，如果一个喷嘴组在其它的上游(例如“四分”系统)，则处于不同轴向位置的不均匀燃料分布可产生潜在的火焰保持(flameholding)位置。发明内容

[0005] 根据本发明的一个方面，燃烧器包括具有中心体的燃料喷嘴组件、至少包围中心体的一部分的内护罩、至少包围内护罩的一部分的外护罩、以及形成在外护罩的一部分上的多个冷却孔，冷却空气引入到内护罩与外护罩之间的空间并从多个冷却孔排出。燃烧器还包括在轴向方向上至少移动中心体的促动器。

[0006] 根据本发明的另一个方面，燃烧器包括具有中心体的至少一个燃料喷嘴组件、至少包围中心体的一部分的护罩、以及布置在中心体与护罩之间的叶片。燃烧器还包括在轴向方向上至少移动中心体的促动器。

[0007] 根据本发明的又一个方面，燃烧器包括中心燃料喷嘴组件和多个外部燃料喷嘴组件，多个外部燃料喷嘴组件各具有中心体和外护罩，多个外部燃料喷嘴组件构造成以包围关系与中心柱彼此邻接，以便在多个外部燃料喷嘴组件的任何两个邻接的外部燃料喷嘴组件之间不存在间隙。

[0008] 通过结合附图的以下说明，这些和其它优点及特征将更明显。

附图说明

[0009] 被称作本发明的本主题在本说明最后的权利要求中特别指出并清楚地声明。通过结合附图的以下详细说明，本发明的前述和其它的特征及优点显而易见，在附图中：

[0010] 图1是根据本发明实施例的具有横移式(traversing)燃料喷嘴组件的燃烧器的截面图；

[0011] 图2是具有图1的横移式燃料喷嘴组件的燃烧器的更详细的截面图；

[0012] 图3是根据本发明另一个实施例的具有多个横移式燃料喷嘴的燃烧器的透视图；以及

[0013] 图4是根据本发明又一个实施例的具有横移式燃料喷嘴组件的燃烧器的截面图。

[0014] 参考附图，以下详细说明示例性地阐释本发明的实施例以及优点和特征。部件列表100 燃烧器104 燃料喷嘴组件108 燃烧器壳体112 端盖116 叶片120 内护罩124 中心体128 衬里132 密封组件136 隔板/帽状组件140 密封件144 外护罩
148 促动器机构152 浸入区156 冷却孔160 馈送孔300 燃烧器304 燃料喷嘴组件306 燃料喷嘴308 燃料喷嘴组件310 中心体312 护罩314 叶片316 顺应式密封件400 燃烧器

具体实施方式

[0015] 参考图1和图2，用于燃气涡轮的燃烧器100包括多个燃料喷嘴组件104，其中一个在图1和图2的实施例中示出。根据本发明的实施例，多个燃料喷嘴组件104中的一个或更多个可轴向前后横移。如图1所示，燃烧器100还包括燃烧器壳体108和端盖112。各个燃料喷嘴组件104可包括叶片116、内护罩120、中心体124、衬里128、密封组件132、隔板(bulkhead)/帽状组件136、密封件140、外护罩144以及促动器机构148。

[0016] 根据本发明的一个实施例，整个燃料喷嘴组件104可轴向移动或横移。根据另一个实施例，仅仅燃料喷嘴组件104的中心体124可轴向移动。此外，仅仅燃料喷嘴组件104中的一个可每次轴向移动，或者燃料喷嘴组件104中的两个或更多个的一些组合可每次轴向移动。一个或更多个燃料喷嘴组件104的部分或全部的移动典型地被执行以根据要求调节燃烧器100的性能。不管燃料喷嘴组件104的移动类型，这种移动都通过促动器机构148中的一个或更多个实现。促动器机构148可包括由控制器(未示出)控制的任何类型的适合促动器，诸如电子的、液压的、气动的等。促动器机构148的输出通过适合的机械联接件连接到相应燃料喷嘴组件104的中心体124。促动器机构148可操作以仅仅移动中心体124，或者在需要的情况下可移动不仅包括中心体124还包括叶片116及内护罩120和外护罩144的燃料喷嘴组件104。这种移动是在轴向方向上(即，图1和图2中的前后)。各燃料喷嘴组件104可具有专用促动器机构148，或者一个或更多个燃料喷嘴组件可“联结”或连接到一起并且通过单一促动器机构148一致地移动。

[0017] 这种移动类型设定中心体124浸入到燃烧“热区”的深度，该燃烧“热区”是在图1和图2中观察时燃烧器100的在隔板/帽状组件136右侧的部分。该“浸入区”在图2中由附图标记152表示。如从图1和图2可看出，所示燃料喷嘴组件的中心体124稍微突出通过隔板/帽状组件136(到右侧)并进入到燃烧“热区”。该“热区”中的典型温度可以是大约3000华氏温度。因此，有必要冷却内护罩120，其也突出通过隔板/帽状组件136并进入到燃烧“热区”。在图1和图2的实施例中，内护罩120和外护罩144构造成在这些图中观察时超过中心体124的右端。然而，可选的实施例可使中心体124的右端与内护罩120和外护罩144的端部平齐。

[0018] 内护罩120的这种冷却类型可通过在外护罩144上形成多个冷却孔156并迫使相对较冷的空气从图1和图2中的左侧进入内护罩120与外护罩144之间的空间而实现。然后冷却空气通过外护罩144上的冷却孔156排出。这种类型的薄膜冷却适合于冷却内护罩120并防止由于在燃烧“热区”中熔化而破坏。

[0019] 在图1和图2所示的燃料喷嘴组件104中，当在其出口观察时(即，在图1和图2中从右往左观察)，护罩120，144可具有环形或圆形截面。因此，这使得有必要使用作为隔板/帽状组件136的一部分的帽状件。该帽状件典型地是填充在圆形截面的燃料喷嘴组件104之间的空间中的较薄的冷却板，从而隔离热释放区与上游部件。参考图3，示出的是本发明的燃烧器300的实施例，其中，喷嘴304，308成形为完全填充在任何喷嘴之间的间隙中(即，紧密封装的喷嘴)。因此，该实施例不再需要作为图1和图2的隔板/帽状组件136的一部分的燃烧帽状件(即，无帽式(cap-less)燃烧器组件)，这去除薄冷却板的重新出现的可靠性问题。在图3中，中心燃料喷嘴组件304可具有圆形的或圆柱形的形状并可包括居中定位的燃料喷嘴306。

[0020] 中心燃料喷嘴组件304可由多个(例如，六个)外部燃料喷嘴组件308完全包围。各外部燃料喷嘴组件308可具有中心体310和梯形形状的双壁冷却护罩312。然而，护罩
312的梯形形状仅仅是示例性的；只要当外部燃料喷嘴组件308彼此相近或彼此相邻地布置时，在该组件308之间没有间隙并且不需要帽状件以覆盖该组件308之间的任何间隙，那么就可使用其它形状。各外部燃料喷嘴组件308的后端314可具有圆形形状的叶片或旋流器。此外，顺应式密封件316可设置在相邻的外部燃料喷嘴组件308之间或中心燃料喷嘴组件304与任何一个或更多个外部燃料喷嘴组件308之间的各连接点处，以消除其间的任何间隙。在该实施例中，外部燃料喷嘴组件308的中心体310和叶片314以及中心燃料喷嘴组件的中心体306和叶片314在轴向的前后方向上移动。多个燃料喷嘴组件304，308可通过图1的促动器机构148在轴向方向上移动。也就是说，图3所示的燃料喷嘴组件304，
308的构造可替换在图1和图2的实施例中或在下文中描述的图4的实施例中的圆形或圆柱形燃料喷嘴组件104。如在图1和图2的实施例中，某个或更多个燃料喷嘴组件304，308可根据要求移动以调节燃烧器性能。

[0021] 参考图4，根据本发明的另一个实施例的燃烧器400与图1和图2的实施例的燃烧器100稍微类似。图4中相同的参考数字用于指示图1和图2中的相同部件。在图4的实施例中，仅仅中心体124和叶片116通过促动器机构148在前后方向上轴向移动或横移。一对燃料供给孔160示出在叶片116上。内护罩120固定或附接到隔板136，这防止内护罩
120的任何移动。因此，不需要图1和图2的外护罩144以及冷却孔156。这是由于内护罩
120不进入“热区”，因此相对于图1和图2的实施例消除对内护罩120的任何冷却的需要。

[0022] 本发明的实施例通过允许燃烧室内的某个或更多个燃料喷嘴组件的轴向移位而为目标火焰形状和对流时间提供可调节的特征。通过允许一个或更多个燃料喷嘴组件在燃烧室内轴向横移，火焰形状和对流时间都受影响而不影响NOx排放或可操作性。更具体地，喷嘴的轴向移位改变火焰形状和到火焰前锋的对流时间，从而影响燃气涡轮的燃烧室中的两个最基本的动态驱动。此外，喷嘴的轴向移位可被杠杆式地调节以通过推迟燃料不足的附近喷嘴施加到“锚(anchor)”喷嘴的淬火效应(即，防止锚喷嘴的过早淬火)而实现改善的(更高的)衰退(turndown)。

[0023] 此外，本发明的实施例消除对于燃烧“帽状件”的需要，该燃烧帽状件是填充在喷嘴104之间的空间内并因此隔离热释放区与上游部件的较薄的冷却板。相反，本发明的实施例成形喷嘴以完全填充在喷嘴之间的间隙中，从而导致“紧密封装的喷嘴”。燃烧帽状件的消除(即，无帽式燃烧器组件)去除薄冷却板的重新出现的可靠性问题。

[0024] 而且，各燃料喷嘴组件104具有被冷却的以允许喷嘴突出进入到燃烧室的燃烧“热区”的燃烧管或护罩。冷却喷嘴燃烧管以允许管子突出进入到“热区”与火焰保持的容忍观念是协同的(即，喷嘴可承受火焰保持足够长时间以检测和修正事件)。因此，喷嘴燃烧管的冷却适合对燃料柔性设计的不断增长的需求。

[0025] 因此，本发明的实施例提供动态“调节器”，其不影响排放或火焰保持，并与燃料柔性改善以及增加的衰退效应相协同。

[0026] 尽管通过结合仅仅有限数量的实施例详细说明了本发明，但是应当很容易理解，本发明不局限于所公开的实施例。相反，本发明可改变以包括本文虽未说明但与本发明的范围和精神相一致的任何变化、变更、替换和等价布置。此外，尽管说明了本发明的许多实施例，但应当理解的是，本发明的方面可包括仅仅所述实施例的一些方面。因此，本发明不局限于前述说明，而仅由所附权利要求的范围所限制。

标题	发布/更新时间	阅读量
喷嘴	2020-05-12	117
喷嘴	2020-05-12	224
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