專利名稱：帶有分級(jí)的燃料預(yù)混合器的燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)總的涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其涉及帶有分級(jí)的燃料噴射器和旋流器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。
背景技術(shù)：
一般，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮進(jìn)入空氣的壓縮機(jī)。在燃燒室中，空氣與燃料混合并點(diǎn)火，產(chǎn)生燃燒氣體。燃燒氣體再流入渦輪中。渦輪從氣體中提取能量以驅(qū)動(dòng)軸。該軸驅(qū)動(dòng)該壓縮機(jī)和諸如發(fā)電機(jī)廣泛的另一負(fù)載。
來自燃燒氣體的廢氣排放物是一個(gè)問題，并要進(jìn)行強(qiáng)制性限制。一些形式的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是為低廢氣排放運(yùn)轉(zhuǎn)、特別是為低NOx(氧化氮)運(yùn)轉(zhuǎn)、燃燒動(dòng)態(tài)特性變化最小和自動(dòng)點(diǎn)火與保持火焰的范圍寬廣設(shè)計(jì)的。一般，NOx低的燃燒室為圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)的圓周在圓周方向互相鄰近的多個(gè)燃燒器罐的形式。每一個(gè)燃燒器中可有一個(gè)旋流器位置。該旋流器可以具有多個(gè)沿圓周間隔的葉片，用于在壓縮空氣和燃料通過其間時(shí)，使它們旋轉(zhuǎn)和混合。
已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)問題是需要使燃料/空氣混合物盡可能均勻和使燃料/空氣混合物的Wobbe指數(shù)盡可能一致。在過去，Wobbe指數(shù)利用外部燃料加熱已被控制?；鹧姹３?，自動(dòng)點(diǎn)火范圍和燃料與空氣均勻混合的問題，通過改變對(duì)該燃料噴嘴渦旋葉片的角度和/或改變將燃料引入空氣或相反的方法，即可以采用橫向流動(dòng)或同軸流動(dòng)可部分地解決。流動(dòng)越均勻，燃燒過程的效率越高，同時(shí)產(chǎn)生的排放量越少。
因此需要具有改善的燃料/空氣混合，燃燒動(dòng)態(tài)特性，Wobbe控制，火焰保持和自動(dòng)點(diǎn)火范圍，特別是在低NOx燃燒方面的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。該改善的混合應(yīng)在不損失發(fā)動(dòng)機(jī)效率的情況下完成。
發(fā)明概述本申請(qǐng)說明用以混合從壓縮機(jī)來的壓縮空氣流和從燃料源來的燃料流的一個(gè)燃燒室。該燃燒室可以包括將壓縮空氣流和燃料流混合成第一燃料-空氣流的第一旋流器，提供在該一個(gè)旋流器下游的第二流的第二流量源，和混合該第一燃料空氣流和該第二流的第二旋流器。
該第二流可以包括第二燃料流，而該第二流量源可以包括一個(gè)燃料噴射器。該第二流可以包括第二壓縮空氣流，和該第二流量源可以包括壓縮空氣源。該第一燃料-空氣流可以包括大約0～大約一半(0.5)(低)或大約1.0～1.3(高)的化學(xué)相量比，并可以為不可燃燒的混合物。該第二燃料-空氣流從該第二旋流器排出。該第二燃料-空氣流可以包括大約一半(0.5)～大約1的化學(xué)當(dāng)量比，并可以為可燃燒的混合物。
本申請(qǐng)說明了混合從壓縮機(jī)來的壓縮空氣流和從燃料源來的燃料流的方法。該方法可以包括在第一旋流器中，將該壓縮空氣流和該燃料流混合成第一燃料-空氣流；在該第一旋流器的下游加入第二流；和在第二旋流器中，混合該第一燃料-空氣流和該第二流。
該第二流可以包括第二燃料流和/或壓縮空氣流。該第一燃料-空氣流可以包括大約0～大約一半(0.5)(低)或大約1.0～1.3(高)的化學(xué)當(dāng)量比和可以為不可燃燒的混合物。該第二燃料-空氣流從該第二旋流器中排出。該第二燃料-空氣流可以包括大約一半(0.5)～大約1的化學(xué)當(dāng)量比，和可以為可燃燒的混合物。
本申請(qǐng)還說明了一種燃?xì)鉁u輪。該燃?xì)鉁u輪可以包括一個(gè)壓縮機(jī)，和安置在該壓縮機(jī)的下游的燃燒室罐。該燃燒室罐可以包括多個(gè)旋流器。
該旋流器可以包括第一旋流器和第二旋流器。在該旋流器之間安置流量源。該流量源可以包括燃料噴射器和/或壓縮空氣源。
普通技術(shù)熟練程度的人，當(dāng)圍繞結(jié)合附圖的下列詳細(xì)說明和所附的權(quán)利要求書時(shí)，可以了解本申請(qǐng)的這些和其他特點(diǎn)。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1為所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例說明；現(xiàn)參見附圖，圖中相同的符號(hào)表示相同的零件。圖1表示這里所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)100。該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可以包括與NOx排放量低的燃燒室120和渦輪130以串聯(lián)流動(dòng)連通關(guān)系配置的壓縮機(jī)110。可以采用其他形式的燃燒室120。渦輪130通過驅(qū)動(dòng)軸140與該壓縮機(jī)110連接。該驅(qū)動(dòng)軸140從該壓縮機(jī)伸出，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(沒有示出)或其他形式的外部負(fù)載。在工作過程中，壓縮機(jī)110將壓縮空氣流150排出至燃燒室120中。燃料噴射器160同樣可以輸送燃料流170至該燃燒室110進(jìn)行混合。該燃燒室120可以包括多個(gè)燃燒室罐125，其中一個(gè)罐表示在圖1中。
第一旋流器180可以安置在燃料噴射器160和壓縮機(jī)110下游的燃燒室罐125內(nèi)。如上所述，第一旋流器180可以包括多個(gè)間隔的葉片，用以使壓縮空氣流150和燃料流170旋轉(zhuǎn)，促進(jìn)流動(dòng)150，170的混合。該第一旋流器180可以為通常的設(shè)計(jì)。第一燃料-空氣混合物190可從該第一旋流器180排出。最好，該第一燃料-空氣混合物190可以在較低的可燃性范圍以下。例如，第一局部的燃料-空氣混合物190的化學(xué)當(dāng)量比可以為大約0～大約一半(0.5)。(假設(shè)燃料為100％的甲烷，這相當(dāng)于燃料-空氣比為0.292)。然而，該第一燃料-空氣混合物190可以為富含燃料的(不可燃燒的)，可燃燒的或燃料貧乏的(不可燃燒的)。在可燃性指數(shù)以上的比值為大約1.0～大約1.3。一般，該比值可由壓縮機(jī)110產(chǎn)生的空氣量控制。
該燃燒室罐125可以具有安置在該第一旋流器180下游的第二流量源200。該第二流量源200可以將第二流210噴入第一燃料-空氣混合物190中。根據(jù)第一燃料-空氣混合物190的性質(zhì)，該第二流量源200可以為第二燃料噴射器，噴射第二燃料流；或者該第二流量源200可以為第二壓縮空氣源，以提供第二壓縮空氣流。該第二壓縮空氣源可以包括一個(gè)輔助壓縮機(jī)，處理空氣或相同的源。噴射第二壓縮空氣流可以影響進(jìn)入渦輪130的流動(dòng)的低的加熱值。另一種方案是，可采用第二燃料噴射器和第二壓縮空氣源兩者。
該燃燒室罐125可以具有安置在該第二燃料源200下游的第二旋流器220。該第一燃料-空氣混合物190和第二流210可以在該第二旋流器220內(nèi)旋轉(zhuǎn)和混合。該第二旋流器220的結(jié)構(gòu)可以與該第一旋流器180相同。該第二燃料-空氣混合物230可從該第二旋流器220排出。該第二燃料-空氣混合物230的化學(xué)當(dāng)量比為大約一半(0.5)～大約1。
雖然表示了采用二個(gè)旋流器180，220，但可以采用任何數(shù)目的旋流器180，200。還可以采用另外的燃料或空氣注射方法。
為了產(chǎn)生燃燒氣體240，可以點(diǎn)燃該第二燃料-空氣混合物230。如上所述，利用渦輪130從燃燒氣體240中提取能量，使軸140回轉(zhuǎn)，以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)110，以及產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其他形式的外部負(fù)載的輸出功率。
采用該第一和第二旋流器180，220可使該第二燃料-空氣混合物230更均勻。結(jié)果，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)100產(chǎn)生的總的排放量低，同時(shí)效率更高。例如，當(dāng)在給定的時(shí)間段上以大約35％的簡(jiǎn)單循環(huán)效率工作時(shí)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)100產(chǎn)生的NOx排放量約為9ppm(每百萬(wàn)個(gè)中的部分)～大約25ppm(校正至15％O2)。一氧化碳和其他形式的排放物也可以減少。
應(yīng)當(dāng)了解，以上只是涉及本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例。在不偏離由以下的權(quán)利要求書及其等價(jià)文件確定的本發(fā)明的總的精神和范圍的條件下，可作許多改變和改造。
零件清單100—渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)110—壓縮機(jī)120—燃燒室125—燃燒室罐130—渦輪140—驅(qū)動(dòng)軸150—壓縮空氣流160—燃料噴射器170—燃料流180—第一旋流器190—第一燃料-空氣混合物200—第二流量源210—第二流220—第二旋流器230—第二燃料-空氣混合物240—燃燒氣體
權(quán)利要求
1.一種用以混合來自壓縮機(jī)(110)的壓縮空氣流(150)和燃料源(160)的燃料流(170)的燃燒室(120)，包括用以使該壓縮空氣流(150)和燃料(170)流混合為第一燃料-空氣流(190)的第一旋流器(180)；用以提供在該第一旋流器(180)下游的第二流(210)的第二流量源(200)；和用以混合該第一燃料-空氣流(190)和該第二流(210)的第二旋流器(220)。
2.如權(quán)利要求1所述的燃燒室(120)，其特征為，該第二流(210)包括一股第二燃料流。
3.如權(quán)利要求2所述的燃燒室(120)，其特征為，該第二流量源(200)包括一個(gè)燃料噴射器。
4.如權(quán)利要求1所述的燃燒室(120)，其特征為，該第二流(210)包括一股第二壓縮空氣流。
5.如權(quán)利要求4所述的燃燒室(120)，其特征為，該第二流量源(200)包括一個(gè)壓縮空氣源。
6.如權(quán)利要求1所述的燃燒室(120)，其特征為，該第一燃料-空氣流(190)包括一種不可燃燒的混合物。
7.如權(quán)利要求1所述的燃燒室(120)，其特征為，第二燃料-空氣流(230)從該第二旋流器排出，而該第二燃料-空氣流(230)包括一種可燃燒混合物。
8.一種混合來自壓縮機(jī)(110)的壓縮空氣流(150)和來自燃料源(160)的燃料流(170)的方法，該方法包括如下步驟在第一旋流器(180)中，將壓縮空氣流(150)和燃料流(160)混合成第一燃料-空氣流(190)；在該第一旋流器(180)的下游加入一股第二流(210)；和在第二旋流器(220)中使該第一燃料-空氣流(190)和該第二流(210)混合。
全文摘要
一種用于混合從壓縮機(jī)(110)出來的壓縮空氣流(150)和從燃料源(160)出來的燃料流(170)的燃燒室(120)。該燃燒室(120)可以包括將該壓縮空氣流(150)和燃料流(170)混合成第一燃料－空氣流(190)的第一旋流器(180)；提供在該第一旋流器(180)下游的第二流(210)的第二流量源(200)；和混合該第一燃料－空氣流(190)和該第二流(210)的第二旋流器(220)。
文檔編號(hào)F23R3/16GK1952487SQ20061013567
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者D·D·范達(dá)爾, G·A·西蒙斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司