專利名稱：分級(jí)多管式預(yù)混合噴射器的制作方法
分級(jí)多管式預(yù)混合噴射器
聯(lián)邦研究聲明
本發(fā)明是在政府的支持下并且按照由能源部授予的政府合同 #DE-FC26-05NT42643而做出的。政府在本發(fā)明中有一定的權(quán)利。技術(shù)領(lǐng)域
在本文中公開的主題涉及用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射器。
技術(shù)背景
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可使用許多不同類型的燃料運(yùn)行，包括天然氣和其它碳?xì)淙剂稀?其它燃料(比方說，例如氫(H2)以及氫與氮的混合物)可在燃?xì)鉁u輪機(jī)中燃燒，并且可提 供一氧化碳和二氧化碳的排放的降低。
氫燃料常比天然氣燃料具有更高的反應(yīng)率，造成氫燃料更容易燃燒。因此，為與天 然氣燃料一起使用而設(shè)計(jì)的燃料噴嘴可能并不充分兼容與具有更高的反應(yīng)率的燃料的使 用。同時(shí)，為高反應(yīng)率的燃料而設(shè)計(jì)的燃料噴嘴可能被優(yōu)化而提供對(duì)于天然氣燃料的低排 放水平。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，燃料噴射噴嘴包括主體部件，該主體部件具有與下游壁 相對(duì)的上游壁；布置在上游壁和下游壁之間的內(nèi)壁；部分地由上游壁的內(nèi)表面和內(nèi)壁的表 面限定的第一室；部分地由下游壁的內(nèi)表面和內(nèi)壁的表面限定的第二室；與第一室連通的 第一氣體入口，其可操作以將第一氣體排入第一室；與第二室連通的第二氣體入口，其可操 作以將第二氣體排入第二室；以及多個(gè)混合管。各個(gè)混合管均具有管內(nèi)表面；管外表面；與 在上游壁中的孔連通的第一入口，其可操作以接收第三氣體；與管外表面和管內(nèi)表面連通 的第二入口，其可操作以將第一氣體傳送入混合管；與管外表面和管內(nèi)表面連通的第三入 口，其可操作以將第二氣體傳送入混合管；可操作以將第一氣體、第二氣體及第三氣體混合 的混合部分；以及與在下游壁中的孔連通的出口，其可操作以排出混合的第一、第二及第三 氣體。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，燃料噴射系統(tǒng)包括第一氣體源、第二氣體源、空氣源、燃 料噴射噴嘴。該燃料噴射噴嘴具有主體部件，該主體部件具有與下游壁相對(duì)的上游壁；布置 在上游壁和下游壁之間的內(nèi)壁；部分地由上游壁的內(nèi)表面和內(nèi)壁的表面限定的第一室；部 分地由下游壁的內(nèi)表面和內(nèi)壁的表面限定的第二室；與第一室和第一氣體源連通的第一氣 體入口，其可操作以將第一氣體排入第一室；與第二室和第二氣體源連通的第二氣體入口， 其可操作以將第二氣體排入第二室；以及多個(gè)混合管。各個(gè)混合管均具有管內(nèi)表面；管外 表面；與在上游壁中的孔連通的第一入口，其可操作以從空氣源接收第三氣體；與管外表 面和管內(nèi)表面連通的第二入口，其可操作以將第一氣體傳送入混合管；與管外表面和管內(nèi) 表面連通的第三入口，其可操作以將第二氣體傳送入混合管；可操作以將第一氣體、第二氣3體及第三氣體混合的混合部分；與在下游壁中的孔連通的出口，其可操作以排出混合的第一、第二及第三氣體。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括燃燒器部分和燃料噴射噴 嘴，燃料噴射噴嘴具有主體部件，該主體部件具有與下游壁相對(duì)的上游壁；布置在上游壁和 下游壁之間的內(nèi)壁；部分地由上游壁的內(nèi)表面和內(nèi)壁的表面限定的第一室；部分地由下游 壁的內(nèi)表面和內(nèi)壁的表面限定的第二室；與第一室和第一氣體源連通的第一氣體入口，其 可操作以將第一氣體排入第一室；與第二室和第二氣體源連通的第二氣體入口，其可操作 以將第二氣體排入第二室；以及多個(gè)混合管。各個(gè)混合管均具有管內(nèi)表面；管外表面；與在 上游壁中的孔連通的第一入口，其可操作以從空氣源接收第三氣體；與管外表面和管內(nèi)表 面連通的第二入口，其可操作以將第一氣體傳送入混合管；與管外表面和管內(nèi)表面連通的 第三入口，其可操作以將第二氣體傳送入混合管；可操作以將第一氣體、第二氣體及第三氣 體混合的混合部分；與在下游壁中的孔連通的出口可操作以將混合的第一、第二及第三氣 體排入燃燒器部分。
根據(jù)聯(lián)系附圖的以下描述，這些和其它優(yōu)點(diǎn)及特征將變得更清楚。


在說明書所附的權(quán)利要求書中特別指出并且清楚地要求保護(hù)被認(rèn)為是本發(fā)明的 主題。根據(jù)聯(lián)系附圖的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)清楚，在其中
圖1是示例性實(shí)施例的多管式燃料噴嘴的一部分的局部剖面透視圖。
圖2是圖1的多管式燃料噴嘴的一部分的剖面?zhèn)纫晥D。
該詳細(xì)說明通過參考附圖的示例解釋了本發(fā)明的實(shí)施例及優(yōu)點(diǎn)和特征。
部件列表
100燃料噴嘴
101 箭頭
102主體部件
104上游壁
105 箭頭
106下游壁
107 內(nèi)壁
108隔板部件
110上游室
112下游室
114混合管
116 入口
118 入口
120第二氣體腔
122燃燒器部分
124反應(yīng)區(qū)域
1 第一氣體室
128第二氣體室
130第一燃料腔
201中心軸線
202第一氣體源
204第二氣體源
330 角度
331 角度具體實(shí)施方式
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可使用各種燃料進(jìn)行操作。例如天然氣(NG)和合成氣體(合成 氣)的使用提供了燃料成本的節(jié)約，并且減少了碳和其它不希望的排放。一些燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)將燃料噴入燃燒器，燃料在燃燒器中與空氣流混合并且被點(diǎn)燃。在燃燒器中混合燃料 和空氣的一個(gè)缺點(diǎn)是混合物在燃燒前可能并沒有混合均勻。不均勻的燃料空氣混合物的燃 燒可導(dǎo)致混合物的某些部分在比混合物的其它部分更高的溫度下燃燒。局部更高的火焰溫 度可驅(qū)使例如NOx的不希望的污染物的更高的排放。
克服在燃燒器中的不均勻的燃料/空氣混合物的一個(gè)方法包括在將混合物噴入 燃燒器前混合燃料和空氣。該方法例如由多管式燃料噴嘴執(zhí)行。使用多管式燃料噴嘴以 混合例如天然氣和空氣，允許燃料和空氣的均勻混合物在混合物的點(diǎn)燃之前被噴入燃燒器 中。作為燃料使用的氫氣(H2)、合成氣以及氫與例如氮?dú)獾幕旌衔锾峁┝藦娜細(xì)鉁u輪機(jī)排 出的污染物的進(jìn)一步的減少。
圖1圖示了示例性實(shí)施例的多管式燃料噴嘴100(噴射器)的一部分的局部剖面 透視圖。噴射器100包括主體部件102，該主體部件102具有上游壁104、內(nèi)壁107、下游壁 106。上游壁104和內(nèi)壁107限定第一氣體室126。隔板部件108布置在主體部件102中， 并且限定第二氣體室1 的上游室110和下游室112。多個(gè)混合管114布置在主體部件102 中?；旌瞎?14包括在第一氣體室1 和混合管114的內(nèi)壁之間連通的入口 118以及在上 游室110和混合管114的內(nèi)表面之間連通的入口 116。
在運(yùn)行中，空氣沿著由箭頭101指示的路徑流動(dòng)?？諝饨?jīng)由上游壁104中的孔進(jìn) 入混合管114。第一氣體(比方說，例如天然氣、合成氣、氫氣、空氣、惰性氣體或氣體的混合 物)沿著由箭頭105指示的路徑流動(dòng)穿過第一燃料腔130。該第一氣體在第一氣體室1 中進(jìn)入主體部件102。第一氣體從第一氣體室126的中心徑向向外流動(dòng)。第一氣體進(jìn)入入 口 118并且流入混合管114。第二氣體(比方說，例如天然氣、合成氣、氫氣、空氣、惰性氣 體或氣體的混合物)沿著由箭頭103指示的路徑流動(dòng)穿過第二氣體腔120，進(jìn)入第二氣體 室128。第二氣體在下游室112中進(jìn)入主體部件102。第二氣體從下游室112的中心徑向 向外流動(dòng)并且進(jìn)入上游室110。第二氣體進(jìn)入入口 116并且流入混合管114。第一氣體、第 二氣體和空氣在混合管114中混合并且作為燃料空氣混合物從混合管被排入渦輪發(fā)動(dòng)機(jī) 的燃燒器部分122。燃料空氣混合物在燃燒器部分122的反應(yīng)區(qū)域124中燃燒。
圖2圖示了噴射器100的一部分的剖面?zhèn)纫晥D，并且將進(jìn)一步圖示噴射器100的 運(yùn)行。第一氣體流由箭頭105顯示。第一氣體(來自第一氣體源20 沿著平行于噴射器 100的中心軸線201的路徑經(jīng)由第一氣體腔130進(jìn)入第一氣體室126。第一氣體流穿過入口 118進(jìn)入混合管114，并且在混合管114中與空氣(由箭頭101所示)混合。在該圖示的 實(shí)施例中，入口 118可相對(duì)于軸向方向成角度，以促進(jìn)燃料以在20到90度之間的角度330 噴射。第二氣體流由箭頭103所示。第二氣體(來自第二氣體源204)沿著平行于噴射器 100的中心軸線201的路徑進(jìn)入下游室112。當(dāng)?shù)诙怏w進(jìn)入下游室112時(shí)，第二氣體從中 心軸線201徑向向外流動(dòng)。該第二氣體在經(jīng)過隔板部件108的外唇之后流入上游室110。 第二氣體流過上游室110，進(jìn)入入口 116，并且流進(jìn)混合管114。在該圖示的實(shí)施例中，該入 口 116可相對(duì)于軸向方向成角度，以促進(jìn)燃料以在20到90度之間的角度331噴射。燃料 空氣混合在混合管114中在入口 116的下游處產(chǎn)生。第二氣體可比空氣更冷。第二氣體在 下游室112中環(huán)繞混合管114的表面的流動(dòng)冷卻混合管114，并且?guī)椭乐谷剂峡諝饣旌衔?在混合管114內(nèi)點(diǎn)燃或持續(xù)燃燒。該圖示的實(shí)施例包括第三燃料源206，其可在進(jìn)入噴嘴 100之前與空氣混合。例如，第三燃料源可包括天然氣，使得空氣在進(jìn)入混合管114之前被 混合成包括10% -20%的天然氣。
該圖示的實(shí)施例包括上游室110和下游室112。其它實(shí)施例可包括以相似方式排 列的任何數(shù)量的另外的室。
雖然僅聯(lián)系有限數(shù)量的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但應(yīng)該容易理解的是本發(fā)明并 不限于這些公開的實(shí)施例。相反，可更改本發(fā)明以結(jié)合迄今為止未描述但與本發(fā)明的精神 和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、變更、替代或等同裝置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各 種實(shí)施例，但應(yīng)該理解的是本發(fā)明的各個(gè)方面可僅包括一些所述的實(shí)施例。因此，本發(fā)明不 應(yīng)視為由前述說明限制，而是僅由所附權(quán)利要求書的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種燃料噴射噴嘴(100)，包括主體部件(102)，其具有與下游壁(106)相對(duì)的上游壁(104)，以及設(shè)置在所述上游壁 (104)和所述下游壁(106)之間的內(nèi)壁(107)；第一室(1 )，其部分地由所述上游壁(104)的內(nèi)表面和所述內(nèi)壁(107)的表面限定；第二室(1 )，其部分地由所述下游壁(106)的內(nèi)表面和所述內(nèi)壁(107)的表面限定；與所述第一室(126)連通的第一氣體入口(103)，其可操作以將第一氣體排入所述第 一室(128)；與所述第二室(128)連通的第二氣體入口(105)，其可操作以將第二氣體排入所述第 二室(128)；以及多個(gè)混合管(114)，所述混合管(114)的每一個(gè)均具有管內(nèi)表面；管外表面；與在所述 上游壁(104)中的孔連通的第一入口，其可操作以接收第三氣體；與所述管外表面和所述 管內(nèi)表面連通的第二入口(116)，其可操作以將所述第一氣體送入所述混合管(114)；與所 述管外表面和所述管內(nèi)表面連通的第三入口(118)，其可操作以將所述第二氣體送入所述 混合管(114)；可操作以混合所述第一氣體、所述第二氣體及所述第三氣體的混合部分；以 及與在所述下游壁中的孔連通的出口，其可操作以排出混合的第一氣體、第二氣體及第三 氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射噴嘴，其特征在于，所述燃料噴射噴嘴還包括設(shè)置 在所述第二室(1 )中的隔板部件(108)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射噴嘴，其特征在于，所述噴嘴限定了由所述第一氣 體入口、所述第一室(126)及所述第二入口(116)限定的第一氣體流路徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射噴嘴，其特征在于，所述噴嘴限定了由所述第二氣 體入口、所述第二室(128)及所述第三入口(118)限定的第二氣體流路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射噴嘴，其特征在于，各個(gè)混合管(114)限定了空氣流 路徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射噴嘴，其特征在于，所述主體部件(10 是具有平行 于所述第三氣體的流的居中的縱向軸線的管狀物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射噴嘴，其特征在于，所述第一氣體是燃料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射噴嘴，其特征在于，所述第二氣體是燃料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射噴嘴，其特征在于，所述第三氣體包括空氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及分級(jí)多管式預(yù)混合噴射器，具體而言，一種用于產(chǎn)生動(dòng)力的系統(tǒng)(100)包括可操作以輸出排放氣體(103)的發(fā)動(dòng)機(jī)(102)、可操作以從排放氣體(103)中移除二氧化碳(CO2)(105)并且輸出CO2(105)的碳捕獲機(jī)構(gòu)(104)、以及可操作以接收CO2(105)并且輸出冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)(102)構(gòu)件的壓縮的CO2(105)的壓縮機(jī)(204)。
文檔編號(hào)F23D14/64GK102032576SQ201010254928
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月8日
發(fā)明者A·R·罕, W·D·約克, W·S·齊明斯基, 左柏芳 申請(qǐng)人:通用電氣公司