專利名稱：用于冷卻噴嘴的裝置和方法
用于冷卻噴嘴的裝置和方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般地涉及用于冷卻燃燒器中的噴嘴的系統(tǒng)和方法。特別是，本發(fā)明將流 體沖擊在噴嘴表面上以從噴嘴表面移除熱。
背景技術(shù)：
燃氣渦輪機被廣泛地用于商業(yè)運行中用來發(fā)電。圖1圖示了本領(lǐng)域中已知的典型 燃氣渦輪機10。如圖1中所示，燃氣渦輪機10通常包括位于前端的壓縮機12、中部周圍的 一個或多個燃燒器14、以及位于后端的渦輪16。壓縮機12和渦輪16典型地分享公共的轉(zhuǎn) 子18。壓縮機12逐步壓縮工作流體并將壓縮后的工作流體排放至燃燒器14。燃燒器14 將燃料噴入壓縮工作流體流，并點燃混合物以產(chǎn)生具有高溫、高壓和高速的燃燒氣體。燃燒 氣體離開燃燒器14并流向渦輪16，在此處它們膨脹以做功。
圖2提供了本領(lǐng)域中已知的燃燒器20的簡化橫截面。殼體22包圍燃燒器20以 容納來自壓縮機12的壓縮工作流體。噴嘴M布置在端蓋沈中，且例如主噴嘴觀如圖2 中所示徑向地布置在輔助噴嘴30的周圍。噴嘴觀、30下游的襯里32限定由喉部38分開 的上游腔室34和下游腔室36。來自壓縮機12的壓縮工作流體36在殼體22和襯里32之 間流動并流向主噴嘴28和輔助噴嘴30。主噴嘴28和輔助噴嘴30將燃料與壓縮工作流體 混合，并且混合物自主噴嘴28和輔助噴嘴30流入上游腔室34和下游腔室36，在此處發(fā)生 燃燒。
在全速基本負荷運行期間，燃料和壓縮工作流體混合物通過主噴嘴28和輔助噴 嘴30的流率足夠高，使得燃燒僅在下游腔室36中發(fā)生。然而，在降低功率運行期間，主噴 嘴觀以擴散模式操作，在此模式下，來自主噴嘴觀的燃料和壓縮工作流體混合物的流率被 降低，使得在上游腔室；34中發(fā)生來自主噴嘴觀的燃料和壓縮工作流體混合物的燃燒。
較低反應性的燃料，比如天然氣，典型地具有較低的火焰速度。由于較低的天然氣 火焰速度，來自以擴散模式操作的主噴嘴觀的燃料和壓縮工作流體混合物的流率足夠高， 使得上游腔室；34中的燃燒在離主噴嘴觀足夠遠的距離處發(fā)生，從而防止燃燒過度地加熱 和/或熔化主噴嘴觀。然而，較高反應性的燃料，比如合成氣、氫、一氧化碳、乙烷、丁烷、丙 烷或者較高反應性的碳氫化合物的混合物，典型地具有較高的火焰速度。較高反應性燃料 的增加的火焰速度使上游腔室34中的燃燒移動得更靠近主噴嘴觀。上游腔室34中的擴散 模式操作下的局部火焰溫度可遠遠大于主噴嘴觀的材料的熔點。結(jié)果，以擴散模式操作的 主噴嘴觀可能經(jīng)受過度地加熱，導致過早破壞和/或突變失效。
因此，需要一種改進的通過噴嘴的燃料流系統(tǒng)，其能冷卻噴嘴并防止噴嘴熔化。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點在下面的描述中陳述，或者從該描述是顯而易見的，或者可 通過實踐本發(fā)明而習得。
本發(fā)明范圍內(nèi)的一個實施例是燃料噴嘴。該燃料噴嘴包括后壁，后壁下游的前壁，3以及后壁和前壁之間的側(cè)壁。環(huán)形腔至少部分地被后壁、前壁和側(cè)壁限定。增壓室延伸通過 后壁進入環(huán)形腔，并且通過增壓室的至少一個通道提供增壓室和環(huán)形腔之間的流體連通。 穿過側(cè)壁并周向地隔開在側(cè)壁周圍的多個孔提供穿過側(cè)壁的流體連通。
本發(fā)明范圍內(nèi)的另一個實施例是燃料噴嘴，該噴嘴包括噴嘴體和至少部分地由噴 嘴體限定的腔。增壓室延伸通過噴嘴體進入腔。噴嘴還包括穿過增壓室的至少一個通道， 該通道提供增壓室和腔之間的流體連通。穿過噴嘴體并周向地隔開在噴嘴體周圍的多個孔 提供穿過噴嘴體的流體連通。
本發(fā)明范圍內(nèi)的一個備選實施例是用于冷卻噴嘴表面的方法。該噴嘴包括限定腔 的噴嘴體。該方法包括使燃料流過腔并通過噴嘴體將增壓室插入腔。該方法還包括使流 體流過增壓室，使得流體沖擊在噴嘴的表面上以移除熱。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在查看本說明書后將會更好地了解此類以及其他實施例的特征 和方面。


在說明書的剩余部分(包括參考附圖)更具體地陳述了本發(fā)明的完整而使能的公 開，包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言其最佳模式，其中
圖1示出了本領(lǐng)域中已知的燃氣渦輪機的簡化橫截面；
圖2示出了本領(lǐng)域中已知的燃燒器的簡化橫截面；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的噴嘴的橫截面；
圖4示出了本發(fā)明范圍內(nèi)的噴嘴的第二實施例的橫截面；
圖5示出了本發(fā)明范圍內(nèi)的噴嘴的第三實施例的透視橫截面；以及
圖6示出了圖5中所示的具有截頭圓錐形突出的噴嘴的透視橫截面。
部件列表
權(quán)利要求
1.一種燃料噴嘴(70)，包括:a.后壁(78)；b.所述后壁(78)下游的前壁(80)；c.所述后壁(78)和所述前壁(80)之間的側(cè)壁(82)；d.至少部分地被所述后壁(78)、所述前壁(80)和所述側(cè)壁(8 限定的環(huán)形腔(74)；e.延伸通過所述后壁(78)進入所述環(huán)形腔(74)的增壓室(90)；f.通過所述增壓室(90)的至少一個通道(92)，其中，所述至少一個通道(9 提供所 述增壓室(90)和所述環(huán)形腔(74)之間的流體連通；以及g.穿過所述側(cè)壁(82)并周向地隔開在所述側(cè)壁(82)周圍的多個孔(88)，其中，所述 多個孔(洲)提供穿過所述側(cè)壁(8 的流體連通。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴(70)，其特征在于，穿過所述增壓室(90)的所述至少 一個通道(92)在所述前壁(80)的1英寸內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1-2中任一項所述的燃料噴嘴(70)，其特征在于，所述燃料噴嘴(70)還 包括所述前壁(80)上的在所述前壁(80)和所述至少一個通道(9 之間的至少一個突出 部(96)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的燃料噴嘴(70)，其特征在于，所述前壁(80)上的所 述至少一個突出部(96)是所述前壁(80)和所述側(cè)壁(8 之間的隔板(94)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的燃料噴嘴(70)，其特征在于，所述燃料噴嘴(70)還 包括穿過所述后壁(78)的多個預開孔(56)，其中，所述多個預開孔(56)提供穿過所述后壁 (78)的流體連通。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的燃料噴嘴(70)，其特征在于，所述燃料噴嘴(70)還 包括所述增壓室(90)和所述后壁(78)之間的螺紋(84)接合。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的燃料噴嘴(70)，其特征在于，所述燃料噴嘴(70)還 包括周向地隔開在所述側(cè)壁(82)周圍的多個葉片(106)。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的燃料噴嘴(70)，其特征在于，所述增壓室(90)是燃 料增壓室(90)。
9.一種用于冷卻噴嘴(70)的表面(80)的方法，其中，所述噴嘴(70)包括限定腔(74) 的噴嘴體(72)，所述方法包括a.使燃料流過所述腔(74)；b.通過所述噴嘴體將增壓室(90)插入所述腔(74)；c.使流體流過所述增壓室(90)，以便所述流體沖擊在所述噴嘴(70)的所述表面(80) 上以移除熱。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括中斷沖擊噴嘴(70)的表面 (80)的流體的流動。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于冷卻噴嘴的裝置和方法，具體而言，噴嘴包括噴嘴體和由噴嘴體至少部分地限定的腔。增壓室延伸通過噴嘴體進入腔。穿過增壓室的至少一個通道提供增壓室和腔之間的流體連通。穿過噴嘴體并周向地隔開在噴嘴體周圍的孔提供穿過噴嘴體的流體連通。用于冷卻具有限定腔的噴嘴體的噴嘴表面的方法包括使燃料流過腔并通過噴嘴體將增壓室插入腔。該方法還包括使流體流過增壓室，使得流體沖擊在噴嘴的表面上以移除熱。
文檔編號F23D14/78GK102032577SQ201010513940
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月8日
發(fā)明者A·R·罕, C·X·斯蒂芬森, T·E·約翰遜 申請人:通用電氣公司