微混合器噴嘴的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種微混合器噴嘴，所述微混合器噴嘴用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中對燃料流和氣流進(jìn)行混合。所述微混合器噴嘴可包括：燃料板，所述燃料板帶有多個燃料板孔以及與所述燃料流連通的燃料板通道；以及空氣板，所述空氣板帶有多個空氣板孔以及與所述氣流連通的空氣板通道。所述燃料板通道與所述空氣板通道可對準(zhǔn)，使所述燃料流和所述氣流部分混合。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，并且更具體地涉及一種微混合器噴嘴，所述微 混合器噴嘴帶有簡化部件以便易于制造、易于配置并且總體易于操作。 微混合器噴嘴

【背景技術(shù)】
[0002] 燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作效率以及總體輸出大體隨著熱的燃燒氣流溫度增加而來 增加。然而，高的燃燒氣流溫度可以產(chǎn)生高含量的氮氧化物以及其他類型的受管制的排放 物。因此，以下兩者之間存在平衡作用：在有效溫度范圍中操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的同時也 會確保氮氧化物以及其他類型的受管制的排放物輸出仍在規(guī)定含量以下。
[0003] 通過使燃料流與空氣流在燃燒前進(jìn)行良好混合，即可促進(jìn)氮氧化物以及類似物質(zhì) 排放水平降低。此類預(yù)先混合趨于降低燃燒溫度以及氮氧化物輸出。一種提供此類良好混 合的方法是通過使用微混合器燃燒噴嘴實(shí)現(xiàn)，其中在燃燒前，將燃料與空氣在增壓腔室內(nèi) 的多個微混合器管道中混合。
[0004] 盡管當(dāng)前微混合器噴嘴設(shè)計提供改進(jìn)燃燒新能，但是制造此類微混合器噴嘴可能 是種挑戰(zhàn)。如上所述，微混合器噴大體包括多個小型管道，在所述小型管道中帶有多個小 孔。此類部件可以要求緊密容限，并且因此制造起來是耗時的。另外，其中總體流動分布可 能難以控制。
[0005] 因此，需要一種改進(jìn)微混合器燃燒噴嘴設(shè)計。這種改進(jìn)微混合器燃燒噴嘴設(shè)計可 以促進(jìn)良好燃料/空氣混合，同時易于制造、易于配置并且易于與低成本的部件和技術(shù)一 起使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種微混合器燃燒噴嘴，用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中將燃料流與氣流混 合。所述微混合器燃燒噴嘴可以包括：燃料板，其帶有多個燃料板孔以及與所述燃料流連通 的燃料板通道；以及空氣板，其帶有多個空氣板孔以及與所述氣流連通的空氣板通道。可以 將所述燃料板通道與所述空氣板通道對準(zhǔn)，以使所述燃料流與所述氣流部分混合。
[0007] 所述微混合器燃燒噴嘴進(jìn)一步包括多個燃料板通道、多個空氣板通道，并且其中 將所述多個燃料板通道與所述多個空氣板通道部分對準(zhǔn)。所述多個燃料板通道包括多個同 心圓環(huán)；所述多個空氣板通道包括多個不同配置的空氣板通道。所述空氣板通道包括線性 空氣板通道；或者所述空氣板通道包括圓形空氣板通道節(jié)段；或者所述空氣板通道包括成 角度的空氣板通道。
[0008] 其中，所述燃料板包括第一側(cè)以及第二側(cè)，并且其中所述燃料板通道圍繞所述第 二側(cè)定位。所述空氣板包括第一側(cè)以及第二側(cè)，并且其中所述空氣板通道圍繞所述第一側(cè) 定位。其中，所述燃料板通道與所述空氣板通道部分對準(zhǔn)，以便形成用于所述燃料流和所述 氣流的混合管道。燃料空氣混合物流動通過所述多個空氣板孔。其中，所述多個燃料板孔 與所述燃料板通道對準(zhǔn)。其中，所述多個燃料板孔包括多個不同大小的燃料板孔。所述多 個空氣板孔包括多個不同大小的空氣板孔。
[0009] 本發(fā)明進(jìn)一步地提供一種在燃燒噴嘴中將燃料流與氣流混合的方法。所述方法可 包括以下步驟：將燃?xì)獍迳系囊粋€或多個燃?xì)獍逋ǖ琅c空氣板上的一個或多個空氣板通道 至少部分對準(zhǔn)；使燃料通過多個燃料板孔流動到所述一個或多個燃?xì)獍逋ǖ乐?；使空氣?動到所述一個或多個空氣板通道中；混合所述燃料流與所述氣流；以及使燃料空氣混合物 流動通過多個空氣板孔。
[0010] 本發(fā)明進(jìn)一步地提供一種微混合器燃燒噴嘴，用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中將燃料流 與氣流混合。所述微混合器燃燒噴嘴可以包括：燃料板，其帶有多個燃料板孔以及與所述燃 料流連通的多個燃料板通道；以及空氣板，其帶有多個空氣板孔以及與所述氣流連通的多 個空氣板通道?？梢詫⑺鋈剂习逋ǖ琅c所述空氣板通道部分對準(zhǔn)，以將所述燃料流與所 述氣流混合成燃料空氣流從中通過。
[0011] 其中，所述多個燃料板通道包括多個同心圓環(huán)。所述多個空氣板通道包括線性空 氣板通道；或者所述多個空氣板通道包括圓形空氣板通道節(jié)段；或者所述多個空氣板通道 包括成角度的空氣板通道。
[0012] 當(dāng)結(jié)合若干附圖以及所附權(quán)利要求書來閱讀以下詳細(xì)描述時，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 可以清楚了解本申請案以及相應(yīng)專利的這些和其他特征以及改進(jìn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是示出壓縮機(jī)、燃燒器、渦輪機(jī)以及負(fù)載的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示意圖。
[0014] 圖2是如可與圖1所示燃料渦輪發(fā)動機(jī)一起使用的燃燒器的示意圖。
[0015] 圖3是可如本說明書所述微混合器噴嘴的局部透視圖。
[0016] 圖4是用于圖3所示微混合器噴嘴的燃料板的局部透視圖。
[0017] 圖5是用于圖3所示微混合器噴嘴的空氣板的透視圖。
[0018] 圖6是可如本說明書所述用于微混合器噴嘴的空氣板的替代實(shí)施方案的局部側(cè) 視截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 現(xiàn)在參閱附圖，其中相似數(shù)字指代多多幅附圖中的相似元件，圖1示出可如本說 明書所描述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可以包括壓縮機(jī)15。壓縮 機(jī)15壓縮進(jìn)入氣流20。壓縮機(jī)15將壓縮氣流20遞送到燃燒器25上。燃燒器25將壓縮 氣流20與加壓的燃料流30混合，并且使混合物點(diǎn)燃以便生成燃燒氣流35。盡管示出僅單 個燃燒器25,但燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可以包括任意數(shù)量的燃燒器25。然后，將燃燒氣流35 遞送到渦輪機(jī)40上。燃燒氣流35驅(qū)動渦輪機(jī)40以使機(jī)械功產(chǎn)生。渦輪機(jī)40中所產(chǎn)生的 機(jī)械功是經(jīng)由軸45來驅(qū)動壓縮機(jī)15和諸如發(fā)電機(jī)以及相似負(fù)載的外部負(fù)載50。
[0020] 燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可以使用天然氣、各種類型的合成氣和/或其他類型燃料。燃 氣潤輪發(fā)動機(jī)10可以是位于美國紐約斯卡奈塔第市（Schenectady, New York)的通用電 氣公司（General Electric Company)提供的多種不同燃?xì)鉂欇啺l(fā)動機(jī)中的任何一種，包括 (但不限于）7或9系列重型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)以及相似燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī) 10可以具有不同配置并可以使用其他類型部件。本說明書也可以使用其他類型燃?xì)鉁u輪發(fā) 動機(jī)。本說明書還可同時使用多個燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、其他類型渦輪機(jī)以及其他類型發(fā)電設(shè) 備。
[0021] 圖2示出可與上述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10 -起使用的燃燒器25的實(shí)例的示意圖。燃 燒器25可從頭端處的端蓋52延伸到圍繞渦輪機(jī)40的后端處的過渡連接件54上。多個燃 料噴嘴56可以圍繞端蓋52定位。內(nèi)襯58可以從燃料噴嘴56朝著過渡連接件54延伸，并 且可以將燃燒區(qū)60設(shè)在其中。內(nèi)襯58可由導(dǎo)流套管62環(huán)繞。內(nèi)襯58和導(dǎo)流套管62可 在其間設(shè)有流路64,以供用于來自壓縮機(jī)15或通到其的氣流20。本說明書所述燃燒器25 是僅僅用作實(shí)例目的。本說明書可以使用帶有其他部件以及其他配置的燃燒器。
[0022] 圖3至5示出可如本說明書所述燃燒噴嘴100的一部分，所述燃燒噴嘴用于混合 氣流20與燃料流30。燃燒噴嘴100可為微混合器燃燒噴嘴110。燃燒噴嘴100可以與上述 燃燒器25以及類似部件一起使用。燃燒噴嘴100可以具有任何合適大小、形狀或者配置。
[0023] 燃燒噴嘴100可以包括燃料板120。燃料板120可與燃料流30連通。所用術(shù)語 "板"簡單來說是指燃料通道的下游末端。燃料板120可與許多其他總體設(shè)計組合。燃料板 120可以具有第一側(cè)130以及第二側(cè)140。燃料板120可以具有多個燃料板孔150,所述燃 料板孔從第一側(cè)130延伸通過其中到第二側(cè)140。燃料板孔150可以具有任何合適大小、形 狀或者配置。本說明書可以一起使用不同大小和形狀的燃料板孔150。本說明書可以使用 任何數(shù)量的燃料板孔150。
[0024] 燃料板120可以具有形成在中的圍繞第二側(cè)140的多個燃料板通道160。燃料板 通道160可以凹入燃料板140的第二側(cè)140之中，或者以其他方式在其中形成。燃料板孔 150可以與燃料板通道160對準(zhǔn)。在這個實(shí)例中，燃料板通道160采用多個同心圓環(huán)170形 式。同心圓環(huán)170可以是連續(xù)和/或間斷的。燃料板通道160可以具有任何合適大小、形 狀或者配置。本說明書可以使用任何數(shù)量的燃料板通道160。本說明書可以一起使用不同 大小和形狀的燃料板通道160。本說明書可以使用其他部件以及其他配置。
[0025] 燃燒噴嘴100還可包括空氣板180。空氣板180可與來自壓縮機(jī)150或其他地方 的氣流20連通。所用術(shù)語"板"簡單來說是指空氣通道的下游末端?？諝獍?80可與許多 其他總體設(shè)計組合。空氣板180可以完全或者部分環(huán)繞燃料板120,或者對應(yīng)位置可以倒 轉(zhuǎn)?？諝獍?80可以包括第一側(cè)190以及第二側(cè)200。燃料板120的第二側(cè)140可以朝向 空氣板180的第一側(cè)190。空氣板180可以具有多個空氣板孔210,所述空氣板孔從第一側(cè) 190延伸通過其中到第二側(cè)200?？諝獍蹇?10可以具有任何合適大小、形狀或者配置。本 說明書可以使用任何數(shù)量的空氣板孔210?？諝獍蹇?10大體可以不與燃料板孔150直接 對準(zhǔn)（盡管也可使用這種情況，即可以與燃料板孔150對準(zhǔn)），而是可以與其偏離。另外，本 說明書可以使用不同數(shù)量的空氣板孔210和燃料板孔150。本說明書可以一起使用不同大 小和形狀的空氣板孔210。
[0026] 空氣板180還可以具有多個空氣板通道220?？諝獍逋ǖ?20可以具有任何合適 大小、形狀或者配置。本說明書可以使用任何數(shù)量的空氣板通道220。空氣板通道220可 以在空氣板180的第一側(cè)190中形成。空氣板通道220可以凹入空氣板180的第一側(cè)190 之中，或者以其他方式在其中形成。在這個實(shí)例中，本說明書可以使用多個線性空氣板通道 230。另外，也可使用一個或多個圓形空氣板通道節(jié)段240?？諝獍蹇?10可以定位在線性 空氣板通道230和圓形空氣板通道節(jié)段240內(nèi)以及其他地方。如圖所示，本說明書可以一 起使用不同大小和形狀的燃料板通道220。本說明書可以使用其他部件以及其他配置。
[0027] 在使用時，燃料流30延伸到燃料板120上，并且通過燃料板孔150,然后進(jìn)入燃料 板的第二側(cè)140上的燃料板通道160中。燃料流30在其通過小燃料板板150時可以加速。 燃料流20延伸到空氣板180上，并且流動通過空氣板通道220。燃料板通道160與空氣板 通道220的交織形成一種混合管道250,用以與經(jīng)加速的燃料流30組合而來促進(jìn)其中良好 燃料-空氣混合。因此，燃料空氣混合物260離開空氣板孔210以在燃燒區(qū)60中燃燒。本 說明書也可使用其他部件以及其他配置。
[0028] 在本說明書中，各種孔和通道大小、形狀以及配置可以不同。例如，圖6示出帶有 多個成角度的空氣板孔280的空氣板270的實(shí)例。成角度的空氣板孔280因此以一定角度 從第一側(cè)190延伸到空氣板270的第二側(cè)200。本說明書可以使用任何角度。成角度的空 氣板孔280可與從空氣板180的第一側(cè)190垂直延伸的空氣板孔210 -起使用，如上所述。 本說明書可以使用任何空氣板孔組合。使用成角度的空氣板孔280可以使熱氣圍繞空氣板 270的第二側(cè)200的再循環(huán)最小化。
[0029] 可以使用不同大小的空氣板孔210來控制對從中通過的燃料-空氣混合物260的 火焰淬火（quench)。燃料板通道160和空氣板通道220的大小可以不同，以便控制其中壓 降。通過改變板120、180、孔150、210以及通道160、220的大小和形狀，也可實(shí)現(xiàn)對燃燒噴 嘴100的總體調(diào)整。對應(yīng)的孔150、210以及通道160、220也可進(jìn)行時控以便實(shí)現(xiàn)精調(diào)。燃 料板220和空氣板180的對應(yīng)位置也可倒轉(zhuǎn)?？蓪⒉煌愋偷奶畛湮锛尤肟諝馔ǖ?20,以 便維持淬火能力，從而控制火焰保持（flame holding)。此類填充物可以是催化劑以增強(qiáng)其 中化學(xué)反應(yīng)，同時抑制火焰保持。另外，可以使用空氣板180層而來維持淬火距離并且增加 通道220的流面積。本說明書可以使用其他部件以及其他配置。
[0030] 本說明書所述燃燒噴嘴100因此可以易于制造，因?yàn)椴考?shí)質(zhì)可模塊化。另外，燃 燒噴嘴100可以易于重新配置。這些制造益處會與以下多個操作優(yōu)點(diǎn)組合：火焰保持限制 極高、排放量低、焰短以供快速燃燒以及壓降更低。確切地說，燃燒噴嘴1〇〇提供對空氣與 燃料分布的增強(qiáng)控制。
[0031] 應(yīng)當(dāng)清楚，前述內(nèi)容僅僅涉及本申請案以及相應(yīng)專利中的某些實(shí)施方案。本領(lǐng)域 的技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明的總體精神和范圍情況下對本發(fā)明做出多種變化以及修 改，其中本發(fā)明的總體精神和范圍由所附權(quán)利要求書及其等效物定義。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中對燃料流和氣流進(jìn)行混合的微混合器噴嘴，所述微混 合器燃燒噴嘴包括： 燃料板，其與所述燃料流連通； 所述燃料板包括多個燃料板孔并且包括燃料板通道； 空氣板，其與所述氣流連通； 所述空氣板包括多個空氣板孔并且包括空氣板通道；以及 其中所述燃料板通道與所述空氣板通道對準(zhǔn)，使所述燃料流與所述氣流部分混合。
2. 如權(quán)利要求1所述的微混合器噴嘴，其進(jìn)一步包括多個燃料板通道、多個空氣板通 道，并且其中將所述多個燃料板通道與所述多個空氣板通道部分對準(zhǔn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的微混合器噴嘴，其中所述多個燃料板通道包括多個同心圓環(huán)。
4. 如權(quán)利要求2所述的微混合器噴嘴，其中所述多個空氣板通道包括多個不同配置的 空氣板通道。
5. 如權(quán)利要求1所述的微混合器噴嘴，其中所述空氣板通道可以包括以下選擇中的任 何一種：線性空氣板通道、圓形空氣板通道節(jié)段、和成角度的空氣板通道。
6. 如權(quán)利要求1所述的微混合器噴嘴，其中所述燃料板包括第一側(cè)以及第二側(cè)，并且 其中所述燃料板通道圍繞所述第二側(cè)定位。
7. 如權(quán)利要求1所述的微混合器噴嘴，其中所述空氣板包括第一側(cè)以及第二側(cè)，并且 其中所述空氣板通道圍繞所述第一側(cè)定位。
8. 如權(quán)利要求1所述的微混合器噴嘴，其中所述燃料板通道與所述空氣板通道部分對 準(zhǔn)，以便形成用于所述燃料流和所述氣流的混合管道。
9. 一種用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中對燃料流和氣流進(jìn)行混合的微混合器噴嘴，所述微混 合器噴嘴包括： 燃料板，其與所述燃料流連通； 所述燃料板包括多個燃料板孔和多個燃料板通道； 空氣板，其與所述氣流連通； 所述空氣板包括多個空氣板孔和多個空氣板通道；以及 其中所述多個燃料板通道與所述多個空氣板通道部分對準(zhǔn)，以將所述燃料流與所述氣 流混合成燃料-空氣流。
【文檔編號】F23R3/28GK203893228SQ201320697813
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】陳偉, K.W.麥克馬罕, G.A.博德曼, J.D.布朗 申請人:通用電氣公司