氣冷旋流式噴嘴頭制造技術

本發明專利技術是氣冷旋流式噴嘴頭。公開了一種用于氣體渦輪引擎的燃燒室，其在氣體渦輪操作中，燃燒效率高且氮氧化物排放量低。該燃燒室呈筒狀構造，其燃燒預混有氣體的燃料并傳送熱氣體至渦輪。燃料通過旋流式噴嘴而與氣體預混并以繞中軸線的高旋流度的旋流運動運送至燃燒室。此旋流式的反應混合物通過擴展的流體路徑向下游傳送。該混合物反應并沿中軸線形成向上游的中部循環流。冷卻組件位于旋流式噴嘴上的與該中軸線共線的位置，其中沿著該中軸線溫度較低的氣體被傳送至預燃燒腔內的循環流與旋流式噴嘴表面之間。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于控制燃燒室內的溫度的系統和裝置，特別是涉及控制燃燒室內的旋流式噴嘴(SWirler)的溫度的系統和方法。
技術介紹
通常燃燒室設置成可產生環形逆流(toroidal flow reversal),該環形逆流將一部分熱的燃燒產物向上游帶動至旋流式噴嘴，作為進入的未燃燒的燃料/氣體混合物的持續點火源。然而，由于熱的逆流沖擊旋流式噴嘴表面，在旋流式噴嘴的中心可能會產生高溫區，因而旋流式噴嘴的溫度分布會不均勻，這有可能導致熱應力。
技術實現思路
在一個實施例中，本專利技術提供了一種燃燒燃料和氣體的混合物的燃燒室。該燃燒室包括旋流式噴嘴，用于接收氣體流和燃料流，燃料和氣體在旋流式噴嘴的影響下混合在一起，旋流式噴嘴使燃料/氣體的混合物產生旋流。旋流式噴嘴具有貫穿的中心通道。旋流式噴嘴還具有預燃燒腔，與旋流式噴嘴流體相通，預燃燒腔用于接收旋流式的燃料/氣體混合物。預燃燒腔為沿中軸線設置的圓柱形元件。預燃燒腔使旋流式的燃料/氣體混合物產生沿中軸線向下游方向的軸向流，從而使燃料/氣體混合物形成渦流，渦流具有沿中軸線的低壓區。燃燒腔與預燃燒腔流體相通并位于預燃燒腔下游。燃燒腔的流道面積大于預燃燒腔的流道面積，從而允許渦流沿徑向擴張并形成循環流，在此循環流中，燃燒腔內的燃料/氣體的燃燒產物沿中軸線被拉回至預燃燒腔。燃燒室還包括收容在通道內的冷卻組件。冷卻組件界定與預燃燒腔的中軸線共線的軸線。冷卻組件與氣體源流體相通，其中氣體源的氣體溫度低于循環流的溫度。冷卻組件沿下游方向導引溫度較低的氣體進入預燃燒腔，從而形成冷卻流。在另一個實施例中，本專利技術提供了一種旋流式噴嘴，與燃燒燃料和氣體混合物的燃燒室一起使用。旋流式噴嘴包括具有外側和內側的本體，以及多個形成在旋流式噴嘴本體內側上的流體導弓丨部。相鄰的流體導弓I部之間形成流體路徑以弓I導氣體繞本體的中軸線進行旋流運動。第一環形腔形成在本體內。該第一環形腔與位于流體路徑的第一端的導引管流體相通；第二環形腔形成在本體內。該第二環形腔與位于流體路徑的第二端的孔隙流體相通。位于本體的中軸線上的通道從外側向內側延伸。冷卻組件收容在通道內。該冷卻組件與本體的內側近似平齊。在另一個實施例中，本專利技術提供了一種燃燒氣體渦輪引擎內的燃料和氣體的方法。在該方法中，在臨近燃燒室的前端部的旋流式噴嘴表面的位置預混燃料和氣體以形成相對均勻的混合物。燃料/氣體混合物以繞預燃燒腔的中軸線的旋流運動的方式注入燃燒室的預燃燒腔缸體，從 而產生具有旋流和軸向運動的渦流，該渦流具有位于中軸線上的低壓區。將渦流沿軸向向下游的方向傳送至燃燒腔缸體，其中燃燒腔缸體的流道面積大于預燃燒腔的流道面積。擴展渦流使之進入燃燒腔，其中燃料和氣體發生化學反應以形成熱的燃燒產物。此擴展的結果是在中軸線上形成循環流，其中熱的產物被向上游拉回至預燃燒腔。向下游方向傳送氣體使氣體通過旋流式噴嘴的中軸線并進入預燃燒腔，其中被傳送的氣體的溫度低于循環流的溫度。通過閱讀以下的詳細說明以及附圖，本專利技術的其它方面將會變得更加明顯。附圖說明圖1示意性地描繪了回熱式雙軸燃氣渦輪引擎，其包括本專利技術一個實施例的燃燒室。圖2示意性地描繪了回熱式單軸燃氣渦輪引擎，其包括本專利技術一個實施例的燃燒室。圖3示意性地描繪了簡單循環單軸燃氣渦輪引擎，其包括本專利技術一個實施例的燃燒室。圖4示意性地描繪了本專利技術一個實施例的回熱器內的筒形或筒倉式燃燒室。圖5示意性地描繪了根據本專利技術實施例的旋流式噴嘴、預燃燒腔及燃燒腔。圖6A示意性地描繪了根據本專利技術實施例的徑向旋流式噴嘴的正面立體示意圖。圖6B是圖6A的徑向旋流式噴嘴、燃燒室環緣和燃燒室的分解示意圖。圖7是圖6A的徑向旋流式噴嘴的背面立體圖。 圖8是圖6A的旋流式噴嘴的局部剖面圖。圖9是圖8的冷卻組件的橫截面示意圖。圖10是圖9的分配環的正視圖。圖11是圖10的分配環沿線X-X的橫截面示意圖。圖12是圖9的熱罩的正視圖。圖13是圖12的熱罩沿線Y-Y的橫截面示意圖。具體實施例方式在詳細描述本專利技術的實施例之前，應該理解的是，本專利技術不僅限于本申請中下文或附圖中所描述的詳細結構或元件排布。本專利技術可為其它方式實現的實施例。應當理解，下文中所使用的措辭及術語僅僅用作描述用途，不應作限定性解釋。下文中所使用的“包括”、“包含”、“具有”等類似措辭意為包含其后所列出之事項、等同物及其它附加事項。除特另Ij聲明外，“安裝”、“連接”、“支撐”、“耦合”等類似措辭應作廣義解釋，包含直接及間接的安裝、連接、支撐、耦合。此外，“連接”及“配合”不限于物理的或機械的連接或耦合。在此描述的本專利技術可用于燃燒燃氣渦輪中的各種碳氫化合物燃料。燃燒過程包括一種燃燒貧油預混(lean premixed)和貧油預蒸發預混(lean prevaporized premixed)燃料/氣體(F/A)混合物的方法。這種方法能夠在廣范圍的引擎工作條件下，降低燃氣渦輪的廢氣排放(N0x、C0、V0C’ S)?，F在請參考附圖，對于氣體渦輪和燃燒室內的元件，全文中相同的標號表示相同的元件。圖1示意性地描繪一個用于發電的回熱燃氣渦輪引擎10，其為雙軸構造。引擎10包括壓縮機12、回熱器13、燃燒腔15、燃氣發生器式燃氣渦輪16、動力渦輪17、齒輪箱18和發電機19。引擎10與位于壓縮機12上游的氣體源20連通。氣體被壓縮并被引入回熱器13。在回熱器13內，壓縮氣體利用來自動力渦輪17的廢氣預熱并被引入燃燒腔15。燃料22然后被加入燃燒腔15形成混合物以被燃燒(將詳述如下)。燃燒腔15內的燃燒產物被引入燃氣發生器式燃氣渦輪16。F/A比值被調整(SP，調整燃料的流量)以使渦輪入口達到預設的溫度或使發動機19產生預設的電力輸出。燃氣發生器式燃氣渦輪16的渦輪入口溫度可在1500華氏度(F)至2000F的實際范圍內變化。熱氣體依序首先通過燃氣發生器式燃氣渦輪16，然后通過動力渦輪17。每個渦輪做工以分別將動力傳遞至壓縮機12和發電機19，軸動力通過齒輪箱被傳遞。動力渦輪17的熱廢氣然后通過回熱器13，在回熱器13內，熱量通過熱對流和熱傳導的方式傳遞至進入燃燒腔15的氣體。可選的熱量收集裝置24可被用于供應熱水、蒸汽或其它的加熱流體至裝置26，裝置26可將這些熱量用于廣泛用途。圖2示意性地描繪了用于發電的回熱燃氣渦輪引擎10a。燃氣渦輪引擎IOa類似于圖1，差別在于引擎IOa僅使用單個渦輪。引擎IOa包括壓縮機12、回熱器13、燃燒腔15、渦輪16、齒輪箱18和發電機19。引擎IOa與位于壓縮機12上游的氣體源20連通。氣體被壓縮并被引入回熱器13。在回熱器13內，壓縮氣體被渦輪16的廢氣預熱并被引入燃燒腔15。燃料22然后被加入燃燒腔15，形成混合物以被燃燒(將詳述如下)。燃燒腔15內的燃燒產物被引入燃氣發生器式燃氣渦輪16。F/A比值被調整(SP，調整燃料的流量)以使渦輪16的渦輪入口達到預設的溫度或使發動機19產生預設的電力輸出。渦輪入口溫度可在1500華氏度(F)至2000F的實際范圍內變化。渦輪做工以將動力同時傳遞至壓縮機12和發電機19，軸動力通過齒輪箱18被傳遞。渦輪16的熱廢氣然后流過回熱器13，其中在回熱器13內，熱量通過熱對流和熱傳導的方式傳遞至進入燃燒腔1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種旋流式噴嘴，與燃燒燃料和氣體混合物的燃燒室一起使用，所述旋流式噴嘴包括：本體，具有外側和內側；多個流體導引部，位于所述旋流式噴嘴本體的內側上，相鄰的流體導引部之間形成流體路徑以引導氣體繞所述本體的中軸線進行旋流運動；第一環形腔，形成在所述本體內，所述第一環形腔與位于所述流體路徑的第一端的導引管流體相通；第二環形腔，形成在所述本體內，所述第二環形腔與位于所述流體路徑的第二端的孔隙流體相通；通道，位于所述本體的中軸線上，從所述外側向所述內側延伸；以及冷卻組件，收容在所述通道內，所述冷卻組件與所述本體的內側近似平齊，其中所述冷卻組件構造成用以從所述旋流式噴嘴外部抽入冷卻氣體以及將氣體導入燃燒腔，其中流過所述冷卻組件的所述冷卻氣體獨立于流過所述旋流式噴嘴的所述氣體。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃益民，肖恩·沙利文，布萊恩·菲思達，亞歷山大·哈普勒·柯蘭，
申請(專利權)人：富來科斯能能源系統公司，
類型：發明
國別省市：