[发明专利]低串扰的燃气轮机燃料喷射器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种燃料喷射器，更具体地涉及一种低串扰的燃气轮机燃料喷射器。

背景技术

燃气涡轮发动机(GTE)通过从燃料在压缩空气流中燃烧所产生的热气流提取能量来产生动力。一般而言，GTE具有上游空气压缩机，该空气压缩机通过其与下游涡轮之间的燃烧室(燃烧器)与下游涡轮联接。当压缩空气和燃料的混合物在燃烧室中燃烧时产生能量，并且所产生的热气体用于使涡轮叶片旋转。在典型的GTE中，多个燃料喷射器将燃料引导到燃烧室以便燃烧。典型燃料的燃烧导致GTE废气排放中产生一些不希望的组分，例如NO_x。对空气污染的关注已使政府作出调控GTE废气中NO_x排放的规定。一种用于降低GTE的NO_x排放的方法是使用充分混合的贫燃料-空气混合物(具有低于化学计量比的燃料与空气之比的燃料-空气混合物)在燃烧室中进行燃烧。然而，某些情况下，使用贫燃料-空气混合物可能使燃烧室中的燃烧不稳定。为了在满足NO_x排放规定的同时提供稳定的火焰，某些燃料喷射器将分开的贫燃料-空气混合物流和较富的燃料-空气混合物流引导到燃烧室。贫燃料-空气混合物可提供低NOx排放，而较富的燃料-空气混合物可在火焰不稳定期间提供火焰稳定性。

某些情况下，燃料喷射器也可构造成将液态燃料和气态燃料两者引导到燃烧室。这种称为双燃料喷射器的燃料喷射器可使GTE能够根据任何特定的GTE操作地点的条件和经济状况来利用液态燃料(例如，柴油)和气态燃料(例如，天然气)两者工作。在双燃料喷射器中，液态燃料或气态燃料中的一者可被引导到燃料喷射器与空气混合，并被传送到燃烧室。这种双燃料喷射器可包括液态燃料供给管线和气态燃料供给管线及适当的阀，以使供给至喷射器的液态燃料能够在GTE依靠气态燃料工作时被切断，和使供给至喷射器的气态燃料在GTE依靠液态燃料工作时被切断。然而，即使液态燃料或气态燃料被切断，对应的燃料管线仍可将GTE的多个喷射器彼此流体联接。经不同的燃料喷射器传送到燃烧室的空气-燃料混合物的微小变化(燃料与空气之比，流量等)可能导致在所述不同的燃料喷射器的出口(通向燃烧室的进口)处的火焰变化。这些火焰变化可导致不同的燃料喷射器的出口之间的压力变化(由燃烧引起的周向压力变化)。不同的喷射器出口之间的压力变化可导致燃料和/或燃烧气体被摄入不工作的燃料管线。这种燃料和/或热燃烧气体经一个燃料喷射器的不工作的燃料管线流入并经第二喷射器流出称为串扰。串扰可导致燃料传送系统变热和导致损坏。

Held等人的公开号为2007/0044477A1的美国专利(′477公报)公开了一种构造成减少串扰的燃气涡轮发动机燃料喷嘴。′477公报的燃料喷嘴包括沿喷嘴的对称轴线同轴地延伸的第一通道、第二通道和第三通道。第一通道、第二通道和第三通道在一端处包括伸入燃烧室的喷嘴。′477公报的喷嘴的各个通道还包括与燃烧室流体联接的进口开口。′477公报的两个最内部的通道将燃料引导到燃烧室。′477公报的最外部的通道构造成将蒸汽引导到燃烧室，并且包括在喷嘴上游的附加进口开口。第三通道的进口开口以这样的方式定位：即跨进口开口的压力差有利于提供用于跨喷嘴末端的吹扫流的驱动压力和防止可能易于引起串扰的周向压力梯度。尽管′477公报的方案在某些应用中可以减少串扰，但其可能具有缺点。例如，其可能不适用于在燃料供给系统中不包括蒸汽的燃气涡轮发动机应用。此外，′477公报的方案可能不会减少当涡轮发动机使用一种燃料工作时与另一种燃料相关的燃料管线可能不工作的双燃料喷射器中的串扰。

发明内容

一方面，本发明公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器的引燃(引导，pilot)组件。该引燃组件可包括具有出口端的纵向通道。该纵向通道中的质量流可在发动机工作期间总体上流向该出口端。该引燃组件还可包括定位成将液态燃料与空气的混合物引导到出口端附近的液态燃料喷嘴，以及压缩空气进口，该压缩空气进口构造成在没有显著的压力损失的情况下将通过发动机的压气机压缩至压气机排气压力的空气引入纵向通道。该引燃组件还可包括流量限制区段。该流量限制区段可为纵向通道的变窄区段，其中该流量限制区段的上游侧可具有大致处于压气机排气压力的压缩空气，并且其下游侧可具有压力较低且速度较高的空气。该引燃组件可进一步包括用于将辅助空气或气态燃料中的一者喷射到纵向通道内的喷嘴。该喷嘴可定位在流量限制区段处或流量限制区段的上游侧上。