[发明专利]与燃气涡轮发动机中的燃烧器相关的装置和过滤系统

说明书

技术领域

本发明是在美国政府支持下依据由能源部提供的合同No.DE-DC26-05NT42643取得的。美国政府在本发明中可能具有某些权利。

本申请总体上涉及用于改进燃气涡轮发动机中的燃烧器的效率、性能和/或操作的装置和系统。更具体地说，但不作为限制，本申请涉及用于改进燃烧器内的进气口、空气过滤器和/或流量调节器的装置和系统。(注意，虽然以下是在发电的燃气涡轮发动机的燃烧系统内就其优选用途方面展示本发明，但是本领域技术人员将会懂得，本文所述的本发明的用途并不限于此，因为其可应用于其它类型的燃气涡轮发动机。)

背景技术

本领域技术人员将会懂得，燃气涡轮发动机可操作燃烧器，燃烧器包括微通道燃料喷射器。微通道燃料喷射器如此命名是因为其通过一系列小通道而引入燃料/空气混合物。这些类型的燃料喷射器有效地将所需预混合的燃料流传送至燃烧室，并在某些应用中提供性能优势以及容许发动机能够燃烧的燃料类型的灵活性。然而，在这里将被称为“微通道燃料喷射器”的这种类型的燃料喷射器易于受到小粒子的阻塞，这些小粒子可能包含在压缩机供给燃烧器的压缩空气流中。也就是说，微通道可能被小粒子堵住，小粒子在大多数传统的燃料喷射器中将不会有问题。此类阻塞通常导致不良的发动机性能，并可能对燃料喷射器和燃烧系统造成极大的损伤。在一些情况下，阻塞实际上导致火焰从燃烧室移动到燃料喷射器中，这可能损伤喷射器。

结果，包括微通道喷射器的燃烧器典型地在喷射器的上游提供过滤器，以用于除去可能阻塞微通道的粒子。将会理解的是此过滤器通常由定位在穿过罩盖组件而形成的开口或“窗口”上方的筛网组成。因为必须捕获的粒子的小尺寸的原因，筛网必须具有细筛眼。这当然意味着筛网具有大的阻塞比，即筛眼阻塞了进入燃烧器的空气必须流经的窗口区域的大部分。在用于这些类型的过滤应用的筛网中，50％或更大的阻塞比是常见的。另外，罩盖组件内的窗口在尺寸上是有限的。应该懂得罩盖组件的此前面区域为罩盖组件的后面区域提供了结构支撑，因为罩盖组件基本上沿向后的方向悬垂于其与端盖构成的连接。

给定必须通过其中的空气供给，这些必要的设计约束的组合，即筛网的细筛眼和有限的窗口面积，导致了有效流通面积是有限的。也就是说，如以下更详细讨论的那样，传统的筛网/窗口构造通常包括直接放置在窗口上的细筛眼的筛网，导致造成相对较高的压降的有效的流通面积，相对较高的压降当然负面地影响发动机性能。结果，对于此燃烧区域需要更有效的构造。此类改进应提供穿过罩盖组件的前面区域的更大的有效流通面积，同时还仍然为该单元保持必要的结构支撑。另外，成功的改进应在生产和安装方面是成本合算的，并能够改装到操作的燃气涡轮中。任何此类改进在操作方面都应是灵活的。也就是说，该改进应在各种条件下并以不同种类的燃料操作。此外，提供了增强空气动力性能特性同时是耐用且在实施上是成本合算的过滤元件将满足本领域内的极大需求。

发明内容

本申请因而描述了一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器，所述燃烧器包括：腔室、筛网和支架，腔室由外壁限定，并在通过外壁限定的朝着腔室前端的窗口和朝着腔室后端定位的至少一个燃料喷射器之间形成通道；并且支架在靠近窗口的周边的外壁的外表面上包括高出区域；其中筛网在窗口之上延伸，并且相对于外壁的外表面和窗口而由支架支撑在高出的位置上。

在某些实施例中，腔室和外壁包括圆柱形罩盖组件；筛网，其构造成使得在操作中通过窗口进入腔室的压缩空气的供应首先穿过筛网；相对于外壁的外表面，高出的位置包括该外壁的外表面的外侧位置；并且关于窗口，该高出的位置包括基准平面的外侧位置，其中该基准平面包括围绕窗口的外壁的外表面的轮廓的平滑延续部分。

在某些实施例中，支架包括径向高度，该径向高度包括支架沿径向方向从外部的外表面延伸的距离；该支架构造有恒定的径向高度；筛网相对于外壁的外表面居于间隔的关系；且该间隔的关系对应于该支架的恒定的径向高度。

在某些实施例中，窗口包括矩形形状，该矩形形状具有沿轴向方向对齐的一对长边和沿周向方向对齐的一对短边；窗口围绕圆柱形罩盖组件的周边而均匀地间隔开；并且在每对相邻的窗口之间限定了支柱，该支柱和窗口具有宽度和长度，宽度包括各周向延伸的距离，长度包括各轴向延伸的距离。

在某些实施例中，罩盖组件从与端盖构成的第一连接处向后延伸到与流套筒构成的第二连接处；燃料喷射器包括微通道燃料喷射器；并且筛网包括预定的筛眼尺寸，筛眼尺寸在尺寸上与微通道燃料喷射器内的通道尺寸相对应。