[发明专利]用于燃气涡轮机的液体燃料喷嘴组件和将燃料喷射到燃烧器中的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机中的燃料燃烧，并且特别地涉及用于燃气涡轮机中的燃烧器的液体燃料喷嘴。

背景技术

燃气涡轮机燃烧器混合大量燃料和压缩空气、燃烧最后产生的混合物并且生成燃烧气体以驱动涡轮机。用于工业燃气涡轮机的常规燃烧器典型地包括空气和燃料在其中混合并且发生燃烧的圆柱形燃烧“罐”的环形阵列。来自压缩器(例如轴流式压缩器)的压缩空气流入燃烧器中。

燃料通过延伸到每个罐中的燃料喷嘴组件喷射。燃料喷嘴组件可以被配置成燃烧液体燃料。这些燃料喷嘴组件典型地包括将经计量的量的燃料喷射到罐的燃烧室中的液体雾化喷嘴。燃料喷嘴组件可以从一对同轴雾化喷嘴排出燃料。当燃料从喷嘴排出时燃料可以混合以帮助燃料的雾化。

用于液体燃料的燃料喷嘴组件往往是复杂的机械装置。长期以来需要燃料喷嘴组件，其具有用于燃料和吹扫气体的较少通道和孔、机械上简单、耐用并且控制相对简单。

发明内容

本发明设想了一种新型液体燃料喷嘴组件，其紧邻排出液体燃料的喷嘴的下游在圆锥形偏转器上产生燃料膜。吹扫气体帮助在偏转器的表面上移动该膜。当膜在偏转器的缘边上流动时，膜分裂成小滴并且被雾化。燃料的分裂和雾化由在偏转器的缘边被引导的喷气(airblast)空气的剪切(shearing)和紧靠在偏转器的下游的气动失速(aerodynamic stalling)而增强。燃料膜的使用以及吹扫空气和喷气空气的相互作用增强液体燃料雾化的质量和燃料燃烧的稳定性。

在本说明书中构思并且公开了一种用于燃气涡轮机的燃烧器的液体燃料喷嘴组件，该液体燃料喷嘴组件包括：位于内管的端部的导向喷嘴，导向喷嘴将来自内管的液体燃料排出到燃烧器的燃烧室中；偏转器，偏转器与导向喷嘴同轴、并且包括圆柱形部段和截头圆锥形部段；中管，中管与内管同轴、并且具有围绕偏转器的圆柱形部段延伸的端部，其中吹扫空气通道在中管和内管之间，其中吹扫空气通道的出口面向偏转器的截头圆锥形部段；以及喷射喷嘴，喷射喷嘴具有接收来自中管和外管之间的燃料通道的液体燃料的环形敞开端部，其中喷射喷嘴包括具有指向偏转器的截头圆锥形部段的出口的喷嘴通道的环形阵列，并且喷嘴通道在截头圆锥形部段的外缘边的径向内侧。

在本说明书中构思并且公开了一种用于燃气涡轮机的燃料喷嘴组件，该组件包括：在液体燃料中心管的端部的导向喷嘴；与中心管同轴并且围绕中心管延伸的中管，其中用于吹扫空气的环形通道在中管和中心管之间；偏转器，偏转器包括圆柱形部段和从圆柱形部段向外延伸的截头圆锥形部段，其中圆柱形部段坐靠在导向喷嘴的外环形表面上、与导向喷嘴同轴、并且包括开口以将来自圆柱形部段的外表面的吹扫空气管道输送到形成于圆柱形部段和导向喷嘴之间的内环形管道；用于吹扫空气的环形通道，环形通道延伸到中管和偏转器的圆柱形部段的外表面之间，其中环形通道的出口邻近偏转器的圆柱形部段和截头圆锥形部段之间的接合部；以及喷射喷嘴，喷射喷嘴具有配置成接收来自中管和外管之间的燃料通道的液体燃料的环形敞开端部，其中喷射喷嘴包括具有与偏转器的截头圆锥形部段对准的出口的喷嘴通道的环形阵列，并且喷嘴通道在截头圆锥形部段的外缘边的径向内侧。

在本说明书中构思并且公开了一种雾化正由燃气涡轮机的燃烧器中的燃料喷嘴组件排出的液体燃料的方法，该方法包括：沿着偏转器的外表面在燃料喷嘴组件的排出端部段排出吹扫空气，其中偏转器具有圆柱形部段和从圆柱形部段向外延伸的截头圆锥形部段，并且外表面至少包括截头圆锥形部段的面对排出的吹扫空气的表面；将液体燃料排出到偏转器的外表面上，其中液体燃料在外表面上形成膜，并且在外表面上流动的吹扫空气在外表面上移动液体燃料；当液体燃料的膜在截头圆锥形部段的缘边上流动时，液体燃料被雾化；朝着截头圆锥形部段的缘边引导喷气空气以增强液体燃料的雾化；以及在燃料喷嘴组件的下游的燃烧区中燃烧液体燃料、喷气空气和吹扫空气。

附图说明

在下面进一步描述并且在附图中示出本发明的结构、操作和特征，其中：

图1是工业燃气涡轮机中的常规燃烧器的横截面图。

图2是安装到工业燃气涡轮机中的燃烧罐的端部壳体的燃料喷嘴组件的横截面图。

图3是图2中所示的燃料喷嘴组件的出口区域的横截面图。

图4是侧视图，在横截面中显示了安装在燃料喷嘴组件上的导向喷嘴和偏转器。

图5是作为燃料喷嘴组件的部件的喷射喷嘴的横截面的侧视图。

图6是作为燃料喷嘴组件的部件的偏转器的横截面的透视图。