[发明专利]冲击冷却的燃烧器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及具有能够在可变的燃料范围内满足强制排放水平和期望的输出要求的采用射流搅拌（jet stirred）设计和类似设计的带有衬套（liner）冷却系统的燃烧器的燃气涡轮发动机。

背景技术

燃气涡轮发动机的操作效率一般地随着热燃烧气体流的温度升高而增大。但是，更高的燃烧气体流温度会导致产生更高水平的氮氧化物（NO_x）和其他类型的不期望的排放物。这些排放物要符合美国的联邦和州的法规，并且还要符合类似的国外法规。此外，燃气涡轮发动机和发电厂的融资经常要服从国际排放标准。因此，在有效温度范围内操作燃气涡轮发动机、与还确保氮氧化物和其他类型受管制排放物的输出良好地保持在强制水平之内两者之间存在平衡协调。很多其他类型的操作参数也可以改变以提供这种优化平衡。

燃气涡轮发动机的操作者等更喜欢根据可用性和价格在不同时刻使用不同类型的燃料。例如，液体燃料（例如重燃料油）可能在某些时候在某些场所易于得到。但是，重燃料油在某些燃烧温度以上会高度转化成氮氧化物。具体地，液体燃料（例如重燃料油）在燃料固有氮（fuel bound nitrogen）方面可能高。结果，这些燃料一般需要使用选择性催化还原等来降低排放水平。但是，这些处理会增大燃气涡轮发动机的总操作成本和总体复杂度。

因此，期望一种能够有效地燃烧从天然气到液体燃料的各种类型燃料并同时保持总排放合规的用于燃气涡轮发动机的燃烧器。有利地，这种燃烧器可以被充分地冷却以获得长部件寿命，而不会损害有效的总体操作和产出。

发明内容

本发明提供一种与燃气涡轮发动机一起使用的燃烧器。该燃烧器可以包括涡轮机喷嘴和与涡轮机喷嘴成一体的衬套冷却系统。衬套冷却系统可以包括衬套和冲击套筒，衬套上具有一个或多个冷却特征。

优选的，所述涡轮机喷嘴包括一级喷嘴。

优选的，所述涡轮机喷嘴包括燃料喷射器。

优选的，所述燃烧器包括射流搅拌燃烧器。

优选的，所述衬套冷却系统包括位于所述衬套和所述冲击套筒之间的气隙。

优选的，所述一个或多个冷却特征包括多个肋状件。

优选的，所述衬套包括上面具有热障涂层的合金。

优选的，所述衬套包括一个或多个扩散孔。

优选的，所述冲击套筒包括多个冲击孔。

优选的，所述多个冲击孔包括多个变化形状的冲击孔。

优选的，所述冲击套筒包括具有多个顶部冲击孔的顶侧。

优选的，所述冲击套筒包括具有多个底部冲击孔的底侧。

优选的，所述冲击套筒包括多个冷却特征冲击孔。

优选的，所述冲击套筒包括具有多个头端冲击孔的头端。

本发明还提供一种冷却燃烧器的方法。该方法可以包括如下步骤：利用与涡轮机喷嘴成一体的衬套冷却系统限定燃烧区，使空气围绕燃烧器的头端流动从而通过冲击套筒冲击冷却衬套冷却系统的衬套，并且通过一个或多个衬套表面冷却特征进一步冷却衬套。

本发明还可以提供一种与燃气涡轮发动机一起使用的射流搅拌燃烧器。该射流搅拌燃烧器可以包括一级喷嘴和与该一级喷嘴成一体的衬套冷却系统。衬套冷却系统可以包括衬套、冲击套筒和位于衬套与冲击套筒之间的气隙，衬套上具有一个或多个冷却特征。

优选的，所述一个或多个冷却特征包括多个肋状件。

优选的，所述冲击套筒包括具有多个顶部冲击孔的顶侧。

优选的，所述冲击套筒包括具有多个底部冲击孔的底侧。

优选的，所述冲击套筒包括具有多个头端冲击孔的头端。

在结合多个附图和所附权利要求书阅读下文详细描述之后，本发明的这些和其他特征和改进对于本领域普通技术人员将显而易见。

附图说明

图1是具有压缩机、燃烧器和涡轮机的燃气涡轮发动机的示意图。

图2是可以与图1的燃气涡轮发动机一起使用的燃烧器的示意图。

图3是如本说明书描述的燃烧器的一部分的透视图。

图4是图3的燃烧器的衬套冷却系统的俯视透视图。

图5是图3的燃烧器的衬套冷却系统的仰视透视图。

图6是图3的燃烧器的衬套冷却系统的正视平面图。

图7是图3的燃烧器的衬套冷却系统的侧视透视图。

图8是图3的燃烧器的衬套的一部分的透视图。

图9是如本说明书描述的多个燃烧器部段的透视图。

具体实施方式