[发明专利]用于多级燃烧器的分流器机构

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于将预定空气流引导到多级燃气涡轮燃烧系统中的设备和方法。更特别地，可互换的板定位在燃烧过程外部的空气流径内，以在主燃烧器级和母火(pilot)级之间划分空气流。

背景技术

为了减少来自燃气涡轮的污染排放量，政府机构已经颁布了许多法令，要求减少氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的量。较低的燃烧排放通常可归因于较高效的燃烧过程，尤其是关于燃料喷射器位置、空气流率和混合有效性。

早期的燃烧系统利用扩散型喷嘴，其中，燃料通过扩散在火焰区附近与燃料喷嘴外部的空气混合。扩散型喷嘴产生高排放，因为燃料和空气基本在相互接触之后就燃烧而未混合，而且以化学计量的方式在高温下燃烧，以保持充分的燃烧器稳定性和低的燃烧动态。

一种燃烧技术改进是使燃料和空气在燃烧之前预混合，形成均匀混合物的概念，混合物在比扩散型火焰更低的温度下燃烧，并且从而产生较低的NOx排放。预混合可在燃料喷嘴的内部或外部进行，只要它在燃烧区的上游即可。在图1中显示现有技术的预混合燃烧器的示例。燃烧器100具有多个燃料喷嘴102，它们各自将燃料喷射到预混合腔体104中，在那里，燃料与来自稳压室108的压缩空气106混合，然后进入燃烧室110。在燃烧之前将燃料和空气预混合在一起允许燃料和空气形成较均匀的混合物，当点燃时，混合物将较完全地燃烧，从而产生较低的排放。但是，在这个构造中，燃料相对而言在燃烧器的同一平面上喷射，而且防碍通过改变混合长度来进行改进的任何可能性。

可通过利用多个燃烧级来实现预混合燃烧和空气以及实现减少的排放的备选手段。为了提供具有多个燃烧级的燃烧器，混合且燃烧而形成热燃烧气体的燃料和空气还必须分级。通过控制传送到燃烧系统中的燃料和空气的量，可控制可用功率和排放。燃料可通过燃料系统内的一系列阀或通往特定燃料喷射器的专用燃料回路来分级。但是，考虑到发动机压缩机会供应大量空气，空气可能难以分级。实际上，由于燃气涡轮燃烧系统的一般设计，如图1中显示的那样，通往燃烧器的空气流典型地由燃烧衬套本身中的开口的大小控制，并且因此不可轻易地调节。

发明内容

本发明公开一种用于控制引导到多级燃烧系统中的空气流的量的设备和方法。更特别地，在本发明的实施例中，提供一种分流器机构，其包括定位成围绕燃烧衬套的环形板，环形板具有第一多个开口和第二多个开口，第一多个开口用于调整通往燃烧系统的主级的空气流，而第二多个开口则定位在第一多个开口的径向外侧，并且调整通往燃烧系统的母火级的空气流。分流器机构固定到燃气涡轮燃烧系统上，使得其可在现场被移除和更换，从而改变对燃烧系统的空气流分配。

在本发明的备选实施例中，提供多级燃烧系统，其中，在燃烧衬套的外部调整通往燃烧系统的多个级的空气流。燃烧系统包括包围燃烧衬套的流动套管和用于将空气流引导到母火级和主燃烧级中的分流器机构，以及从分流器机构延伸向燃烧衬套的入口的圆柱形流隔离器。

在本发明的又一个实施例中，公开一种改变燃烧系统的多个级之间的空气流分配的方法。该方法包括：提供燃烧系统，燃烧系统具有能够在燃烧器的两个级之间划分空气流的第一分流器机构；移除燃烧系统的一部分，以便接近第一分流器机构；移除第一分流器机构且用第二分流器机构代替它，第二分流器机构具有与第一分流器机构不同的空气流特性。然后重新安装燃烧系统的被移除的部分，并且发动机恢复运行。

将在后面的描述中部分地阐述本发明的额外的优点和特征，而且在审查以下内容之后，本发明的额外的优点和特征的一部分将对本领域技术人员变得显而易见，或者可从本发明的实践习得。现在将特别地参照附图来描述本发明。

附图说明

在下面参照附图详细地描述本发明，其中：

图1是现有技术的燃气涡轮发动机和燃烧系统的一部分的横截面。

图2是根据本发明的实施例的燃气涡轮燃烧器的横截面。

图3是燃气涡轮燃烧器的横截面，其描绘根据本发明的实施例的图2的燃烧器的多个运行级。

图4是根据本发明的实施例的图2的燃气涡轮燃烧器的一部分的透视图。

图5是根据本发明的实施例的图2的燃气涡轮燃烧器的一部分的详细横截面。

图6是根据本发明的实施例的图4的燃气涡轮燃烧器的横截面图。

图7是根据本发明的实施例的分流器机构的端视图。

图8是根据本发明的实施例的图7的可变流量计量板的局部横截面图。

图9是描绘根据本发明的实施例的改变通往燃烧系统的空气流的过程的流程图。