[发明专利]筒环形燃气轮机发动机中的浓淡轴向级燃烧

说明书

关于联邦政府资助开发的声明

本发明的开发由美国能源部授予的合同No.DE-FC26-05NT42644部分地支持。相应地，美国政府具有本发明的一些权利。

技术领域

本发明涉及筒环形燃气轮机发动机，更具体地说，涉及一种筒环形燃气轮机发动机的燃烧级布置。

背景技术

图1示出筒环形燃气轮机发动机110的中间框架设计的常规设计。压缩器111将压缩空气引导通过轴向扩散器113而进入夹层空间117中，之后，压缩空气翻转，并进入定位在燃烧器112周围的套筒122。压缩空气与来自燃烧器112的各燃料级119的燃料混合，空气燃料混合物在燃烧器112的级121处点火。由于空气燃料混合物的点火，产生热燃烧气体，热燃烧气体穿过燃烧器112进入过渡部114中，过渡部以一定角度将热燃烧气体引入涡轮115中。

在常规筒环形燃气轮机发动机中，淡空气/燃料混合物在燃烧器112的级121处点火。然而，在高负荷和高温度下，由于淡空气/燃料混合物点火，各排放物比如氮氧化合物(NO_X)在热燃烧气体内产生，这些排放物可超过法律允许的范围。另外，如果浓空气/燃料混合物在燃烧器112的级121处点火，则产生的燃烧气体的温度不足以燃烧存在于燃烧气体内的碳氢化合物，由此，碳氢化合物也会超过法律允许的范围。

除了上面讨论的常规设计，Beebe的美国专利No.6192688公开了一种燃气涡轮发动机中的燃烧级布置，其中，淡空气燃料混合物从上游级在下游级处注入燃烧气体中，在上游级，淡空气燃料预混合物燃烧以产生燃烧气体。另外，Gensler等人的美国专利No.5271729和Suesada等人的美国专利No.5020479也提出了其它燃烧级设计。

在本发明中，本发明人对筒环形燃气轮机发动机的燃烧级设计进行了各种改进，以克服常规燃烧级设计的显著缺点。

发明内容

本发明涉及一种燃气轮机发动机，包括：筒环形燃烧器；过渡部，在所述燃烧器和涡轮之间流体连通；燃烧器延伸器，在所述燃烧器和所述过渡部之间流体连通；多个壁开口，穿过所述燃烧器延伸器形成；以及燃料歧管，沿所述燃烧器延伸器的外表面延伸，所述燃料歧管包括多个燃料喷嘴，所述多个燃料喷嘴对准成将燃料输送通过相应多个壁开口，

其中，所述燃气轮机发动机还包括：混合器，定位在所述燃料歧管和所述燃烧器延伸器的外表面之间，位于多个壁开口中的每个处，所述混合器包括与相应燃料喷嘴对准的第一开口和第二开口，所述第一开口接收来自相应燃料喷嘴的燃料，所述第二开口接收空气流；以及勺部，定位在多个壁开口中的每个处，所述勺部构造成从所述混合器接收燃料和空气流，所述勺部还构造成将燃料和空气流的空气燃料混合物引导进相应壁开口中，

其中，所述燃料歧管的每个燃料喷嘴包括阀，以可调节地改变被引导进第一开口中的燃料的容积流率，并可调节地改变被引导进相应壁开口中的空气燃料混合物的等值比，

其中，所述燃烧器布置成燃烧具有小于1的等值比的淡空气燃料混合物，

其中，所述阀被调节成使得具有大于1的等值比的浓空气燃料混合物被引导进相应壁开口中。

优选地，所述混合器的第二开口是环形工口，以接收空气流，并且其中，所述第一开口形成在所述混合器的中央横截面区域中。

优选地，所述勺部采取朝向燃烧器延伸器内部向内倾斜的锥形形状。

优选地，所述多个壁开口沿所述燃烧器延伸器的外表面的外周形成，并且其中，所述燃料歧管构造成沿所述燃烧器延伸器的外表面的外周延伸。

优选地，所述燃气轮机发动机还包括：位于所述燃烧器的外表面周围的套筒，所述套筒包括供给线以将燃料引导至所述燃料歧管；控制器，基于超过阀值负荷的燃气轮机发动机负荷，将燃料供给通过所述供给线到达所述燃料歧管。

优选地，穿过所述燃烧器延伸器形成的多个壁开口是椭圆形的。

附图说明

参考附图在下面描述中说明本发明，附图中：

图1是现有技术燃气轮机发动机的剖面图；

图2是燃气轮机发动机中的轴向级燃烧布置的剖面图；

图3是图2的轴向级燃烧布置的燃料歧管的剖面图；

图4是燃烧气体的温度与用在图2的轴向级燃烧布置内的热燃烧气体的Phi的关系的图表；以及

图5是描绘燃气轮机发动机中的轴向级燃烧的方法的流程图。

具体实施方式