[发明专利]用于燃料喷嘴的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年6月11日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR A FUEL NOZZLE”的美国非临时专利申请14/302,028和于2014年6月28日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR A FUEL NOZZLE”的美国临时专利申请61/841,201的优先权和权益，上述所有申请通过引用整体合并于此以用于各种目的。

技术领域

本文公开的主题涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的系统和方法。

背景技术

燃气涡轮发动机用于领域非常广泛的应用中，例如发电、航空器以及各种机械装置。燃气涡轮发动机通常在燃烧器部燃烧燃料和氧化剂(例如，空气)以生成热燃烧产物，然后该产物驱动涡轮部中的一个或多个涡轮级。进而，涡轮部驱动压缩机部的一个或多个压缩机级。同样，燃料和氧化剂在燃烧器部中混合，然后燃烧产生热燃烧产物。燃气涡轮发动机通常包括一个或多个燃料喷嘴以将燃料与氧化剂混合。遗憾地是，燃料和氧化剂的不充分混合会导致增加的一氧化碳排放和/或降低的燃烧效率。此外，燃气涡轮发动机通常消耗大量空气作为氧化剂，并且输出相当大量的排气进入大气。也就是说，排气通常作为燃气涡轮运行的副产物被浪费。

发明内容

下面概述在范围上与最初要求保护的发明匹配的某些实施例。这些实施例并不旨在限制要求保护的发明的范围，相反这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简短概括。事实上，本发明可能包含可与下面阐述的实施例类似或不同的各种形式。

在第一实施例中，一种系统包括氧化剂压缩机和燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括具有涡轮燃烧器的燃烧器部。该涡轮燃烧器包括多个扩散燃料喷嘴。多个扩散燃料喷嘴中的每一个包括被配置为通过多个第一氧化剂开口注入第一氧化剂的第一氧化剂导管。多个第一氧化剂开口被配置为在第一旋转方向上施加涡旋运动到第一氧化剂。多个扩散燃料喷嘴中的每一个还包括被配置为通过多个第一燃料开口注入第一燃料的第一燃料导管。第一燃料导管环绕第一氧化剂导管并且多个第一燃料开口被配置为在第二旋转方向上施加涡旋运动到第一燃料。多个扩散燃料喷嘴在的每一个还包括第二氧化剂导管，其被配置为通过多个第二氧化剂开口注入第二氧化剂。第二氧化剂导管环绕第一燃料导管并且多个第二氧化剂开口被配置为在第三旋转方向上施加涡旋运动到第二氧化剂。燃气涡轮发动机还包括由来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮以及由该涡轮驱动的排气压缩机。排气压缩机被配置为压缩且输送排气流到涡轮燃烧器，并且氧化剂压缩机被配置为压缩且输送第一氧化剂和第二氧化剂到涡轮燃烧器。

在第二实施例中，一种系统包括扩散燃料喷嘴，该扩散燃料喷嘴包括第一氧化剂导管，该第一氧化剂导管被配置为通过多个第一氧化剂开口注入第一氧化剂。所述多个第一氧化剂开口被配置为在第一旋转方向上施加涡旋运动到第一氧化剂。扩散燃料喷嘴还包括第一燃料导管，该第一燃料导管被配置为通过多个第一燃料开口注入第一燃料。第一燃料导管环绕第一氧化剂导管，并且所述多个第一燃料开口被配置为在第二旋转方向上施加涡旋运动到第一燃料。扩散燃料喷嘴还包括第二氧化剂导管，该第二氧化剂导管被配置为通过多个第二氧化剂的开口注入第二氧化剂。第二氧化剂导管环绕第一燃料导管，并且所述多个第二氧化剂开口被配置为在第三旋转方向上施加涡旋运动到第二氧化剂。

在第三实施例中，一种方法包括从第一氧化剂导管通过扩散燃料喷嘴的多个第一氧化剂开口在第一周向方向上将第一氧化剂注入涡轮燃烧器，从第一燃料导管通过扩散燃料喷嘴的多个第一燃料开口在第二周向方向上将第一燃料注入涡轮燃烧器，从第二氧化剂导管通过扩散燃料喷嘴的多个第二氧化剂开口在第三周向方向上将第二氧化剂注入涡轮燃烧器，以及在扩散燃料喷嘴下游的涡轮燃烧器内扩散燃烧第一氧化剂、第一燃料和第二氧化剂。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更容易被理解，其中相似符号在整个附图中代表相似部件，其中：

图1是具有耦连到烃类生产系统的基于涡轮的服务系统的系统实施例的示意图；

图2是图1的系统实施例的示意图，其进一步示出控制系统和组合循环系统；

图3是图1和图2的系统实施例的示意图，其进一步示出燃气涡轮发动机、排气供应系统和排气处理系统的细节；

图4是用于运行图1-3的系统的过程实施例的流程图；