[发明专利]用于燃气涡轮机燃烧器的波瓣状喷射器

说明书

本发明涉及用于燃气涡轮机燃烧器的波瓣状喷射器，具体而言，涉及一种用于燃气涡轮机的烧嘴或混合器的波瓣状喷射器指状物，其包括前缘(23)，波瓣状后缘(24)，限定翼型件横截面并且在后缘(24)中会聚的第一和第二波状表面(40a,40b)，位于后缘(24)处用于在烧嘴或混合器中喷射油或燃料或载体空气的多个喷嘴(27)，以及从波瓣(28)的吸力侧突出的多个涡流发生器(42)，它们被第一和第二波状表面(40a,40b)限定并且定位成远离喷嘴(27)，以减少流分离和/或影响分离气泡的位置。

优先权要求

此申请要求2017年1月31日提交的欧洲专利申请No. 17154085.9的优先权，该专利申请的公开通过引用被结合。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机技术。其涉及根据权利要求1的前序部分用于燃气涡轮机燃烧器的波瓣状喷射器。

背景技术

为了实现高效率，在标准的燃气涡轮机中要求高涡轮入口温度。结果是，出现了高NOx排放水平和高寿命周期成本。这些问题可以通过连续燃烧循环来缓解，其中压缩机输送常规压缩机的压力比的大约两倍的压力比。主流穿过第一燃烧室(例如，使用如US 4,932,861中所公开的通常类型的烧嘴(burner)，也称作EV燃烧器，其中EV代表环保的)，一部分燃料在其中被燃烧。剩余的燃料在高压涡轮级处膨胀之后被添加并燃烧(例如，使用如US 5,431,018或US 5,626,017或US 2002/0187448中所公开类型的烧嘴，也称作SEV燃烧器或烧嘴，其中S代表连续的)。两种燃烧器都包含预混烧嘴，因为低NOx排放要求燃料和氧化剂的高混合质量。

图1中示出了具有连续燃烧的申请人的一个示例性燃气涡轮机。

图1的燃气涡轮机10包括转子11，转子11具有围绕机器轴线20旋转并被壳体12包围的多个叶片。空气在空气入口13处获取并且由压缩机14压缩。受压缩的空气被用来在第一(环形)燃烧器15中燃烧第一燃料，从而产生热气体。热气体驱动第一、高压(HP)涡轮16，然后在第二(环形、连续的)燃烧器17中被再加热，驱动第二、低压(LP)涡轮18且通过排放气体出口19离开燃气涡轮机10。

由于第二燃烧器17用第一燃烧器15的膨胀排放气体供给，操作条件允许燃料空气混合物的自发火(自燃)而不需要向混合物供应附加的能量。为了防止燃料空气混合物在混合区中的点火，其中的驻留时间一定不能超过自发火延迟时间。此标准确保了烧嘴内的无焰区。此标准对于跨越烧嘴出口区域获得燃料的适当分配提出了挑战。SEV烧嘴当前设计成用于仅以天然气和油操作。因此，燃料的动量通量相对于主流的动量通量进行调整，以便渗入涡流。燃料和氧化剂在混合区的出口处的连续混合正好足以允许低NOx排放(混合质量)并避免反闪(flashback)(驻留时间)，这可由燃料空气混合物在混合区中的自发火而导致。

已知在烧嘴和/或混合器中提供具有喷嘴的波瓣状指状物来喷射油/燃料和载体空气。在波瓣状指状物的喷嘴的出口处可能出现的一种现象是气体和油/燃料的混合物与指状物的分离。与流分离相关的不利之处是：弱压力梯度；与没有分离的情况相比在离喷嘴更大距离处生成的混合涡流；分离生成沿着流产生压力损失的气泡；并且分离区域在再热燃烧中是潜在的火焰保持器，而这增加了反闪风险。

通常，避免分离的条件是使得导致相对差的混合。例如，已知减小波瓣状喷射器的渗入角(见图6)。但这会导致压力梯度的降低以及不良混合。

发明内容

本发明因此基于以下目的，即提供能够避免上述分离并且同时提供增强混合的波瓣状喷射器。

这是通过用于燃气涡轮机的烧嘴或混合器的波瓣状喷射器指状物实现的，其包括前缘、波瓣状后缘、限定翼型件横截面并在后缘处会聚的第一和第二波状表面、位于后缘处用于在烧嘴或混合器中喷射油或燃料或载体空气的多个喷嘴、以及从波瓣的吸气侧突出的多个涡流发生器，涡流发生器由第一和第二波状表面限定并且定位成远离喷嘴以减少流分离和/或影响分离气泡的位置。