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    燃气轮机 弹性 燃料 喷射器
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    摘要
    申请专利号:

    CN200980137772.7

    申请日:

    2009.03.03

    公开号:

    CN102165253A

    公开日:

    2011.08.24

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F23C 7/00申请日:20090303|||公开
    IPC分类号: F23C7/00; F23R3/14; F23R3/28 主分类号: F23C7/00
    申请人: 西门子能源公司
    发明人: W. R. 拉斯特; 蔡卫东; T. A. ??怂? K. L. 兰德里
    地址: 美国佛罗里达州
    优先权: 2008.09.26 US 61/100448; 2009.01.20 US 12/356131
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 崔幼平
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200980137772.7

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2015.04.01|||2011.10.05|||2011.08.24

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    用于具有差异至少约为二倍关系的能量密度的替代燃料(26A、26B)的燃料喷射器(36)。叶瓣(47B)从具有第一和第二燃料供应通道(19A、19B)的燃料输送管结构(20B)径向延伸。每个叶瓣具有与相应燃料供应通道连通的第一和第二径向通路(21A、21B)以及在叶瓣的相应径向通路和表面(49)之间的第一和第二组孔口(23A、23B)。第一燃料供应通道、第一径向通路和第一孔口形成在给定背压下提供第一燃料流率的第一燃料输送路径。第二燃料供应通道、第二径向通路和第二孔口形成在给定背压下提供第二燃料流率的第二燃料输送路径,该第二燃料流率可以是第一燃料流率的至少约两倍。

    权利要求书

    1.一种用于具有不同能量密度的替代燃料的燃气轮机燃料喷射器,包括:第一和第二主要燃料输送路径,其通过主要燃料输送管结构、通过从其径向延伸的叶瓣并且通过所述叶瓣的外部表面内的相应第一和第二组孔口而离开;其中所述第一主要燃料输送路径在给定背压下提供第一主要燃料流率,并且所述第二主要燃料输送路径在所述给定背压下提供第二主要燃料流率,由于与所述第一主要燃料输送路径相比,所述第二主要燃料输送路径的相应部分中具有较大横截面面积,所以该第二主要燃料流率是所述第一主要燃料流率的至少约两倍。2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃料喷射器,包括:在所述主要燃料输送管结构内的第一和第二主要燃料供应通道,其交替地供应相应第一主要燃料和第二主要燃料;在第一组叶瓣中的每个叶瓣内与所述第一主要燃料供应通道连通的第一径向通路;在第二组叶瓣中的每个叶瓣内与所述第二主要燃料供应通道连通的第二径向通路;在所述第一组叶瓣中的所述每个叶瓣的所述第一径向通路和外部表面之间开口的第一组孔口;在所述第二组叶瓣中的所述每个叶瓣的所述第二径向通路和外部表面之间开口的第二组孔口;所述第一主要燃料供应通道、所述第一径向通路和所述第一组孔口形成所述第一主要燃料输送路径;并且所述第二主要燃料供应通道、所述第二径向通路和所述第二组孔口形成所述第二主要燃料输送路径。3.根据权利要求2所述的燃料喷射器,其中所述第一组叶瓣和所述第二组叶瓣是相同的组,其中所述相同的组中的每个叶瓣包括所述第一径向通路中的至少一个和所述第二径向通路中的至少一个。4.根据权利要求3所述的燃料喷射器,其中所述相同的组中的每个叶瓣包括前部和后部,所述前部基本对齐于燃烧进入空气供应的流动方向,所述后部相对于所述燃烧进入空气供应的所述流动方向成角度,并且所述第一和第二径向通路处于所述叶瓣的所述前部内。5.根据权利要求4所述的燃料喷射器,其中所述第二组孔口中的一些孔口在所述叶瓣的压力侧开口,并且所述第二组孔口中的一些孔口在所述叶瓣的吸力侧开口。6.根据权利要求3所述的燃料喷射器,还包括在所述第二主要燃料供应通道和每个所述第二径向通路之间的圆角或渐变过渡区域,其中相对于所述给定背压下所述第一径向通路中第一主要燃料流动中的湍流,所述圆角或渐变过渡区域减少所述给定背压下所述第二径向通路中第二主要燃料流动中的湍流。7.根据权利要求6所述的燃料喷射器,其中所述第二主要燃料输送路径还包括:在所述相同的组中的每个叶瓣中的第三径向通路,所述第二和第三径向通路均连通所述第二主要燃料供应通道;其中所述圆角或渐变过渡区域包括所述第二和第三径向通路的近端的扩大且圆角的公共体积;以及其中在所述第二和第三径向通路之间的分隔物具有近端,该近端从所述第二主要燃料供应通道径向向外地开始,从而形成均衡充压,该均衡充压减少所述第二和第三径向通路的所述近端处的上游/下游主要燃料压力差。8.根据权利要求2所述的燃料喷射器,其中所述第一组叶瓣中的每个叶瓣包括相对于进入空气供应的流动方向成角度的后边缘,并且所述第二组叶瓣中的每个叶瓣被直接定位在所述第一组叶瓣中的相应叶瓣的上游。9.安装在燃气轮机燃烧器内的根据权利要求1所述的燃料喷射器,其中所述燃烧器还包括:辅助燃料输送管结构;在所述辅助燃料输送管结构内的第一和第二辅助燃料供应通道,其交替地供应相应第一和第二辅助燃料;在所述辅助燃料输送管结构的端部上的辅助燃料扩散喷嘴;在所述辅助燃料扩散喷嘴内与所述第一辅助燃料供应通道连通的第一组辅助燃料扩散端口;在所述辅助燃料扩散喷嘴内与所述第二辅助燃料供应通道连通的第二组辅助燃料扩散端口;其中所述第一辅助燃料供应通道和所述第一组辅助燃料扩散端口在给定辅助燃料背压下提供第一辅助燃料流率;并且其中所述第二辅助燃料供应通道和所述第二组辅助燃料扩散端口在所述给定背压下提供第二辅助燃料流率,该第二辅助燃料流率是所述第一辅助燃料流率的至少约两倍。10.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其中:所述输送管结构包括同轴圆筒形内管和外管,从而在所述内管和外管之间形成环形第一主要燃料供应通道,并且提供在所述内管内的第二主要燃料供应通道;所述第一主要燃料输送路径包括在所述叶瓣内与所述第一主要燃料供应通道连通的第一径向通路;所述第二主要燃料输送路径包括在所述叶瓣内与所述第二主要燃料供应通道连通的第二和第三径向通路;所述第一径向通路处于所述第二和第三径向通路的上游;以及在所述第二和第三径向通路之间的分隔物具有近端,该近端从所述第二主要燃料供应通道径向向外地开始,从而形成减小所述第二和第三径向通路的近端处的上游/下游主要燃料压力差的均衡充压。11.一种用于具有不同能量密度的替代燃料的燃气轮机燃料喷射器,包括:从主要燃料输送管结构径向延伸的多个叶瓣;在所述主要燃料输送管结构内的第一和第二主要燃料供应通道,其交替地供应相应的第一主要燃料和第二主要燃料;在第一组叶瓣中的每个叶瓣内与所述第一主要燃料供应通道连通的第一径向通路;在第二组叶瓣中的每个叶瓣内与所述第二主要燃料供应通道连通的第二径向通路;在所述第一组叶瓣的所述每个叶瓣的所述第一径向通路和外部表面之间开口的第一组孔口;在所述第二组叶瓣的所述每个叶瓣的所述第二径向通路和外部表面之间开口的第二组孔口;所述第一主要燃料供应通道、所述第一径向通路和所述第一组孔口形成在给定背压下具有第一主要燃料流率的第一主要燃料输送路径;所述第二主要燃料供应通道、所述第二径向通路和所述第二组孔口形成具有第二主要燃料流率的第二主要燃料输送路径,其中所述第二主要燃料流率与所述第一主要燃料流率相差至少约二倍。12.根据权利要求11所述的燃料喷射器,其中所述第一和第二组叶瓣是相同的组,其中所述相同的组中的每个叶瓣包括所述第一径向通路中的至少一个和所述第二径向通路中的至少一个。13.根据权利要求12所述的燃料喷射器,其中所述相同的组中的每个叶瓣包括前部和后部,所述前部基本对齐于进入空气供应的流动方向,所述后部相对于所述进入空气供应的所述流动方向成角度,并且所述第一和第二径向通路处于所述叶瓣的所述前部内。14.根据权利要求13所述的燃料喷射器,其中所述第二组孔口中的一些孔口在所述叶瓣的压力侧开口,并且所述第二组孔口中的一些孔口在所述叶瓣的吸力侧开口。15.根据权利要求12所述的燃料喷射器,其中由于与所述第一主要燃料输送路径相比,所述第二主要燃料输送路径的相应部分中具有较大横截面面积,所以所述第二流率在所述给定背压下是所述第一流率的至少两倍。16.根据权利要求15所述的燃料喷射器,还包括在所述第二主要燃料供应通道和每个所述第二径向通路之间的圆角或渐变过渡区域,其中相对于所述给定背压下所述第一径向通路中第一主要燃料流动中的湍流,所述圆角或渐变过渡区域减少所述给定背压下所述第二径向通路中第二主要燃料流动中的湍流。17.根据权利要求16所述的燃料喷射器,其中所述第二主要燃料输送路径还包括:在所述相同的组中的每个叶瓣中的第三径向通路,所述第二和第三径向通路均连通所述第二主要燃料供应通道;其中所述圆角或渐变过渡区域包括所述第二和第三径向通路的近端的扩大且圆角的公共体积;以及其中在所述第二和第三径向通路之间的分隔物具有近端,该近端从所述第二主要燃料供应通道径向向外地开始,从而形成均衡充压,该均衡充压减少所述第二和第三径向通路的所述近端处的上游/下游主要燃料压力差。18.根据权利要求11所述的燃料喷射器,其中所述第一组叶瓣各自包括相对于燃烧进入空气供应的流动方向成角度的后边缘,并且所述第二组中的每个叶瓣被直接定位在所述第一组叶瓣中的相应叶瓣的上游。19.安装在燃气轮机燃烧器内的根据权利要求11所述的燃料喷射器,其中所述燃烧器还包括:辅助燃料输送管结构;在所述辅助燃料输送管结构内的第一和第二辅助燃料供应通道,其交替地供应相应第一主要燃料和第二主要燃料作为相应第一和第二辅助燃料;在所述辅助燃料输送管结构的端部上的辅助燃料扩散喷嘴;在所述辅助燃料扩散喷嘴内与所述第一辅助燃料供应通道连通的第一组辅助燃料扩散端口;在所述辅助燃料扩散喷嘴内与所述第二辅助燃料供应通道连通的第二组辅助燃料扩散端口;其中所述第一辅助燃料供应通道和所述第一组辅助燃料扩散端口在给定辅助燃料背压下提供第一辅助燃料流率;其中所述第二辅助燃料供应通道和所述第二组辅助燃料扩散端口在所述给定辅助燃料背压下提供第二辅助燃料流率,该第二辅助燃料流率与所述第一辅助燃料流率相差至少约两倍。20.一种用于替代燃料的燃气轮机燃料喷射器,包括:从燃料输送管结构径向延伸的多个叶瓣;在所述燃料输送管结构内的第一和第二燃料供应通道;在每个叶瓣内的第一和第二径向通路,所述第一和第二径向通路与相应燃料供应通道连通;在所述叶瓣的相应径向通路和外部表面之间的第一和第二组孔口;所述第一燃料供应通道、所述第一径向通路和所述第一组孔口形成在给定背压下提供第一燃料流率的第一燃料输送路径;所述第二燃料供应通道、所述第二径向通路和所述第二组孔口形成在所述给定背压下提供第二燃料流率的第二燃料输送路径,其中所述第二燃料流率是所述第一燃料流率的至少二倍;其中通过所述第一和第二燃料输送路径的相应部分的不同横截面面积以及通过在所述第二燃料供应通道和每个所述第二径向通路之间的圆角过渡区域来实现所述第一和第二燃料流率之间的差异;并且其中第一燃料被供应到所述第一燃料供应通道,并且交替地,具有所述第一燃料的约一半或更小能量密度的第二燃料被供应到所述第二燃料供应通道。

    说明书

    燃气轮机的弹性燃料喷射器

    本申请要求申请日为2008年9月26日的美国临时申请号61/100,448的权益。

    关于联邦政府资助研发的声明

    本发明的研发是由美国能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42644所部分支持的。因此,美国政府对本发明具有一定权利。

    技术领域

    本发明涉及燃烧发动机,例如燃气轮机,并且更具体地涉及为具有非常不同的能量密度的气态燃料提供替代路径的燃料喷射器。

    背景技术

    在燃气涡轮发动机中,来自压缩机段的空气和来自燃料供应的燃料在燃烧段内混合在一起并燃烧。燃烧产物流动通过涡轮段,在此它们膨胀并转动中心轴。在罐-环燃烧器构造中,圆形阵列的燃烧器被安装成围绕涡轮轴。每个燃烧器可具有由多个主要燃料喷射器围绕的中心辅助燃烧炉。形成中心辅助火焰区和主要燃料/空气混合区。辅助燃烧炉产生稳定火焰,而喷射器传输混合的燃料和空气流,其流过辅助火焰区进入主要燃烧区。在燃烧期间释放的能量在下游被涡轮叶片所捕获,涡轮叶片使轴转动。

    为了确保最佳燃烧器性能,优选的是良好地混合相应的燃料-空气流从而避免出现局部富集燃料的区域。因此,已经做出努力来生产具有基本均一分布的燃料和空气的燃烧器。旋流器元件被用于产生空气和喷射燃料均匀混合的燃料和空气流。在这样的旋流器元件中存在孔来释放从歧管供应的燃料,所述歧管被设计成提供理想量的给定流体燃料,例如燃料石油或天然气。

    燃料可用性、相对价格或二者可以是燃气轮机操作的因素,因此不仅对效率和清洁操作有兴趣,而且对于在给定涡轮单元中提供燃料选择有兴趣。因此,在本领域中双燃料装置是已知的。

    合成气体或合成气是气体混合物,其包含通过使得含碳燃料(例如煤)气化成具有热值的气态产物所得到的不同量的一氧化碳和氢。现代涡轮燃料系统设计应该能够不仅在液体燃料和天然气的情况下工作,而且应该能够在合成气体的情况下工作,合成气体与天然气相比每单位体积具有更小的BTU(英制热量单元)能量值?;姑挥惺实钡亟饩稣庵止娣?。因此,需要一种弹性燃料混合装置,其使用具有低能量密度的燃料(例如合成气)及较高能量燃料(例如天然气)来提供有效工作。

    附图说明

    参考附图在下述说明中解释本发明,附图中:

    图1是现有技术燃气轮机燃烧器的侧面剖视图。

    图2是沿与涡轮轴线正交的平面截取的燃气轮机内现有技术罐-环燃烧器的原理剖视图。

    图3是使用喷射器旋流器叶瓣的现有技术喷射器的侧面剖视图。

    图4是现有技术喷射器叶瓣的横向剖视图。

    图5是根据本发明各方面的弹性燃料喷射器的侧面剖视图。

    图6是图5的弹性燃料喷射器叶瓣的横向剖视图。

    图7是弹性燃料喷射器第二实施例的侧面剖视图。

    图8是图7的弹性燃料喷射器叶瓣的横向剖视图。

    图9是第三实施例中的弹性燃料喷射器叶瓣的横向剖视图。

    图10是根据本发明各方面的弹性燃料辅助喷嘴的原理侧面剖视图。

    图11是弹性燃料喷射器第四实施例的侧面剖视图。

    具体实施方式

    图1示出了现有技术燃气轮机燃烧器10的示例,其一些方面可以被应用到本发明。外壳底座12具有附连表面14。辅助燃料输送管16具有辅助燃料扩散喷嘴18。燃料入口24向具有喷射端口22的主要燃料输送管结构20提供主要燃料供应。主要燃烧区28被形成在辅助火焰区38下游的衬套30内。辅助锥体32具有发散端34,该发散端34在主要旋流器组件36的下游从辅助燃料扩散喷嘴18附近突出。辅助火焰区38形成在主要燃烧区28附近且在其上游的辅助锥体32内。

    来自压缩机42的压缩空气40在支撑肋板44之间流动通过旋流器组件36。在每个主要旋流器组件36内,多个旋流器叶瓣46在主要燃料喷射端口22上游产生空气湍流从而使压缩空气40和燃料26混合以形成燃料/空气混合物48。燃料/空气混合物48流入主要燃烧区28,其在此燃烧。一部分压缩空气50通过位于辅助旋流器组件54内部的一组叶瓣52进入辅助火焰区38。压缩空气50在辅助锥体32内与辅助燃料56相混合并且流入辅助火焰区38,其在此燃烧。辅助燃料56可以在辅助火焰前沿处扩散到空气供应50内,从而与主要燃料/空气混合物48相比在辅助火焰前沿(flame?front)处提供更富集的混合物。这在所有工作情况下均保持稳定的辅助火焰。

    主要燃料26和辅助燃料56可以是相同类型燃料或不同类型燃料,如本受让人在2006年6月16日提交的美国专利申请11/454,698中所公开的,该申请并入本文以供参考。例如,天然气可以用作主要燃料,同时二甲醚(CH3OCH3)用作辅助燃料。

    图2是现有技术燃烧器10的示意性剖视图,其以罐-环构造被安装在带有壳体17的燃气轮机11内。这个视图是在与涡轮轴线15正交的剖视平面上被截取的,并且示出了圆形阵列的燃烧器10,每个燃烧区10具有在主要燃料输送管20上带有旋流器叶瓣46的旋流器组件36。本发明涉及旋流器组件36和辅助燃料喷嘴18的弹性燃料设计。本发明可以被应用到图2的构造,不过不限于该构造。

    图3和图4示出了现有技术的主要燃料喷射器和旋流器组件36(如本受让人的美国专利申请10/255,892中所公开的)的基本方面。燃料供应通道19将燃料26供应到叶瓣47A内的径向通路21,该径向通路21径向延伸自燃料输送管结构20A。燃烧进入空气40流过叶瓣47A。燃料26从叶瓣的径向通路21和外部表面49之间开口的孔口23被喷射到空气40中。叶瓣47A被成形为在燃料/空气混合物48中产生湍流或漩涡。

    图3和图4的现有设计可以使用具有类似粘度和能量密度的替代燃料,不过对于具有高度不同的粘度或能量密度的替代燃料而言不能良好工作。合成气的能量密度少于天然气的能量密度的一半,所以合成气的喷射器流率必须是天然气的至少两倍。这导致对于这两种燃料而言需要非常不同的喷射器设计规范。

    多年来一直改善现有的旋流器组件36以便达到不断增加的性能标准。改变已验证的旋流器设计会削弱其性能。例如,增加叶瓣47A的厚度来适应较低能量密度燃料的较宽径向通路会增加通过旋流器组件的压力损失,因为通过它们的开口区域会更小。为了克服这种问题,对于低燃料密度燃料而言提供更高的燃料压力而不是较宽的通路。不过,这会导致其他复杂性和昂贵的问题。因此,理想的是尽可能保持旋流器组件关于第一燃料(例如天然气)的当前设计方面,且同时增加替代地使用较低能量密度燃料(例如合成气体)的能力。

    图5和图6示出了根据本发明的燃料喷射器的各方面。第一和第二燃料供应通道19A和19B替代地/交替地(alternately)将相应的第一和第二燃料26A和26B供应到叶瓣47B内相应的第一和第二径向通路21A、21B,所述第一和第二径向通路21A、21B径向延伸自燃料输送管结构20B。燃料输送管结构20B可以如所示被形成为同心管,或者可以被形成为其他管构造。燃烧进入空气40流过叶瓣47B。第一燃料26A从在叶瓣的第一径向通路21A和外部表面49之间形成的第一孔口23A被喷射到空气40中??裳≡竦?,第二燃料26B从在叶瓣的第二径向通路21B和外部表面49之间形成的第二孔口23B被喷射到空气40中。叶瓣47B可以被成形为在燃料/空气混合物48中产生湍流,例如借助于漩涡或其他手段,并且叶瓣47B可以如空气动力学中所知的那样具有压力侧49P和吸力侧49S。

    第一燃料输送路径19A、21A、23A在给定背压下提供第一流率。这里“背压”意味着由运动流体所流经通路内的堵塞、弯曲和湍流所施加在运动流体上与流动方向相反的压力。为了适应具有不同能量密度的燃料,第二燃料输送路径19B、21B、23B在大约所述给定背压下提供第二流率。第一和第二流率彼此之间的差异可以是至少两倍关系。这种差异可以是通过两种燃料输送路径的一个或更多个相应部分的不同横截面面积来实现的,如流体动力学所公知的,并且可以通过两种路径内形状的不同来增强这种差异。例如,已经发现在第二燃料供应通道19B和第二径向通路21B之间的圆角或渐变过渡区域25实质上增加给定背压下的第二燃料流率,这是因为减小了径向通路21B内的湍流。这样的过渡区域可以如所示采用弯曲形式,或者可以采用渐变形式,例如45度过渡段??梢匀缢驹谂缟淦鞯闹嵯蚱矫婺谑迪止汕?5的圆角或渐变化,并且/或者可以在与流动方向40正交的平面内(未示出)实现过渡区域25的圆角或渐变化。

    图6示出了如图5所示的燃料喷射器叶瓣47B的截面图,其具有压力侧49P、吸力侧49S、前部F和后部B。前部F可以平行于进入空气供应40的流动方向延伸从而容纳叶瓣47B内的第二径向通路21B和孔口23B。通过使得前部F延伸成与空气流动共线,在压力侧和吸力侧49P、49S之间的压力差产生在孔口23A、23B的下游。这允许来自叶瓣47B的两侧49P、49S的给定径向通路21A、21B的孔口的燃料喷射率近似相等??梢栽诓辉黾右栋昕矶鹊那榭鱿乱哉庵址绞绞挂栋暄由?,因而保持第一燃料元件21A、23A的已知设计方面并且最小化通过旋流器组件36的燃料/空气混合物48的压力损失。

    图7和图8示出了本发明第二实施例的各方面。第一燃料供应通道19A向叶瓣47C内的第一径向通路21A提供第一燃料26A,该第一径向通路21A从燃料输送管结构20B径向延伸??商娲?,第二燃料供应通道19B向叶瓣47C内的第二和第三径向通路21C、21D提供第二燃料26B。燃料输送管结构20B可以被形成为如所示的同心管,或者可以被形成为其他管构造。燃烧进入空气40流过叶瓣47C。第一燃料26A从在叶瓣的第一径向通路21A和外部表面49之间形成的第一孔口23A喷射到空气40中??裳≡竦?,第二燃料26B从在叶瓣的相应第二和第三径向通路21C、21D和外部表面49之间形成的第二和第三组孔口23C、23D喷射到空气40中。叶瓣47C可以被成形为在燃料/空气混合物48中产生湍流,例如借助于漩涡或其他手段,并且可以具有压力侧和吸力侧49P、49S。

    第一燃料输送路径19A、21A、23A在给定背压下提供第一流率。为了适应具有不同能量密度的燃料,第二燃料输送路径19B、21C、21D、23C、23D在所述给定背压下提供第二流率。第一和第二流率的差异可以是至少两倍的关系。这种差异可以是通过提供第一和第二燃料输送路径的一个或更多个相应部分的不同横截面面积来实现的,并且可以通过两种路径的形状的不同而得以增强。已经发现在燃料供应通道19B和第二和第三径向通路21C、21D之间的过渡区域31增加给定背压下的燃料流率,这是因为减小了燃料湍流。通过如所示在过渡区域内提供均衡区域或充压(plenum)31来实现在径向通路21C和21D之间的更均等的燃料压力。该均衡区域31是径向通路21C和21D的近端的扩大且圆角或渐变的公共体积。径向通路21C和21D之间的分隔物33可以从第二燃料供应通道19B径向向外地开始。这产生了小的充压31,这减少或消除在相应径向通路21D、21C的近端处的上游/下游压力差??梢匀缢驹谂缟淦鞯闹嵯蚱矫婺谑迪志馇?1的圆角或渐变化,并且/或者可以在与流动方向40正交的平面内(未示出)实现均衡区域31的圆角或渐变化。

    图8示出了图7所用的燃料喷射器叶瓣47C的截面图。其具有压力侧49P、吸力侧49S、前部F和后部B。前部F平行于进入空气供应40的流动方向而延伸,从而容纳第二和第三径向通路21C、21D以及孔口23C、23D。因为前部F与空气流动40共线,所以压力侧和吸力侧49P、49S之间的压力差发生在孔口23A、23C、23D的下游。这允许近似相等的燃料流动离开叶瓣47C两侧的给定径向通路21A、21C、21D的孔口??梢栽诓辉黾右栋昕矶鹊那榭鱿乱哉庵址绞绞挂栋暄由?,因而保持与第一燃料元件21A、23A相关的已知设计方面并且最小化通过旋流器组件36的燃料/空气混合物48的压力损失。

    图9示出了本发明的第三实施例。第一弹性燃料喷射器叶瓣47A具有第一径向通路21A和孔口23A。第一径向通路21A如上所述与第一燃料供应通道连通。第二叶瓣47D具有第二径向通路21E和孔口23E。第二径向通路21E如上所述与第二燃料供应通道连通。第一组叶瓣可以各自包括后边缘41,该后边缘41相对于进入空气供应的流动方向40成角度。第二叶瓣47D可以直接被定位在第一叶瓣47A的上游。如上所述第一和第二燃料输送路径在给定背压下的燃料流率的差异可以是至少二倍的关系,从而提供与前述实施例类似的特征和优点??梢栽诓患跎僖栋曛涞慕肟掌鞫肪兜拿婊那榭鱿?,为具有高度不同的能量密度的替代燃料提供弹性燃料能力。

    实施本发明的主要喷射器组件可以与扩散或预混合辅助件一起使用。图10示出了辅助燃料扩散喷嘴18,其可以与这里的主要弹性燃料喷射器组件36结合使用。辅助燃料输送管结构16B具有用于相应第一和第二替代燃料26A和26B的第一和第二辅助燃料供应通道35A、35B。用于第一燃料的扩散端口37比用于第二燃料的扩散端口39具有更小面积,从而提供如上所述的关于主要弹性燃料喷射器组件36所讨论的优点。辅助供应通道内的第一和第二燃料26A和26B可以是用于主要弹性燃料喷射器组件36的相同燃料。

    图11示出了本发明第四实施例的各方面,其中燃料供应通道19A、19B的设置以及相应径向通路的相对位置与前面的附图相反。第一燃料供应通道19A向叶瓣47E内的第一径向通路21A提供第一燃料26A,该第一径向通路21A径向延伸自燃料输送管结构20C、20D??商娲?,第二燃料供应通道19B向叶瓣47E内的第二和第三径向通路21E、21F提供第二燃料26B。燃料输送管结构20C、20D可以被形成为同心圆筒形管或者其他管构造。燃烧进入空气40流过叶瓣47E。第一燃料26A从在叶瓣的第一径向通路21A和外部表面49之间形成的第一孔口23A喷射到空气40中??裳≡竦?,第二燃料26B从在叶瓣的相应第二和第三径向通路21F、21G和外部表面49之间形成的第二和第三组孔口23F、23G喷射到空气40中。叶瓣47E可以被成形为在燃料/空气混合物48中产生湍流,例如借助于漩涡或其他手段。

    第一燃料输送路径19A、21A、23A在给定背压下提供第一流率。为了适应具有不同能量密度的燃料,第二燃料输送路径19B、21F、21G、23F、23G在所述给定背压下提供第二流率。第一和第二流率的差异可以是至少二倍关系。这种差异可以通过提供第一和第二燃料输送路径的一个或更多个相应部分的不同横截面面积来实现,并且可以通过两种路径形状的不同得以增强。已经发现在第二燃料供应通道19B和第二和第三径向通路21F、21G之间构造过渡区域41增加给定背压下的燃料流率,这是因为减小了燃料湍流??梢匀缢就ü诠汕蚰谔峁┚馇蚧虺溲?1来均衡径向通路21F和21G之间的燃料压力差。这种均衡区域41是径向通路21F和21G的近端的扩大且圆角或渐变的公共体积。径向通路21F和21G之间的分隔物33可以从第二燃料供应通道19B径向向外地开始。例如,其可以与第一燃料供应管20C的内直径径向齐平地开始。这产生了小充压41,该小充压41减少或消除在相应径向通路21F、21G的近端处的上游/下游压力差??梢匀缢驹谂缟淦鞯闹嵯蚱矫婺谑迪志馇虻脑步腔蚪ケ浠?,并且/或者可以在与流动方向40正交的平面内(未示出)实现均衡区域的圆角或渐变化。

    本发明的叶瓣47B、47C、47D、47E可以被单独制造或者与燃料输送管结构20B、20C、20D或与将要被附连到管输送结构20B、20C、20D的毂(未示出)一体制造。如果单独成形,则可以通过机加工来形成径向通路21A、21B、21C和过渡区域25、31、41??商娲?,叶瓣可以与燃料输送管结构20B或毂一体成形。例如,燃料通道和/或径向通路可以由高镍金属在带有临时弯曲陶瓷型芯的失蜡熔模铸造过程中形成,或者通过烧结在带有临时型芯(例如在烧结温度时蒸发从而留下所需内部空穴结构的聚合物)的模具中的粉末金属或陶瓷/金属粉末而形成。

    图11的实施例可以通过铸造和机加工而被可替代地形成,如下所述:

    1)在铸造过程中在不形成燃料通道19A、19B或径向通路21A、21F、21G的情况下铸造整个喷射器组件36;

    2)机加工径向通路21A、21F、21G;

    3)机加工孔口23A、23F、23G;

    4)用立铣刀机加工外燃料通道19A直至通道端部43;

    5)使用刀具或砂轮至少在与流动方向40正交的平面内给径向通路21A、21F、21G的近端倒圆角;

    6)单独制造内燃料管20D、将其插入到外燃料管20C中并且将内燃料管硬钎焊就位;

    7)使用塞子45密封径向通道的远端。

    在这里的任意实施例中,任意喷射器“叶瓣”可以是所示的空气动力学旋流器,或者它们可以具有其它形状,例如图9的非旋流叶瓣47D或者扭曲叶瓣。非旋流器喷射叶瓣可以与非旋流器喷射器叶瓣的上游或下游的旋流器翼型结合使用。第一和第二燃料26A、26B的径向通路可以在相同叶瓣组内,这样各燃料26A、26B的一个或更多个径向通路被置于各叶瓣中,如图5、图7和图11所示??商娲?,不同燃料26A、26B的不同径向通路可以被置于不同喷射器叶瓣中,如图9所示。

    在这里的本发明任意实施例中,第一和第二燃料26A、26B可以从两个或更多个独立供应设施被供应,例如存储罐、供应管线或现场整体式气化站。例如,第一燃料26A可以是供应自存储罐或供应管线的天然气,而第二燃料26B可以是供应自煤或其他含碳材料的现场气化的合成气体。第一和第二燃料26A、26B选择性地分别交替地供应到第一主要燃料供应通道19A或第二主要燃料供应通道19B。相同的第一和第二燃料26A、26B也可以选择性地分别交替地供应到第一辅助燃料供应通道35A或第二辅助燃料供应通道35B。在替代燃料之间的选择和变换可以通过阀来实现,所述阀包括电子可控阀??梢栽ぜ娇梢酝ü醒肴剂瞎┯νǖ览垂└笥诹街值模ɡ缛郑┚断蛲返氖凳├?。

    本发明提供了燃料/空气混合设备中的替代燃料的能力,并且允许燃料/空气混合设备针对第一燃料保持预定且已验证的性能且同时增加了针对第二燃料的优化替代燃料能力,其中该第二燃料具有非常不同于第一燃料的能量密度。

    虽然这里已经示出并描述了本发明的各种实施例,不过显而易见的是仅通过示例方式提供这些实施例。在不背离本发明的情况下可以做出大量变型、改变和替代。例如,虽然讨论了针对较低BTU燃料的两个径向通路的示例性实施例,不过其他实施例可以具有由单个燃料供应所供给的大于两个的径向燃料通路,例如在一个实施例中的三个径向通路。因此,本发明旨在仅由所附权利要求的精神和范围所限定。

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