RU2618799C2 - Топливная форсунка с осевым потоком (варианты) и способ предварительного смешивания топлива и воздуха - Google Patents
Топливная форсунка с осевым потоком (варианты) и способ предварительного смешивания топлива и воздуха Download PDFInfo
- Publication number
- RU2618799C2 RU2618799C2 RU2013102143A RU2013102143A RU2618799C2 RU 2618799 C2 RU2618799 C2 RU 2618799C2 RU 2013102143 A RU2013102143 A RU 2013102143A RU 2013102143 A RU2013102143 A RU 2013102143A RU 2618799 C2 RU2618799 C2 RU 2618799C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- annular
- air
- channel
- fuel
- annular channel
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 238000002156 mixing Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 5
- 239000008400 supply water Substances 0.000 claims 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 5
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- UHZZMRAGKVHANO-UHFFFAOYSA-M chlormequat chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CCCl UHZZMRAGKVHANO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
- F23D11/16—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour in which an emulsion of water and fuel is sprayed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
- F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
- F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
- F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
- F23L7/002—Supplying water
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)
- Spray-Type Burners (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Nozzles (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к топливным форсункам. Топливная форсунка с осевым потоком для газовой турбины содержит кольцевые каналы, предназначенные для доставки продуктов для сжигания. Кольцевой воздушный канал 62 предназначен для приема нагнетаемого компрессором воздуха. Смежно с осевым концом кольцевого воздушного канала 62 расположены завихрительные лопаточные каналы 64. Следующий первый кольцевой канал 66 расположен радиально внутри кольцевого воздушного канала 62 и имеет первые отверстия 68, расположенные смежно с осевым концом первого кольцевого канала 66 и ниже по потоку от завихрительных лопаточных каналов 64. Следующий второй кольцевой канал 70 расположен радиально внутри первого кольцевого канала 66 и имеет вторые отверстия 72, расположенные смежно с осевым концом второго кольцевого канала 70 и ниже по потоку от первых отверстий 68. Группа изобретений направлена на обеспечение простой конструкции с более эффективным распылением жидкого топлива в канале предварительного смешивания для снижения выбросов наряду с оптимальным использованием воздушной завесы. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Изобретение относится к топливным форсункам и, в частности, к топливной форсунке с осевым потоком для газовой турбины, содержащей несколько кольцевых каналов для облегчения перемешивания.
[0002] Газотурбинные двигатели в целом содержат компрессор, предназначенный для сжатия входящего потока воздуха. Поток воздуха смешивается с топливом и воспламеняется в камере сгорания для образования газообразных продуктов сгорания. Газообразные продукты сгорания, в свою очередь, протекают в турбину. В турбине из газа высвобождается энергия для приведения во вращение вала. Вал приводит в действие компрессор и, как правило, другой узел, например электрогенератор. Для выбросов выхлопных газов, образующихся при сгорании и являющихся проблемой, установлены предельно допустимые значения. Некоторые типы газотурбинных двигателей рассчитаны на работу с незначительными выбросами выхлопных газов и, в частности, с низким уровнем выбросов NOx (оксидов азота), с минимальной динамикой горения, достаточным самовоспламенением и допустимыми пределами стабилизации горения.
[0003] В существующих форсунках для камеры сгорания с низким уровнем выбросов оксидов азота контур жидкого топлива впрыскивает топливо и воду непосредственно в зону рециркуляции (зону горения). Интенсивное горение топлива сопровождается высокой температурой, что приводит к более интенсивному образованию выбросов. В существующих конструкциях используется также распыление воздушного потока и воды для снижения уровня оксидов азота.
Ближайшим аналогом настоящего изобретения является топливная форсунка, описанная в патенте США №5816049, МПК F23R 3/14, 06.10.1998 г. Указанная форсунка содержит кольцевой воздушный канал, предназначенный для приема нагнетаемого компрессором воздуха, завихрительные каналы, кольцевой канал для подачи топлива, расположенный радиально внутри кольцевого воздушного канала, и кольцевой канал для подачи воздуха, расположенный радиально внутри канала для топлива. Указанная форсунка также содержит центральный корпус, верхний по потоку конец которого расположен выше по потоку относительно выпускных отверстий указанных кольцевых каналов, а нижний по потоку конец центрального корпуса расположен непосредственно у выхода из зоны предварительного смешивания. Таким образом, конструкция указанной форсунки, а именно расположение центрального корпуса относительно кольцевых каналов для топлива и воздуха не обеспечивает возможности осуществления более тщательного предварительного смешивания и охлаждения центрального корпуса для уменьшения выбросов оксидов NOx.
Целесообразно обеспечить простую конструкцию с более эффективным распылением жидкого топлива в канале предварительного смешивания для снижения выбросов, наряду с оптимальным использованием воздушной завесы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В одном иллюстративном варианте выполнения топливная форсунка с осевым потоком для газовой турбины содержит несколько кольцевых каналов, предназначенных для доставки продуктов для сжигания. Кольцевой воздушный канал предназначен для приема нагнетаемого компрессором воздуха, при этом рядом с осевым концом кольцевого воздушного канала расположены завихрительные лопаточные каналы. Первый кольцевой канал расположен радиально внутри кольцевого воздушного канала и имеет первые отверстия, расположенные рядом с осевым концом первого кольцевого канала и ниже по потоку от завихрительных лопаточных каналов. Второй кольцевой канал расположен радиально внутри первого кольцевого канала и имеет вторые отверстия, расположенные рядом с осевым концом второго кольцевого канала и ниже по потоку от первых отверстий. Первый кольцевой канал соединен с источником жидкого топлива или источником смеси жидкого топлива и воды. Топливная форсунка также содержит центральный корпус, соединенный с указанными кольцевыми каналами, причем второй кольцевой канал проходит ниже по потоку относительно первого кольцевого канала. Благодаря такой конструкции форсунки при подаче в зону предварительного смешивания топлива или смеси топлива и воды по первому каналу и воздуха по второму каналу воздушный поток, проходящий через отверстия второго кольцевого канала, сталкивается с топливом, протекающим через отверстия первого канала и создает кольцевую воздушную прослойку вдоль центрального корпуса форсунки. Воздушная прослойка способствует охлаждению центрального корпуса форсунки и его верхней части, таким образом, позволяя снизить температуру пламени и уменьшить выбросы оксидов NOx. Также с помощью воздушной прослойки обеспечивается распыление струи жидкого топлива вблизи верхней части центрального корпуса, что способствует более быстрому и равномерному предварительному смешиванию компонентов топливной смеси и стабилизации пламени форсунки.
[0005] В другом иллюстративном варианте выполнения топливная форсунка содержит кольцевой воздушный канал, предназначенный для приема нагнетаемого компрессором воздуха, при этом рядом с нижним по потоку осевым концом кольцевого воздушного канала расположены завихрительные лопаточные каналы. По кольцевому воздушному каналу через завихрительные лопаточные каналы подается воздушная завеса / распыляемый воздух в зону предварительного смешивания, расположенную ниже по потоку от завихрительных лопаточных каналов. Кольцевой канал для жидкого топлива расположен радиально внутри кольцевого воздушного канала и обеспечивает подачу жидкого топлива в зону предварительного смешивания. Кольцевой канал для воды расположен радиально внутри кольцевого канала для жидкого топлива и обеспечивает подачу воды в зону предварительного смешивания, в которой вода охлаждает топливную форсунку и способствует смешиванию жидкого топлива и нагнетаемого компрессором воздуха.
[0006] В другом иллюстративном варианте выполнения способ предварительного смешивания топлива и воздуха для сжигания в газовой турбине включает обеспечение протекания нагнетаемого компрессором воздуха через кольцевой воздушный канал и через завихрительные лопаточные каналы, расположенные рядом с осевым концом кольцевого воздушного канала, в зону предварительного смешивания, расположенную ниже по потоку от завихрительных лопаточных каналов; подачу в зону предварительного смешивания топлива через первый кольцевой канал, расположенный радиально внутри кольцевого воздушного канала; а также подачу воды или воздуха через второй кольцевой канал, расположенный радиально внутри первого кольцевого канала или подачу смеси топлива и воды через первый кольцевой канал и воздуха через второй кольцевой канал в зону предварительного смешивания. Поскольку указанные кольцевые каналы соединены центральным корпусом форсунки, и второй кольцевой канал проходит ниже по потоку относительно первого кольцевого канала, на указанных этапы подачи выполняют охлаждение центрального корпуса форсунки и его верхней части, что позволяет снизить температуру пламени и уменьшить выбросы оксидов NOx.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Фиг. 1 представляет собой продольный разрез газотурбинного двигателя.
[0008] Фиг. 2 представляет собой продольный разрез топливной форсунки в соответствии с описанными вариантами выполнения.
[0009] Фиг. 3 представляет собой вид с торца топливной форсунки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] На Фиг. 1 показан разрез газотурбинного двигателя 10. Газотурбинный двигатель 10 содержит компрессор 20, предназначенный для сжатия входящего потока воздуха. Далее сжатый поток воздуха поступает в камеру 30 сгорания, где он смешивается с топливом, поступающим из нескольких топливоприемных трактов 40. Камера 30 сгорания может содержать несколько жаровых труб или форсунок 50, расположенных в кожухе 55. Как известно, топливо и поток воздуха смешиваются в форсунке 50 и поджигаются. Имеющие высокую температуру газообразные продукты сгорания, в свою очередь, поступают в турбину 60, чтобы привести в действие компрессор 20 и внешние нагрузки, в частности, генератор и т.п. Форсунки 50 обычно содержат один или несколько завихрителей.
[0011] Фиг. 2 представляет собой осевой разрез топливной форсунки, выполненной в соответствии с описанными вариантами выполнения. Топливная форсунка содержит несколько кольцевых каналов. Кольцевой воздушный канал 62 ограничивает радиально расположенный наружный канал и получает нагнетаемый компрессором воздух. Несколько завихрительных лопаточных каналов 64 расположены рядом с осевым концом кольцевого воздушного канала 62, как показано на чертеже. Следующий первый кольцевой воздушный канал 66 расположен радиально внутри кольцевого воздушного канала 62. Канал 66 имеет первые отверстия 68, расположенные рядом с осевым концом воздушного канала 66. Отверстия 68 расположены ниже по потоку от лопаточных каналов 64. Следующий второй кольцевой канал 70 расположен радиально внутри первого кольцевого воздушного канала и содержит вторые отверстия 72, расположенные рядом с осевым концом канала 70 и ниже по потоку от первых отверстий 68.
[0012] В одном варианте выполнения первый кольцевой канал 66 соединен с источником жидкого топлива. В данном случае первые отверстия 68 расположены относительно кольцевого воздушного канала 62 таким образом, что воздушный поток, проходящий через лопаточные каналы 64, по меньшей мере частично распыляет жидкое топливо, протекающее через первые отверстия 68. При такой компоновке второй кольцевой канал 70 может быть соединен с источником воды. В данном случае вторые отверстия 72 расположены относительно первых отверстий 68 таким образом, что вода, проходящая через вторые отверстия 72, сталкивается с жидким топливом, протекающим через первые отверстия 68. Зона, расположенная выше по потоку от лопаточных каналов 64, рядом с первыми и вторыми отверстиями 68, 72, используется как зона предварительного смешивания.
[0013] В альтернативном режиме второй кольцевой воздушный канал 70 может быть соединен с источником воздуха. В этом случае вторые отверстия 72 расположены относительно первых отверстий 68 таким образом, что воздушный поток, проходящий через вторые отверстия 72, сталкивается с жидким топливом, протекающим через первые отверстия 68. Вторые отверстия 72 могут быть ориентированы таким образом, что воздушный поток, проходящий через вторые отверстия 72, создает кольцевую воздушную прослойку, расположенную вдоль дистального конца центрального корпуса форсунки. Кольцевая воздушная прослойка, или воздушная завеса, способствует охлаждению центрального корпуса форсунки, а также распылению струи жидкого топлива.
[0014] Кроме того, первый кольцевой воздушный канал 66 может быть соединен с источником смешанного жидкого топлива и воды. Использование воды способствует охлаждению системы, уменьшая, тем самым, количество углеродистых отложений. Кроме того, вода способствует снижению температуры пламени и снижению выбросов оксидов азота. Воздушный поток во втором кольцевом воздушном канале 68 способствует очистке поверхности, расположенной ниже по потоку от места ввода топлива, уменьшая, тем самым, проблемы, связанные со стабилизацией горения.
[0015] При работе на газе все три канала могут быть соединены лишь с источником воздуха.
[0016] Лопаточные каналы 64 способствуют сдвигу и увеличивают перемешивание газа. Больший угол (например, более 45°) повышает прочность центра рециркуляции за счет усиления вихревого движения, необходимого для устойчивости горения пламени. Топливные отверстия 68 предпочтительно расположены так, чтобы при высокой скорости воздушного потока в воздушном канале 62 топливная струя рассеивалась. Соотношением количества движения можно легко управлять, регулируя количество отверстий 68 и лопаточных каналов 64. Добавление воды также способствует рассеиванию топливной струи и снижению выбросов оксидов азота, а также охлаждению жидкого топлива, не допуская засорения (предотвращая коксование).
[0017] Со ссылкой на Фиг. 2 и 3, основной воздух для горения проходит через завихритель 74 основного воздуха для горения, расположенный на входном конце канала 76 для основного воздуха для горения. Как видно на чертеже, канал 76 окружает кольцевой воздушный канал 62. Завихритель основного воздуха для горения содержит лопатки 78, предназначенные для придания завихрения воздушному потоку, проходящему через завихритель 74. Лопаточные каналы 64, расположенные в кольцевом воздушном канале 62, могут быть ориентированы точно так же, как и лопатки 78 завихрителя 74 основного воздуха для горения, или иметь противоположную ориентацию. При использовании лопаточных каналов 64, расположенных с одинаковой ориентацией с основными лопатками 78 завихрителя, обеспечивается небольшой перепад давления через форсунку; а при расположении лопаточных каналов в противоположной ориентации достигается лучшее перемешивание.
[0018] Со ссылкой на Фиг. 2, дистальный конец 80 кольцевого воздушного канала 62 может сужаться от первой толщины до второй толщины, как показано на чертеже. Например, толщина дистального конца может быть в пределах от 0,012 до 0,020 дюйма (12-20 тысячных дюйма) (0,3-0,5 мм) или меньше. Конец 80 показан расположенным ниже по потоку от лопаточных каналов 64 и обычно радиально совмещен с первыми отверстиями 68. В варианте выполнения, в котором по первому кольцевому каналу 66 через отверстия 68 доставляется жидкое топливо, конец 80 препятствует контакту жидкого топлива с корпусом форсунки. Это является желательным для стабилизации пламени и предотвращения повреждения корпуса форсунки. Выступ помогает создать пленку жидкого топлива или жидкую топливную струю для лучшего распыления топлива.
[0019] Воздушный канал 62 обычно используется для охлаждения центрального корпуса 82 форсунки. Как показано пунктирной линией, центральный корпус форсунки может также быть выполненным суженным, при этом больший диаметр центрального корпуса форсунки способствует стабилизации пламени. Воздушный канал 62 служит для перемещения нагнетаемого компрессором воздушного потока через завихрительные лопаточные каналы 64. При помощи устройства, описанного в вариантах выполнения, упомянутый воздушный поток отклоняется таким образом, что он используется сначала для распыления струи жидкого топлива, а затем для охлаждения центрального корпуса и верхней части центрального корпуса, путем формирования воздушной подушки лишь на центральном корпусе и на верхней части. При работе на газе упомянутый воздушный поток может способствовать дальнейшему смешиванию, так как он создает сдвиговый слой выше втулки с воздухом основного завихрителя. Можно создать такую схему расположения топливных отверстий, при которой воздушно-топливная смесь в средней части втулки будет более обогащенной. Таким образом, воздушная завеса смешивается с основным воздухом, что позволяет регулировать режим подачи топливно-воздушной смеси.
[0020] Следующий направленный радиально внутрь канал 66 может быть использован для жидкого топлива или, как уже отмечалось, при работе на газе он может продуваться воздухом. Контур может содержать только жидкое топливо или эмульсионное топливо (жидкое топливо, смешанное с водой).
[0021] Другой направленный радиально внутрь канал 70 предпочтительно используется для воды, охлаждающей жидкое топливо, что позволяет избежать проблем, связанных с образованием нагара / коксованием. Как показано на чертеже, отверстия 72 расположены так, что вода, протекающая через отверстия, попадает на топливную струю и смещает любую зону воды с низкой скоростью за топливную струю (чтобы избежать стабилизации пламени непосредственно за струей). Вода помогает разбить топливную струю. На выходе вода смешивается с топливом и при горении способствует снижению локальной температуры и уменьшению образования оксидов азота.
[0022] Отверстия 68 для жидкого топлива и отверстия 72 для воды могут быть расположены близко друг к другу так, что вода может соударяться/смешиваться с жидким топливом. Как уже отмечалось, в альтернативном варианте выполнения распыляемый воздух с низким соотношением давления может быть использован вместо воды. Холодный распыляемый воздух может охлаждать канал для жидкого топлива снизу и способствовать распылению струи жидкого топлива.
[0023] В целом конструкция обеспечивает недорогой способ смешивания жидкого топлива с лучшим распылением и предварительным смешиванием (что приводит к более низкому уровню выбросов). Конструкция также улучшает воздушно-топливный режим и способствует охлаждению верхней части центрального корпуса. Лучшее распыление и предварительное смешивание способствуют уменьшению локального горения и высокой температуры, снижая, тем самым, выбросы оксидов азота. Создавая воздушную завесу для предварительного смешивания стороны газа с пограничным слоем, можно достичь быстрого смешивания вблизи верхней части центрального корпуса. При использовании конструкции можно уменьшить требуемое количество воды и исключить использование распыляемого воздуха, увеличивая, тем самым, скорость нагрева при работе на жидком топливе.
[0024] Хотя изобретение подробно описано относительно наиболее осуществимых и предпочтительных вариантов выполнения, следует понимать, что изобретение не ограничивается данными описанными вариантами, а напротив, предусматривает различные схемы модификаций и эквиваленты, находящиеся в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения.
Claims (33)
1. Топливная форсунка с осевым потоком для газовой турбины, содержащая:
кольцевой воздушный канал, предназначенный для приема нагнетаемого компрессором воздуха,
завихрительные лопаточные каналы, расположенные смежно с осевым концом кольцевого воздушного канала,
первый кольцевой канал, расположенный радиально внутри кольцевого воздушного канала и имеющий первые отверстия, расположенные смежно с осевым концом первого кольцевого канала и ниже по потоку от завихрительных лопаточных каналов, и
второй кольцевой канал, расположенный радиально внутри первого кольцевого канала и имеющий вторые отверстия, расположенные смежно с осевым концом второго кольцевого канала и ниже по потоку от первых отверстий,
центральный корпус форсунки, соединенный с указанными кольцевыми каналами, причем второй кольцевой канал проходит ниже по потоку относительно первого кольцевого канала,
причем первый кольцевой канал соединен с источником жидкого топлива или источником смеси жидкого топлива и воды.
2. Топливная форсунка по п. 1, в которой первый кольцевой канал соединен с источником жидкого топлива.
3. Топливная форсунка по п. 2, в которой первые отверстия расположены относительно кольцевого воздушного канала таким образом, что воздушный поток, проходящий через завихрительные лопаточные каналы, по меньшей мере частично распыляет жидкое топливо, протекающее через первые отверстия.
4. Топливная форсунка по п. 3, в которой второй кольцевой канал соединен с источником воды.
5. Топливная форсунка по п. 4, в которой вторые отверстия расположены относительно первых отверстий таким образом, что вода, проходящая через вторые отверстия, сталкивается с жидким топливом, протекающим через первые отверстия.
6. Топливная форсунка по п. 2, в которой второй кольцевой воздушный канал соединен с источником воздуха.
7. Топливная форсунка по п. 6, в которой вторые отверстия расположены относительно первых отверстий таким образом, что воздушный поток, проходящий через вторые отверстия, сталкивается с жидким топливом, протекающим через первые отверстия.
8. Топливная форсунка по п. 6, в которой вторые отверстия ориентированы таким образом, что воздушный поток, проходящий через вторые отверстия, создает кольцевую воздушную прослойку вдоль дистального конца указанного центрального корпуса форсунки.
9. Топливная форсунка по п. 1, в которой первый кольцевой канал соединен с источником смешанного жидкого топлива и воды.
10. Топливная форсунка по п. 1, в которой второй кольцевой канал соединен с источником воды.
11. Топливная форсунка по п. 1, в которой второй кольцевой канал соединен с источником воздуха.
12. Топливная форсунка по п. 1, в которой первый кольцевой канал соединен с источником жидкого топлива, а второй кольцевой канал соединен с источником воды, причем первые отверстия расположены относительно кольцевого воздушного канала так, что воздушный поток, проходящий через завихрительные лопаточные каналы, по меньшей мере частично распыляет топливо, протекающее через первые отверстия.
13. Топливная форсунка по п. 1, дополнительно содержащая завихритель основного воздуха для горения, расположенный на верхнем по потоку конце канала для основного воздуха для горения, при этом канал для основного воздуха для горения окружает кольцевой воздушный канал, причем завихритель основного воздуха для горения содержит лопатки, которые ориентированы с обеспечением придания завихрения воздушному потоку, проходящему через указанный завихритель, при этом завихрительные лопаточные каналы ориентированы так же, как и лопатки завихрителя основного воздуха для горения.
14. Топливная форсунка по п. 1, дополнительно содержащая завихритель основного воздуха для горения, расположенный на верхнем по потоку конце канала для основного воздуха для горения, при этом канал для основного воздуха для горения окружает кольцевой воздушный канал, причем завихритель основного воздуха для горения содержит лопатки, которые ориентированы с обеспечением придания завихрения воздушному потоку, проходящему через указанный завихритель, при этом завихрительные лопаточные каналы расположены с противоположной ориентацией по сравнению с лопатками завихрителя основного воздуха для горения.
15. Топливная форсунка по п. 1, в которой дистальный конец кольцевого воздушного канала сужается от первой толщины до второй, меньшей, толщины.
16. Топливная форсунка с осевым потоком для газовой турбины, содержащая:
кольцевой воздушный канал, предназначенный для приема нагнетаемого компрессором воздуха,
завихрительные лопаточные каналы, расположенные смежно с нижним по потоку осевым концом кольцевого воздушного канала с обеспечением подачи по кольцевому воздушному каналу через завихрительные лопаточные каналы воздушной завесы / распыляемого воздуха в зону предварительного смешивания, расположенную ниже по потоку от завихрительных лопаточных каналов,
кольцевой канал для жидкого топлива, расположенный радиально внутри кольцевого воздушного канала и предназначенный для подачи жидкого топлива в зону предварительного смешивания, и
кольцевой канал для воды, расположенный радиально внутри кольцевого канала для жидкого топлива и предназначенный для подачи воды в зону предварительного смешивания, причем вода служит для охлаждения топливной форсунки и способствует смешиванию жидкого топлива и нагнетаемого компрессором воздуха.
17. Топливная форсунка по п. 16, в которой кольцевой канал для жидкого топлива имеет первые отверстия, расположенные смежно с осевым концом кольцевого канала для жидкого топлива и ниже по потоку от завихрительных лопаточных каналов, при этом кольцевой канал для воды имеет вторые отверстия, расположенные смежно с осевым концом канала для воды и ниже по потоку от первых отверстий.
18. Способ предварительного смешивания топлива и воздуха для сжигания в газовой турбине, включающий:
обеспечение протекания нагнетаемого компрессором воздуха через кольцевой воздушный канал и через завихрительные лопаточные каналы, расположенные смежно с осевым концом кольцевого воздушного канала, в зону предварительного смешивания, расположенную ниже по потоку от завихрительных лопаточных каналов,
подачу в зону предварительного смешивания топлива через первый кольцевой канал, расположенный радиально внутри кольцевого воздушного канала, и подачу воды или воздуха через второй кольцевой канал, расположенный радиально внутри первого кольцевого канала,
или подачу смеси топлива и воды через первый кольцевой канал и воздуха через второй кольцевой канал в зону предварительного смешивания,
причем указанные кольцевые каналы соединены с центральным корпусом форсунки, и второй кольцевой канал проходит ниже по потоку относительно первого кольцевого канала,
при этом на указанных этапах подачи выполняют охлаждение центрального корпуса форсунки и его верхней части.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/354,897 US9217570B2 (en) | 2012-01-20 | 2012-01-20 | Axial flow fuel nozzle with a stepped center body |
| US13/354,897 | 2012-01-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013102143A RU2013102143A (ru) | 2014-07-27 |
| RU2618799C2 true RU2618799C2 (ru) | 2017-05-11 |
Family
ID=47561422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013102143A RU2618799C2 (ru) | 2012-01-20 | 2013-01-18 | Топливная форсунка с осевым потоком (варианты) и способ предварительного смешивания топлива и воздуха |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9217570B2 (ru) |
| EP (1) | EP2618060B1 (ru) |
| JP (1) | JP6162960B2 (ru) |
| CN (1) | CN103216852B (ru) |
| RU (1) | RU2618799C2 (ru) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH710503B1 (de) | 2013-11-08 | 2017-11-15 | Gen Electric | Flüssigbrennstoffinjektor für eine Gasturbinenbrennstoffdüse. |
| US20160348911A1 (en) * | 2013-12-12 | 2016-12-01 | Siemens Energy, Inc. | W501 d5/d5a df42 combustion system |
| US9964043B2 (en) | 2014-11-11 | 2018-05-08 | General Electric Company | Premixing nozzle with integral liquid evaporator |
| CN104566461B (zh) * | 2014-12-26 | 2017-09-01 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 一种具有台阶中心体的燃料空气混合器 |
| EP3341656B1 (en) | 2015-08-26 | 2022-02-16 | General Electric Company | Fuel nozzle assembly for a gas turbine |
| US10578306B2 (en) | 2017-06-16 | 2020-03-03 | General Electric Company | Liquid fuel cartridge unit for gas turbine combustor and method of assembly |
| US10655858B2 (en) | 2017-06-16 | 2020-05-19 | General Electric Company | Cooling of liquid fuel cartridge in gas turbine combustor head end |
| US10982593B2 (en) | 2017-06-16 | 2021-04-20 | General Electric Company | System and method for combusting liquid fuel in a gas turbine combustor with staged combustion |
| US10612784B2 (en) | 2017-06-19 | 2020-04-07 | General Electric Company | Nozzle assembly for a dual-fuel fuel nozzle |
| US10955141B2 (en) | 2017-06-19 | 2021-03-23 | General Electric Company | Dual-fuel fuel nozzle with gas and liquid fuel capability |
| US10612775B2 (en) | 2017-06-19 | 2020-04-07 | General Electric Company | Dual-fuel fuel nozzle with air shield |
| US10663171B2 (en) | 2017-06-19 | 2020-05-26 | General Electric Company | Dual-fuel fuel nozzle with gas and liquid fuel capability |
| KR20190046219A (ko) * | 2017-10-25 | 2019-05-07 | 한화에어로스페이스 주식회사 | 스월러 어셈블리 |
| KR102046457B1 (ko) * | 2017-11-09 | 2019-11-19 | 두산중공업 주식회사 | 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈 |
| CN114459055B (zh) * | 2022-01-25 | 2023-05-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种多层孔板式预混燃气轮机燃烧器 |
| KR102714020B1 (ko) | 2022-11-30 | 2024-10-07 | 두산에너빌리티 주식회사 | 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4373325A (en) * | 1980-03-07 | 1983-02-15 | International Harvester Company | Combustors |
| US4850194A (en) * | 1986-12-11 | 1989-07-25 | Bbc Brown Boveri Ag | Burner system |
| US5408830A (en) * | 1994-02-10 | 1995-04-25 | General Electric Company | Multi-stage fuel nozzle for reducing combustion instabilities in low NOX gas turbines |
| US5816049A (en) * | 1997-01-02 | 1998-10-06 | General Electric Company | Dual fuel mixer for gas turbine combustor |
| RU2134380C1 (ru) * | 1993-12-16 | 1999-08-10 | Роллс-Ройс ПЛК | Камера сгорания газотурбинного двигателя |
| US6363724B1 (en) * | 2000-08-31 | 2002-04-02 | General Electric Company | Gas only nozzle fuel tip |
| US6434945B1 (en) * | 1998-12-24 | 2002-08-20 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Dual fuel nozzle |
| RU2229063C2 (ru) * | 1998-03-24 | 2004-05-20 | Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн | Топливная форсунка, обладающая повышенной долговечностью и стабилизирующая пламя, а также сопловой узел форсунки (варианты) |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3860569D1 (de) | 1987-01-26 | 1990-10-18 | Siemens Ag | Hybridbrenner fuer vormischbetrieb mit gas und/oder oel, insbesondere fuer gasturbinenanlagen. |
| US5193995A (en) | 1987-12-21 | 1993-03-16 | Asea Brown Boveri Ltd. | Apparatus for premixing-type combustion of liquid fuel |
| US5259184A (en) * | 1992-03-30 | 1993-11-09 | General Electric Company | Dry low NOx single stage dual mode combustor construction for a gas turbine |
| US5351477A (en) | 1993-12-21 | 1994-10-04 | General Electric Company | Dual fuel mixer for gas turbine combustor |
| DE59709510D1 (de) * | 1997-09-15 | 2003-04-17 | Alstom Switzerland Ltd | Kombinierte Druckzerstäuberdüse |
| JPH11246542A (ja) * | 1998-03-04 | 1999-09-14 | Nippon Light Metal Co Ltd | 新規なジクロロフタリド及びその製造方法、並びにこれを用いた２−ホルミル安息香酸核塩素化物類の製造方法 |
| US6453660B1 (en) * | 2001-01-18 | 2002-09-24 | General Electric Company | Combustor mixer having plasma generating nozzle |
| US7143583B2 (en) * | 2002-08-22 | 2006-12-05 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine combustor, combustion method of the gas turbine combustor, and method of remodeling a gas turbine combustor |
| JP4065947B2 (ja) * | 2003-08-05 | 2008-03-26 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | ガスタービン燃焼器用燃料・空気プレミキサー |
| GB2404729B (en) * | 2003-08-08 | 2008-01-23 | Rolls Royce Plc | Fuel injection |
| DE112004002704B4 (de) * | 2004-03-03 | 2011-04-07 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Verbrennungsanlage |
| US7854121B2 (en) * | 2005-12-12 | 2010-12-21 | General Electric Company | Independent pilot fuel control in secondary fuel nozzle |
| US20080078183A1 (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-03 | General Electric Company | Liquid fuel enhancement for natural gas swirl stabilized nozzle and method |
| US7908864B2 (en) * | 2006-10-06 | 2011-03-22 | General Electric Company | Combustor nozzle for a fuel-flexible combustion system |
| EP2023041A1 (de) * | 2007-07-27 | 2009-02-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Vormischbrenner und Verfahren zum Betrieb eines Vormischbrenners |
| US8007274B2 (en) | 2008-10-10 | 2011-08-30 | General Electric Company | Fuel nozzle assembly |
| US8365535B2 (en) | 2009-02-09 | 2013-02-05 | General Electric Company | Fuel nozzle with multiple fuel passages within a radial swirler |
| DE102009038848A1 (de) * | 2009-08-26 | 2011-03-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Brenner, insbesondere für Gasturbinen |
-
2012
- 2012-01-20 US US13/354,897 patent/US9217570B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2013
- 2013-01-17 JP JP2013005856A patent/JP6162960B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2013-01-17 EP EP13151608.0A patent/EP2618060B1/en active Active
- 2013-01-18 RU RU2013102143A patent/RU2618799C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2013-01-18 CN CN201310054140.2A patent/CN103216852B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4373325A (en) * | 1980-03-07 | 1983-02-15 | International Harvester Company | Combustors |
| US4850194A (en) * | 1986-12-11 | 1989-07-25 | Bbc Brown Boveri Ag | Burner system |
| RU2134380C1 (ru) * | 1993-12-16 | 1999-08-10 | Роллс-Ройс ПЛК | Камера сгорания газотурбинного двигателя |
| US5408830A (en) * | 1994-02-10 | 1995-04-25 | General Electric Company | Multi-stage fuel nozzle for reducing combustion instabilities in low NOX gas turbines |
| US5816049A (en) * | 1997-01-02 | 1998-10-06 | General Electric Company | Dual fuel mixer for gas turbine combustor |
| RU2229063C2 (ru) * | 1998-03-24 | 2004-05-20 | Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн | Топливная форсунка, обладающая повышенной долговечностью и стабилизирующая пламя, а также сопловой узел форсунки (варианты) |
| US6434945B1 (en) * | 1998-12-24 | 2002-08-20 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Dual fuel nozzle |
| US6363724B1 (en) * | 2000-08-31 | 2002-04-02 | General Electric Company | Gas only nozzle fuel tip |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2618060A3 (en) | 2017-11-15 |
| RU2013102143A (ru) | 2014-07-27 |
| US9217570B2 (en) | 2015-12-22 |
| JP6162960B2 (ja) | 2017-07-12 |
| EP2618060B1 (en) | 2019-12-25 |
| US20130186094A1 (en) | 2013-07-25 |
| EP2618060A2 (en) | 2013-07-24 |
| CN103216852A (zh) | 2013-07-24 |
| CN103216852B (zh) | 2017-01-18 |
| JP2013148340A (ja) | 2013-08-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2618799C2 (ru) | Топливная форсунка с осевым потоком (варианты) и способ предварительного смешивания топлива и воздуха | |
| EP0500256B1 (en) | Air fuel mixer for gas turbine combustor | |
| US8205452B2 (en) | Apparatus for fuel injection in a turbine engine | |
| US5865024A (en) | Dual fuel mixer for gas turbine combustor | |
| US6354072B1 (en) | Methods and apparatus for decreasing combustor emissions | |
| JP6557463B2 (ja) | 予混合パイロットノズルを備える燃料噴射器 | |
| US8590311B2 (en) | Pocketed air and fuel mixing tube | |
| EP1201996B1 (en) | Method and apparatus for decreasing combustor emissions | |
| CA2451318C (en) | Method and apparatus to decrease gas turbine engine combustor emissions | |
| US7716931B2 (en) | Method and apparatus for assembling gas turbine engine | |
| JP6196868B2 (ja) | 燃料ノズルとその組立方法 | |
| US9599343B2 (en) | Fuel nozzle for use in a turbine engine and method of assembly | |
| US20110016866A1 (en) | Apparatus for fuel injection in a turbine engine | |
| CN104406197A (zh) | 一种采用径向旋流进气燃油分级方案的低排放回流燃烧室 | |
| CN102032569A (zh) | 燃烧器 | |
| CN102200291A (zh) | 一种采用气动主级分级的低污染燃烧室 | |
| JP2008128631A (ja) | 空気と燃料の混合物を噴射する装置と、このような装置を備える燃焼チャンバ及びターボ機械 | |
| JP3590594B2 (ja) | ガスタービンエンジン用の液体燃料焚き低ｎｏｘ燃焼器 | |
| JP2013217635A (ja) | 拡散燃焼器燃料ノズル | |
| JP4400314B2 (ja) | ガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の燃料供給方法 | |
| US9677766B2 (en) | Fuel nozzle for use in a turbine engine and method of assembly | |
| EP2340398B1 (en) | Alternately swirling mains in lean premixed gas turbine combustors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210119 |