燃烧器 【技术领域】
本发明涉及一种燃烧器，更为具体地说，涉及一种用于燃气轮机的燃气轮机燃烧器。
背景技术
图11表明一种先前技术中的燃烧器的纵向剖面视图，此燃烧器内装一种燃油喷嘴，曾披露在日本未审专利申请(Kokai)第6-2848号之中。一如图11之中所示，一起动喷嘴300设置在一燃烧器100内管180的中心轴线上。许多基本上平行于起动喷嘴300而伸展的燃油喷嘴200围绕起动喷嘴300在圆周方向上等距地间隔开来。燃油供向起动喷嘴300和各燃油喷嘴200。一旋流叶轮或一旋流器290围绕燃油喷嘴200的棒状件设置。许多从燃油喷嘴200侧壁沿径向向外伸展的空心筒柱250设置在燃油喷嘴200上。各空心筒柱250连接于燃油喷嘴200。许多喷射孔口260设置在每一空心筒柱250上以朝向燃油喷嘴200的顶端喷出燃油。一混合室150制成在燃油喷嘴200顶端附近，而一起动燃烧室160由起动喷嘴300顶端附近的一预混喷嘴170予以限定。
经由燃烧器100空气入口110进入燃烧器110的用于燃烧的空气在内管端部120处反转达大约180°并流入一空气通道140。一部分用于燃烧的空气与从空心筒柱250的各喷射孔口260喷出的燃油混合在一起，而后流入燃油喷嘴200的旋流器290。于是，用于燃烧的空气主要在圆周方向上转动而促进用于燃烧的空心与燃油的混合。因而，在混合室150内产生了预混空气。
余下地用于燃烧的空气流入设置在起动喷嘴300与预混喷嘴170之间的旋流器390。在起动燃烧室160内，用于燃烧的空气与从起动喷嘴300顶端喷出的燃油一起被燃用以产生起动火焰。与从空心筒柱250各喷射孔口260喷出的燃油混合在一起的预混空气与起动火焰接触，而后被燃用以产生主要火焰。
在披露在日本未审专利出版物(Kokai)第6-2848号中的燃烧器中，燃油从具有燃油喷射孔口的空心筒柱中喷出，以使燃油与空气均匀地混合在一起。为了加强混合作用，一直在考虑增加每一空心筒柱250的喷射孔口数量和空心筒柱的数量。不过，空心筒柱的数量和喷射孔口的数量实际上是有限的，并因此混合作用的加强是有限的。一般，随着燃油对燃烧空气的比值的增大，趋向于增加NOx的出现，亦即出现一种热点。因此，最好是燃油均匀地与空气混合在一起。
在披露在日本未审专利出版物(Kokai)第6-2848号之中的预混式燃烧器中，燃烧释放出来的空间能量密度当燃烧是在较为狭窄的空间之内进行时被增大了。因此，燃烧振动出现了。燃烧振动与筒柱共振相关联，并由燃烧器的长度、容量和流动阻力确定。在此情况下，燃油的浓度由于预混喷嘴170中的速度变化而变化，并因而出现燃烧振动，即一种自激振动现象。燃烧由于燃烧振动而成为非稳定的，燃烧器也不可能被稳定地操纵。因此，必须防止出现燃烧振动。
日本专利申请第2000-220832号披露了一种燃烧器喷嘴，其中一速度变化吸收装置设置在一入口部分之内以吸收其中的空气以便防止出现燃烧振动。在此先前技术中，速度变化吸收装置产生流动阻力以吸收燃烧振动造成的速度变化，并因而防止了燃烧振动。
不过，在披露在日本专利申请第2000-220832号之中的燃烧器中，空气流经位于入口部分之内的速度变化吸收装置并在内管端部处反转大约180°，而后流向旋流器和混合室。亦即，在上述的日本专利申请第2000-220832号之中，速度变化吸收装置与混合室之间的距离较长。因此，有可能由于入口部分之内速度变化吸收装置而引起的空气紊流在混合室附近减少了，或者在混合室附近完全消失了。若设披露在日本专利申请第2000-220832号之中的燃烧器速度变化吸收装置是严格地为了控制燃烧振动，而不考虑由紊流造成的混合作用。因此，当燃油与空气的混合因紊流而得以加强时，必须保持气流的紊乱。
在上述的披露在日本未审专利出版物(Kokai)第6-2848号之中的燃烧器中，由于空心筒柱喷射孔口的直径是根据机加工精度或孔眼堵塞问题来确定的，所以喷射孔口数量的增大是有限的。其次，当空心筒柱的数量增大时，难以向混合室供给空气，因为各空心筒柱250干扰气流。因此，需要一种用于加强燃油与空气混合作用而不增大空心筒柱数量和空心筒柱喷射孔口数量的方法。
在披露在日本专利申请第2000-220832号之中的位于空气入口部分之内的速度变化吸收装置中，假定燃烧振动在存在于空气入口部分与一预混器之间的容量影响下可以有效地予以减低。于是，需要一种比较有效的燃烧振动减低装置，几乎不受预混器上游一侧容器的影响。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种燃气轮机燃烧器，其中燃烧振动得以防止而同时燃油与空气的混合作用得以加强。
按照本发明的第一实施例，提供一种燃气轮机燃烧器，包括一空气通道以向内部供应空气；以及一燃油喷嘴，配有一喷射孔口以喷射燃油并设置在空气通道之内，燃烧器中在空气通道内在燃油喷嘴的喷射孔口附近设置一紊流生成装置以生成紊流。
亦即，按照本发明第一实施例，一紊流生成件可在燃油喷射孔口附近气流中产生紊流。于是，空气可以与燃油混合在一起而同时保持空气紊流。因此，燃油与空气的混合作用可以加强。热点的出现通过均匀地使空气与燃油混合在一起而得以防止，并因而NOx的出现可以防止。其次，紊流生成件还起到一种压力降低件的作用。于是，燃烧振动中的速度变化可以通过造成流动阻力来予以吸收。因而，一位于紊流生成件上游的空气筒柱的空气容量和长度的影响得以减低，而在预混喷嘴中速度变化幅度得以减小。因此，在预混喷嘴中燃油的浓度变化得以减低，而燃烧振动的出现得以防止。
【附图说明】
图1是符合本发明第一实施例的一种燃烧器的纵向局部剖面视图；
图2是沿着图1中直线a-a所取的剖面视图；
图3是符合本发明第一实施例的一种燃烧器的一燃油喷嘴周围的放大视图；
图4a是一种多孔板件的透视示意图；
图4b是一种多孔板件的透视示意图；
图5a是一种多孔板件的透视示意图；
图5b是一种多孔板件的透视示意图；
图6是符合本明第二实施例的一种燃烧器的纵向局部剖面视图；
图7是示于图6之中的一种燃烧器的一燃油喷嘴的放大视图；
图8是沿着图6中直线b-b所取的剖面视图；
图9是符合本发明另一实施例的一种燃烧器的纵向局部剖面视图；
图10是沿着图9中直线c-c所取的剖面视图；以及
图11是内装一已知燃油喷嘴的一种燃烧器的纵向剖面视图。
【具体实施方式】
下面将参照各附图说明本发明的一些实施例。在各图中，同样的构件用同样的参照编号表示。为易于理解，改变了这些图的比尺。
图1表明符合本发明第一实施例的一种燃烧器的纵向局部剖面视图。图2是沿着图1中直线a-a所取的剖面视图。类似于上述实施例，一起动喷嘴(pilot nozzle)30设置在一燃烧器10内管18的中心轴线上。一如自图2可以看出，许多燃油喷嘴围绕起动喷嘴30在圆周方向上等距地间隔开来。一旋流叶片或一旋流器29围绕燃油喷嘴20的棒状主体设置。许多空心筒柱25设置在燃油喷嘴20上。空心筒柱25沿径向向外从燃油喷嘴的侧壁延伸，并连接于燃油喷嘴20。许多喷射孔口26设置在每一空心筒柱25上，以致流经喷嘴20的燃料被引进空心筒柱25并随后从这些喷射孔口被喷向燃油喷嘴的顶端。其次，一混合室15形成在喷嘴20顶端附近，而一起动燃烧室16由一起动喷嘴30顶端附近的一预混喷嘴17限定。
经由燃烧器10空气入口11进入燃烧器10的用于燃烧的空气在一内管端部12处反转大约180°以流经一空气通道14。一部分用于燃烧的空气与从空心筒柱25喷出的燃料混合并随后流入燃油喷嘴20的旋流器29。于是，用于燃油的空气主要在圆周方向上转动，促进了用于燃烧的空气与燃料的混合。因而，在混合室15中产生了预混合空气。
余下的用于燃烧的空气流进设置在起动喷嘴30与预混喷嘴17之间的旋流器39。用于燃烧的空气与从起动喷嘴30喷出的燃油在起动燃烧室16中一起被燃烧以产生起动火焰。与从空心筒柱25喷出的燃油混合的预混空气与起动火焰接触而被燃烧以产生主火焰。
图3是符合本发明第一实施例的一种燃烧器的燃油喷嘴周围的放大视图。一如图1和图3所示，在本实施例中，一紊流生成件60沿气流方向在空心筒柱25上游侧设置得靠近空心筒柱25。紊流生成件60是比如由金属制成的具有许多孔眼的一多孔板件，即冲孔金属板。图4a和图4b是多孔板件60的两种透视草图。一如这两图中所示，许多孔眼61设置在多孔板件60上，而空气流过这些孔眼。状为一圆圈的孔眼61示于图4a之中，而状为一矩形的孔眼61示于图4b之中。
一如上述，经由空气入口11进入燃烧器10的空气在内管端部12处反转大约180°以流过空气通道14中的多孔板件60。气流的横截面积被迅速减小，而后当空气流过多孔板件60的各孔眼61时又被迅速增大。气流的不规则亦即紊流在横截面积迅速增大时出现。这样一种紊流甚至在空气流过位于多孔板件60下游的空心筒柱25以后得以保持。因此，空气与从空心筒柱25喷射孔口26喷出的燃油的混合作用可以由多孔板件60予以加强。其次，多孔板件60还起到压力减低件的作用。于是，燃烧振动的速度脉动(thevelocity fluctuation of the combustion vibration)可以通过形成流动阻力而予以吸收。因而，空气容量和位于紊流生成件上游的空气柱长度的影响得以降低，而在预混喷嘴中速度脉动的幅度得以减小。因此，预混喷嘴中燃油的浓度变化得以减小，以致可以防止出现燃烧振动。
可以采用作为图4a中另一范例的一种金属制多孔板件(未画出)或作为图4b中另一范例的一金属丝网(未画出)。另一种多孔板件示于图5a和图5b之中。制成在多孔板件60上的各孔眼可以是示于图5a之中的各圆周方向的狭缝62，或者可以是示于图5b之中的各径向狭缝63。即使在采用多孔板件的这些范例时，流过各孔眼或各狭缝的空气都产生紊流，以致可以主要在径向上加强空气与燃油的混合作用，并可以通过生成流动阻力而吸收燃烧振动的速度脉动。
在本实施例中，多孔板件60设置在空心筒柱25上游而靠近空心筒柱25。不过，多孔板件60可以设置在空心筒柱25下游。即使在此情况下，气流的不规则也出现在多孔板件60的下游。于是，可以加强燃油与空气的混合作用，并可以吸收燃烧振动的速度变化。
图6是符合本发明第二实施例的一种燃烧器的纵向局部剖面视图。图7是示于图6中的一种燃烧器的一燃油喷嘴的放大视图。图8是沿着图6中直线b-b所取的剖面视图。一如图6之中所示，一扩散部分70设置在燃烧器10内管18内。扩散部分70包含一在径向上狭窄的狭窄部75和一在径向上宽广的宽广部76，以及一把狭窄部75平滑地连接于宽广部76的倾斜部77。燃油喷嘴20和起动喷嘴30分别具有突起22，32。这些突起22，32基本上成形得状为一圆锥，在气流的下游方向上逐渐变窄，并分别具有倾斜部23，33。一如从图6中可以看出，一环形室13由扩散部分70的内壁和起动喷嘴30的外壁限定。包含突起22的各燃油喷嘴20在环形室13中沿圆周方向基本上等距地间隔开来。
一如图8之中所示，空心筒柱25设置在狭窄部75与突起32之间。因此，空气流过扩散部分70的入口，此入口在狭窄部75与突起32之间是最窄的。当空气和从喷射孔口26喷出的燃油流过扩散部分70时，扩散部分70中沿着倾斜部77和倾斜部23，33出现紊流。因而，可以促进环形室13中燃油与空气的混合作用。当然，扩散部分70被形成使得主气流的速度分量大到足以不在扩散部分70中产生回火。扩散器的扩散角需做得适当，且使扩散器中出现的压力损失低到足以不降低燃气轮机的效率。
扩散部分70中的紊流用以主要在径向上加强空气与燃油的混合作用。一如上述，旋流器29具有在圆周方向上使空气与燃油混合的功能。因此，径向上的混合作用主要出现在由扩散部分70的内壁和起动喷嘴30的外壁所限定的环形室13之内，而主要在圆周方向上的混合作用则因旋流器而出现在混合室15之内。因而，空气可以极为均匀地与燃油混合在一起。
在本实施例中，空气的速度和动压力在扩散部分70入口内是极大的。因此，当进入扩散部分70的气流具有周向分布时，此分布因扩散部分70入口内的动压力而被减少。因而，可以在扩散部分入口内使空气与燃油的混合比在周向上相等。
图9是符合本发明另一实施例的一种燃烧器的纵向局部剖面视图。图10是沿着图9中直线c-c所取的剖面视图。在本实施例中，许多燃油喷嘴20被免除了，而许多空心筒柱35被设置在起动喷嘴30周围。许多空心筒柱35沿径向向外从起动喷嘴30的侧壁伸出。示于本实施例之中的空心筒柱35伸至扩散部分70狭窄部分75附近。许多喷射孔口36设置在每一空心筒柱35上。于是，流过起动喷嘴30的燃油流过每一空心筒柱35并从多个喷射孔口36沿下游方向喷出。起动喷嘴30具有一突起32。突起32基本上成形得状为一圆锥，朝向气流方向下游侧逐渐变窄，并具有一倾斜部33。类似于示于图6之中的实施例，环形室13由扩散部分70的内壁与起动喷嘴30的外壁限定。一柱杆38设置用来尽量减小由旋流器29造成的涡流核心的面积。
即使在本实施例中，径向上的混合作用也主要出现在由扩散部分70的内壁与起动喷嘴30的外壁所限定的环形室13之内，而圆周方向上的混合作用因旋流器29而主要出现在混合室15之内。在本实施例中，燃油喷嘴20不成为一种阻碍，因为燃油喷嘴20并不存在。于是，空气可以顺利地经由空气通道14流入环形室13。其次，燃烧器10的构造可以简化，以及由于不存在燃油喷嘴20而燃烧器10的总重可以降低。
当然，在示于图6和图9的各实施例中，在空气通道中装设紊流生成件，比如多孔板件，是包含在本发明的范畴之内的。
在本发明第一实施例中，紊流生成件造成空气的紊流，并因而在保持空气紊流的同时空气可以与燃油混合在一起。因此，可以获得一种普遍的效果，即空气与燃油的混合作用可以在径向上得到加强。紊流生成件还起到压力降低件的作用。因此，可以获得一种普遍的效果，即燃烧振动中的速度变化可以通过产生流动阻力得到吸收。