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1、(10)申请公布号 CN 103975200 A (43)申请公布日 2014.08.06 C N 1 0 3 9 7 5 2 0 0 A (21)申请号 201180075320.8 (22)申请日 2011.12.05 F23R 3/34(2006.01) F23R 3/54(2006.01) (71)申请人通用电气公司 地址美国纽约州 (72)发明人 L.Y.吉内辛 B.B.舍尔什恩约夫 A.P.苏博塔 A.K.瓦利夫 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人肖日松 严志军 (54) 发明名称 多区域燃烧器 (57) 摘要 本发明提供一种多区域燃烧器并且该多。
2、区域 燃烧器包括：预混器，该预混器被构造成向燃烧 器部段的初级区域输出第一混合物；以及台阶形 中心体，该台阶形中心体能够布置于被限定在预 混器内的环中。该台阶形中心体包括：外部主体， 该外部主体被构造成在第一径轴向台阶部处向燃 烧器部段的次级区域输出第二混合物；和内部主 体，该内部主体能够布置于被限定在外部主体内 的环中并且被构造成在第二径轴向台阶部处向燃 烧器部段的第三区域输出第三混合物。 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.06.05 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/RU2011/000970 2011.12.05 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/08。
3、5411 EN 2013.06.13 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103975200 A CN 103975200 A 1/2页 2 1.一种多区域燃烧器，所述多区域燃烧器包括： 预混器，所述预混器被构造成向燃烧器部段的初级区域输出第一混合物；以及 台阶形中心体，所述台阶形中心体能够布置于被限定在所述预混器内的环中并且包 括： 外部主体，所述外部主体被构造成在第一径轴向台阶部处向所述燃烧器部段的次级区 域输出第二混合物，和 内部主体，所述。
4、内部主体能够布置于被限定在所述外部主体内的环中并且被构造成在 第二径轴向台阶部处向所述燃烧器部段的第三区域输出第三混合物。 2.根据权利要求1所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第一混合物、所述第二混合 物和所述第三混合物被单独供给燃料。 3.根据权利要求1所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三混 合物均在共转条件下输出。 4.根据权利要求1所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三混 合物均在反转条件下输出。 5.根据权利要求1所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三混 合物均以类似的旋转角输出。 6.根据权利要求1所述的多区域燃烧器，其特征在。
5、于，所述台阶形中心体还包括额外 的主体，所述额外的主体能够布置于所述外部主体与所述内部主体之间并且被构造成在第 三径轴向台阶部处向所述燃烧器部段的第四区域输出第四混合物。 7.一种多区域燃烧器，所述多区域燃烧器包括： 燃烧器主体，所述燃烧器主体具有头部端、位于所述头部端下游的燃烧器部段以及被 插入在所述头部端与所述燃烧器部段之间的混合部段； 预混器，所述预混器能够从所述头部端延伸穿过所述混合部段并且被构造成在第一轴 向位置处向所述燃烧器部段输出第一混合物；以及 台阶形中心体，所述台阶形中心体布置于被限定在所述预混器内的环中并且包括： 外部主体，所述外部主体被构造成在第二轴向位置处向所述燃烧器部。
6、段输出第二混合 物，所述第二轴向位置位于所述第一轴向位置的下游，和 内部主体，所述内部主体布置于被限定在所述外部主体内的环中并且被构造成在第三 轴向位置处向所述燃烧器部段输出第三混合物，所述第三轴向位置位于所述第二轴向位置 的下游。 8.根据权利要求7所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第一混合物、所述第二混合 物和所述第三混合物被单独供给燃料。 9.根据权利要求7所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三混 合物在降功率运行操作期间包括空气以及量显著减少的燃料。 10.根据权利要求7所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三混 合物均在共转条件下输出。 11.根据。
7、权利要求7所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三混 合物均在反转条件下输出。 12.根据权利要求7所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三混 权 利 要 求 书CN 103975200 A 2/2页 3 合物均以类似的旋转角输出。 13.根据权利要求7所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述台阶形中心体还包括额外 的主体，所述额外的主体布置于所述外部主体与所述内部主体之间并且被构造成在第三径 轴向台阶部处向所述燃烧器部段的第四区域输出第四混合物。 14.一种多区域燃烧器，所述多区域燃烧器包括： 燃烧器主体，所述燃烧器主体具有头部端、位于所述头部端下游的燃烧器部段以。
8、及被 插入在所述头部端与所述燃烧器部段之间的混合部段； 预混器，所述预混器能够从所述头部端延伸穿过所述混合部段并且被构造成在第一轴 向位置处向所述燃烧器部段输出第一混合物；以及 台阶形中心体，所述台阶形中心体布置于被限定在所述预混器内的环中并且包括： 外部主体，所述外部主体被构造成在第二轴向位置处向所述燃烧器部段输出第二混合 物，所述第二轴向位置位于所述第一轴向位置的下游，和 内部主体，所述内部主体能够布置于被限定在所述外部主体内的环中并且被构造成在 第三轴向位置处向所述燃烧器部段输出第三混合物，所述第三轴向位置位于所述第二轴向 位置的下游。 15.根据权利要求14所述的多区域燃烧器，其特征在。
9、于，所述第一混合物、所述第二混 合物和所述第三混合物被单独供给燃料。 16.根据权利要求14所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三 混合物在降功率运行操作期间包括空气和量显著减少的燃料。 17.根据权利要求14所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三 混合物均在共转条件下输出。 18.根据权利要求14所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三 混合物均在反转条件下输出。 19.根据权利要求14所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述第二混合物和所述第三 混合物均以类似的旋转角输出。 20.根据权利要求14所述的多区域燃烧器，其特征在于，所述台阶形中心。
10、主体还包括 额外的主体，所述额外的主体布置于所述外部主体与所述内部主体之间并且被构造成在第 三径轴向台阶部处向所述燃烧器部段的第四区域输出第四混合物。 权 利 要 求 书CN 103975200 A 1/4页 4 多区域燃烧器 技术领域 0001 本文中所公开的主题涉及多区域燃烧器，并且更具体地，涉及具有台阶形中心体 的多区域燃烧器。 背景技术 0002 在燃气涡轮发动机中，压缩机压缩进入气体以产生压缩气体。该压缩气体被传输 至燃烧器，在燃烧器处，压缩气体可以与燃料混合并且燃烧，以产生高温流体的流体流。这 些高温流体被传输至涡轮部段，在涡轮部段中，高温流体的能量被转化成机械能以用于产 生功率和。
11、/或电力。 0003 在全速全负荷操作条件期间，该布置可能是非常高效的并且趋向于产生相对较少 的污染排放物。然而，在降功率运行或部分负荷条件期间，燃料和空气混合以及随后的燃烧 并不在导致高效燃烧的温度和质量流量下发生。因此，该过程可能造成污染排放物的增加 并且不必要地减少功和/或电力的产生。 发明内容 0004 根据本发明的一个方面，提供一种多区域燃烧器并且该多区域燃烧器包括：预混 器，该预混器被构造成向燃烧器部段的初级区域输出第一混合物；以及台阶形中心体，该台 阶形中心体能够布置于被限定在预混器内的环中。该台阶形中心体包括：外部主体，该外部 主体被构造成在第一径轴向台阶部处向燃烧器部段的次级。
12、区域输出第二混合物；和内部主 体，该内部主体能够布置于被限定在外部主体内的环中并且被构造成在第二径轴向台阶部 处向燃烧器部段的第三区域输出第三混合物。 0005 根据本发明的另一个方面，提供一种多区域燃烧器并且该多区域燃烧器包括：燃 烧器主体，该燃烧器主体具有头部端、位于头部端下游的燃烧器部段以及被插入在头部端 与燃烧器部段之间的混合部段；预混器，该预混器能够从头部端延伸穿过混合部段并且被 构造成在第一轴向位置处向燃烧器部段输出第一混合物；以及台阶形中心体，该台阶形中 心体能够布置于被限定在预混器内的环中。该台阶形中心体包括：外部主体，该外部主体被 构造成在第二轴向位置处向燃烧器部段输出第二混。
13、合物，第二轴向位置位于第一轴向位置 的下游；和内部主体，该内部主体能够布置于被限定在外部主体内的环中并且被构造成在 第三轴向位置处向燃烧器部段输出第三混合物，第三轴向位置位于第二轴向位置的下游。 0006 根据本发明的又一个方面，提供一种多区域燃烧器并且该多区域燃烧器包括：燃 烧器主体，该燃烧器主体具有头部端、位于头部端下游的燃烧器部段以及被插入在头部端 与燃烧器部段之间的混合部段；预混器，该预混器能够从头部端延伸穿过混合部段并且被 构造成在第一轴向位置处向燃烧器部段输出第一混合物；以及台阶形中心体，该台阶形中 心体能够布置于被限定在预混器内的环中。该台阶形中心体包括：外部主体，该外部主体被 。
14、构造成在第二轴向位置处向燃烧器部段输出第二混合物，第二轴向位置位于第一轴向位置 的下游；和内部主体，该内部主体能够布置于被限定在外部主体内的环中并且被构造成在 说 明 书CN 103975200 A 2/4页 5 第三轴向位置处向燃烧器部段输出第三混合物，第三轴向位置位于第二轴向位置的下游。 0007 通过下文结合附图的描述，这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。 附图说明 0008 被认为是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且明确要求 保护。通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的， 在附图中： 0009 图1是多区域燃烧器的侧视图； 0。
15、010 图2是图1的多区域燃烧器的中心体的放大侧视图；以及 0011 图3是根据进一步的实施例的图2的中心体的放大侧视图。 0012 参照附图通过例子的详细描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。 具体实施方式 0013 参照图1，提供了涡轮机(例如燃气涡轮发动机)的多区域燃烧器10。在示例性 燃气涡轮发动机中，压缩机压缩进入气体以产生压缩气体。该压缩气体被传输至多区域燃 烧器10，在多区域燃烧器10处，压缩气体可以与燃料混合并且燃烧，以产生高温流体的流 体流。这些高温流体被传输至涡轮部段，在涡轮部段中，高温流体的能量被转化成机械能， 以用于产生功和/或电力。 0014 多区域燃烧器10包括燃。
16、烧器主体20、预混器40和台阶形中心体60。燃烧器主体 20包括：燃烧器内衬21，该燃烧器内衬21成环形并且成形为限定了其中具有燃烧区域的燃 烧器部段211；燃烧器流套筒22，该燃烧器流套筒22被设置成围绕燃烧器内衬21以限定 环，至少由压缩机产生的压缩气体流动穿过该环；以及端盖23，该端盖23限定了多区域燃 烧器10的头部端212。燃烧器部段211被限定在头部端212的下游，混合部段213被轴向 地插入在燃烧器部段211与头部端212之间。 0015 预混器40能够从头部端212延伸穿过混合部段213并且形状可以成环形或被设 置成环形阵列中的一系列腔。在任何情况下，预混器40都能够从第一燃料。
17、回路41接收第 一量燃料以及由压缩机产生的第一量压缩气体。第一量燃料和第一量压缩气体沿预混器40 的轴向长度混合并且作为第一混合物在第一轴向位置70处被输出至燃烧器部段211的初 级区域80。初级区域80被限定成从燃烧器部段211的前部向后延伸并且可以径向地接近 燃烧器内衬21。 0016 参照图1和图2，台阶形中心体60能够布置于被限定在预混器40内的环61中并 且包括至少外部主体62和内部主体63。外部主体62能够从第二燃料回路64接收第二量 燃料以及由压缩机产生的第二量压缩气体。第二量燃料和第二量压缩气体沿外部主体62 的轴向长度混合并且作为第二混合物在第二轴向位置71处被输出至燃烧器部。
18、段211的次 级区域90，该第二轴向位置71位于第一轴向位置70的下游。次级区域90被限定成相对 于初级区域80径向向内并且被限定成从第二轴向位置71向后延伸。第二轴向位置71被 设置成距第一轴向位置70轴向距离L1。因此，外部主体62被构造成在第一径轴向台阶部 110处向次级区域90输出第二混合物。 0017 内部主体63能够布置于被限定在外部主体62内的环65中。内部主体63能够从 说 明 书CN 103975200 A 3/4页 6 第三燃料回路66接收第三量燃料以及由压缩机产生的第三量压缩气体。第三量燃料和第 三量压缩气体沿内部主体63的轴向长度混合并且作为第三混合物在第三轴向位置72。
19、处 被输出至燃烧器部段211的第三区域100，第三轴向位置72位于第二轴向位置71的下游。 第三区域100被限定在次级区域90的径向向内处并且被限定成从第三轴向位置72向后延 伸。第三轴向位置72被设置成距第二轴向位置71轴向距离L2。因此，内部主体63被构造 成在第二径轴向台阶部120处向第三区域100输出第三混合物。 0018 根据实施例，取决于设计考虑因素和操作需要，轴向距离L1和L2可以彼此类似或 彼此不同。 0019 第一燃料回路41、第二燃料回路64和第三燃料回路66彼此独立并且单独受到控 制，使得第一混合物、第二混合物和第三混合物被独立和单独地供给燃料。通过该方式，每 一种混合物。
20、中燃料和压缩气体的相对的量都根据多区域燃烧器10的操作模式受到独立和 单独的控制。例如，在全速全负荷(FSFL)操作期间，第一混合物、第二混合物和第三混合物 可以都含有燃料以及压缩气体。相比之下，在降功率运行或部分负荷操作期间，第二混合物 和第三混合物可以含有压缩气体以及量显著减少(即，完全没有或微量的)的燃料。 0020 如图2中所示，外部主体62可以包括第一行叶片130并且内部主体63可以包括 第二行叶片131。根据实施例，第一行叶片130和第二行叶片可以被构造成分别向第二混合 物和第三混合物施加漩涡。该漩涡能够被设置成使得第二混合物和第三混合物在共转条件 或反转条件下被输出。在任一种情况。
21、下，漩涡都可以设置有相等/类似的漩涡角或者不同 的漩涡角。尽管第一行叶片130和第二行叶片131被示为布置于第一轴向位置70的后部， 但是应当理解，这仅仅是示例性的，并且第一行叶片130和第二行叶片131布置在第一轴向 位置70的前部、后部并且/或者与第一轴向位置70共轴地布置。 0021 参照图3并且根据进一步的实施例，可以为台阶形中心体60提供至少一个或多个 额外的径轴向台阶部(多个台阶部)140。尽管为了清楚和简单起见，将仅描述一个额外的 径轴向台阶部140，但是应当理解，这仅仅是示例性的。当台阶形中心体60包括额外的径轴 向台阶部140时，台阶形中心体60还包括额外的主体141，该额外。
22、的主体141能够布置于 外部主体62与内部主体63之间。能够独立和单独地向额外的主体141供给燃料和压缩气 体，所供给的燃料和压缩气体沿额外的主体141的轴向长度混合并且作为第四混合物在第 四轴向位置142处被输出至燃烧器部段211，该第四轴向位置142位于第二轴向位置71的 下游并且位于第三轴向位置72的上游。第二轴向位置71被设置成距第一轴向位置70轴 向距离L1，并且第四轴向位置142被设置成距第一轴向位置70轴向距离L2，并且第三轴向 位置72被设置成距离第一轴向位置70轴向距离L3。因此，额外的主体141被构造成在额 外的径轴向台阶部140处输出第四混合物。 0022 额外的主体14。
23、1还可以包括额外行的叶片143，以通过与第一行叶片130以及/ 或者第二行叶片131类似或不同的方向/角度向第四混合物施加漩涡。如上所述，尽管第 一行叶片130、第二行叶片131以及额外行的叶片143被示为布置于第一轴向位置70的后 部，但是应当理解，这仅仅是示例性的，并且第一行叶片130、第二行叶片131以及额外行的 叶片143能够被布置于第一轴向位置70的前部、后部并且/或者与第一轴向位置70共轴 地布置。 0023 根据实施例，取决于设计考虑因素和操作需要，轴向距离L1、L2和L3可以被布置 说 明 书CN 103975200 A 4/4页 7 成与彼此具有类似或不同的轴向间距。 002。
24、4 尽管已经仅结合数量有限的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当易于理 解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改成结合到目前为止并 未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此 外，尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅 包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不被视为受到以上描述的限制，而是仅仅通 过所附权利要求的范围进行限定。 说 明 书CN 103975200 A 1/2页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 103975200 A 2/2页 9 图3 说 明 书 附 图CN 103975200 A 。