燃料和空气同向流动的环形预混合器 【技术领域】
本发明大体上涉及燃烧器。更具体而言，本发明涉及燃料喷嘴的燃料和空气的预混合器。
背景技术
燃烧器通常包括一个或多个燃料喷嘴，该燃料喷嘴将燃料或燃料与空气的混合物引入燃烧室中，在燃烧室中将其点燃。在燃烧之前将燃料与空气相混合容许低于化学计量条件下的火焰温度，从而导致氮氧化物(NOx)排放的降低。一般而言，燃料流过喷嘴，且燃料射流喷射到沿喷嘴轴向流动的空气横流中。然而，将燃料喷射到横流中会在燃料射流下游产生燃料空气混合的低速回流区。由于一些燃料具有较高的火焰速度和较短的喷出时间，如H2含量较高的燃料，故可能在回流区中出现火焰稳定(flameholding)，从而导致对喷嘴及其它燃烧器构件的破坏。减少流动异常的燃料喷嘴预混合器在本领域中受到了广泛认同。
【发明内容】
根据本发明的一个方面，一种用于燃烧器的预混合器包括环形外壳和环形内壳。内壳将内部流道限定在内壳内，且定位成用以将外部流道限定在外壳与内壳之间。燃料排放环状部(annulus)位于外部流道与内部流道之间，且构造成用以在大致平行于经由外部流道的外部空气流和经由内部流道的内部流动的方向上将燃料流喷射到混合区域中。
根据本发明的另一个方面，一种用于涡轮机的燃烧器包括多个预混合器。各预混合器均包括环形外壳和环形内壳，该环形内壳将内部流道限定在内壳内，且定位成用以将外部流道限定在外壳与内壳之间。燃料排放环状部位于外部流道与内部流道之间，且构造成用以在大致平行于经由外部流道的外部空气流和经由内部流道的内部流动的方向上将燃料流喷射到混合区域中。
根据本发明的又一个方面，一种在燃烧器中预混合空气和燃料的方法，包括使外部空气流沿外部空气流通道朝向混合区域流动。内部空气流沿内部空气流通道朝向混合区域流动。燃料从位于内部空气流通道与外部空气流通道之间的燃料排放环状部喷射到混合区域中。该燃料在大致平行于内部空气流和外部空气流的方向上喷射到混合区域中。内部空气流、外部空气流和燃料在混合区域中混合。
通过结合附图的如下描述，这些及其它优点和特征将变得更为明显。
【附图说明】
在权利要求中具体地指出且明确地要求了认作是本发明的主题。通过结合附图的如下详细描述，本发明的前述及其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1为燃烧器实施例的截面图；
图2为燃烧器的预混合器实施例的截面图；
图3为燃烧器的预混合器实施例的端视图；
图4为燃烧器的预混合器的另一实施例的端视图；
图5为燃烧器的预混合器的又一实施例的截面图；以及
图6为燃烧器的再一个预混合器的截面图。
本详细说明通过参照附图以举例的方式，阐述了本发明的实施例，以及优点和特征。
零件清单
10燃烧器
12预混合器
14外壳
16内壳
18预混合器轴线
20外部空气通路
22支柱(strut)
24进入空气通路
26外壳外部
28内壳内部
30内部空气流
32罩盖
34上游端
36下游端
38外部空气流
40燃料通路
42燃料流
46燃料排放环状部
48混合区域
50内壁
52外壁
54排放孔
56末端(tip)
58连续排放切口(slit)
60支柱燃料引导件
62外部空气通路入口
64燃料通路入口
【具体实施方式】
图1中所示的是包括至少一个预混合器12的燃烧器10的实施例。如图2中所示，预混合器12包括外壳14和内壳16。内壳16和外壳14可大致为环形，且如图2中所示，外壳14和内壳16可围绕预混合器轴线18大致同心。内壳16设置在外壳14内，使得外部空气通路20限定在内壳16与外壳14之间。
多个支柱22从外壳14向内延伸至内壳16，以在外壳14内部支承内壳16。各支柱22为中空的，或包括延伸穿过其中的至少一个进入空气通路24。进入空气通路24从外壳外部26延伸至内壳内部28，从而容许内部空气流30从外壳外部26流至内壳内部28。内壳16包括位于上游端34处的罩盖32，用以将进入内壳内部28的内部空气流30大致沿预混合器轴线18引向内壳16的下游端36。此外，外部空气流38经由外部空气通路20朝向下游端36流过多个支柱22。内壳16包括设置和构造成用以将燃料流42从燃料源(未示出)引导至燃料排放环状部46中的多个燃料通路40，在燃料排放环状部46处，燃料流42喷射到混合区域48中。燃料通路40设置在内壳16的内壁50与外壁52之间，且从上游端34延伸至下游端36。
在一些实施例中，如图3中所示，排放环状部46包括位于内壳16末端56中的多个排放孔54，而在其它实施例中，如图4中所示，排放环状部46可包括周向地围绕末端56延伸的连续排放切口58。再次参看图2，排放环状部46构造成用以大致平行于预混合器轴线18且大致平行于内部空气流30和外部空气流38二者而将燃料流42排放到混合区域48。燃料流42在混合区域48中与内部空气流30和外部空气流38相混合。由于燃料流42大致平行于内部空气流30和外部空气流38进行喷射，故降低了形成回流区的可能性，从而减少了发生燃烧器诸如火焰稳定的工作问题。
为了进一步确保内部空气流30和外部空气流38二者平稳地流入混合区域48中，支柱22设置成使得它们距排放环状部46的上游有足够的距离，以便在内部空气流30和外部空气流38到达混合区域48之前缓冲由支柱22所造成地任何流动扰动。此外，支柱22可具有空气动力学上的流线形，以减小流动扰动。
在另一实施例中，如图5中所示，多个支柱22构造成用以将燃料源经由多个支柱燃料引导件60连接到多个燃料通路40上。燃料流42从燃料源经由多个支柱燃料引导件60引导，且进入燃料通路40中，然后在燃料通路40处，燃料流42从排放环状部46排放到混合区域48中。在该实施例中，内壳16在上游端34和下游端36二者处敞开，以便内部空气流30和外部空气流38二者都大致轴向地从上游端34朝向下游端36流动，从而减小流动扰动。
图6中示出了预混合器12的又一实施例。在该实施例中，多个外部空气通路入口62设置在外壳外部26处，而在一些实施例中是设置成以便外部空气流38沿大致径向方向进入外部空气通路20中。外部空气通路20从径向向轴向弯曲，从而使外部空气流38在其进入混合区域48之前从径向定向的流动变成轴向定向的流动。类似而言，多个燃料通路入口64设置在外部空气通路入口62的上游。燃料通路入口64将燃料流42朝向排放环状部46引导。由于燃料通路入口64设置在外部空气通路入口62的上游，故燃料通路40并未横穿外部空气流20，因而就不需要支柱22。在不使用支柱22的情况下来构造预混合器12会进一步减轻潜在的流动扰动，从而改善预混合器和燃烧器的可操作性。
尽管仅结合了有限数量的实施例来详细描述本发明，但应当容易理解，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，本发明可进行修改，以结合任意数目的此前并未描述的变型、备选方案、替换方案或等效布置，但这些都与本发明的精神和范围相匹配。此外，尽管已经描述了本发明的多种实施例，但应当理解，本发明的方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应看作是由以上说明所限制，而是仅由所附权利要求的范围所限制。