用于燃料噴嘴的系統和方法技術方案

一種系統包括氧化劑壓縮機和燃氣渦輪發動機渦輪，該燃氣渦輪發動機包括渦輪燃燒器、渦輪和排氣壓縮機。渦輪燃燒器包括多個擴散燃料噴嘴，每個擴散燃料噴嘴包括：第一氧化劑導管，其被配置為通過多個第一氧化劑開口注入第一氧化劑，多個第一氧化劑開口被配置為在第一旋轉方向上施加渦旋運動到第一氧化劑；第一燃料導管，其被配置為通過多個第一燃料開口注入第一燃料，多個第一燃料開口被配置為在第二旋轉方向上施加渦旋運動到第一燃料；以及第二氧化劑導管，其被配置為通過多個第二氧化劑開口注入第二氧化劑，多個第二氧化劑開口被配置為在第三旋轉方向上施加渦旋運動到第二氧化劑。第一燃料導管環繞第一氧化劑導管并且第二氧化劑導管環繞第一燃料導管。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請的交叉引用本申請要求于2014年6月11日提交的題為“SYSTEMANDMETHODFORAFUELNOZZLE”的美國非臨時專利申請14/302,028和于2014年6月28日提交的題為“SYSTEMANDMETHODFORAFUELNOZZLE”的美國臨時專利申請61/841,201的優先權和權益，上述所有申請通過引用整體合并于此以用于各種目的。
本文公開的主題涉及燃氣渦輪發動機，并且更具體地涉及用于燃氣渦輪發動機的燃料噴嘴的系統和方法。
技術介紹
燃氣渦輪發動機用于領域非常廣泛的應用中，例如發電、航空器以及各種機械裝置。燃氣渦輪發動機通常在燃燒器部燃燒燃料和氧化劑(例如，空氣)以生成熱燃燒產物，然后該產物驅動渦輪部中的一個或多個渦輪級。進而，渦輪部驅動壓縮機部的一個或多個壓縮機級。同樣，燃料和氧化劑在燃燒器部中混合，然后燃燒產生熱燃燒產物。燃氣渦輪發動機通常包括一個或多個燃料噴嘴以將燃料與氧化劑混合。遺憾地是，燃料和氧化劑的不充分混合會導致增加的一氧化碳排放和/或降低的燃燒效率。此外，燃氣渦輪發動機通常消耗大量空氣作為氧化劑，并且輸出相當大量的排氣進入大氣。也就是說，排氣通常作為燃氣渦輪運行的副產物被浪費。
技術實現思路
下面概述在范圍上與最初要求保護的專利技術匹配的某些實施例。這些實施例并不旨在限制要求保護的專利技術的范圍，相反這些實施例僅旨在提供本專利技術的可能形式的簡短概括。事實上，本專利技術可能包含可與下面闡述的實施例類似或不同的各種形式。在第一實施例中，一種系統包括氧化劑壓縮機和燃氣渦輪發動機。該燃氣渦輪發動機包括具有渦輪燃燒器的燃燒器部。該渦輪燃燒器包括多個擴散燃料噴嘴。多個擴散燃料噴嘴中的每一個包括被配置為通過多個第一氧化劑開口注入第一氧化劑的第一氧化劑導管。多個第一氧化劑開口被配置為在第一旋轉方向上施加渦旋運動到第一氧化劑。多個擴散燃料噴嘴中的每一個還包括被配置為通過多個第一燃料開口注入第一燃料的第一燃料導管。第一燃料導管環繞第一氧化劑導管并且多個第一燃料開口被配置為在第二旋轉方向上施加渦旋運動到第一燃料。多個擴散燃料噴嘴在的每一個還包括第二氧化劑導管，其被配置為通過多個第二氧化劑開口注入第二氧化劑。第二氧化劑導管環繞第一燃料導管并且多個第二氧化劑開口被配置為在第三旋轉方向上施加渦旋運動到第二氧化劑。燃氣渦輪發動機還包括由來自渦輪燃燒器的燃燒產物驅動的渦輪以及由該渦輪驅動的排氣壓縮機。排氣壓縮機被配置為壓縮且輸送排氣流到渦輪燃燒器，并且氧化劑壓縮機被配置為壓縮且輸送第一氧化劑和第二氧化劑到渦輪燃燒器。在第二實施例中，一種系統包括擴散燃料噴嘴，該擴散燃料噴嘴包括第一氧化劑導管，該第一氧化劑導管被配置為通過多個第一氧化劑開口注入第一氧化劑。所述多個第一氧化劑開口被配置為在第一旋轉方向上施加渦旋運動到第一氧化劑。擴散燃料噴嘴還包括第一燃料導管，該第一燃料導管被配置為通過多個第一燃料開口注入第一燃料。第一燃料導管環繞第一氧化劑導管，并且所述多個第一燃料開口被配置為在第二旋轉方向上施加渦旋運動到第一燃料。擴散燃料噴嘴還包括第二氧化劑導管，該第二氧化劑導管被配置為通過多個第二氧化劑的開口注入第二氧化劑。第二氧化劑導管環繞第一燃料導管，并且所述多個第二氧化劑開口被配置為在第三旋轉方向上施加渦旋運動到第二氧化劑。在第三實施例中，一種方法包括從第一氧化劑導管通過擴散燃料噴嘴的多個第一氧化劑開口在第一周向方向上將第一氧化劑注入渦輪燃燒器，從第一燃料導管通過擴散燃料噴嘴的多個第一燃料開口在第二周向方向上將第一燃料注入渦輪燃燒器，從第二氧化劑導管通過擴散燃料噴嘴的多個第二氧化劑開口在第三周向方向上將第二氧化劑注入渦輪燃燒器，以及在擴散燃料噴嘴下游的渦輪燃燒器內擴散燃燒第一氧化劑、第一燃料和第二氧化劑。附圖說明當參照附圖閱讀以下詳細說明時，本專利技術的這些和其他特征、方面和優點將變得更容易被理解，其中相似符號在整個附圖中代表相似部件，其中：圖1是具有耦連到烴類生產系統的基于渦輪的服務系統的系統實施例的示意圖；圖2是圖1的系統實施例的示意圖，其進一步示出控制系統和組合循環系統；圖3是圖1和圖2的系統實施例的示意圖，其進一步示出燃氣渦輪發動機、排氣供應系統和排氣處理系統的細節；圖4是用于運行圖1-3的系統的過程實施例的流程圖；圖5是圖1-3的燃氣渦輪發動機的實施例的示意圖，其進一步示出燃燒器、燃料噴嘴和氧化劑流、燃料流和稀釋劑流的細節；圖6是燃燒器的端蓋和擴散燃料噴嘴的實施例的透視圖；圖7是擴散燃料噴嘴的實施例的剖視圖；圖8是擴散燃料噴嘴的實施例的截面圖；圖9是具有五個導管的擴散燃料噴嘴的實施例的截面圖；圖10是具有中心燃料導管的擴散燃料噴嘴的實施例的截面圖；以及圖11是擴散燃料噴嘴的實施例的錐形尖端的前視圖。具體實施方式本專利技術的一個或多個具體實施例將在下面描述。為了提供這些實施例的簡要描述，實際實施方式的所有特征可能沒有在本說明書中描述。應認識到，在任何此類實際實施方式的開發中(例如在工程規劃或設計項目中)，需要做出眾多針對實施方式的決定以實現特定目標，例如符合在不同實施方式中彼此不同的系統相關約束和/或商業相關約束。而且，應認識到，這種開發工作可能是復雜和費時的，然而，對受益于本公開的本領域普通技術人員來說，承擔設計、裝配和制造仍然是例行工作。本文公開了詳細的示例性實施例。但是，本文公開的特定結構和功能細節僅僅代表描述示例性實施例的目的。而本專利技術的實施例可以體現為許多替代形式，并且不應解釋為僅限于本文闡述的實施例。因此，雖然示例性實施例能夠具有各種修改和替換形式，但其實施例通過附圖中的示例的方式示出并將在本文詳細描述。然而，應當理解的是，本專利技術并不打算將示例性實施例局限于所公開的具體形式，而是相反，示例性實施例旨在覆蓋落入本專利技術的范圍內的所有修改、等同物和替代實施例。本文所使用的術語僅用于描述某些實施例，并不是為了限制示例性實施例。正如本文所使用，單數形式“一”、“一個”、“該”也包括復數形式，除非上下文中明確指出不同含意。當用于本文時，術語“包括”和/或“包含”指定存在所陳述特征、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在和添加一個或更多個其他特征、整數、步驟、操作、元件、組件和/或其群組。雖然術語第一、第二、主要、次要等可以在本文中被用于描本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種系統，其包括：氧化劑壓縮機；以及燃氣渦輪發動機，其包括：具有渦輪燃燒器的燃燒器部，其中所述渦輪燃燒器包括：多個擴散燃料噴嘴，其中所述多個擴散燃料噴嘴中的每一個包括：第一氧化劑導管，其被配置為通過多個第一氧化劑開口注入第一氧化劑，其中所述多個第一氧化劑開口被配置為在第一旋轉方向上施加渦旋運動到所述第一氧化劑；第一燃料導管，其被配置為通過多個第一燃料開口注入第一燃料，其中所述第一燃料導管環繞所述第一氧化劑導管，并且所述多個第一燃料開口被配置為在第二旋轉方向上施加渦旋運動到所述第一燃料；以及第二氧化劑導管，其被配置為通過多個第二氧化劑開口注入第二氧化劑，其中所述第二氧化劑導管環繞所述第一燃料導管，并且所述多個第二氧化劑開口被配置為在第三旋轉方向上施加渦旋運動到所述第二氧化劑；渦輪，其由來自所述渦輪燃燒器的燃燒產物驅動；以及排氣壓縮機，其由所述渦輪驅動，其中所述排氣壓縮機被配置為壓縮并輸送排氣流到所述渦輪燃燒器，并且所述氧化劑壓縮機被配置為壓縮并輸送所述第一氧化劑和所述第二氧化劑到所述渦輪燃燒器。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.06.28 US 61/841,201;2014.06.11 US 14/302,0281.一種系統，其包括：
氧化劑壓縮機；以及
燃氣渦輪發動機，其包括：
具有渦輪燃燒器的燃燒器部，其中所述渦輪燃燒器包括：
多個擴散燃料噴嘴，其中所述多個擴散燃料噴嘴中的每一個包括：
第一氧化劑導管，其被配置為通過多個第一氧化劑開口注入
第一氧化劑，其中所述多個第一氧化劑開口被配置為在第一旋轉方向上施加渦
旋運動到所述第一氧化劑；
第一燃料導管，其被配置為通過多個第一燃料開口注入第一
燃料，其中所述第一燃料導管環繞所述第一氧化劑導管，并且所述多個第一燃
料開口被配置為在第二旋轉方向上施加渦旋運動到所述第一燃料；以及
第二氧化劑導管，其被配置為通過多個第二氧化劑開口注入
第二氧化劑，其中所述第二氧化劑導管環繞所述第一燃料導管，并且所述多個
第二氧化劑開口被配置為在第三旋轉方向上施加渦旋運動到所述第二氧化劑；
渦輪，其由來自所述渦輪燃燒器的燃燒產物驅動；以及
排氣壓縮機，其由所述渦輪驅動，其中所述排氣壓縮機被配置為壓縮
并輸送排氣流到所述渦輪燃燒器，并且所述氧化劑壓縮機被配置為壓縮并輸送
所述第一氧化劑和所述第二氧化劑到所述渦輪燃燒器。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述第一氧化劑導管的第一氧化劑壁
被布置在離所述擴散燃料噴嘴的中心軸線的第一徑向距離處，所述第一燃料導
管的第一燃料壁被布置在離所述中心軸線的第二徑向距離處，并且所述第二氧
化劑導管的第二氧化劑壁被布置在離所述中心軸線的第三徑向距離處，其中所
述第二徑向距離大于所述第一徑向距離并且所述第三徑向距離大于所述第二徑
向距離。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述第二旋轉方向與所述第一旋轉方
向和所述第三旋轉方向相反。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述多個第一氧化劑開口中的每一個、
所述多個第一燃料開口中的每一個和所述多個第二氧化劑開口中的每一個被定

\t向成與所述擴散燃料噴嘴的中心軸線成角度和/或偏移。
5.根據權利要求4所述的系統，其中所述角度和/或偏移在大約30度到60
度之間。
6.根據權利要求1所述的系統，其中所述第一氧化劑導管沿所述擴散燃料
噴嘴的中心軸線布置。
7.根據權利要求1所述的系統，其包括：
第二燃料導管，其被配置為通過多個第二燃料開口注入第二燃料，其中所
述第二燃料導管環繞所述第二氧化劑導管，并且所述多個第二燃料開口被配置
為在第四旋轉方向上施加渦旋運動到所述第二燃料；以及
第三氧化劑導管，其被配置為通過多個第三氧化劑開口注入第三氧化劑，
其中所述第三氧化劑導管環繞所述第二燃料導管，并且所述多個第三氧化劑開
口被配置為在第五旋轉方向上施加渦旋運動到所述第三氧化劑。
8.根據權利要求1所述的系統，其中所述多個第一氧化劑開口中的每一個、
所述多個第一燃料開口中的每一個和所述多個第二氧化劑開口中的每一個布置
在所述擴散燃料噴嘴的尖端部分處。
9.根據權利要求1所述的系統，其中所述多個擴散燃料噴嘴中的每一個包
括錐形尖端，所述第一氧化劑導管沿軸向延伸超出所述第一燃料導管到所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：B·左，W·S·孜米恩斯基，C·X·史蒂文森，I·A·斯洛巴蒂安斯克伊，
申請(專利權)人：?？松梨谏嫌窝芯抗?/a>，
類型：發明
國別省市：美國;US