微型渦輪燃燒器制造技術

描述了一種用于在渦輪加熱器或熱電聯產應用中使用的微型燃氣渦輪發動機。該微型燃氣渦輪發動機包括使空氣-燃料通路中的沉積物形成最少化的燃料輸送系統。為此，形成在燃料導流裝置和拋油環本體之間的燃料輸送通道形成有特形表面或波狀表面。燃料導流環置于燃料輸送通道與拋油環葉輪之間以利于空氣-燃料混合物流到燃燒室內。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及ー種自持式熱電聯產裝置，其利用微型燃氣渦輪發動機通過熱交換器、催化劑或明火來提供加熱的空氣并用于產生能夠向輔助發電機提供動カ的旋轉驅動，并且更具體地，本專利技術涉及一種用于微型渦輪發動機的使在燃料輸送系統內積累的微粒最少化的改進的燃料導流裝置/拋油環組件。
技術介紹
本部分提供與本公開有關的背景信息，該背景信息不一定 是現有技木。近期的努力表明，微型燃氣渦輪發動機可用在熱電聯產裝置應用中以提供熱和輔助電力。特別是，小型燃氣輪機已被證明是輕的、相對無故障的和極為有效的，使得其成為優良的加熱器。采用微型燃氣渦輪發動機的發電機組的示例性實施方式是Gordon等人的美國專利No. 6，073，857、美國專利No. 6，161，768和美國專利No. 6，679，433的主題。由Gordon等人披露的這些實施方式的特征是燃料經由燃料輸送管進入后殼體；在后殼體處増加了少量的熱量。通過鉆孔在后殼體內輸送的燃料進入兩個貝氏彈簧之間的輸送空間。熱空氣也在此處被引入，并且燃料-空氣混合物被供給到軸承中，從而冷卻和潤滑軸承。ー些燃料圍繞軸承流動，從而充溢彈簧懸架系統，持續帶走熱量。混合物隨后進入由旋轉的拋油環本體和靜止的燃料導流管限定的拋油環增壓室。來自燃燒室的另外的熱空氣在燃料-空氣混合物進入拋油環葉輪之前被加入，這增加了更多的熱量并且將其注入到燃燒室中。通過這種結構，燃料輸送是充足的并且在中度寒冷的環境溫度——諸如美國大陸的北部各州所經歷的環境溫度——下在燃燒室內產生藍色火焰或不可見的火焰。然而，極度寒冷的環境溫度——諸如加拿大和阿拉斯加所經歷的環境溫度——改變表示混化因數的燃燒的化學計量關系。已知可采用燃料加熱器來熱調節燃料，并且已知使燃燒器和發動機殼體之間的環帶隔熱，以在燃燒室內保持更為一致的操作溫度。在極端條件下長時間運行的過程中，已發現可在燃料導流裝置、拋油環本體和拋油環組件中形成碳沉積物，并且這些碳沉積物無法除去。這種問題的傳統解決方案對于消除這些沉積物沒有效果，最終導致燃料輸送系統內阻塞。因此，本領域需要提供在微型燃氣渦輪發動機內提供充足的燃料流動和熱調節而不會形成引起燃料阻塞積累的過量碳沉積物的燃料輸送系統。
技術實現思路
本部分提供了本公開的總體概述，并且本部分不是對本公開的整個范圍或本公開的所有特征的全面公開。改進的微型燃氣渦輪發動機、并且特別是改進的燃料導流裝置/拋油環組件是本專利公開的主題。如上所述，進入燃料導流裝置的混合物包括空氣、液體燃料和可能發展為燃料等離子體的氣化燃料，其基本上構成完整范圍的加熱的部分燃燒燃料。為了使在燃料輸送系統內的微粒累積減到最少，燃料導流裝置的內表面成形為具有使沉積物減少到接近零的波狀部。表面輪廓的具體尺寸是用于燃料溫度、速度和機械混合量的燃料準備的函數，不管加熱器的尺寸如何，其都是相似的，并且由此能夠容易地依照具有排量范圍的燃氣渦輪發動機確定比例。一種改進的拋油環葉輪也是本專利公開的主題。特別是，改進的拋油環葉輪的特征在于完全圓的通道，從而消除了會容易形成沉積物的拐角和凹坑。通道通過圍繞葉輪直徑鉆出錐形的孔而形成。改進的葉輪的特征還在于比早先的葉輪回掃更少。此外，在葉輪的上游設置具有多個矮三角形葉片的徑向導流環。導流環利于從由燃料導流管限界的通道到進ロ段中然后到葉輪中的流動。導流環還使燃料、空氣和燃燒產物的混合物混合和碰撞為最終接近均一的產物，從而進一歩降低沉積物形成的趨勢。從下面提供的具體實施方式部分，本專利技術的進ー步的可應用性范圍將變得明顯。然而應該理解，盡管指出了本專利技術的優選實施方式，但是其詳細說明和具體示例僅出于示例的目的，因為對于本領域普通技術人員而言，從該具體實施方式部分中，在本專利技術的精神和范圍內的多種變化和改型將變得明顯。 通過在此提供的說明，其它可應用領域將變得清楚。本
技術實現思路
部分中的說明和具體示例僅出于說明的目的而并非意在限制本公開的范圍。附圖說明此處描述的附圖僅出于對所選實施方式進行說明的目的，而并不包括所有可能的實施方案，并且不是意在限制本公開的范圍。圖I是具有微型燃氣渦輪發動機和催化熱交換元件的渦輪加熱器的局部截面視圖；圖2A是示出圖I中所示的燃氣渦輪發動機的噴嘴轂、后軸承組件和燃料拋油環的細節視圖；圖2B是圖2A中B-B處指示的燃料輸送系統和后軸承組件的放大視圖；圖3A是圖2中示出的燃料導流裝置的細節示圖；圖3B是圖3A中B-B處指示的形成在燃料導流裝置的內表面上的波狀表面的放大視圖；圖3C是圖3A中C-C處指示的燃料導流裝置上的與后軸承座圈對接的凸緣的放大視圖；圖4A是圖2中示出的拋油環組件的細節示圖；圖4B是導流環的放大視圖；圖4C是在圖4A中示出的線C-C處獲取的拋油環進入端ロ的細節示圖；圖4D是在線D-D處截取的截面視圖；在附圖中的若干視圖中對應的附圖標記始終表示對應的零部件。具體實施例方式現在將參照附圖更全面地描述示例實施方式。提供示例實施方式以使得本專利技術公開充分并且向本領域技術人員完整傳達了范圍。闡述了許多特定細節，例如部件、裝置以及方法的示例，以提供對本公開的實施方式的全面的理解。對于本領域技術人員而言將顯而易見的是，不必采用特定細節，可以以許多不同的形式實施示例實施方式，并且特定細節和示例實施方式二者都不應當解釋為對本公開的范圍進行限制。在ー些示例實施方式中，不詳細描述公知方法、公知裝置結構以及公知技木。現在參照圖I和圖2，熱電聯產裝置或渦輪加熱器10包括支撐在框架組件16內的燃氣渦輪發動機12和催化熱交換元件14。燃氣渦輪發動機12通過壓縮機18吸入環境空氣、從燃料系統接收燃料以形成空氣-燃料混合物，在燃燒器20內燃燒空氣-燃料混合物并且通過渦輪22排出廢氣并使廢氣膨脹。這樣，燃氣渦輪發動機12提供熱源和旋轉動力源。燃氣渦輪發動機12的旋轉部件——即，壓縮機18和渦輪22——安裝在共用的高速軸組件24上。軸組件24經由減速齒輪組件或齒輪箱聯接到軸流風扇26和起動電機28。齒輪箱還可聯接到用于提供電カ的發電機組30 (未示出)。起動電機28經由單向超越離合器組件聯接到軸流風扇26，該向超越離合器組件允許在第一旋轉方向上的動カ傳輸和在第二 旋轉方向上的空轉。渦輪加熱器10是用于在偏遠場所提供加熱的空氣和電力的柴油燃料的自給、自持式加熱系統。燃氣渦輪發動機12被設計成將其能量的大部分作為廢氣形式的熱提供并將少量能量作為軸動力提供，軸動カ用于驅動軸流風扇26和其它輔助的發電機構。渦輪加熱器10被設計成以經濟性結構為特征，并且被特別設計用于降低制造成本。諸如渦輪和壓縮機輪的內部空氣動力學特征使用先進的渦輪增壓技木。例如，優選的流量和壓カ比對于汽車渦輪增壓器部件幾乎是最佳的并且由此對于在渦輪加熱器10中的使用幾乎是最佳的。優選峰值循環溫度為1500華氏度(T)以允許用于高溫部件的經濟材料的使用。繼續參照圖1，熱交換元件14用于回收廢氣中產生的熱量。在這點上，如圖I所示，渦輪加熱器10裝備有適合的催化轉化器34，該催化轉化器34減少廢氣中的一氧化碳和其它有毒排放物，以提供基本上可呼吸的加熱空氣。該示例性實施方式特別適于室外建筑應用，其中使用位于熱交換器組件14內的催化元件34來產生加熱的空氣。因為與汽油火花點火發動機相本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2009.11.06 US 12/614,0351.ー種燃氣渦輪發動機，包括 發動機殼體，所述發動機殼體在軸承組件上可旋轉地支撐軸組件； 由所述發動機殼體封圍的燃燒室； 壓縮機，所述壓縮機聯接到所述軸組件以繞縱向軸線旋轉，所述壓縮機與所述燃燒室流體連通； 渦輪，所述渦輪聯接到所述軸組件以繞所述縱向軸線旋轉，所述渦輪與所述燃燒室流體連通；以及 用于將空氣-燃料混合物輸送到所述燃燒室的燃料輸送系統，所述燃料輸送系統包括 可旋轉地支撐在所述軸組件上的燃料拋油環組件，所述燃料拋油環組件包括拋油環本體和拋油環葉輪，所述拋油環葉輪具有與所述燃燒室流體連通的排出通路；以及 固定地支撐在所述發動機殼體內的燃料導流裝置，所述燃料導流裝置具有內表面，所述內表面與所述拋油環本體的外表面間隔開并且面向所述外表面，從而形成燃料輸送通道，所述燃料輸送通道起始于與燃料進料管流體連通的入口處、沿著所述縱向軸線發散并且終止干與所述拋油環葉輪的所述排出通路鄰近的出口處，其中，所述內表面和所述外表面中的至少ー個中形成有特形表面。2.如權利要求I所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述特形表面包括沿著所述縱向軸線從所述入口到所述出口形成在所述內表面中的多個同心的波狀部。3.如權利要求2所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述特形表面在各個所述多個同心的波狀部之間進一歩包括倒圓角的過渡部。4.如權利要求I所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述拋油環葉輪固定于所述拋油環本體以與所述拋油環本體共同旋轉。5.如權利要求I所述的燃氣渦輪發動機，進ー步包括多個孔，所述多個孔大體徑向地延伸穿過所述拋油環葉輪而形成所述排出通路。6.如權利要求5所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述多個孔中的每ー個從鄰近所述燃料輸送通道的進入端ロ到鄰近所述燃燒室的排出端ロ發散，從而限定錐形的排出通路。7.如權利要求5所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述多個孔中的每ー個具有鄰接所述燃料輸送通道的進入端口和鄰近所述燃燒室的排出端ロ，所述排出端ロ相對于延伸穿過所述進入端ロ的徑向線周向地偏移，從而限定回掃通路。8.如權利要求5所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述多個孔中的每ー個具有鄰近所述燃料輸送通道的特形進入端口和鄰近所述燃燒室的排出端ロ。9.如權利要求I所述的燃氣渦輪發動機，進ー步包括燃料導流環，所述燃料導流環具有成角度的面，所述成角度的面置于所述燃料輸送通道的所述出口與所述排出通路之間。10.如權利要求9所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述燃料導流環固定至所述拋油環本體以與所述拋油環本體共同旋轉。11.如權利要求9所述的燃氣渦輪發動機，其中，所述燃料導流環進ー步包括從所述成角度的面延伸并且圍繞所述導流環等距離間隔開的多個葉片。12.如權利要求I所述的燃氣渦輪發動機，所述燃氣渦輪發動機結合與所述渦輪流體連通的熱交換元件，使得從所述燃氣渦輪發動機排出的廢氣流經所述熱交...

【專利技術屬性】
技術研發人員：理查德·W·戈登已逝，
申請(專利權)人：噴氣機加熱公司，
類型：發明
國別省市：