專利名稱：燃料噴槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分的燃料噴槍，及涉及根據(jù)權(quán)利要求11的這種燃料噴槍在雙錐形燃燒器中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
視預(yù)混合品質(zhì)而定，預(yù)混合燃燒器允許燃氣輪機的NOx排放的顯著減少。但問題是預(yù)混合燃燒器相對窄的工作區(qū)域。甚至具有渦流分裂的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性問題，例如在US 4,932,861中所描述的雙錐形燃燒器中；或如EP 0704657中所描述的，在具有后置的混合區(qū)段的雙錐形燃燒器中，需要一個用于部分負載工作的附加火焰。該部分負載火焰或領(lǐng)示引導(dǎo)火焰通常是擴散形式的及應(yīng)具有與(預(yù)混合-)主火焰盡可能理想的緊密接觸。此外，需要在預(yù)混合工作期間通過空氣動力學(xué)措施避免先導(dǎo)燃料體系中燃料空氣混合物的再循環(huán)，因為它可燃起及由此可導(dǎo)致燃料導(dǎo)管的過熱。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種燃料噴槍，用于將兩種彼此分開的、由通常設(shè)在燃燒器基部的噴槍基部輸入的燃料導(dǎo)入渦流分裂上游的在燃燒室軸上的噴射位置上。因此涉及提供這樣一種燃料噴槍，即借助它，多種燃料通過至少兩個彼此分開的通道可在基本上設(shè)在噴槍尖端上的噴射位置上選擇地或同時地噴入到一個燃燒室中。在此，燃料噴槍應(yīng)可同時或交替用兩種燃料工作，而不會出現(xiàn)回火或焦化(在液體燃料的情況下)的危險。
該任務(wù)的解決可在獨立權(quán)利要求的特征部分中得到。該解決方案在于，該燃料噴槍除燃料外還將沖洗空氣導(dǎo)送到噴射位置上；及在噴射位置上沖洗空氣被這樣地導(dǎo)送到兩種燃料體系之間，以使得這兩種燃料體系彼此被沖洗空氣隔開。
本發(fā)明的核心在于，使同樣被導(dǎo)送到噴槍尖端上的沖洗空氣這樣地導(dǎo)送到在噴槍尖端處噴入燃燒室的燃料之間，使得由沖洗空氣形成的“保護屏”可防止兩種燃料的交叉。尤其當噴槍僅用一種燃料工作時可防止燃料進入到正好被控制不通過燃料的燃料通道中。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施形式，用于這些燃料的兩個通道及用于沖洗空氣的通道由不同直徑的、基本上圓柱形的管構(gòu)成；其中，這三種介質(zhì)在在此形成的空心圓柱形的或圓柱形的空隙中被導(dǎo)送到噴射位置上。該結(jié)構(gòu)簡單及對于燃燒器中的熱負荷特別適合。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施形式，所述燃料體系是一個使用液體燃料的體系及一個使用氣態(tài)燃料的體系。典型地，在此氣態(tài)燃料被用于燃氣運行中的部分負載區(qū)域，及液體燃料例如油形式的燃料用于油運行中的整個負載區(qū)域。在此，最好液體燃料通過具有最小直徑的中心內(nèi)管被導(dǎo)送到噴槍尖端，其中該內(nèi)管被另外兩個內(nèi)部與它同心布置的管包圍，及氣態(tài)燃料及沖洗空氣在這樣構(gòu)成的空心圓柱形空隙中被導(dǎo)送到噴槍尖端上到達噴射位置上，其中沖洗空氣直接在噴射位置處在中心內(nèi)管與中間管之間流動。由此可保證，沖洗空氣在噴射位置上有效地在兩個燃料流之間以一個隔離屏的形式流動及使兩個燃料流彼此去耦合。
燃料噴槍的另一優(yōu)選實施形式的特征在于在噴射位置上沖洗空氣以基本軸向的及一個空心圓柱體式的環(huán)繞方式被噴射到燃燒室中。換句話說，沖洗空氣與燃燒器軸線平行地進入燃燒區(qū)域中。此外在此，最好在噴射位置處液體燃料稍微徑向向外地及向著軸向的沖洗空氣流地、即以環(huán)繞、相對噴槍尖端張開的空心截圓錐的形式噴出。液體燃料可在該位置上也通過空心圓錐渦流噴嘴或多孔噴嘴噴射。和/或在噴射位置上氣態(tài)燃料以稍微徑向向內(nèi)及向著沖洗空氣流的方式進行噴射，即以環(huán)繞的相對于噴槍尖端閉合的空心截圓錐形式。
另一優(yōu)選實施形式的特征在于液體及氣態(tài)燃料在噴槍基部上被分別導(dǎo)入內(nèi)管及內(nèi)管與中間管之間的空隙中，及沖洗空氣被導(dǎo)入中間管與外管之間的空隙中。在此，或者直接在噴槍基部沖洗空氣可被轉(zhuǎn)向?qū)雰?nèi)管與中間管之間的空隙中，而氣態(tài)燃料被導(dǎo)入中間管與外管之間的空隙中，其中尤其可取的是，沖洗空氣向中間空隙的導(dǎo)入是通過多個設(shè)置在相應(yīng)的多個徑向扇段中的槽或孔實現(xiàn)的。因為通常燃料噴槍在噴槍基部上具有較大直徑，該結(jié)構(gòu)形式允許沖洗空氣及氣態(tài)燃料具有更高的流量。
另一方面，沖洗空氣僅在噴槍尖端上才與氣態(tài)燃料的導(dǎo)送通路相交叉。這就是說，沖洗空氣在中間管與外管之間的空隙中被導(dǎo)向噴槍尖端，及在噴槍尖端的區(qū)域中沖洗空氣被轉(zhuǎn)向?qū)偷絻?nèi)管與中間管之間的中間空隙中，而氣態(tài)燃料被導(dǎo)入到中間管與外管之間的外部空隙中。該結(jié)構(gòu)方式雖然由于噴槍尖端較小的尺寸通常僅允許較低流量的沖洗空氣及氣態(tài)燃料，但它的優(yōu)點是，在最外面通道中流動的沖洗空氣同時具有冷卻作用及可附加地防止過熱及與此相聯(lián)系的回火。
根據(jù)本發(fā)明的燃料噴槍的其它優(yōu)選實施形式被描述在從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明還涉及如上所述的燃料噴槍的應(yīng)用。尤其涉及在預(yù)混合燃燒器、尤其是有或無后置的混合區(qū)段的雙錐形燃燒器的先導(dǎo)運行中的這類應(yīng)用，其中燃料噴槍被布置在預(yù)混合燃燒器的軸上。
根據(jù)所述應(yīng)用的第一實施形式，該噴槍具有的長度基本為有或無后置的混合區(qū)段的雙錐形燃燒器的總長度的3/4，其中該總長度指的是雙錐形燃燒器的錐形區(qū)域的長度。
根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用的其它優(yōu)選實施形式被描述在從屬權(quán)利要求中。


以下將借助實施例并結(jié)合附圖來詳細描述本發(fā)明。附圖為圖1根據(jù)本發(fā)明的燃料噴槍的一個軸向截面；圖2根據(jù)本發(fā)明的整個燃料噴槍的一個軸向截面，其中在噴管尖端設(shè)有交叉部分；及圖3根據(jù)本發(fā)明的燃料噴槍的一個軸向截面，其中交叉部分設(shè)在噴管基部上。
圖中僅表示出本發(fā)明的主要部件。在不同的圖中相同的部件用相同的標號表示。流動方向則用箭頭表示。
具體實施例方式
圖1表示一個燃料噴槍尖端1的軸向截面圖。該燃料噴槍包括一個最外部的噴槍管2，其中在雙錐形燃燒器(Doppelkegelbrenner)中應(yīng)用的情況下-如在US 4,932,861中所描述的，該噴槍通常伸入到這些錐形部分體之間的空腔中約為燃燒室長度的3/4。但也可以是，所述的燃料噴槍使用在具有渦流分裂的預(yù)混合燃燒器中，該預(yù)混合燃燒器附加地設(shè)有一個后置的混合區(qū)段(如參見EP 0704657)。
通常，燃料噴槍具有一個圓形的橫截面。在圓柱形的最外部管2中，與最外部管2同心地安置有一個中間管4，及另一個內(nèi)部的管3、即具有最小直徑的油管。當燃料噴槍需要用液體燃料工作時，液體燃料，即油、汽油或類似物通過該油管3在油路5中流動到燃料噴槍的尖端。在油管3的尖端上具有一個中心嵌件7，它基本上被安置在燃料噴槍的軸線上，及它使得噴槍尖端的油流徑向地向外偏轉(zhuǎn)。由此液體燃料不會在燃料噴槍軸向上噴射到燃燒室中或發(fā)生燃燒的空腔內(nèi)，而是以一個四周閉合的圓錐形的、即構(gòu)成環(huán)繞形的噴射錐噴入。在該位置上液體燃料也可通過一個(在圖中未示出的)空心錐-渦流式噴嘴或通過多孔噴嘴噴射。
在最外部管2與中間管4之間的空腔10中通常在噴槍尖端1處流過氣態(tài)的燃料。在此，外管2在其最外端具有一個向著燃料噴槍軸線方向的環(huán)繞彎曲部分、即收縮部分，該部分用于，使燃氣流11在輸出燃料噴槍以前向著燃料噴槍軸線方向偏轉(zhuǎn)。換句話說，形成一個錐形會聚的的空心燃氣錐。
現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明，在中間管4與油管3之間的中間空間8中在噴槍尖端1處流過沖洗空氣9。但這時該沖洗空氣基本上軸向地流出，即在噴槍尖端1上形成一個圓柱形空氣罩。換句話說，該沖洗空氣9在所使用的兩種燃料之間流過。它尤其是這樣的，即不僅氣態(tài)燃料流11而且液體燃料流6均向著由沖洗空氣形成的該圓柱形空氣罩定向。該特殊的結(jié)構(gòu)允許這樣一種工作方式，即在該工作方式中由于各燃料流通過沖洗空氣的隔離，該燃料噴槍或可用這兩種燃料中的一種工作、或可用這兩種燃料工作，而在此不會例如在僅用一種燃料工作時存在燃料從受控制的燃料通道到達不被運行的通道中這樣的危險(無燃料的回流)。
典型地，這種燃料噴槍具有自20至40毫米范圍中的外徑(最外部管2的外徑)，中間管4具有的外徑約為最外部管2的外徑的2/3，及油管3具有的直徑約為最外部管2的1/3。在噴槍的基部17上，該噴槍通常具有在自30至60毫米范圍中的較大的外徑。這些管可有利地由壁厚度在1至3毫米范圍中的鎳基合金制成。在最前部區(qū)域中具有向內(nèi)彎曲部分的外管2在該處在10毫米的長度上約縮小40％的范圍，這將引起先導(dǎo)燃氣(Pilotgas)11在向燃料噴槍中心軸線的方向上偏轉(zhuǎn)及由此使先導(dǎo)燃氣的出口這樣布置，以致沖洗空氣的隔離作用達到最大程度。
通常這種燃料噴槍用于預(yù)混合燃燒器的先導(dǎo)運行。當在此在先導(dǎo)運行(Pilotbetrieb)中可能僅使用氣態(tài)燃料時，該燃料噴槍典型地達到約至50％負載的利用，即直至預(yù)混合火焰足夠地穩(wěn)定為止。如果預(yù)混合火焰足夠地穩(wěn)定，通常燃料噴槍將不再通過燃料控制，而僅是在預(yù)混合燃燒器的輸入槽上控制燃料噴嘴。
現(xiàn)在如果不提供氣態(tài)燃料，則根據(jù)本發(fā)明的燃料噴槍將變換地允許使用液體燃料進行燃燒室工作。該變換使用的可能性是可能的，因為在僅用一種燃料運行時通過沖洗空氣可阻止該燃料進入到不工作的通道內(nèi)及在那里導(dǎo)致回火。此外由沖洗空氣形成的罩在液體燃料的情況下具有其優(yōu)點，即避免了焦化。
圖2表示一個噴槍的整個長度。因為通常液體燃料16及氣態(tài)燃料15在燃燒器的基部17上在兩個同心布置的管中被輸入，故基本上問題在于，在這兩個燃料通道之間如何導(dǎo)入沖洗空氣9。該問題可用兩個不同的方式來解決，圖2表示其中一個可能性，這里兩種燃料首先從噴槍基部17開始在同心的管中被引導(dǎo)到噴槍尖端的區(qū)域中，而沖洗空氣在中間管4與外管2之間的另一空隙內(nèi)被引導(dǎo)到該區(qū)域上。在此，沖洗空氣在噴槍基部17的區(qū)域中在部分14上通過開口被導(dǎo)入中間管4與外管2之間的所述空隙中。該沖洗空氣通常是由燃燒器后面的一個區(qū)域吸入的。在此情況下這些輸入開口可作為縫槽構(gòu)成，但為了防止污物顆粒進入被證實有利的是這些開口被構(gòu)造成通常其直徑在2至4毫米范圍中的鉆孔?，F(xiàn)在，在噴槍尖端1的區(qū)域中，在一側(cè)上將先導(dǎo)燃氣通路10通到所述徑向上最外部的空隙中，其方式是，在區(qū)域12中兩個外部通道形成交叉。其中在該相同的區(qū)域中，由管2與4之間的最外部空隙中導(dǎo)入的沖洗空氣9被導(dǎo)送到中間管4與內(nèi)管3之間的所述中間的中間空隙中。這種相互的換向?qū)鸵陨榷畏绞?相對于與燃料噴槍的軸線18垂直的橫截面)發(fā)生，在此，三個扇段用于燃氣通路及三個扇段用于沖洗空氣通路就夠了，其中這些扇段通常具有相同的橫截面。
圖2中所示的沖洗空氣在噴槍尖端的區(qū)域前被引導(dǎo)到最外部空隙中的這種通路具有其優(yōu)點，即由此噴槍通過該沖洗空氣通道很好地冷卻。因此該噴槍特別適用于涉及具有一定回火危險的燃燒器。
圖3表示用于先導(dǎo)運行的燃料噴槍的另一實施例，其中沖洗空氣及先導(dǎo)燃氣的兩個通道的交叉不是在噴槍尖端上、而是在噴槍基部17上就已發(fā)生。換句話說，在噴槍基部17上導(dǎo)入的沖洗空氣14就已導(dǎo)入在管4與油管3之間的空隙中，及相應(yīng)地先導(dǎo)燃氣的輸入15就已在噴槍基部17上導(dǎo)入到管4與最外管2之間的空隙中。這也是分段地發(fā)生的，即沖洗空氣9的輸入14通過在三個扇段中的多個縫槽或孔(鉆孔)實現(xiàn)而在另外三個扇段中將先導(dǎo)燃氣導(dǎo)送到最外部的通道中。并且在這里也證實有利的是，設(shè)置用于沖洗空氣14的輸入的一些孔，它們可阻止污物顆粒的進入。
根據(jù)圖3的實施例具有的優(yōu)點是，由于燃料噴槍在其基部17上直徑較大，可實現(xiàn)比在噴槍尖端進行交叉的情況更大的、用于先導(dǎo)燃氣及沖洗空氣的通流橫截面積。相應(yīng)地在這種燃料噴槍上可實現(xiàn)沖洗空氣及先導(dǎo)燃氣更高的流量。
參考標號表
1噴槍尖端2噴槍的最外部管3油管4中間管5油路6油7在油噴嘴上的中心嵌件8沖洗空氣通路9沖洗空氣10先導(dǎo)燃氣通路11先導(dǎo)燃氣12先導(dǎo)燃氣通路的交叉(前部)13沖洗空氣通路的交叉(前部)14沖洗空氣進入沖洗空氣通路的輸入15先導(dǎo)燃氣輸入端16油輸入端17噴槍基部18噴槍的對稱軸19先導(dǎo)燃氣通路的交叉(后部)20沖洗空氣通路的交叉(后部)
權(quán)利要求
1.燃料噴槍，借助它，多種燃料(6，11)通過至少兩個彼此分開的通道(5，10)可在基本上設(shè)在噴槍尖端(1)上的噴射位置上選擇地或同時地噴入到一個燃燒室中，其特征在于該燃料噴槍除燃料外還將沖洗空氣(9)導(dǎo)送到噴射位置上；及在噴射位置上沖洗空氣(9)被這樣地導(dǎo)送到兩種燃料體系(6，11)之間，使得這些燃料體系彼此被該沖洗空氣(9)隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料噴槍，其特征在于用于這些燃料(6，11)的所述兩個通道(5，10)及所述用于沖洗空氣(9)的通道(8)由多個不同直徑的、基本上圓柱形的管構(gòu)成；及這三種介質(zhì)(6，9，11)在這樣形成的空心圓柱形的或圓柱形的空隙(5，8，10)中被導(dǎo)送到噴射位置上。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的燃料噴槍，其特征在于所述燃料體系是一個使用液體燃料(6)的體系及一個使用氣態(tài)燃料(11)的體系。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的燃料噴槍，其特征在于液體燃料(6)通過具有最小直徑的中心內(nèi)管(3)被導(dǎo)送到噴槍尖端(1)，其中該內(nèi)管(3)被另外兩個內(nèi)部與它同心設(shè)置的管(2，4)包圍，及氣態(tài)燃料(11)及沖洗空氣(9)在這樣構(gòu)成的空心圓柱形空隙(8，10)中被導(dǎo)送到噴射位置上的噴槍尖端(1)上，其中沖洗空氣(9)直接在噴射位置處在所述中心內(nèi)管(3)與所述中間管(4)之間的空隙中流動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的燃料噴槍，其特征在于在噴射位置處，沖洗空氣(9)以基本上軸向的以及一個空心圓柱體式的環(huán)繞方式被噴射到燃燒室中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的燃料噴槍，其特征在于在液體燃料(6)噴射到?jīng)_洗空氣流(9)的噴射位置處設(shè)有一個用于產(chǎn)生徑向向外的、環(huán)繞的及向著噴槍尖端張開的空心截圓錐體的中心的嵌件(7)，一個空心圓錐渦流噴嘴或一個多孔噴嘴。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的燃料噴槍，其特征在于在噴射位置處，氣態(tài)燃料(11)以徑向向內(nèi)的及向著沖洗空氣流(9)的方式進行噴射。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中一項的燃料噴槍，其特征在于液體及氣態(tài)燃料(6，11)在噴槍基部(17)上被分別導(dǎo)送到內(nèi)管(3)及內(nèi)管(3)與中間管(4)之間的空隙中，及沖洗空氣(9)被導(dǎo)送到中間管(4)與外管(2)之間的空隙中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的燃料噴槍，其特征在于沖洗空氣(14)可直接在噴槍基部(17)被轉(zhuǎn)向?qū)雰?nèi)管(3)與中間管(4)之間的空隙(8)中，而氣態(tài)燃料被導(dǎo)入中間管(4)與外管(2)之間的空隙(10)中，其中尤其可取的是，沖洗空氣(14)向中間空隙(8)的導(dǎo)入是通過多個設(shè)置在一些相應(yīng)的徑向扇段中的縫槽或孔實現(xiàn)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的燃料噴槍，其特征在于沖洗空氣(9)在中間管(4)與外管(2)之間的空隙中被導(dǎo)送到噴槍尖端(1)，及在噴槍尖端(1)的區(qū)域中，沖洗空氣(9)被轉(zhuǎn)向?qū)偷絻?nèi)管(3)與中間管(4)之間的中間空隙(8)中，而氣態(tài)燃料(11)被導(dǎo)送到中間管(4)與外管(2)之間的外部空隙(10)中。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項的燃料噴槍應(yīng)用在一個預(yù)混合燃燒器、尤其是有或無后置的混合區(qū)段的雙錐形燃燒器的先導(dǎo)運行中，其中所述燃料噴槍被設(shè)置在預(yù)混合燃燒器的軸上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的應(yīng)用，其特征在于該噴槍具有的長度基本為有或無后置的混合區(qū)段的雙錐形燃燒器的總長度的3/4。
全文摘要
在一種燃料噴槍上借助該燃料噴槍多種燃料(6，11)通過至少兩個彼此分開的通道(5，10)可在基本上設(shè)在噴槍尖端(1)上的噴射位置上選擇地或同時地噴入到一個燃燒室中；為了達到無回火的可靠的工作方式及避免焦化，該燃料噴槍除燃料外還將沖洗空氣(9)導(dǎo)送到噴射位置上；及在噴射位置上沖洗空氣(9)被這樣地導(dǎo)送到兩種燃料體系(6，11)之間，以使得這些燃料體系彼此被沖洗空氣(9)隔開。
文檔編號F23D14/48GK1620579SQ02828273
公開日2005年5月25日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者斯特凡諾·貝爾內(nèi)羅, 為群·耿, 克里斯蒂安·施泰因巴赫, 彼得·施圖貝爾 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司