CN101476725A - 整体式燃料喷嘴进口流量调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及整体式燃料喷嘴进口流量调节器。公开了一种用于燃气涡轮(10)的燃料喷嘴(22)，包括限定一个或多个燃料通道(66)的中心本体(64)和进口流量调节器(48)。进口流量调节器(48)包括基本上管状的毂(50)、基本上管状的外侧脊面(54)和从毂(50)径向向外延伸至该外侧脊面(54)的多个梁(52)。所述多个梁(52)与毂(50)及外侧脊面(54)限定能够消除进入燃料喷嘴(22)的流体流的周向和径向变化的多个流体通道(56)。该进口流量调节器(48)形成为单个整体部件。还公开了一种操作包括燃料喷嘴(22)的燃气涡轮(10)的方法。

Description

整体式燃料喷嘴进口流量调节器
技术领域
本发明总体上涉及回转机械。更具体地，本发明涉及用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴。
背景技术
燃气涡轮典型地包括燃烧器，在该燃烧器中燃料-空气混合物被点燃而产生传递给涡轮的燃烧气流。该燃烧器典型地包括一个或多个燃料喷嘴，所述燃料喷嘴向燃烧室提供空气-燃料混合物以点燃。压缩空气通常由压缩机提供给燃料喷嘴，该空气在该燃料喷嘴内与燃料混合。此外，该燃烧器可能包括进口流量调节器，或称IFC，它用以消除进入该燃料喷嘴的空气流的径向和周向变化。这允许该喷嘴在燃烧器中均匀地和可预测地混合空气和燃料，以精确地实现需要的燃料空气比。需要精确控制燃料空气比，以确保燃气涡轮满足排放和性能需求。
目前，IFC典型地包括制造好的金属片部件组件。然后，这些部件，单独或作为IFC组件，通过焊接或其他合适方法固定到相应的燃料喷嘴。燃料喷嘴-IFC组件的该制造方法成本高，且由于其依赖于几个组件的合适定位，因而在组装过程中有导致流入喷嘴的空气流变化的不需要的偏差。
发明内容
用于燃气涡轮的燃料喷嘴包括限定一个或多个燃料通道的中心本体和进口流量调节器。该进口流量调节器包括基本上管状的毂、基本上管状的外侧脊面、和从该毂径向向外延伸到该外侧脊面的多个梁。所述多个梁连同毂、外侧脊面一起限定了多个流体流动通道，该流体流动通道能够消除来自于进入燃料喷嘴的流体流的周向和径向变化。该进口流量调节器形成单个整体部件。
操作燃气涡轮的方法包括提供进口流量调节器，所述进口流量调节器具有基本上管状的毂、基本上管状的外侧脊面、和从该毂径向向外延伸至该外侧脊面的多个梁。所述多个梁连同毂、外侧脊面一起限定了多个流体流动通道，该进口流量调节器形成单个整体部件。流体引导进入该进口流量调节器，且从进口流量调节器中的流体流消除周向和径向变化。
这些及其他优点和特征在结合附图进行的以下描述显而易见。
附图说明
被认为是本发明的主题被特别提出并在说明书完结时在权利要求书中清楚地声明。本发明的前述和其他目的、特征和优点从结合附图进行的以下详细描述中显而易见。
图1是燃气涡轮的局部剖面图；
图2是包括整体式IFC的燃烧器喷嘴的剖面图；
图3是图2燃烧器喷嘴的局部透视图；
图4是可替换的IFC通道的端视图；
图5是包括导向叶片的整体式IFC的透视图；
图6是图5中整体式IFC的剖面图；和
图7是图5中整体式IFC的可替换实施例的剖面图。
该详细描述参考附图通过实例阐述了本发明的实施例和优点及特征。
具体实施方式
如图1所示为燃气涡轮10的一部分的剖面图，燃气涡轮10围绕燃气涡轮轴线12延伸。连接到过渡连接件16的衬套14从燃烧器20引导燃烧气体至涡轮18。该燃烧器20采用设置在燃烧器内的一个或多个燃料喷嘴22来传输燃料和空气给燃烧区24以点燃和燃烧。燃料通过燃料源(未示出)提供给各个燃料喷嘴22。该衬套14布置在扩散器壳体26内或延伸通过扩散器壳体26，且在如图1所示的实例中该衬套14包括限定衬套通道32在中间的内侧衬套28和外侧衬套30。该外侧衬套30包括允许空气进入衬套通道32的至少一个外侧衬套开口34。
燃烧器20包括前部壳体36、和端盖38，在本实施例中前部壳体36连接到衬套14，所述端盖38通过保持硬件(未示出)联接到前部壳体36，并和前部壳体36一起封闭出燃烧器容积40。所述一个或多个燃料喷嘴22以需要的设置方式布置在燃烧器容积40内，且在如图1所示的实例可支承地附着到端盖38上。燃烧器20还包括一个或多个进口罩42，进口罩42设置成把燃烧器容积40总体上分为进口区44和燃烧区24，同时允许每个燃料喷嘴22从进口区44延伸通过进口罩42到达燃烧区24。
现参考图2，每个燃料喷嘴22包括整体式IFC48，整体式IFC48通过例如熔模铸造或从单件整体坯料机加工形成为单个整体部件。该整体式IFC48包括基本上管状的毂50。多个梁52从毂50径向向外延伸至基本上管状的外侧脊面54，该外侧脊面54在如图2所示的实施例中与毂50同心。该梁52、外侧脊面54和毂50限定多个IFC通道56，在图3最佳示出，IFC通道56构造为适当地调节流入燃料喷嘴22的空气流。作为单个整体部件的整体式IFC48消除了在IFC制造中的不一致性，因而改善了流动调节作用，且还减少了IFC的制造成本。
如图3所示的整体式IFC48的梁52等距隔开并从毂50直接径向延伸至外侧脊面54从而形成IFC通道56，IFC通道56是由毂50和外侧脊面54限定的大小相同且均匀截面的环状通路。由于取决于围绕毂50的周向位置和/或距毂50的径向距离，流入整体式IFC48的空气流可能有不同特性，如压力和速度，通常优选地改变梁52周向位置的间隔和/或改变梁52、毂50和/或外侧脊面54的型面，使得IFC通道构造为在特定的径向和周向位置优化进入整体式IFC48的空气流量调节。例如如图4所示，示出了梁52的型面、外侧脊面54的型面和毂50的型面实质上都是非线性的非均匀IFC通道56。
图5示出了整体式IFC48的又一个实施例。在该实施例中，一个或多个IFC通道56由在梁52间延伸的至少一个导向叶片58分开。导向叶片58用于辅助计量和导向进入整体式IFC48的空气流，且根据需要可以具有不同形状和大小，以计量进入整体式IFC48的空气流的压力和速度的范围。如图6所示，例如导向叶片58可直接轴向地延伸，或可替换地如图7所示，导向叶片58可基本上轴向地延伸越过梁52，然后径向向外形成勺部60。如图7中的箭头所示，该勺部60帮助导向气流。在此描述的导向叶片58的数量和构造仅仅是示范性的，需要理解的是其他数量和构造的导向叶片58都在本发明的范围之内。
再参考图2和图3，整体式IFC48与燃料喷嘴22通过例如焊接或从单件坯料机加工而形成为单个整体部件。该燃料喷嘴22包括喷嘴座62和从该喷嘴座62以一个方向延伸的中心本体64。该中心本体64基本上管状并在其中限定一个或多个燃料通道66。该燃料喷嘴22还包括涡流器68。所述涡流器68包括从中心本体64径向向外延伸的多个涡流器叶片70。该涡流器叶片70是中空的且包括多个喷射口(未示出)，所述多个喷射口联接到一个或多个燃料通道66上。虽然如图3所示的实施例包括一列涡流器叶片70，但是需要理解的是，可能包括更多列涡流器叶片。在如图2所示的又一个实施例中，该整体式IFC48和燃料喷嘴22单独形成且在接点72处通过例如焊接或钎焊接合。
再参考图1，空气大体上如图1中的箭头所示从例如压缩机(未示出)流向燃料喷嘴22。该空气通过压缩机排出口74进入扩散器壳体26。通过开口34进入的空气流入衬套通道32，并通过衬套通道34进入进口区44。现参考图2，该空气经过整体式IFC48，在此气流的径向和周向变化都被消除，该空气流向涡流器68。燃料从燃料源(未示出)推动通过一个或多个燃料通道66，并从涡流器叶片70中的多个喷射口喷出。涡流器叶片70的构造使得燃料与经过的空气流混合，且该燃料/空气混合物向下移行进，在衬套14中被点燃。
尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，应当容易理解的是，本发明不局限于这些公开的实施例。而且，本发明能作修改以并入迄今尚未被描述的任何数量变化、更改、置换或等效的配置，但这些与本发明的精神和范围相称。此外，尽管本发明的不同实施例已经被描述，需要理解的是本发明的方面可能包括描述的实施例的仅仅一些特征。还有，本发明并不视为由前述说明限定，但仅由所附权利要求书的范围限定。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮(10)的燃料喷嘴(22)，包括：
限定一个或多个燃料通道(66)的中心本体(64)；和
进口流量调节器(48)，所述进口流量调节器(48)包括：
基本上管状的毂(50)；
基本上管状的外侧脊面(54)；和
多个梁(52)，所述梁(52)从该毂(50)径向向外延伸至该外侧脊面(54)，所述多个梁(52)与毂(50)及外侧脊面(54)一起限定多个流体流动通道(56)，所述多个流体流动通道(56)能够消除进入燃料喷嘴(22)的流体流的周向和径向变化，该进口流量调节器(48)形成为单个整体部件。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴(22)，其中：进口流量调节器(48)和中心本体(64)形成为单个整体部件。
3.根据权利要求2所述的燃料喷嘴(22)，还包括涡流器(68)，所述涡流器(68)包括从中心本体(64)径向向外延伸的多个涡流器叶片(70)。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴(22)，其中：所述多个梁(52)中的至少一个梁(52)具有可变的型面。
5.根据权利要求1所述的燃料喷嘴(22)，其中：至少一个流体流动通道(56)包括周向设置在流体通道(56)中的至少一个导向叶片(58)，所述至少一个导向叶片(58)使进入进口流量调节器(48)的流体流能够转向。
6.根据权利要求5所述的燃料喷嘴(22)，其中：所述至少一个导向叶片(58)在基本上轴向方向延伸。
7.根据权利要求5所述的燃料喷嘴(22)，其中：所述至少一个导向叶片(58)包括径向向外延伸的部分。
8.一种燃气涡轮(10)，包括：
涡轮(18)；和
与涡轮(18)流动连通的燃烧器(20)，该燃烧器(20)包括至少一个燃料喷嘴(22)，该燃料喷嘴(22)具有：
限定一个或多个燃料通道(66)的中心本体(64)；和
进口流量调节器(48)，所述进口流量调节器(48)包括：
基本上管状的毂(50)；
基本上管状的外侧脊面(54)；和
多个梁(52)，所述梁(52)从该毂(50)大致径向向外延伸至该外侧脊面(54)，所述多个梁(52)与毂(50)及外侧脊面(54)一起限定多个流体通道(56)，所述多个流体通道(56)能够消除进入燃料喷嘴(22)的流体流的周向和径向变化，该进口流量调节器(48)形成为单个整体部件。
9.一种操作燃气涡轮(10)的方法，包括：
提供进口流量调节器(48)，所述进口流量调节器(48)具有基本上管状的毂(50)、基本上管状的外侧脊面(54)、和多个梁(52)，所述多个梁(52)从该毂(50)径向向外延伸至该外侧脊面(54)，所述多个梁(52)与毂(50)及外侧脊面(54)一起限定多个流体流动通道(56)，该进口流量调节器(48)形成为单个整体部件；
引导流体进入进口流量调节器(48)；和
从进口流量调节器(48)内的流体流消除周向和径向的变化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：所述引导流体进入进口流量调节器(48)还包括：用至少一个导向叶片(58)导向流体，所述至少一个导向叶片(58)周向设置在所述多个流体流动通道(56)中的至少一个流体流动通道(56)中。
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