CN101666496B - 用于燃烧器的多管装置和制造多管装置的方法 - Google Patents

用于燃烧器的多管装置和制造多管装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于燃烧器的多管装置和制造多管装置的方法。燃料喷射器管(12)包括具有入口端(32)和出口端(30)的单件一体式多边形管。该燃料喷射器管进一步包括：燃料通道(22)，其自入口端(32)沿多边形管纵向轴线延伸至出口端(30)；多个空气通道(20)，其自入口端(32)延伸到出口端(30)并且环绕燃料通道(22)；以及多个燃料孔(24)；各燃料孔(24)连接空气通道(20)和燃料通道(22)。多边形管的入口端(32)形成为燃料管(16)。燃料喷射器(10)包括多个燃料喷射器管(12)和板(14)。多个燃料管(12)在多个燃料喷射器管(12)的入口端(32)附近连接到板(14)。

Description

用于燃烧器的多管装置和制造多管装置的方法
关于联邦资助研究或开发的声明
本发明是在政府的支持下基于能源部授予的DE-FC26-05NT42643号合同作出的。政府对本发明具有某些权利。
技术领域
本发明涉及燃料喷射器管和包括多个燃料喷射器管的燃料喷射器。
背景技术
工业燃气涡轮机具有典型地由环形燃烧器阵列组成的燃烧段。各燃烧器是接收气体和/或组合成可燃混合物的液体燃料和燃烧空气的圆筒形室。空气-燃料混合物在燃烧器中燃烧以产生热的用来驱动涡轮机的加压燃烧气体。
燃烧器通常为双模式、单级多喷燃器(burner)单元。双模式指燃烧器燃烧气体或液体燃料的能力。单级指由各燃烧器的圆柱形衬里限定的单个燃烧区域。
稳定燃烧器中的火焰有助于提供连续燃烧、热燃烧气体的有效产生和来自燃烧的降低的排放。对于多管预先混合器，期望紧密地包装该管以使出口平面的再流通区域最小化并提供实用的空气侧有效面积。多文氏管预先混合器是多管预先混合器的一个实例。
美国专利4845952和4966001公开了多文氏管设备，该设备使用置于一对间隔开的集管板(header plate)中的多个紧密间隔的平行文氏管。文氏管硬钎焊到该集管板，且集管板的周围被密封以形成加压气态燃料被供应进入的高压区。文氏管设置成圆形样式，以在它们的出口平面上产生多个大的、不规则外形的再流通区域。这些大的、不规则的再流通区域在预先混合器的出口引起弱的火焰保持阻力。
美国专利7093438公开了气体燃料喷射器，该燃料喷射器包括：第一集管板、从上游集管板向下游间隔的第二集管板、设置成排且可密封地紧固到第一和第二集管板的多个文氏管。各文氏管包括入口段、喉部段和出口。该出口成形为在多个文氏管各个的出口处减少各文氏管之间间隔的样式。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一种燃料喷射器管包括单件一体式多边形管，该多边形管包括入口端和出口端。燃料喷射器管进一步包括：燃料通道，其自入口端沿多边形管纵向轴线延伸至出口端；多个空气通道，其自入口端延伸到出口端并且环绕燃料通道；以及多个燃料孔。各燃料孔将气体通道和燃料通道连接。多边形管的入口端形成为燃料管。
根据本发明的另一个实施例，燃料喷射器包括多个燃料喷射器管和板。该多个燃料喷射器管在邻近该多个燃料喷射器管的入口端处连接到该板。
根据本发明的另一个实施例，制造燃料喷射器管的方法包括：加工多个穿过单件一体式多边形棱柱的第一孔，该多个孔从棱柱的纵向轴线间隔；加工通过棱柱的第二孔，该第二孔是沿纵向轴线的；加工多个第三孔，其在邻近棱柱的第一末端处穿过多边形棱柱的侧面与第一孔和第二孔成一定角度，该第三孔自棱柱的侧面延伸到第二孔；以及加工棱柱的第二末端以形成燃料管。
附图说明
图1示意地图示了根据本发明实施例的燃料喷射器；
图2示意地图示了根据本发明实施例的燃料喷射器管的端视图；
图3是图2的燃料喷射器管的侧视图；
图4示意地图示了用于包括燃料通道和空气通道的燃料喷射器管的多边形起始件；
图5示意地图示了图4中的包括燃料孔的燃料喷射器管；
图6示意地图示了包括文氏管出口的燃料喷射器管；
图7示意地图示了根据本发明实施例的燃料喷射器。
具体实施方式
参考图1，燃料喷射器10包括多个燃料喷射器管12。各燃料喷射器管12具有入口端32和出口端30(图2)。燃料喷射器管12通过板14支撑在入口端32。燃料喷射器管12的入口端32在18处连接到板14。例如，各连接18可以是焊接或硬钎焊(braze)。燃料喷射器管12穿过板14并焊接在或硬钎焊在内侧上以创建燃料高压间36。燃料喷射器管12也可通过例如直接金属激光烧结过程连接。燃料F的流自燃料高压间36提供到入口端32上的燃料喷射器管12的燃料通道22的入口16。流或空气A自空气高压间38供给燃料喷射器管12的空气通道20(图2)。燃烧内衬40提供在燃料喷射器管12的周围。
参考图2和3，各燃料喷射器管12包括沿燃料喷射器管12的纵向轴线延伸的燃料通道22。多个空气通道20中的各个也平行于燃料喷射器管12的纵向轴线。为了清楚起见，在图3中以虚线仅示出了一个空气通道20。各燃料喷射器管12包括多个将空气通道20连接到燃料通道22的燃料孔24。如图2和3所示，各燃料喷射器管12具有多边形外形，并且燃料通道22形成在燃料喷射器管12的中心，并且空气通道20形成在燃料喷射器管12的外围周围。也如图2和3所示，燃料喷射器管12是六边形的，并且六个空气通道20形成在六边形燃料喷射器管12的外围周围。应该了解的是，然而，燃料喷射器管12可具有另一个多边形外形，例如八边形或五边形外形。也应该了解的是，尽管燃料通道22和空气通道20描述为圆形的，它们可以是卵形或椭圆形或多边形。
参考图4和5，各燃料喷射器管12由单件一体式硬质多边形起始件或棱柱34形成。例如，燃料通道22可通过钻孔成形为通过起始件34的中心。例如，空气通道20也可通过钻孔成形为穿过起始件34。如图4所示，燃料孔24钻进到起始件34中以将空气通道20连接到燃料通道22。再参考图2，各燃料孔24包括将燃料通道22连接到各空气通道20的内部孔26。各燃料孔24还包括自空气通道20延伸到燃料喷射器管12的外围的外部或盲孔(dummy hole)28。外部或盲孔28不影响燃料喷射器管12的运行并且无需塞住。
参考图6，各燃料喷射器管12在入口端32处加工以产生燃料管。例如，燃料管12的入口端32转变成直到燃料通道22形成燃料管入口16为止。
参考图7，燃料喷射器包括一组燃料管12。在图7所示的实施例中，该组包括以“莲蓬头”配置形式设置的六个燃料喷射器管12。如图7所示，莲蓬头具有蜂巢样式。蜂巢样式保持在一起但不强制成考虑燃料喷射器管12中的差热增长。再次参考图1，燃料喷射器管12穿过板14并焊接或硬钎焊在板14的内部以创建燃料高压间36。
图1和图7所示的燃料喷射器10减少了密封管末端的数量。在现有技术的壳和管构造中，各管末端必需被密封。然而，图1和图7所示的燃料喷射器10仅需要一个管末端被密封，并且每六个管中的仅一个需要被密封。燃料喷射器10由多边形外形的燃料喷射器管制造而成，这些燃料喷射器管以某种方式捆绑在一起以能自由浮动从而避免热诱导应力。
图1和图7所示的燃料喷射器10可用于预混高氢燃烧。燃料喷射器10将优质燃料提供以空气混合，并提供更大的表面体积比(淬火以便回火)和小的燃料孔和低的喷射深度(用于回火)。
管的集束或群集以及向管供料的高压间的创建允许减少管的数量。例如，对本文所公开实施例中的六边形管的集束允许以因子六来减少“密封”管的数量。
燃料喷射器管彼此间不连接，并且可彼此之间“自由浮动”以允许差热增长和防止热诱导应力。
尽管本发明已经描述了当前认为是最实用和最优选的实施例，应该了解的是，本发明不限于所公开的实施例，相反地，本发明旨在包括附加权利要求精神和范围内的不同修改和等效设置。

Claims (10)

1.一种燃料喷射器管，包括：
单件一体式多边形管，其包括入口端和出口端；所述燃料喷射管进一步包括：燃料通道(22)，其自入口端(32)沿多边形管纵向轴线延伸至出口端(30)；多个空气通道(20)，其自入口端(32)延伸到出口端(30)并且环绕燃料通道(22)；以及多个燃料孔(24，26，28)；各燃料孔(24，26，28)将空气通道(20)和燃料通道(22)连接，其中，多边形管的入口端(32)形成为燃料管(16)。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器管，其特征在于，空气通道(20)的数目对应于多边形管的边数。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射器管，其特征在于，燃料孔(24，26，28)在出口端(30)附近。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器管，其特征在于，多边形管为六边形。
5.根据权利要求1所述的燃料喷射器管，其特征在于，各燃料孔(24，26，28)自所述多边形管的外表面延伸到燃料通道(22)。
6.一种燃料喷射器(10)，包括：
多个根据权利要求1-5中任一项所述的燃料喷射器管；以及
板(14)，其中多个燃料喷射器管(12)在多个燃料喷射器管(12)的入口端(32)附近连接到板(14)。
7.根据权利要求6所述的燃料喷射器，其特征在于，多个燃料喷射器管(12)彼此不连接。
8.根据权利要求6所述的燃料喷射器，其特征在于，多个燃料喷射器管(12)设置成蜂巢样式。
9.根据权利要求6所述的燃料喷射器，进一步包括燃料高压间(36)和空气高压间(38)，其中板(14)将燃料高压间(36)和空气高压间(38)分隔开。
10.一种制造燃料喷射器管(12)的方法，包括：
加工多个穿过单件一体式多边形棱柱(34)的第一孔(20)，该多个第一孔(20)从棱柱(34)的纵向轴线间隔开；
加工穿过棱柱(34)的第二孔(22)，该第二孔(22)是沿纵向轴线的；
加工多个第三孔(24，26，28)，其在棱柱(34)的第一端(30)附近，穿过多边形棱柱(34)的侧面与第一和第二孔(20，22)成一定角度，该第三孔(24，26，28)自棱柱(34)的侧面延伸到第二孔(22)；以及
加工棱柱(34)的第二端(32)以形成燃料管(16)。
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