CN101832562A - 用于涡轮发动机中的燃料喷射的系统 - Google Patents

用于涡轮发动机中的燃料喷射的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101832562A
CN101832562A CN201010143737A CN201010143737A CN101832562A CN 101832562 A CN101832562 A CN 101832562A CN 201010143737 A CN201010143737 A CN 201010143737A CN 201010143737 A CN201010143737 A CN 201010143737A CN 101832562 A CN101832562 A CN 101832562A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid cylinder
fuel
tip
support
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201010143737A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101832562B (zh
Inventor
D·M·拜利
S·R·西蒙斯
G·A·博德曼
X·伊里扎里-罗萨多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN101832562A publication Critical patent/CN101832562A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101832562B publication Critical patent/CN101832562B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/106—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet
    • F23D11/107—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet at least one of both being subjected to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/38—Nozzles; Cleaning devices therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/002—Supplying water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/283—Attaching or cooling of fuel injecting means including supports for fuel injectors, stems, or lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2212/00—Burner material specifications
    • F23D2212/20—Burner material specifications metallic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2213/00—Burner manufacture specifications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00018—Manufacturing combustion chamber liners or subparts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

本发明涉及用于涡轮发动机中的燃料喷射的系统。在一个实施例中，系统包括端盖(30)和液体筒(70)。液体筒(70)构造成以便安装在涡轮发动机(10)的燃料喷嘴(12)中，其中液体筒(70)包括构造成以便联接到端盖(30)上的一件式法兰(76)，其中法兰(76)包括水入口(84)、空气入口(82)和燃料入口(80)。

Description

用于涡轮发动机中的燃料喷射的系统
技术领域
本公开大体涉及涡轮发动机，且更具体地，涉及具有改进的液体筒的燃料喷嘴。
背景技术
混合液体燃料和空气会影响各种各样的发动机(例如涡轮发动机)中的发动机性能和排放。例如，涡轮发动机可采用一个或多个燃料喷嘴以有助于在燃烧器中混合燃料—空气。各个燃料喷嘴可包括液体筒，以使得能够在燃烧器中分配和混合液体燃料和空气。液体筒可包括尖端部分、中间主体和构造成以便联接到燃料供应、空气供应和水供应上的法兰。不幸的是，尖端及其构件的构造可能会导致流中断及磨损，流中断及磨损可能需要更换和/或维修液体筒。另外，当流体流过中间主体的腔室时，中间主体的构造需要在该主体的腔室中进行支承。中间主体可能需要关于尖端的特殊对准(也是因为中间主体内的支承)，从而增加了液体筒的复杂性。此外，法兰可能具有多个构件，这会导致复杂性和成本增加。因此，液体筒可能会由于组装的复杂性和因不必要的磨损和破裂引起的维修而具有增加的成本。
发明内容
下面对在范围方面与原本要求保护的发明相当的某些实施例进行了概述。这些实施例不意图限制要求保护的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可行形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面阐述的实施例的各种各样的形式。
在第一实施例中，系统包括构造成以便安装在涡轮发动机的燃料喷嘴中的液体筒，其中液体筒包括雾化空气尖端、同轴地设置在雾化空气尖端内的水尖端，以及同轴地设置在水尖端内的燃料尖端。液体筒还包括同轴地设置在雾化空气尖端和水尖端之间的套罩，其中套罩不动地固定到雾化空气尖端上，且燃料嵌件同轴地设置在燃料尖端内，其中燃料嵌件包括沿通过液体筒的流的下游轴向方向径向地扩张的上游端部部分。
在第二实施例中，系统包括构造成以便安装在涡轮发动机的燃料喷嘴中的液体筒。该液体筒包括径向地分开液体筒的同轴管的支架(standoff)，其中支架在同轴管之间限定了多个大小相等的通道，且支架关于液体筒的中心轴线对称。
在第三实施例中，系统包括端盖和液体筒。液体筒构造成以便安装在涡轮发动机的燃料喷嘴中，其中液体筒包括构造成以便联接到端盖上的一件式法兰，其中法兰包括水入口、空气入口和燃料入口。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：
图1是根据本技术的某些实施例的、具有带有改进的液体筒的燃料喷嘴的涡轮机系统的简图；
图2是根据本技术的某些实施例的如图1所示的涡轮机系统的剖面侧视图；
图3是根据本技术的某些实施例的如图1所示的燃烧器的剖面侧视图，其中多个液体筒联接到燃烧器的端盖上；
图4是根据本技术的某些实施例的如图3所示的液体筒的透视图；
图5是根据本技术的某些实施例的如图4所示的液体筒的截面侧视图；
图6是根据本技术的某些实施例的如图4所示的液体筒的截面端视图；以及
图7是根据本技术的某些实施例的，包括空气雾化尖端、水尖端和燃料嵌件的如图4所示的液体筒的尖端的详细截面侧视图。部件列表：涡轮机系统10燃料喷嘴12燃料供应14燃烧器16涡轮叶片17涡轮18压缩机叶片19排气出口20轴21压缩机22进气口24负载26端盖30壳体32衬套34空心环形空间35流动套管36过渡件38液体筒70尖端部分72中间主体74法兰76孔78燃料入口80空气入口82水入口84中心燃料管86燃料腔88水管90水腔92空气管94空气腔96下游方向98支架100支架102腔体或通道104中心轴线或中心点105外通道106雾化空气尖端110套罩112接头114水尖端116旋流喷嘴孔118燃料尖端120旋流喷嘴孔122燃料嵌件124平滑的平面表面126径向地扩张的渐缩部分128下游圆柱形部分130孔或端口132出口区134方向136
具体实施方式
下文将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中描述实际实现的所有特征。应当理解，在例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言特定的决定，以实现开发人员的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的限制，开发人员的具体目标可根据不同的实现而彼此有所改变。而且，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但是尽管如此，对于具有本公开的益处的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。
当介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的，且表示除了列出的元件之外可存在另外的元件。
如下文详细论述，可采用用于涡轮机燃料喷嘴的液体筒的各种实施例来提高涡轮发动机的性能。液体筒可放置在涡轮机燃料喷嘴内部，且可联接到燃烧器的端盖上，以使得能够在涡轮机系统内使用液体燃料。例如，液体筒的实施例可包括改进的尖端部分，其中套罩不动地固定到雾化空气尖端上，以降低回流和磨损。另外，尖端部分包括构造成以便改进通过燃料尖端的燃料流量的燃料尖端嵌件。特别地，燃料尖端嵌件沿下游方向径向地扩张，从而使得燃料能够流畅地流动通过液体筒。在一个实施例中，液体筒在中间主体中包括构造成以便提高液体筒的刚性且降低液体筒的复杂性的支架或隔件。例如，支架可具有关于中间主体的轴线对称的正方形截面。支架建立了使水和/或空气能够流到液体筒尖端部分的四个大小相等的通道。另外，支架使中间主体能够连接到尖端部分上，而与支架的旋转定向无关，从而简化了液体筒的制造。在某些实施例中，液体筒包括单件式法兰，单件式法兰包括空气入口、水入口和燃料入口。单件式法兰可由铸造合金制成，从而简化了制造过程且降低了单独的构件的成本。另外，单件式法兰通过减少法兰内的构件而提高了耐用性。所公开的实施例针对液体筒提高了性能和耐用性，同时降低了复杂性和制造成本。
图1是根据本技术的某些实施例的涡轮机系统10的一个实施例的简图。如下面详细论述的，所公开的实施例采用具有设计成以便提高涡轮机系统10的性能和耐用性的改进的液体筒的燃料喷嘴12。涡轮机系统10可使用液体和/或气体燃料(，例如天然气和/或基于石油的液体燃料，例如石脑油、石油馏出物或生物燃料)来使涡轮机系统10运转。如图所描绘，燃料喷嘴12吸入燃料供应14，使燃料与空气混合，且将空气—燃料混合物分配到燃烧器16中。空气—燃料混合物在燃烧器16内的腔室中燃烧，从而产生热的加压废气。燃烧器16朝向排气出口20将废气引导通过涡轮18。当废气穿过涡轮18时，气体强制涡轮叶片使沿着系统10的轴线的轴21旋转。如图所示，轴21连接到涡轮机10的各种构件上，包括压缩机22。压缩机22也包括联接到轴21上的叶片。因此，压缩机22内的叶片随着轴21旋转而旋转，从而通过压缩机22将来自进气口24的空气压缩进入燃料喷嘴12和/或燃烧器16中。轴21还联接到负载26上，负载26可为运载工具或固定负载，例如发电站中的发电机或航空器上的推进器。负载26可为由涡轮机系统10的旋转输出供以动力的任何适当的装置。如在下面详细描述的，燃料喷嘴12可包括构造成使得能够使用液体燃料来对涡轮机系统10供以动力的液体筒。进一步，液体筒包括对尖端部分、中间主体中的支架以及法兰的改进，这些改进降低了复杂性，提高了性能，降低了成本且简化了制造。
图2是涡轮机系统10的一个实施例的剖面侧视图。涡轮机系统10包括根据所公开的实施例的独特的方面的、位于一个或多个燃烧器16内部的一个或多个燃料喷嘴12。在一个实施例中，六个或不止六个燃料喷嘴12可以以环形或其它布置附连到各个燃烧器16的基部上。此外，涡轮机系统10可包括成环形布置的多个燃烧器16(例如4、6、8、12个)。空气通过进气口24进入涡轮机系统10，且在压缩机22中被加压。然后燃料喷嘴12可使压缩空气与燃料混合，以在燃烧器16中燃烧。例如，燃料喷嘴12可以以适于进行最优的燃烧、排放、燃料消耗和动力输出的比率将燃烧—空气混合物喷射到燃烧器中。燃烧会产生热的加压废气，然后该加压废气驱动涡轮18内的叶片，以使轴21旋转，并且从而驱动压缩机22和负载26。如图所描绘，涡轮叶片17的旋转会使轴21旋转，从而导致压缩机22内的叶片19吸入空气，且对空气加压。因此，由燃料喷嘴12适当地混合和布置空气和燃料流对于改进涡轮机系统10的排放性能来说是重要的。如在下面描述，燃料喷嘴12包括液体筒，液体筒包括对尖端部分、中间主体中的支架以及法兰的改进，这些改进降低了复杂性、提高了性能、降低了成本且简化了制造。例如，液体筒可在中间主体中包括构造成以便提高液体筒的刚性且降低液体筒的复杂性的支架。支架可关于中间主体的轴线对称，且可包括用于空气和/或水沿下游方向流动的多个大小相等的通道。特别地，支架增强了对液体筒的支承，且在定向方面相对于液体筒的其它构件独立，从而降低了制造复杂性和成本。
图3中示出了如图2所示的燃烧器16的一个实施例的详细视图。在该图中，多个燃料喷嘴12附连到燃烧器16的基部附近的端盖30上。在一个实施例中，六个燃料喷嘴12附连到端盖30上。压缩空气和燃料被引导通过端盖30而到达各个燃料喷嘴12，燃料喷嘴12将空气—燃料混合物分配到燃烧器16中。燃烧器16包括大体由壳体32、衬套34和流动套管36限定的腔室。在某些实施例中，流动套管36和衬套34彼此同轴，以限定空心环形空间35。来自压缩机22的空气可通过流动套管36中的穿孔进入空心环形空间35，且然后向上游朝向端盖30和燃料喷嘴12流动，以在该空气通过燃料喷嘴12进入燃烧区中之前对衬套34提供冷却。壳体32、衬套34和流动套管36的设计提供了空气—燃料混合物沿下游方向通过过渡件38(例如会聚部分)朝向涡轮18的最优流动。例如，燃料喷嘴12可通过衬套34将加压空气—燃料混合物分配到燃烧器16中，该混合物在燃烧器16中进行燃烧。所产生的废气流动通过过渡件38到达涡轮18，从而使得涡轮18的叶片与轴21一起旋转。在理想的燃烧过程中，空气—燃料混合物在燃烧器16内、燃料喷嘴12的下游燃烧。燃料喷嘴12还各自包括液体筒70。液体筒70可位于燃料喷嘴12内，且可包括对于尖端部分构件的改进设计。另外，液体筒70在中间主体中包括设计成以便在燃烧器生产期间提高刚性及降低复杂性的支架。液体筒70还包括构造成以便将液体筒70联接到端盖30上的、由一个零件构成的简化法兰。
图4是包括使得能够提高耐用性及降低成本的改进的液体筒70的一个实施例的透视图。如图所描绘，液体筒70包括尖端部分72，尖端部分72包括设计成以便减少停机时间且提高液体筒70的性能的若干构件和材料。如在下面详细描述的，改进的尖端部分72可包含钴基合金，例如钴—铬合金或钴合金L605，以及可抵抗过度磨损、过度发热及其它维修问题的元素。另外，改进的尖端部分72还可设计成以便阻止不必要的空气流，以及改进通过尖端部分72的燃料流量，从而提高液体筒70的性能。液体筒70还包括中间主体74，中间主体74可使水、空气和燃料能够流到涡轮机燃烧器。在一个实施例中，中间主体74可在该主体及其腔体中包括支承件，以提高结构刚性并抵抗变形。如在下面详细描述，中间主体74可包括设计成以便支承中间主体74从而提高其结构刚性的支架。液体筒70还包括法兰76，法兰76可通过孔78螺栓连接到燃烧器端盖30上。另外，法兰76具有用于各种流体的入口，包括燃料入口80、空气入口82和水入口84。法兰76的设计使其可例如通过对钢或金属合金或其它耐用材料进行铸造来形成为一个零件。法兰76的一件式结构通过减少构成该法兰的构件的数量而使得能够降低法兰76的复杂性，从而降低制造成本、磨损和破裂以及制造复杂性。在另一个实施例中，法兰76和液体筒70可铸造成为单个零件，从而进一步降低复杂性和成本。另外，中间主体74中的支架和尖端部分74的构件的设计可提高液体筒70的性能和耐用性。
图5是液体筒70的一个实施例的截面侧视图。液体筒70的详细截面图示出了液体筒70内的腔体和结构。中心燃料管86可位于液体筒70内，从而使得能够实现燃料从燃料入口80到尖端部件72的流体连通。例如，燃料入口80可通过软管或管道联接到液体燃料供应(例如燃料箱)上。另外，可通过任何适当的机构(包括螺纹联接、焊接、钎焊或其它适当的防漏联接)来进行从燃料软管到燃料入口80的联接。液体燃料从燃料入口80流动通过燃料管86内的燃料腔88会为燃烧器供应待与空气和水混合以进行燃烧、从而驱动涡轮叶片的燃料。
类似地，水管90可位于燃料管86外面且与其同心。另外，位于水管90和燃料管86之间的水腔92使得能够实现水从水入口84到尖端部分72的流体连通。另外，水从尖端部分72喷射到燃烧区中，以为燃烧流体增加质量，从而使得整体的燃气轮机动力增大。如在下面详细论述，水腔92可具有支架100，支架100位于中间主体74中心、燃料管86和水管90的壁之间，以提高液体筒70的结构刚性。
另外，空气管94可位于水管90外面且与其同心。空气腔96可位于空气管94和水管90之间，从而使得能够实现空气从空气入口82到尖端部分72的流体连通，以便注射到燃烧区中。另外，空气腔96可具有居中地位于中间主体74内的支架102或其它结构支承件，该支架102或其它结构支承件构造成以便在空气管94和水管90的壁之间提供结构刚性和加强。
如图所描绘，空气、水和燃料可沿下游方向98朝向尖端部分72流动，以便通过燃料喷嘴12喷射到涡轮机的燃烧器16中，从而使得能够进行燃烧，以驱动涡轮发动机10。如图所示，由于管86、90和94的同轴或同心布置，所以空气流、水流和燃料流彼此大体同轴或同心。同样，支架100和102在相同的轴向位置处或在不同的轴向位置处彼此同轴或同心。支架100和102提高了液体筒70的刚性，且还降低了筒响应于力的共振和/或弯曲。特别地，支架100和102提高了管组件(86、90和94)硬度，且改变了液体筒70组件的频率响应。在一个实施例中，支架100和102使液体筒共振频率与主机器转子驱动频率偏移开。因此，支架100和102提高了液体筒70的耐用性和性能。支架100和102也可称为隔件，其中支架或隔件为液体筒70提供结构支承，同时使流体能够传送通过筒的腔室。在一个实施例中，内支架100和外支架102位于中间主体74的中间附近的相同轴向位置处，以改进液体筒70的腔体内的支承。在其它实施例中，支架100和102可位于多个轴向位置处，其中支架100和102的轴向定位是相同的或不同的。例如，液体筒70可包括在相等地隔开的轴向位置处隔开的1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个支架100和102。支架的数量、大小和定位可取决于液体筒70的长度和支架本身，以及操作条件。如图所描绘，液体筒70的长度可比其它筒的长度相对更短，并且因此可仅包括一个支架100和一个支架102。支架100和102可在管94和90内对准(如图所描绘)或不同地定向。另外，中间主体74的设计使得能够提高液体筒70的刚性，从而提高耐用性和性能。
图6是中间主体74的截面端视图。内支架100位于燃料管86和水管90之间。如图所描绘，内支架100是正方形的，且关于中间主体74的中心轴线或中心点105对称。外支架102位于空气管94和水管90之间。外支架102也是正方形的，且关于中心点105对称。如图所描绘，内支架100使水能够流动通过腔体或通道104。在一个实例中，通道104的大小全部相等，且也关于所示截面的中心点105对称。另外，外通道106使空气能够朝向液体筒70的尖端部分72流动。另外，腔体或通道106的大小相等，且关于中间主体74截面的中心点105对称。如图所描绘，内支架100和外支架102可对准，其中各个支架的正方形的边是平行的。
在一些实施例中，内支架100和外支架102可为不同的形状，包括简单的多边形、三角形、五角形、六角形，或构造成以便支承中间主体74内的腔体的其它几何形状。支架100和102可具有相同或不同的形状，例如正方形和三角形、正方形和五角形、正方形和六角形、五角形和三角形、五角形和六角形等。另外，内支架100和外支架102在其它实施例中可以不对准。
内支架100和外支架102的对称构造使中间主体74能够在定向上独立于邻近的液体筒70构件(包括尖端部分72)。中间主体74可在定向上相对于其围绕中心轴线或中心点105的旋转定向独立。特别地，内支架100和外支架102使中间主体74能够以任何旋转定向连接到尖端部分72上，而与支架关于液体筒70内的流和腔体对准无关。因为在定向上独立的支架，由支架100和102建立的流动腔的对称性使用户能够将液体筒组装到邻近构件上，例如尖端72和法兰76上，而与液体筒70的旋转定向无关。特别地，由于支架的对称性，通过管道的流场不受支架100和102的位置的影响。在包括一个槽口或与一个槽口对准的多个支架的非对称的实施例中，流体可建立需要朝尖端的出口流漩涡定向的流向。对称的支架100和102不会产生流旋转，且从而不会对出口处的流产生影响。在一些实施例中，支架100和/或102可限定流道关于中心点105的非对称布置。在这种实施例中，中间主体74可以不在定向方面独立于邻近的液体筒构件。例如，支架100和102可与单个流动通道成C形，由此需要相对于尖端部分72对准，从而进一步使组装和制造复杂化。
图7是包括设计和材料上的改进以提高耐用性和性能的尖端部分72的详细截面侧视图。尖端部分72包括雾化空气尖端110，雾化空气尖端110为尖端部分72的外部。套罩112位于雾化空气尖端110内部且与其同心。另外，套罩112通过接头114不动地固定到雾化空气尖端110上。接头114可通过足以阻挡流体流及承受尖端部分72所经受的热、磨损和破裂的任何适当的机构来联接两个构件。例如，接头114可包括直接在套罩112和雾化空气尖端110之间的钎焊接头。钎焊的接头114可提供密封，以阻止空气尖端110和套罩112之间的旁路流。另外，接头114可以经得住磨损，从而提高系统耐用性和性能。尖端部分72还可包括同轴地位于套罩112内部的水尖端116。水尖端116可包括旋流喷嘴(swozzle)孔118，其构造成以便在空气穿过孔118时产生旋动动作，从而增强空气与燃料的混合。可通过焊接或其它耐用的联接技术将雾化空气尖端110和水尖端116分别固定到空气管94和水管90上。
另外，燃料尖端120可同轴地位于水尖端116内部，其中燃料尖端120构造成使沿下游方向98流动通过燃料尖端120的液体燃料能够进行流体流动及混合。燃料尖端120也可包括构造成在水沿下游方向98流到燃烧器中时使水旋动的旋流喷嘴孔122。燃料尖端120包括用于放置燃料嵌件124的腔体，该腔体可构造成以便朝向燃烧器引导液体燃料流，且在水和\或空气流出尖端部分72时增强燃料与水和\或空气的混合。尖端嵌件124包括平滑的平面表面126(例如垂直于中心轴线105)，平面表面126连接到径向地扩张的渐缩部分128上。如图所描绘，平面表面126和径向地扩张的渐缩部分128构造成以便在液体燃料穿过液体筒70时使液体燃料沿下游方向98的平滑层流增加。渐缩部分128可具有弯曲的或锥形的表面，该表面引起了绕过和通过燃料嵌件124的更加均匀的流动。渐缩部分128自平面表面126附近的上游端部部分径向地扩张到下游圆柱形部分130。
燃料嵌件124包括圆柱形部分130，圆柱形部分130具有孔或端口132，以在燃料朝向尖端部分72的出口区134行进时使燃料能够在燃料嵌件124内流动及旋动。燃料嵌件124的几何结构可提高雾化，且在燃料流中产生旋动，以提高混合和燃烧。如图所描绘，燃料端口132相对于通过燃料尖端72的中心的轴线105切向地成角度，从而在燃料流过端口132时使其能够旋动。另外，燃料端口也可沿方向98略微成角度，以使燃料能够朝向出口区134流动。此外，雾化空气尖端110、套罩112、水尖端116、燃料尖端120和燃料嵌件124可由诸如钴基合金的耐用材料构成，以经得起尖端部分所经受的热和磨损。在该实施例中，液体燃料、空气和水可在出口区134中混合，因为所有三种流体流可在离开尖端部分72时旋动。另外，旋动和混合的燃料、空气和水沿方向136流到燃烧器腔室中，以进行燃烧来驱动涡轮发动机。
本发明的技术效果包括由于公开的实施例的改进的设计、构造、材料和联接机构而实现的燃料尖端部分72构件的提高的耐用性。另外，中间主体74内的支架100和102的设计和定位可提高流体流动性能和构件耐用性，同时降低液体筒70组件的复杂性。另外，法兰76的构造和设计可降低制造复杂性，同时提高系统耐用性。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例意图处于权利要求书的范围之内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
构造成以便安装在涡轮发动机(10)的燃料喷嘴(12)中的液体筒(70)，其中，所述液体筒(70)包括：
雾化空气尖端(110)；
同轴地设置在所述雾化空气尖端(110)内的水尖端(116)；
同轴地设置在所述水尖端(116)内的燃料尖端(120)；
同轴地设置在所述雾化空气尖端(110)和所述水尖端(116)之间的套罩(112)，其中，所述套罩(112)不动地固定到所述雾化空气尖端(110)上；以及
同轴地设置在所述燃料尖端(120)内的燃料嵌件(124)，其中，所述燃料嵌件(124)包括沿着通过所述液体筒(70)的流的下游轴向方向径向地扩张的上游端部部分(128)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述雾化空气尖端(110)、所述水尖端(116)、所述燃料尖端(120)、所述套罩(112)和所述燃料嵌件(124)包含钴基合金。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述套罩(112)直接钎焊到所述雾化空气尖端(110)上。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料嵌件(124)包括由渐缩部分(128)联接到空心的圆柱形下游部分(130)上的基本平坦的上游端部部分(126)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液体筒(70)包括一件式安装法兰(76)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液体筒(70)包括径向地分开所述液体筒(70)的同轴管(86，90，94)的一个或多个支架(100，102)，其中，所述支架(100，102)关于所述液体筒(70)的中心轴线对称。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述支架(100，102)中的各个在所述同轴管(86，90，94)之间限定了多个大小相等且对称地隔开的流动通道。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有带有所述液体筒(70)的燃料喷嘴(12)的燃烧器(16)。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有所述燃烧器(16)的涡轮发动机(10)。
10.一种系统，包括：
构造成以便安装在涡轮发动机(10)的燃料喷嘴(12)中的液体筒(70)，其中，所述液体筒(70)包括：
径向地分开所述液体筒(70)的同轴管(86，90，94)的支架(100，102)，其中，所述支架(100，102)在所述同轴管(86，90，94)之间限定了多个大小相等的通道，且所述支架(100，102)关于所述液体筒(70)的中心轴线对称。
CN201010143737.0A 2009-03-03 2010-03-03 用于涡轮发动机中的燃料喷射的系统 Expired - Fee Related CN101832562B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/397,240 2009-03-03
US12/397,240 US8347631B2 (en) 2009-03-03 2009-03-03 Fuel nozzle liquid cartridge including a fuel insert

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101832562A true CN101832562A (zh) 2010-09-15
CN101832562B CN101832562B (zh) 2014-12-03

Family

ID=42237197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010143737.0A Expired - Fee Related CN101832562B (zh) 2009-03-03 2010-03-03 用于涡轮发动机中的燃料喷射的系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8347631B2 (zh)
EP (1) EP2226559B1 (zh)
JP (1) JP5588696B2 (zh)
CN (1) CN101832562B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103062803A (zh) * 2011-10-24 2013-04-24 通用电气公司 用于涡轮机燃烧室燃料混合的系统

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2154428A1 (de) * 2008-08-11 2010-02-17 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffeinsatz
US9121609B2 (en) * 2008-10-14 2015-09-01 General Electric Company Method and apparatus for introducing diluent flow into a combustor
EP2362143B1 (de) * 2010-02-19 2012-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Brenneranordnung
US8517722B1 (en) * 2010-05-12 2013-08-27 Elemental Scientific, Inc. Torch assembly
US9371989B2 (en) * 2011-05-18 2016-06-21 General Electric Company Combustor nozzle and method for supplying fuel to a combustor
US20130040254A1 (en) * 2011-08-08 2013-02-14 General Electric Company System and method for monitoring a combustor
US20140096526A1 (en) * 2012-10-08 2014-04-10 General Electric Company System for operating a combustor of a gas turbine
JP6018714B2 (ja) * 2012-11-21 2016-11-02 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ コーキング防止液体燃料カートリッジ
US9657899B2 (en) * 2013-08-26 2017-05-23 General Electric Company Replacement oil cartridge tip and method
US9518475B2 (en) 2013-10-28 2016-12-13 General Electric Company Re-use of internal cooling by medium in turbine hot gas path components
US20160258628A1 (en) * 2013-11-22 2016-09-08 General Electric Company Fuel nozzle cartridge and method for assembly
US9435540B2 (en) 2013-12-11 2016-09-06 General Electric Company Fuel injector with premix pilot nozzle
US20150167983A1 (en) * 2013-12-13 2015-06-18 General Electric Company Bundled tube fuel injector tube tip
US20160003157A1 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 United Technologies Corporation Additive manufactured tube assembly
US9714767B2 (en) 2014-11-26 2017-07-25 General Electric Company Premix fuel nozzle assembly
US10030869B2 (en) 2014-11-26 2018-07-24 General Electric Company Premix fuel nozzle assembly
US9982892B2 (en) 2015-04-16 2018-05-29 General Electric Company Fuel nozzle assembly including a pilot nozzle
US9803867B2 (en) 2015-04-21 2017-10-31 General Electric Company Premix pilot nozzle
US10215415B2 (en) 2015-09-23 2019-02-26 General Electric Company Premix fuel nozzle assembly cartridge
US10047959B2 (en) * 2015-12-29 2018-08-14 Pratt & Whitney Canada Corp. Fuel injector for fuel spray nozzle
US10655858B2 (en) * 2017-06-16 2020-05-19 General Electric Company Cooling of liquid fuel cartridge in gas turbine combustor head end
CN109357287A (zh) * 2018-11-21 2019-02-19 贵州智慧能源科技有限公司 分段式火箭发动机燃烧室及动力驱动装置
FR3091332B1 (fr) * 2018-12-27 2021-01-29 Safran Aircraft Engines Nez d’injecteur pour turbomachine comprenant une vrille secondaire de carburant à section évolutive
US11426742B2 (en) 2020-01-28 2022-08-30 Collins Engine Nozzles, Inc. Spray nozzle
KR102312716B1 (ko) 2020-06-22 2021-10-13 두산중공업 주식회사 연료 분사 장치, 노즐, 연소기, 및 이를 포함하는 가스 터빈
US11306661B1 (en) * 2020-12-04 2022-04-19 General Electric Company Methods and apparatus to operate a gas turbine engine with hydrogen gas
JP7352604B2 (ja) * 2021-09-30 2023-09-28 三菱重工業株式会社 バーナ及び燃焼器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000039148A (ja) * 1998-07-21 2000-02-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン燃焼器ノズル
CN1620579A (zh) * 2001-12-20 2005-05-25 阿尔斯通技术有限公司 燃料喷枪
CN1659408A (zh) * 2002-04-18 2005-08-24 伊斯曼化学公司 煤气化进料喷射器挡热板和整体的防腐蚀挡板
US20050223713A1 (en) * 2004-04-12 2005-10-13 General Electric Company Reduced center burner in multi-burner combustor and method for operating the combustor
CN1704574A (zh) * 2004-06-03 2005-12-07 通用电气公司 具有撞击冷却的中心体的预混合燃烧器和冷却中心体的方法
CN1763434A (zh) * 2004-10-14 2006-04-26 通用电气公司 低成本的双燃料燃烧室及相关方法

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1547770A (en) * 1975-09-06 1979-06-27 Rolls Royce Gas turbine engine fuel injectocorsvk
JPS59225207A (ja) * 1983-06-02 1984-12-18 Akio Tanaka 燃焼方法及び装置
JPS63194111A (ja) * 1987-02-06 1988-08-11 Hitachi Ltd ガス燃料の燃焼方法及び装置
US4850196A (en) * 1987-10-13 1989-07-25 Westinghouse Electric Corp. Fuel nozzle assembly for a gas turbine engine
US4938019A (en) 1987-10-16 1990-07-03 Fuel Systems Textron Inc. Fuel nozzle and igniter assembly
US5224333A (en) * 1990-03-13 1993-07-06 Delavan Inc Simplex airblast fuel injection
US5228283A (en) 1990-05-01 1993-07-20 General Electric Company Method of reducing nox emissions in a gas turbine engine
US5259184A (en) * 1992-03-30 1993-11-09 General Electric Company Dry low NOx single stage dual mode combustor construction for a gas turbine
US5505045A (en) * 1992-11-09 1996-04-09 Fuel Systems Textron, Inc. Fuel injector assembly with first and second fuel injectors and inner, outer, and intermediate air discharge chambers
US5351477A (en) * 1993-12-21 1994-10-04 General Electric Company Dual fuel mixer for gas turbine combustor
US5415000A (en) * 1994-06-13 1995-05-16 Westinghouse Electric Corporation Low NOx combustor retro-fit system for gas turbines
US5697553A (en) * 1995-03-03 1997-12-16 Parker-Hannifin Corporation Streaked spray nozzle for enhanced air/fuel mixing
US5722230A (en) * 1995-08-08 1998-03-03 General Electric Co. Center burner in a multi-burner combustor
US5784875A (en) * 1995-11-27 1998-07-28 Innovative Control Systems, Inc. Water injection into a gas turbine using purge air
US5713205A (en) * 1996-08-06 1998-02-03 General Electric Co. Air atomized discrete jet liquid fuel injector and method
US5836163A (en) * 1996-11-13 1998-11-17 Solar Turbines Incorporated Liquid pilot fuel injection method and apparatus for a gas turbine engine dual fuel injector
US5833141A (en) 1997-05-30 1998-11-10 General Electric Company Anti-coking dual-fuel nozzle for a gas turbine combustor
US6082113A (en) * 1998-05-22 2000-07-04 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine fuel injector
US6598383B1 (en) * 1999-12-08 2003-07-29 General Electric Co. Fuel system configuration and method for staging fuel for gas turbines utilizing both gaseous and liquid fuels
US6655145B2 (en) 2001-12-20 2003-12-02 Solar Turbings Inc Fuel nozzle for a gas turbine engine
US7165405B2 (en) * 2002-07-15 2007-01-23 Power Systems Mfg. Llc Fully premixed secondary fuel nozzle with dual fuel capability
EP1649219B1 (en) * 2003-07-25 2008-05-07 Ansaldo Energia S.P.A. Gas turbine burner
US6886346B2 (en) * 2003-08-20 2005-05-03 Power Systems Mfg., Llc Gas turbine fuel pilot nozzle
US7284378B2 (en) * 2004-06-04 2007-10-23 General Electric Company Methods and apparatus for low emission gas turbine energy generation
US7104070B2 (en) 2004-03-04 2006-09-12 General Electric Company Liquid fuel nozzle apparatus with passive water injection purge
US7000403B2 (en) 2004-03-12 2006-02-21 Power Systems Mfg., Llc Primary fuel nozzle having dual fuel capability
US20060191268A1 (en) * 2005-02-25 2006-08-31 General Electric Company Method and apparatus for cooling gas turbine fuel nozzles
US20080078183A1 (en) * 2006-10-03 2008-04-03 General Electric Company Liquid fuel enhancement for natural gas swirl stabilized nozzle and method
US7841180B2 (en) * 2006-12-19 2010-11-30 General Electric Company Method and apparatus for controlling combustor operability
US8057220B2 (en) * 2008-02-01 2011-11-15 Delavan Inc Air assisted simplex fuel nozzle
US7757491B2 (en) * 2008-05-09 2010-07-20 General Electric Company Fuel nozzle for a gas turbine engine and method for fabricating the same
US20100024425A1 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 General Electric Company Turbine engine fuel nozzle
US20100242490A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 General Electric Company Additive delivery systems and methods
US8783585B2 (en) * 2009-05-20 2014-07-22 General Electric Company Methods and systems for mixing reactor feed
US8196408B2 (en) * 2009-10-09 2012-06-12 General Electric Company System and method for distributing fuel in a turbomachine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000039148A (ja) * 1998-07-21 2000-02-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン燃焼器ノズル
CN1620579A (zh) * 2001-12-20 2005-05-25 阿尔斯通技术有限公司 燃料喷枪
CN1659408A (zh) * 2002-04-18 2005-08-24 伊斯曼化学公司 煤气化进料喷射器挡热板和整体的防腐蚀挡板
US20050223713A1 (en) * 2004-04-12 2005-10-13 General Electric Company Reduced center burner in multi-burner combustor and method for operating the combustor
CN1704574A (zh) * 2004-06-03 2005-12-07 通用电气公司 具有撞击冷却的中心体的预混合燃烧器和冷却中心体的方法
CN1763434A (zh) * 2004-10-14 2006-04-26 通用电气公司 低成本的双燃料燃烧室及相关方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103062803A (zh) * 2011-10-24 2013-04-24 通用电气公司 用于涡轮机燃烧室燃料混合的系统
US9243804B2 (en) 2011-10-24 2016-01-26 General Electric Company System for turbine combustor fuel mixing
CN103062803B (zh) * 2011-10-24 2016-03-02 通用电气公司 用于涡轮机燃烧室燃料混合的系统
US10227921B2 (en) 2011-10-24 2019-03-12 General Electric Company System for turbine combustor fuel mixing

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010203762A (ja) 2010-09-16
JP5588696B2 (ja) 2014-09-10
EP2226559A2 (en) 2010-09-08
EP2226559B1 (en) 2015-10-21
CN101832562B (zh) 2014-12-03
US8347631B2 (en) 2013-01-08
US20100223929A1 (en) 2010-09-09
EP2226559A3 (en) 2014-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101832562B (zh) 用于涡轮发动机中的燃料喷射的系统
CN101509670B (zh) 燃气涡轮发动机的燃料喷嘴及其制造方法
CN101576270B (zh) 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴和用于制造该喷嘴的方法
CN105299694B (zh) 在燃烧衬套上的集成式迟稀薄喷射和迟稀薄喷射套管组件
CN103388839B (zh) 具有混合特征的多管式燃料喷嘴
CN102798150B (zh) 用于燃气轮机发动机中的流控制的系统和方法
CN102901101B (zh) 扇形喷嘴安装系统
CN101713549B (zh) 用于在燃气涡轮机中混合空气-燃料的系统
CN102192525B (zh) 在燃烧室流动套筒中的成角度的叶片
JP6118024B2 (ja) 燃焼器ノズル及び燃焼器ノズルの製造方法
CN102607062A (zh) 用于喷射燃料的系统及方法
CN106958836A (zh) 具有液体燃料接受力的集束管燃料喷嘴组件
CN102788365A (zh) 用于涡轮机的燃烧室总成
CN103307631A (zh) 用于增强多管燃料喷嘴中的混合的系统
CN101307723A (zh) 利于冷却涡轮发动机的方法和装置
CN101892908A (zh) 用于冷却燃气涡轮机燃烧器的壁的系统和方法
CN102901123A (zh) 用于调节进入多喷嘴组件中的空气流的系统
CN102563698A (zh) 用于运行空气分级扩散喷嘴的方法
CN102840600B (zh) 涡轮组件以及用于与其一起使用的过渡喷嘴
CN105371300A (zh) 用于燃气涡轮发动机的燃烧器的下游喷嘴以及延迟贫喷射器
CN102607063A (zh) 用于在燃料喷嘴中预混的系统
RU2006121489A (ru) Способ и система для подачи и сжигания пылевидного топлива в стеклоплавильной печи и горелка для использования в системе
CN203835539U (zh) 具有中心轴线的燃气涡轮发动机
JP2012122715A (ja) 空気多段拡散ノズル
KR101299962B1 (ko) 나선형 선회날개의 제작방법 및 그 방법으로 제작된 선회날개를 장착한 경유버너

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141203

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee