CN102116477A - 燃料喷嘴密封件间隔件及其安装方法 - Google Patents

燃料喷嘴密封件间隔件及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及燃料喷嘴密封件间隔件及其安装方法，具体而言，本申请提供一种将唇形密封件(170)安装在燃料喷嘴(100)的套管组件(265)内的方法。该方法可包括如下步骤：使第一唇形密封件(320)沿第二直径管(290)滑动直到第一唇形密封件(320)接触第一直径管(280)的第一管凸缘(310)为止，使密封件间隔件(270)沿第二直径管(290)滑动直到密封件间隔件(270)接触第一唇形密封件(320)为止，以及使第二唇形密封件(350)沿第二直径管(290)滑动直到第二唇形密封件(350)接触密封件间隔件(270)为止。

Description

燃料喷嘴密封件间隔件及其安装方法
技术领域
本申请一般地涉及燃气涡轮发动机，且更特别地，涉及用以分离定位在燃料喷嘴管周围的唇形密封件的间隔件及其安装方法。
背景技术
燃气涡轮机燃烧器通常使用定位在端盖周围的多个燃料喷嘴。假定燃料喷嘴的各种内部通道当中可能存在大的温度变化，特别是在瞬态操作期间，那么通道的不同轴向热膨胀会是一个设计问题。例如，不同通道在其中可能具有不同温度的流体，或者不同通道可由具有不同的热膨胀系数的材料构成。此外，这些通道通常可呈同心管道的形式。因而，这些同心管应当具有支撑件和振动缓冲件。
已知的燃料喷嘴通常已使用波纹管或活塞环作为同心管之间的密封件。但是，使用波纹管有些昂贵并且可能存在耐久性问题。同样，使用活塞环可能提供经过其中的相当大的泄漏。高泄漏变化因而特别是在两个通道之间导致跨通道的高压降(delta pressure)并且可能引起不希望的燃烧特征。
已发现唇形密封件与已知的活塞环相比提供改善的密封性能。唇形密封件可在一端定位并锁位在凸缘管端周围，该凸缘管端焊接在套管组件管的端部上并借助燃料喷嘴体中的沉孔被锁位在第二端。虽然该方法可能有效，但后续的密封件必须具有交替缩小的尺寸以便允许沿两个方向组装和锁位密封件。对于需要多个密封件的燃料喷嘴而言，径向上可能没有足够的空间来针对所有需要的密封件利用此方法。
因此，期望一种将唇形密封件安装到燃料喷嘴管上并将它们适当地锁位在适当位置的改进的方法。使用唇形密封件代替活塞环将改善各种喷嘴回路之间的密封并随后改进整体排放和性能。
发明内容
本申请因此提供一种将唇形密封件安装在燃料喷嘴的套管组件内的方法。该方法可包括如下步骤：使第一唇形密封件沿第二直径管滑动直到该唇形密封件接触第一直径管的第一管凸缘为止，使密封件间隔件沿第二直径管滑动直到密封件间隔件接触第一唇形密封件为止，以及然后使第二唇形密封件沿第二直径管滑动直到第二唇形密封件接触密封件间隔件为止。
本申请还提供一种用于燃料喷嘴的套管组件。该燃料喷嘴可包括具有第一直径的第一管、具有第二直径的第二管，并且第一直径大于第二直径。第一唇形密封件可定位在第二管上并与第一管接触。密封件间隔件可定位在第二管上并与第一唇形密封件接触。第二唇形密封件可定位在第二管上。
本申请还提供一种将唇形密封件安装在燃料喷嘴端盖的套管组件内的方法。该方法包括如下步骤：将第一唇形密封件定位在第一管的第一管凸缘周围，将第二唇形密封件定位在第二管的第二管凸缘周围，将套管组件定位在端盖的第一侧内，经由端盖的第二侧将第三唇形密封件定位在第三管周围，以及经由密封件套环将第三唇形密封件固定在适当位置。
在结合若干附图和所附权利要求查看以下详细说明后，本申请的这些和其它特征对本领域的普通技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
图1是可在此使用的燃气涡轮发动机的局部截面图。
图2是可在此使用的副喷嘴的一部分的侧视图。
图3是图2的副喷嘴的端盖周围的铰接截面图。
图4是带有可如文中所述的唇形密封件的多个同心管的侧视截面图。
图5是可与套管组件一起使用的唇形密封件的侧视截面图。
图6是安装在可如文中所述的套管组件的管上的密封件间隔件和多个唇形密封件的透视图。
图7是如文中所述定位在端盖内的套管组件的备选实施例的侧视截面图。
零件清单
10燃气涡轮发动机
12压缩机
14燃烧器
16涡轮
18过渡管
20主燃烧室
22副燃烧室
24喉部区域
26流套管
28外壳体
30涡轮机壳体
32主喷嘴
34副喷嘴
36火花塞
38联焰管
100副喷嘴
110同心管
120中心通道
130喷嘴销柱
140副通道
150端盖
155间隔件流动孔
160喷嘴末端
165燃料或空气通道
170唇形密封件
180弓形部分
190外密封线
200内密封线
210向内卷曲
220折回部
230第一边缘
240延伸部分
250向外弯曲的部分
260第二边缘
265套管组件
270密封件间隔件
280第一管
290第二管
300第三管
310凸缘端
320第一密封件
330定位螺钉
340流动孔口
350第二密封件
360凸缘端
370第三密封件
400套管组件
410第一管
420第二管
430第三管
440第一管凸缘
450第二管凸缘
460第一唇形密封件
470第二唇形密封件
480第一端盖侧
490第三唇形密封件
500密封套环
510第二端盖侧
具体实施方式
现参照附图，其中贯穿若干视图相似的标号指相似的元件，图1示出带压缩机12(也部分示出)、燃烧器14和这里通过单个叶片表示的涡轮区段16的燃气涡轮发动机10的部分。尽管未特别示出，但涡轮16沿共同的轴线连接到压缩机12上。压缩机12压缩进入的空气流并将空气传送到燃烧器14。燃烧器14将被压缩的空气流与被压缩的燃料流混合并点燃该混合物。尽管仅示出单个燃烧器14，但燃气涡轮发动机10可包括任何数目的燃烧器14。燃烧器14可围绕燃气涡轮发动机10的轴线定位成环形阵列。
热燃烧气体又被传送到涡轮16。热燃烧气体驱动涡轮16以便产生机械功。涡轮16所产生的机械功驱动压缩机12并通常驱动外部负载如发电机等。燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种类型的合成气和其它类型的燃料。在此燃气涡轮发动机10作为示例，并且可具有其它构造且可使用其它类型的构件。
过渡管18可将每个燃烧器14的出口端与涡轮16的入口端连接以传送热燃烧气体。每个燃烧器14可包括通常由喉部区域24分隔的主或上游燃烧室20以及副或下游燃烧室22。燃烧器14可被燃烧器流套管26围绕以便将压缩机排气气流引导到燃烧器14。燃烧器14还可被外壳体28围绕，该外壳体28可被栓接或以其它方式被附接到涡轮机壳体30上。燃烧器14还可包括多个主喷嘴32以便向主燃烧室20提供燃料。主喷嘴32可在中心副喷嘴34周围布置成环形阵列。可结合多个联焰管38(示出一个)依靠火花塞36在燃烧器14中实现点燃。副喷嘴34可向副燃烧室22提供燃料。在此可使用其它构造和设计。
图2和图3示出可如文中所述的副喷嘴100。副喷嘴100可包括多个同心管110。同心管110可限定任意数目的穿过其中的通道。同心管110可包括中心通道120。中心通道120可为与多个喷嘴销柱(peg)130连通的液体燃料通道。任何数目的副通道140可围绕中心通道120。副通道140可包括前导气体通道、副气体通道和第三气体通道、水净化通道、气流通道以及其它类型的流体流。
同心管110可在一端处安装在端盖150上。端盖150可具有穿过其中的多个间隔件流动孔155和燃料或空气导管165。同心管110可在另一端处延伸到喷嘴末端160。在此可使用任何数目的副通道140和/或同心管110。在此可使用其它构造和设计。
图4示出副喷嘴100的同心管110的实例。如图所示，多个副通道140围绕中心通道120。多个唇形密封件170可定位在任一对同心管110之间。唇形密封件170是一种减少经过其中的燃料泄漏的径向密封件。唇形密封件170也可定位在同心管110与端盖150之间。
唇形密封件170典型地应用于旋转轴。一般而言，唇形密封件170通过座落于压缩内径的轴上而密封并座落于压缩外径的孔中。在典型的旋转轴应用中，由于轴将相对于静止的唇形密封件旋转，内径将被认为是密封件的动态侧。该密封设计依赖压紧来提供内部和外部密封表面上的法向力。
图5示出唇形密封件170的一个实例的侧视图。唇形密封件170可包括弓形部分180、外密封线190和内密封线200。唇形密封件170可在弓形部分180的一端包括向内卷曲210以便在第一边缘230形成折回部220。唇形密封件170还可包括向内逐渐变细的伪圆锥形(frustro-conical)部分或纵向延伸的部分240，该部分在通向第二相对的边缘260的向外弯曲的部分250处终止。折回部220的作用是提供有利于密封件170顺滑插入内部空腔的硬化和引导。在此可使用其它构造和设计。唇形密封件170可由镍超合金、镍钴合金和类似材料制成。
在本申请中，唇形密封件170允许热膨胀，因为唇形密封件170允许沿内径或内卷曲210轴向滑动同时维持密封。唇形密封件170基本为金属径向弹簧。由于唇形密封件170为全周向弹簧密封件，所以唇形密封件170还增加了远离激励源的喷嘴构件的自然频率。改善的密封还减少由于超低排放燃烧器中通道与通道间泄漏而引起的引导流量变化。这对于精确控制引导的低燃料流速是重要的。此外，唇形密封件170可允许更高浓度的H2以及其它类型的高反应性燃料，具有对于更大的燃料适应性而言可以接受的泄漏。已知的活塞环泄漏通常对高反应性燃料的可接受的浓度施加低得多的限制。
图6示出与燃料喷嘴100一起使用的套管组件265的实例。套管组件265具有可如文中所述的密封件间隔件270。在此示例中，示出了具有逐渐变小的直径的三个副通道140，即第一管280、第二管290和第三管300。管280、290、300可具有任何希望的缩小的直径。在此可使用任何数目的管280、290、300。
第一管280可包括凸缘端310。唇形密封件170之一，即第一唇形密封件320，可通过内径210的压缩/解压在第二管290上滑动，并且可在第一管280上被重新压缩并在凸缘端310周围被紧固在第二管290上。密封件间隔件270然后可沿着第二管290滑动并与第一密封件320接触。第二管290缺少凸缘状端部。密封件间隔件270可包括定位螺钉330或其它类型的连接装置以将间隔件270保持在适当位置。第二管290可具有在其上加工出的孔口平面(spot face)以便允许定位螺钉330在组装或拆卸期间中断该孔口平面表面而不会留下毛刺来挂住密封件170。可使用任何数目的定位螺钉330。密封件间隔件270还包括多个流动孔口340以便允许流体以可忽略不计的压降流经其中。可使用任何数目、尺寸或形状的流动孔口340。密封件间隔件270可由不锈钢或相似类型的材料制成。
第二流动密封件350然后可滑动直到内径210被压缩并且密封件在邻近间隔件270的第二管290上定位在适当位置为止。该压缩将第二流动密封件350维持在适当位置。第三管300也可具有凸缘状端部360。第三唇形密封件370可在第三管300上滑动直到内径210被压缩且密封件370靠在凸缘状端部360上定位为止。该压缩还将第三唇形密封件370维持在适当位置。随后可将管280、290、300和套管组件265成一体地放置在燃料喷嘴100中。
密封件间隔件270及其安装方法的使用因而允许使用相同尺寸的多个唇形密封件以便更好地在管280、290、300之间密封。该改善的密封的优点之一可以是更少的引导变化。通过减少这种变化，喷嘴引导燃料流量可比当前在达到操作边界之前的流量进一步降低以便实现更低的排放和燃料灵活性。另一个益处可以是避免副燃料泄漏到第三通道中，这种泄漏可能引起喷嘴100内侧的燃烧并随后损坏构件。
总之，第一密封件320通过压缩/解压沿第二管290滑动直到它接触凸缘端310为止。密封件间隔件270然后沿第二管290滑动直到它接近第一密封件320为止，然后可在第二管290上被旋紧或以别的方式固定在适当位置。第二密封件350然后可沿第二管290滑动直到内径210被压缩且其接触密封件间隔件270为止。第三唇形密封件370的内径210然后可被压缩且密封件370沿与凸缘状端部360接触的第三管300定位。管280、290、300然后可被放置在燃料喷嘴100中。可以以相反的次序移去密封件320、350、370和间隔件270。
图7示出可与燃料喷嘴100的端盖150一起使用的套管组件400的备选实施例。在本示例中，示出了具有逐渐变小的直径的三个副通道，即第一管410、第二管420和第三管430。管410、420、430可具有任何希望的缩小的直径。在此可使用任何数目的管410、420、430。第一管410可在第一管凸缘440中终止。同样，第二管420可在第二管凸缘450中终止。第一唇形密封件460可定位第一管凸缘440周围，而第二唇形密封件470可定位在第二管凸缘450周围。第一唇形密封件460和第二唇形密封件470可定位在端盖150的第一侧480内。
第三唇形密封件490可定位在第三管430周围。第三管430上可以没有凸缘。相反，可借助密封件套环500将第三唇形密封件490保持在适当位置。密封件套环500可从端盖150的第二侧510延伸并沿第三管430延伸。
在使用中，第一唇形密封件460可定位在第一管410的第一管凸缘440周围，而第二唇形密封件470可定位在第二管420的第二管凸缘450周围。套管组件400然后可定位在端盖150的第一侧480内。唇形密封件460、470可靠在管凸缘440、450和端块150本身上被保持在适当位置。
一旦套管组件400定位在端盖150的第一侧480内，第三唇形密封件490就可借助端盖150的第二滑动件510定位在第三管430周围。密封件套环500然后可靠在第三密封件490上定位在端盖150的第二侧510内。在此可使用其它构造。
应当清楚的是，前文仅涉及本申请的特定实施例，并且本领域的普通技术人员可在此做出许多改变和改型而不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的总体精神和范围。

Claims (12)

1.一种将唇形密封件(170)安装在燃料喷嘴(100)的套管组件(265)内的方法，包括：
使第一唇形密封件(320)沿第二直径管(290)滑动直到所述第一唇形密封件(320)接触第一直径管(280)的第一管凸缘(310)为止；
使密封件间隔件(270)沿所述第二直径管(290)滑动直到所述密封件间隔件(270)接触所述第一唇形密封件(270)为止；以及
使所述第二唇形密封件(350)沿所述第二直径管(290)滑动直到所述第二唇形密封件(350)接触所述密封件间隔件(270)为止。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使第一唇形密封件(320)沿第二直径管(290)滑动直到所述第一唇形密封件(320)接触第一直径管(280)的第一管凸缘(310)为止的所述步骤包括压缩所述第一唇形密封件(320)的内径(210)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使第二唇形密封件(350)沿所述第二直径管(290)滑动直到所述第二唇形密封件(350)接触所述密封件间隔件(270)为止的所述步骤包括压缩所述第二唇形密封件(350)的内径(210)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使第三唇形密封件(370)沿第三直径管(300)滑动。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三直径管(300)包括第三管凸缘(360)并且使第三唇形密封件(370)沿所述第三直径管(300)滑动的所述步骤包括使所述第三唇形密封件(370)滑动而与所述第三管凸缘(360)接触。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使第三唇形密封件(370)沿第三直径管(300)滑动的所述步骤包括压缩所述第三唇形密封件(370)的内径(210)。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一直径管(280)包括大于所述第二直径管(290)的第二直径的第一直径，并且其中所述第二直径大于所述第三直径管(300)的第三直径。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括沿所述第二直径管(290)将所述密封件间隔件(270)设定就位的步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封件间隔件(270)在其中包括多个流动孔口(340)，并且所述方法还包括使流体流经所述流动孔口(340)的步骤。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一唇形密封件(320)和所述第二唇形密封件(350)具有相同的直径。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以相反次序移去所述直径管(280，290，300)、所述密封件(320，350，370)和所述密封件间隔件(270)。
12.一种用于燃料喷嘴(100)的套管组件(265)，包括：
包括第一直径的第一管(280)；
包括第二直径的第二管(290)；
其中，所述第一直径大于所述第二直径；
第一唇形密封件(320)，其定位在所述第二管(290)上并与所述第一管(280)接触；
密封件间隔件(270)，其定位在所述第二管(280)上并与所述第一唇形密封件(320)接触；以及
第二唇形密封件(350)，其定位在所述第二管(290)上。
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