CN102777931A - 燃料注射器和支撑板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料注射器和支撑板。其中，用于燃烧室的集成板包括：外壳；燃料间，其围绕所述外壳周向延伸；以及燃料喷嘴，其轴向延伸穿过所述外壳。所述集成板包括：多个燃料注射桩，其在所述燃料间与所述燃料喷嘴之间径向延伸。

Description

燃料注射器和支撑板
技术领域
本发明大体上涉及一种涡轮机系统，确切地说，涉及一种可用于涡轮机系统的燃料注射器。
背景技术
至少一些已知的涡轮机系统包括燃烧室，其引导燃料通过所述燃烧室，并点燃所述燃料以产生燃烧气体。至少一些已知的燃烧室包括具有低固有频率(natural frequency)的多个燃料喷嘴组件。随着时间的推移，用低固有频率操作可能会降低至少一些已知的燃烧室的工作寿命和/或效率。
为了促使固有频率增加，至少一些已知的燃料喷嘴组件连接到底部支撑结构，且由所述支撑结构进行支撑。然而，包括额外部件(例如四元燃料注射系统)的燃烧室，通常空间有限、混乱、和/或具有复杂配置，所述复杂配置可增加燃烧室内产生气流异常的可能性，从而降低燃烧室的工作效率。此外，对具有复杂配置的此类燃烧室进行设计、制造、和/或维护的成本通常比具有简单设计的燃烧室高。
发明内容
一方面，本发明提供了一种组装用于涡轮发动机的燃烧室的方法。所述方法包括围绕所述燃烧室的外壳周向连接燃料间；使燃料喷嘴大体上轴向延伸穿过所述外壳；使包括多个燃料注射桩的板在燃料间与燃料喷嘴之间大体上径向延伸，这样，所述板经定向以将燃料从燃料间朝燃料喷嘴引导。
所述方法进一步包括将所述燃料喷嘴的至少一部分固定在形成于所述板中的开口中，其中所述开口经定向以朝所述燃料喷嘴引导燃料；包括通过所述板以悬臂方式支撑所述燃料喷嘴；将空气挡板连接到所述板；以及将梁帽组件连接到所述板。
另一方面，本发明提供一种用于燃烧室的燃料注射器，所述燃料注射器包括：外壳；燃料间，其围绕所述外壳周向延伸；以及燃料喷嘴，其大体上轴向延伸穿过所述外壳。所述燃料注射器包括板和连接到所述板的多个燃料注射桩(peg)。所述燃料注射桩在所述燃料间与所述燃料喷嘴之间大体上径向延伸。
所述多个燃料注射桩与所述板一体形成。所述板包括经定向以将燃料供应给所述燃料喷嘴的开口，所述开口的大小经过设置以固定所述燃料喷嘴的至少一部分。所述板包括定向成使所述板以悬臂方式支撑所述燃料喷嘴的开口。所述板进一步包括：第一开口，其大体上设置在所述板的中心；以及多个第二开口，其大体上径向设置在所述第一开口的周围。
又一方面，本发明提供一种用于涡轮发动机的燃烧室。所述燃烧室包括：外壳；燃料间，其围绕所述外壳周向连接；以及燃料喷嘴，其大体上轴向延伸穿过所述外壳；以及燃料注射器。所述燃料注射器包括板和连接到所述板的多个燃料注射桩。所述燃料注射桩在所述燃料间与所述燃料喷嘴之间大体上径向延伸。
所述多个燃料注射桩与所述板一体形成。所述板包括经定向以将燃料供应给所述燃料喷嘴的开口，所述开口的大小经过设置以固定所述燃料喷嘴的至少一部分。所述板以悬臂方式支撑所述燃料喷嘴。所述板进一步包括定向成使所述板以悬臂方式支撑所述燃料喷嘴的开口。所述板进一步包括：第一开口，其大体上设置在所述板的中心；以及多个第二开口，其大体上径向设置在所述第一开口的周围。所述燃烧室进一步包括连接到所述板的空气挡板，和连接到所述板的梁帽组件。
所述的特征、功能和优点可独立于本发明的各实施例来实现，或者可在其他实施例中进行结合，参考以下说明和附图可了解所述实施例的进一步细节。
附图说明
图1为示例性涡轮机系统的局部剖视图；
图2为可用于图1所示涡轮机系统的示例性燃烧室的局部剖面透视图；
图3为图2所示燃烧室的局部剖面侧视图；以及
图4为可用于图2所示燃烧室的燃料注射系统的透视图。
元件符号列表：
  参考标号   部件   参考标号   部件
  100   涡轮机系统   104   压缩机
  106   燃烧室组件   108   涡轮机
  110   转子轴   112   负载
  200   开口   202   燃烧室外壳
  204   端盖   206   腔
  208   梁帽组件   210   梁帽组件外壳
  212   梁帽组件腔   214   板
  216   燃烧管   218   支撑主体
  222   第一开口   224   径向中心
  226   第二开口   228   第一燃烧管
  230   第二燃烧管   232   接口
  234   燃料间   236   燃料注射桩
  238   空气挡板   240   燃料喷嘴
具体实施方式
本发明大体上涉及涡轮机系统，且确切地说，涉及一种可用于涡轮机系统的集成燃料注射系统。在一项实施例中，燃烧室包括与多个燃料注射桩集成的板，所述燃料注射桩在围绕所述燃烧室周向延伸的燃料间与轴向延伸穿过所述燃烧室的燃料喷嘴之间大体上径向延伸。所述集成注射系统将四元(quaternary)燃料注射功能与所述燃料喷嘴的支撑功能结合。此外，所述集成注射系统为设置于所述燃烧室内的其他部件，例如梁帽组件和/或空气挡板，提供结构支撑。
本说明书中所使用的术语“轴向”是指大体上平行于燃烧室外壳的纵轴延伸的方向和方位。本发明中所使用的术语“径向”是指大体上垂直于所述燃烧室外壳的纵轴延伸的方向和方位。应了解，在本说明书中，以单数形式列举、并用字词“一”或“一个”引出的元件或步骤并不排除多个元件或步骤，除非明确列出所述排除情况。此外，对本发明的“一项实施例”或“示例性实施例”的引用并不代表不存在同样包括所述特征的其他实施例。
图1所示为示例性涡轮机系统100。在示例性实施例中，涡轮机系统100包括：压缩机104；燃烧室组件106；以及涡轮机108，其经由转子轴110以可旋转方式连接到压缩机104，这些部件按照串行流程布置(serial flow arrangement)连接。
在操作期间，在示例性实施例中，通过进气口(未图示)将环境空气朝压缩机104引导。在将所述环境空气朝燃烧室组件引导之前，用压缩机104压缩所述环境空气。在示例性实施例中，燃烧室组件106内的压缩空气与燃料混合，而且所得的燃料-空气混合物在燃烧室组件106内点燃，以产生燃烧气体，随后将所述燃烧气体引向涡轮机108。在示例性实施例中，涡轮机108从燃烧气体中提取旋转动能，并使转子轴110旋转以驱动压缩机104。此外，在示例性实施例中，涡轮机系统100驱动连接到转子轴110的负载(未图示)，例如，发电机。在示例性实施例中，负载112设在涡轮机系统100的下游。或者，负载112可位于涡轮机系统100的上游。
图2和图3为燃烧室组件106的局部剖视图。在示例性实施例中，燃烧室组件106包括：燃烧室外壳202，其大体上为圆柱形；以及端盖204，其连接到燃烧室外壳202，从而形成腔206。在示例性实施例中，燃烧室组件106连接到燃料供应装置(未图示)，以用于通过燃料喷嘴和/或燃料间供应燃料。燃料可为固体、液体和/或气体形式的天然气、石油产品、煤、生物燃料、和/或任意其他燃料，从而让涡轮机系统100如本说明书所述的那样运行。
在示例性实施例中，梁帽组件208设置于燃烧室外壳202内。具体而言，在示例性实施例中，梁帽组件208以悬臂方式支撑在燃烧室外壳202内。在示例性实施例中，梁帽组件208包括：梁帽组件外壳210，其形成梁帽组件腔212；燃料注射系统或板214，其连接到梁帽组件外壳210；以及至少一个燃烧管216，其连接到板214，从而使燃烧管216延伸穿过腔212。
在示例性实施例中，燃烧管216由板214进行结构支撑。具体而言，在示例性实施例中，燃烧管216通过支撑主体218以悬臂方式支撑在接口232处，这样，燃烧管216可在大体上平行于梁帽组件外壳210的方位上至少部分延伸穿过腔206。因此，在示例性实施例中，各燃烧管216的一端由梁帽组件208支撑，而且各燃烧管216的相对端悬在腔206内。
在示例性实施例中，燃料间234围绕燃烧室外壳202的外表面周向延伸。具体而言，在示例性实施例中，燃料间234具有大体上为四边形的轮廓，其经配置以引导燃料通过所述燃料间。或者，燃料间234可具有让燃料间234如本说明书所述的那样运行的任意轮廓。
在示例性实施例中，板214包括多个燃料注射桩236，其围绕支撑主体218径向隔开设置。燃料注射桩236将燃料从燃料间234引导到腔206，其中所述燃料与被向上游引导至燃烧室外壳202与梁帽组件208之间的空气混合。在上游朝连接到板214的空气挡板238引导空气-燃料混合物，并使之进入至少一个燃烧管216的上游端。在示例性实施例中，空气挡板238有助于调节板214上游的腔206内的气流。
此外，在示例性实施例中，从燃料间234引导燃料、使之通过燃料注射桩236和板214，并进入燃烧管216。因此，在示例性实施例中，燃料注射桩236让额外的燃料添加到通过燃烧管216进行引导的空气-燃料混合物中。在一项实施例中，燃料注射桩236包括：第一通道(未图示)，其将燃料引导到腔206中；以及第二通道(未图示)，其将燃料引导到板214、和/或燃烧管216中。在此类实施例中，燃料间可划分成：第一部分，用以将燃料引导到第一通道中；以及第二部分，用以将燃料引导到第二通道中。
如图3所示，在示例性实施例中，至少一个燃烧管216定向成使燃料喷嘴240延伸穿过燃烧管216的至少一部分。备选地、和/或此外，在示例性实施例中，各燃料喷嘴240将燃料引导到相应的燃烧管216，其中燃料与通过燃烧管216进行引导的空气-燃料混合物混合。
图4为板214的透视图。在示例性实施例中，板214包括支撑主体218，其包括延伸穿过所述支撑主体的多个开口200。每个开口200的大小经过设置，以收纳相应的燃烧管216、和/或燃料喷嘴240。具体而言，在示例性实施例中，第一开口222大约在板214的径向中心224处形成，而且多个第二开口226围绕第一开口222径向隔开。因此，在示例性实施例中，第一开口222经定向以使第一燃烧管228(图2所示)延伸到、和/或穿过径向中心224，而且多个第二燃烧管230(图2所示)围绕径向中心224以大体上为圆形的阵列隔开设置。或者，支撑主体218可包括任意数目个开口200，其可布置成让燃烧室组件106如本说明书所述的那样运行的任意配置。
在操作期间，在示例性实施例中，在上游引导气流通过燃烧室外壳202与梁帽组件208之间的腔206。具体而言，在示例性实施例中，在相邻的燃料注射桩236之间引导气流，其中空气与从燃料注射桩236中排出的燃料混合。在示例性实施例中，燃料注射桩236上游的腔206内的空气-燃料混合物较为少量或贫乏(lean)，且具体而言，低于预定的自燃极限(flammability limit)。将贫乏的空气-燃料混合物引导通过、和/或围绕空气挡板238，并使之进入燃烧管216，其中空气-燃料混合物与从燃料喷嘴240中排出的额外燃料混合。备选地、或此外，在示例性实施例中，可通过燃料注射桩236和/或板214将额外的燃料从燃料间234注射到空气-燃料混合物中。所得的空气-燃料混合物处于或高出预定的自燃极限，并在板214和/或燃烧管216的下游的燃烧室(未图示)内被点燃。
本说明书中所述的示例性方法和系统可使所述燃烧室内的气流成流线型。具体而言，所述示例性方法和系统可使用集成或简化的布置提供少量或贫乏的预先喷嘴注射(lean prenozzle injection)。此外，所述示例性方法和系统可使位于所述燃烧室内的燃烧管和/或燃料喷嘴的最低固有频率增加。
本说明书中详细描述和/或说明了方法和系统的各示例性实施例。所述示例性系统和方法并不限于本说明书所述的具体实施例，而各系统的部件和/或各方法的步骤可独立于本说明书所述的其他部件和/或方法步骤单独使用。各部件和各方法步骤也可结合其他部件和/或方法步骤使用。
本说明书使用了各种实例来揭示本发明的某些实施例，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践那些实施例，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (18)

1.一种组装用于涡轮发动机(100)的燃烧室的方法，所述方法包括：
围绕所述燃烧室的外壳(210)周向连接燃料间(234)；
使燃料喷嘴(240)大体上轴向延伸穿过所述外壳；以及
使包括多个燃料注射桩(236)的板(214)在所述燃料间与所述燃料喷嘴之间大体上径向延伸，以使所述板经定向以将燃料从所述燃料间朝所述燃料喷嘴引导。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述燃料喷嘴(240)的至少一部分固定在形成于所述板(214)中的开口(200)中，其中所述开口经定向以朝所述燃料喷嘴引导燃料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括通过所述板(214)以悬臂方式支撑所述燃料喷嘴(240)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括将空气挡板(238)连接到所述板(214)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括将染帽组件(208)连接到所述板(214)。
6.一种用于燃烧室的燃料注射器，其包括：外壳(210)；燃料间(234)，其围绕所述外壳周向延伸；以及燃料喷嘴(240)，其大体上轴向延伸穿过所述外壳，所述燃料注射器包括：
板(214)；以及
连接到所述板的多个燃料注射桩(236)，所述多个燃料注射桩在所述燃料间与所述燃料喷嘴之间大体上径向延伸。
7.根据权利要求6所述的燃料注射器，其特征在于，所述多个燃料注射桩(236)与所述板(214)一体形成。
8.根据权利要求6所述的燃料注射器，其特征在于，所述板(214)包括经定向以将燃料供应给所述燃料喷嘴(240)的开口(200)，所述开口的大小经过设置以固定所述燃料喷嘴的至少一部分。
9.根据权利要求6所述的燃料注射器，其特征在于，所述板(214)包括定向成使所述板以悬臂方式支撑所述燃料喷嘴(240)的开口(200)。
10.根据权利要求6所述的燃料注射器，其特征在于，所述板(214)进一步包括：第一开口(222)，其大体上设置在所述板的中心(224)；以及多个第二开口(226)，其大体上径向设置在所述第一开口的周围。
11.一种用于涡轮发动机(100)的燃烧室，所述燃烧室包括：
外壳(210)；
燃料间(234)，其围绕所述外壳周向连接；
燃料喷嘴(240)，其大体上轴向延伸穿过所述外壳；以及
燃料注射器，其包括板(214)和连接到所述板的多个燃料注射桩(236)，所述多个燃料注射桩在所述燃料间与所述燃料喷嘴之间大体上径向延伸。
12.根据权利要求11所述的燃烧室，其特征在于，所述多个燃料注射桩(236)在所述板(214)内一体形成。
13.根据权利要求11所述的燃烧室，其特征在于，所述板(214)包括经定向以将燃料供应给所述燃料喷嘴(240)的开口(200)，所述开口的大小经过设置以固定所述燃料喷嘴的至少一部分。
14.根据权利要求11所述的燃烧室，其特征在于，所述板(214)以悬臂方式支撑所述燃料喷嘴(240)。
15.根据权利要求11所述的燃烧室，其特征在于，所述板(214)进一步包括定向成使所述板以悬臂方式支撑所述燃料喷嘴(240)的开口(200)。
16.根据权利要求11所述的燃烧室，其特征在于，所述板(214)进一步包括：第一开口(222)，其大体上设置在所述板的中心(224)；以及多个第二开口(226)，其大体上径向设置在所述第一开口的周围。
17.根据权利要求11所述的燃烧室，其特征在于，进一步包括连接到所述板(214)的空气挡板(238)。
18.根据权利要求11所述的燃烧室，其特征在于，进一步包括连接到所述板(214)的梁帽组件(208)。
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