CN105637292A - 用于将燃油喷射到燃气涡轮机的燃烧室的喷杆喷射器 - Google Patents

Abstract

一种喷杆喷射器包括：外管状主体(15)和内管状主体(16)，其沿共同的轴线(A)延伸，并且限定了外管状主体(15)和内管状主体(16)之间的间隙中的第一流体管路(22)以及在内管状主体(16)中的第二流体管路(23)；喷口(18)，其在外管状主体(15)和内管状主体(16)的各自的第一端部(15a、16a)处被流体连接到第一流体管路(22)和第二流体管路(23)；以及约束构件(17、27、30)，其被配置为防止外管状主体(15)和内管状主体(16)之间在各自的第一端部(15a、16a)处、在锁定区域中的相对轴向滑动，并且在别处允许作为膨胀的结果的、外管状主体(15)和内管状主体(16)之间的相对轴向滑动。

Description

用于将燃油喷射到燃气涡轮机的燃烧室的喷杆喷射器

技术领域

本发明涉及一种用于将燃油喷射到燃气涡轮机的燃烧室的喷杆喷射器。

背景技术

如已知，特别是当使用在用于产生电能的设备中时，燃气涡轮机可供应有多种类型的燃料。特别地，已知的是通过多种性质和特征的气体燃料(天然气、合成气)或者燃油(诸如柴油)来运行燃气涡轮机。出于这个原因，燃气涡轮机设置有燃烧器组件，燃烧器组件包括喷射器，喷射器通常是喷杆的类型，其特别地被设计为供应流率受控的燃油。

喷杆喷射器通常包括多个同轴管状主体，设置有喷口的终端被安装于该管状主体的端部上。管状主体在彼此之间限定了在进口和喷口之间的至少一个输送管路、以及回流管路，回流管路允许回收被供应到喷口的过量的燃料。可能地，可设置供水管路。

特别地参照管状主体，通常存在于喷杆喷射器中的问题归因于使用中部件的不同的热膨胀。热应力被认为是燃烧室中(即，在终端和喷口附近)的非常高的温度的结果。所引起的热膨胀不仅是显著的，而且由于几何形状的差异的结果、以及暴露于燃烧室的高温和暴露于从外部输送的冷却空气或暴露于过程流体的结果，一个部件的热膨胀极大地不同于其他部件。

继而，不同的膨胀产生强烈的机械应力，并且通常可导致部件损坏、配件损耗以及故障。经常出现的故障是输送管路的出口、喷口以及回收管路的进口之间的燃油流体通路部分或全部阻塞。在这些情况下，无法正确地供应所需的燃油，并且具有负面影响，例如，对机械效率以及污染排放物产生负面影响。在极端的情况下，可能必须停止设备，以更换故障的喷射器。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于将燃油喷射到燃气涡轮机的燃烧室中的喷杆喷射器，其允许克服上述限制。

根据本发明，如权利要求1所限定的那样提供用于将燃油喷射到燃气涡轮机的燃烧室中的喷杆喷射器。

附图说明

现在将参考附图描述本发明，附图示出了本发明的一些非限制性的实施方式，在附图中：

图1是包括根据本发明的实施方式的喷杆喷射器的燃气涡轮机的燃烧器的、沿轴向纵向平面截取的侧剖视图，并且其中为了清晰移除了某些部分；

图2是图1中的喷杆喷射器的第一放大细节；

图3是根据本发明的不同的实施方式的图2中的细节的变型；

图4是图1中的喷杆喷射器的第二放大细节。

具体实施方式

图1中，附图标记1表示用于将燃料、特别是燃气供应到燃气涡轮机的燃烧室2的整个燃烧器组件，其在这里仅被部分地示出。燃烧器组件1沿轴线A延伸，并且包括外周燃气主燃烧器3、中心燃气引燃器4以及用于将燃油喷射到燃烧室2中的喷杆喷射器5。

主燃烧器3是预混合器型，其被布置为围绕引燃器4并且设置有对角旋流器7，对角旋流器7包括多个叶片10，其互相限定了分别的流动通道，以朝向燃烧室2、相对于轴线A倾斜地输送供应空气和燃气的燃烧流。在实施方式中，通过位于叶片10上的喷口11来供应燃气。

引燃器4被布置为与主燃烧器3同轴，并且设置有轴向旋流器8，轴向旋流器8包括多个叶片12，其互相限定了分别的流动通道，以朝向燃烧室2、大致地沿轴线A输送供应空气的进一步的燃烧流。

喷杆喷射器5沿轴线A延伸，并且端部被插入到引燃器4中。

喷杆喷射器5包括外管状主体15、内管状主体16、端部构件17和喷口18。更进一步，喷杆喷射器5设置有凸缘20、21。

外管状主体15和内管状主体16沿轴线A同心地延伸，并且限定了流体输送管路22和流体回流管路23。更具体地，流体输送管路22由外管状主体15和内管状主体16之间的间隙限定，并且允许将燃油流输送到喷射器18。相反地，流体回流管路23被限定在内管状主体16中，并且允许回收被供应到喷口18的过量的燃油，并且将其再次导入到歧管(未示出)中。轴向销24被容纳在内管状主体16中、面向喷口18，并且被配置为调整燃油的回流。

参考图2，在外管状主体15和内管状主体16的各自的端部15a、16a处，喷口18被流体耦合于流体输送管路22和流体回流管路23。特别地，喷口18通过螺纹耦合或热配合被安装在内管状主体16的端部16a上，并且包括界定腔室25的侧壁26，并且具有供应出口25a和回收出口25b，供应出口25a面向外侧(使用中朝向燃烧室2)，回收出口25b与供应出口25a轴向地相对且被耦合到流体回流管路23。

端部构件17被装配在外管状主体15的端部15a上，并且通过螺纹耦合或可能通过热配合被耦合于端部15a。喷口18和端部构件17是过盈连接的，并且喷口18相对于端部构件17轴向地朝外突出。

端部构件17在内部限定了流体输送管路22和喷口18之间的流体通路29，喷口18的侧壁26具有用于进入腔室25的进口开口25c。

外管状主体15和内管状主体16在各自的端部15a、16a处互相约束，以便在锁定区域中防止随着热膨胀的相对滑动。相反地，外管状主体15和内管状主体16之间的相对滑动在锁定区域和相对的端部15b、16b之间是自由的。

借助约束构件来产生锁定区域中的连接，在一个实施方式中，约束构件包括端部构件17和锁定销27。

例如，锁定销27垂直地跨过内管状主体16和轴向销24，且与轴线A交叉。在一个实施方式中，锁定销27被轻微过盈地插入或者焊接到内管状主体16的直径地相对的座中，并且从而垂直于轴线A。在一个实施方式中，锁定销27在相对的方向上从内管状主体16突出，并且被布置在管状主体15的端部15a的轴向边缘的前面。更进一步，锁定销27的长度比外管状主体15的内直径更大，并且大致等于或者略微大于外管状主体15的外直径。

端部构件17被配置为将锁定销27轴向地锁定为抵靠外管状主体15。具体地，端部构件17在内部具有由环形肩部限定的抵接座28，其直径比锁定销27的长度更小。端部构件17被拧到外管状主体15的端部15a上，以便将锁定销27的端部紧密地装配在外管状主体15的端部15a的轴向边缘和抵接座28之间。从而，通过端部构件17被紧密地装配的锁定销27在锁定区域中防止了外管状主体15、内管状主体16和轴向销24之间的滑动。

在图3中示出的不同的实施方式中，在下文中由附图标记27’表示的锁定销延伸穿过外管状主体15、内管状主体16和轴向销24，从而防止在锁定区域中的相对轴向滑动。

更进一步，约束构件包括锁定环30，其紧密地被装配到外环形主体15上，并且被耦合到端部构件17，以便防止在外管状主体15和端部部件17之间的各自相对的旋转，从而防止螺纹耦合的松脱。例如，锁定环30设置有轴向齿，其与端部构件17的分别的座接合。

凸缘20沿轴线A延伸，并且具有贯穿的轴向腔31和与轴向腔31连通的径向流体通路32，以用于将燃油供应到流体输送管路22。轴向腔31的端部为颈部20a，外管状主体15的端部15b被布置为抵住颈部20a。颈部20a和外管状主体15的端部15b可彼此焊接。内管状主体16的端部16b在轴向腔31中延伸超出外管状主体15，并且被插入到引导套筒33中，引导套筒33属于外管状主体15和内管状主体16之间的约束构件。引导套筒33在轴线A上的居中的位置处支撑内管状主体16，并且允许其轴向滑动，特别是随着最靠近燃烧室2的部分的热膨胀而轴向滑动。更进一步，引导套筒33确保了内管状主体15的侧壁的流体密封性，从而防止燃油渗漏。

凸缘21被耦合到凸缘20，并且具有贯穿的轴向腔35，轴向腔35通过引导套筒33与内管状主体16的端部16b连通，以回收来自流体回流管路23的过量的燃油。引导套筒33和凸缘21的轴向腔35限定了膨胀室，其允许内管状主体16的端部16b的自由的轴向滑动，该轴向滑动不受轴向约束。

上述喷杆喷射器具有许多优势。第一，一个优势源于以下事实，即相关轴向滑动约束更靠近喷射器在使用中最热的区域，这对于热应力和机械应力来说是关键的，因为即使是流体输送管路和流体回流管路的部分阻塞也必须避免。设置轴向滑动约束导致即使跟随有较大的温度差，喷口的外管状主体和内管状主体的剩余的相对滑动也可完全忽略。从而确保流体通路打开。

更进一步，由于轴向尺寸经受较高的膨胀，所以通过插入锁定销且通过端部构件和外管状主体之间的螺纹耦合来使得外管状主体和内管状主体互相约束，且在没有装配的情况下被端部构件约束。因此，不存在部件之间的过盈损耗产生的损坏或者故障的危险。

因此，相对于已知的喷射器，上述喷杆喷射器更不容易受到燃烧室中的高温所引起的较大热膨胀结果的影响。继而，根据本发明的喷杆喷射器的可观的坚固性允许在通过主燃烧器和/或引燃器供应燃气的操作期间显著地减小用于正确运行的冷空气流率。因此燃气涡轮机的总体效率增加。

可在使用中(即是，在存在高温和存在外管状主体和内管状主体的相对的端部之间的较大温度差的情况下)和停止状态中保持部件的正确定位，而不需要求助于用于帮助恢复给定的结构的对比元件(例如，操作为抵住管状主体的一个或两个端部的碟形弹簧垫圈(Bellevillewasher)组)。因此，一方面，机械应力和故障的危险进一步被减小，另一方面，简化了喷杆喷射器的制造。

通过外管状主体和内管状主体在相对于喷口的相反方向上膨胀的自由度来给出另一个优势，其中，借助于引导套筒和轴向腔形成的腔室而具有较宽的容差，以允许在没有通路阻塞的危险和多种部件之间的接触的情况下的相对的轴向滑动。这个方面还有助于减少损坏和故障的危险。

最后，显而易见的是，可在不偏离如所附权利要求所限定的本发明的保护范围的情况下对用于将燃油喷射到燃气涡轮机的燃烧室的喷杆进行修改和变型。

Claims (14)

1.一种喷杆喷射器，其用于将燃油喷射到燃气涡轮机的燃烧室(2)中，所述喷杆喷射器包括：

外管状主体(15)和内管状主体(16)，外管状主体(15)和内管状主体(16)沿共同的轴线(A)延伸，并且限定了第一流体管路(22)和第二流体管路(23)，第一流体管路(22)位于外管状主体(15)和内管状主体(16)之间的间隙中，第二流体管路(23)位于内管状主体(16)中；以及

喷口(18)，其在外管状主体(15)和内管状主体(16)的各自的第一端部(15a、16a)处被流体连接到第一流体管路(22)和第二流体管路(23)，

其中，外管状主体(15)和内管状主体(16)通过约束构件(17、27、27’、30、33)互相约束，使得防止了外管状主体(15)和内管状主体(16)之间在各自的第一端部(15a、16a)处、在锁定区域中的相对轴向滑动，并且基于外管状主体(15)和内管状主体(16)的、在锁定区域和与第一端部(15a、16a)相对的各自的第二端部(15b、16b)之间的膨胀，允许该相对轴向滑动，

并且其中，约束构件(17、27、27’、30、33)包括锁定销(27、27’)，其延伸穿过内管状主体(16)、与轴线(A)交叉并且从内管状主体(16)突出，锁定销(27、27’)被连接到内管状主体(16)和外管状主体(15)，从而防止外管状主体(15)和内管状主体(16)之间在锁定区域中的相对轴向滑动。

2.根据权利要求1所述的喷射器，其中，锁定销(27、27’)垂直于轴线(A)。

3.根据权利要求1或2所述的喷射器，其中，约束构件(17、27、27’、30、33)包括端部构件(17)，端部构件(17)被装配到外管状主体(15)的第一端部(15a)上，并且被配置为相对于外管状主体(15)轴向地锁定锁定销(27、27’)。

4.根据权利要求3所述的喷射器，其中，端部构件(17)包括抵接座(28)并且被装配于外管状主体(15)的第一端部(15a)，从而将锁定销(27、27’)的端部夹持在外管状主体(15)的第一端部(15a)的轴向边缘和抵接座(28)之间。

5.根据权利要求4所述的喷射器，其中，端部构件(17)和外管状主体(15)的第一端部(15a)通过螺纹耦合被连接。

6.根据权利要求5所述的喷射器，其中，约束构件(17、27、27’、30、33)包括锁定环(30)，锁定环(30)被紧密地装配到外管状主体(15)且被耦合到端部构件(17)，从而防止端部构件(17)围绕外管状主体(15)旋转且防止螺纹耦合的松脱。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的喷射器，其中，端部构件(17)在内部限定了第一流体管路(22)和喷口(18)之间的流体通路(29)。

8.根据权利要求7所述的喷射器，其中，喷口(18)包括侧壁(26)，侧壁(26)限定了腔室(25)，并且具有用于将腔室(25)和第一流体管路(22)流体耦合的进口开口。

9.根据权利要求7或8所述的喷射器，其中，喷口(18)和端部构件(17)过盈连接，并且喷口(18)相对于端部构件(17)轴向地朝外突出。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的喷射器，其包括轴向销(24)，轴向销(24)沿轴线(A)被布置在内管状主体(16)中、面向喷口(18)，并且被锁定销(27、27’)穿过地装配。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的喷射器，其中，喷口(18)具有供应出口(25a)以及回收出口(25b)，供应出口(25a)朝向外侧，回收出口(25b)与供应出口(25a)轴向相对并且被连接到第二流体管路(23)。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的喷射器，其包括膨胀室(35)，膨胀室(35)被配置为允许由于膨胀而产生的、内管状主体(16)的第二端部(16b)的自由的轴向滑动。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的喷射器，其中，约束构件(17、27、27’、30、33)包括引导套筒(33)，其位于外管状主体(15)和内管状主体(16)之间，引导套筒(33)被配置为允许由于膨胀而产生的、内管状主体(16)相对于外管状主体(15)的轴向滑动。

14.一种燃气涡轮机的燃烧器，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的喷杆喷射器(5)。