CN107461763A - 具有管延长件的束管燃料喷嘴组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种束管燃料喷嘴组件，所述束管燃料喷嘴组件包括：燃料增压室主体，所述燃料增压室主体限定前壁、后壁、外区(outer band)；燃料增压室，所述燃料增压室限定在燃料增压室主体内；以及多个管状通道，所述多个管状通道从所述前壁穿过所述燃料增压室延伸到所述后壁，其中所述燃料增压室主体形成为单一主体。所述束管燃料喷嘴组件进一步包括多个管延长件，所述多个管延长件从所述多个管状通道向下游延伸。所述多个管延长件中的至少一个管延长件包括上游端，所述上游端轴向延伸到所述多个管状通道的相应管状通道的相应出口中。

Description

具有管延长件的束管燃料喷嘴组件

技术领域

本发明涉及一种用于燃气涡轮机燃烧器的燃料喷嘴组件。更确切地说，本发明涉及一种束管燃料喷嘴组件。

背景技术

燃气涡轮发动机的特定燃烧系统使用具有束管型燃料喷嘴组件的燃烧器以在燃烧区域的上游将气体燃料与压缩空气预混。束管燃料喷嘴组件通常包括延伸穿过燃料增压室的多个管，所述燃料增压室至少部分限定在前板、轴向隔开的后板与外套管之间。每个管延伸穿过限定在前板中的相应管孔以及限定在后板中的对应管孔。在操作中，压缩空气流入每个管的入口部分中。来自燃料增压室的燃料经由对应的燃料口注入每个管中，在管中，燃料与压缩空气混合，然后输送到燃烧区域中。

为密封燃料增压室，第一铜焊或焊接接头形成在每个管与限定在前板中的相应管孔之间，并且第二铜焊或焊接接头形成在所述管与限定在中间板中的对应管孔之间。在多个配置中，束管燃料喷嘴组件可以包括大量密排管(closely packed tubes)。因此，可能需要数百个铜焊接头来有效地密封燃料增压室。每个铜焊接头提供潜在的燃料泄漏点，并且通常可能由于靠近管而难以形成。因此，改进的束管燃料喷嘴组件将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在以下说明中进行阐述，或可以从说明中清楚地看出，或可以通过实践本发明了解到。

本发明的一个实施例是一种束管燃料喷嘴组件。所述束管燃料喷嘴组件包括：燃料增压室主体，所述燃料增压室主体限定前壁、后壁、外区(outer band)；燃料增压室，所述燃料增压室限定在燃料增压室主体内；以及多个管状通道，所述多个管状通道从所述前壁穿过所述燃料增压室延伸到所述后壁，其中所述燃料增压室主体形成为单一主体(singular body)。所述束管燃料喷嘴组件进一步包括多个管延长件，所述多个管延长件从所述多个管状通道向下游延伸。所述多个管延长件中的至少一个管延长件包括上游端，所述上游端轴向延伸到所述多个管状通道的相应管状通道的相应出口中。

基于上述一个实施例，本发明还提供以下技术方案：

技术方案1：根据上述一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中所述至少一个管延长件和所述相应管状通道形成穿过所述束管燃料喷嘴组件的连续预混流动通道。

技术方案2：根据上述一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中所述至少一个管延长件的所述上游端铜焊或焊接到所述燃料增压室主体。

技术方案3：根据上述一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中所述至少一个管延长件的所述上游端的一部分具有减小的外径。

技术方案4：根据上述一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中所述相应管状通道的所述出口是沉头孔。

技术方案5：根据上述一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中所述多个管状通道中的一个或多个所述管状通道经由一个或多个燃料口与所述燃料增压室流体连通。

技术方案6：根据上述一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中所述多个管延长件中的每个管延长件与所述多个管状通道的相应管状通道同轴对准。

技术方案7：根据上述一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中所述燃料增压室主体通过增材制造方法形成为单一主体。

本发明的又一个实施例涉及一种束管燃料喷嘴组件。所述束管燃料喷嘴组件包括：燃料增压室主体，所述燃料增压室主体限定前壁、后壁、外区；燃料增压室，所述燃料增压室限定在燃料增压室主体内；以及多个管状通道，所述多个管状通道从所述前壁穿过所述燃料增压室延伸到所述后壁。所述燃料增压室主体形成为单一主体。多个管延长件从所述多个管状通道向下游延伸。所述多个管延长件中的每个管延长件与所述多个管状通道的相应管状通道的相应出口同轴对准。每个管延长件包括相应的上游端，所述上游端固定地连接到所述燃料增压室主体。

基于上述又一个实施例，本发明还提供以下技术方案：

技术方案8：根据上述又一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中每个管延长件和每个相应管状通道形成相应预混流动通道。

技术方案9：根据上述又一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中每个管延长件的所述相应上游端铜焊或焊接到所述燃料增压室主体。

技术方案10：根据上述又一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中所述多个管延长件中的每个管延长件的所述上游端具有减小的外径。

技术方案11：根据上述又一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中每个管状通道的出口是沉头孔。

技术方案12：根据上述又一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中一个或多个所述管状通道经由一个或多个燃料口与所述燃料增压室流体连通。

技术方案13：根据上述又一个实施例的束管燃料喷嘴组件，其中所述燃料增压室主体通过增材制造方法形成为单一主体。

本发明的另一个实施例是一种燃烧器。所述燃烧器包括连接到外壳的端盖以及束管燃料喷嘴组件，所述束管燃料喷嘴组件设置在所述外壳内并且经由一个或多个流体导管与所述端盖流体连通。所述束管燃料喷嘴组件包括：燃料增压室主体，所述燃料增压室主体限定前壁、后壁、外区；燃料增压室，所述燃料增压室限定在燃料增压室主体内；以及多个管状通道，所述多个管状通道从所述前壁穿过所述燃料增压室延伸到所述后壁。所述燃料增压室主体形成为单一主体。多个管延长件从所述多个管状通道向下游延伸。所述多个管延长件中的至少一个管延长件包括上游端，所述上游端轴向延伸到所述多个管状通道的相应管状通道的相应出口中。

基于上述另一个实施例，本发明还提供以下技术方案：

技术方案14：根据上述另一个实施例的燃烧器，其中每个管延长件和每个相应管状通道形成相应预混流动通道。

技术方案15：根据上述另一个实施例的燃烧器，其中每个管延长件的所述相应上游端铜焊或焊接到所述燃料增压室主体。

技术方案16：根据上述另一个实施例的燃烧器，其中每个管状通道的出口是沉头孔。

技术方案17：根据上述另一个实施例的燃烧器，其中所述燃料增压室主体通过增材制造方法形成为单一主体。

所属领域的普通技术人员通过阅读本说明书将更好地了解此类实施例的特征和方面，以及其他内容。

附图说明

本说明书剩余部分中向所属领域的技术人员以更具体的方式完整和可实现地公开了多个实施例，包括最佳模式，其中参考附图进行阐述，在附图中：

图1示出可包括本发明的多个实施例的示例性燃气涡轮机的原理框图；

图2是可以包括本发明的多个实施例的示例性燃烧器的简化截面图；

图3是根据本发明的多个实施例的示例性束管燃料喷嘴组件的截面侧视图；以及

图4是根据本发明的至少一个实施例的图3中所示的示例性束管燃料喷嘴组件的一部分的放大截面侧视图。

具体实施方式

现将详细参考本发明的各项实施例，附图中示出了本发明实施例的一个或多个实例。具体实施方式中使用数字和字母符号来指代附图中的特征。附图和说明中类似或相同的符号用于指代本发明的类似或相同的部件。

本说明书中所用的术语“第一”、“第二”以及“第三”可以互换使用以区分不同部件，并且这些术语并不旨在表示单个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流动的来源方向，并且“下游”是指流体流动的目标方向。术语“径向”是指大体上垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向，而术语“轴向”是指大体上平行于特定部件的轴向中心线和/或与其共轴对齐的相对方向。

本说明书中所用的术语仅用于描述特定实施例，而不旨在限制本发明。本说明书所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”也包括复数形式，除非上下文以其他方式明确指出。应进一步了解，说明书中所用的术语“包括”和/或“包含”指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

每个示例以解释而非限定的方式提供。事实上，所属领域的技术人员将显而易见地了解，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以做出各种修改和改变。例如，可以将说明或描述为一个实施例中的一部分的特征用到另一个实施例中，从而得到又一个实施例。因此，本发明意图涵盖所附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和变化。尽管出于说明目的，本发明的示例性实施例将在用于陆用发电燃气涡轮机燃烧器的束管燃料喷嘴组件的上下文中做一般性地描述，但所属领域的普通技术人员将容易地了解，除非在权利要求书中做特别说明，否则本发明的实施例可以应用于任意式样或类型的涡轮机的燃烧器，并且不限于陆用发电燃气涡轮机的燃烧器或燃烧系统。

现参见附图，图1示出示例性燃气涡轮机10的示意图。燃气涡轮机10大体上包括入口部分12，设置在入口部分12的下游的压缩机14，设置在压缩机14的下游的至少一个燃烧器16，设置在燃烧器16的下游的涡轮18，以及设置在涡轮18的下游的排气部分20。此外，燃气涡轮机10可包括将压缩机14连接到涡轮18的一个或多个轴22。

在操作期间，空气24流动通过入口部分12并且进入压缩机14中，在压缩机中，空气24渐进地压缩，从而向燃烧器16提供压缩空气26。压缩空气26的至少一部分与燃料28在燃烧器16中混合并且燃烧，以产生燃烧气体30。燃烧气体30从燃烧器16流到涡轮18中，其中能量(动能和/或热能)从燃烧气体30传递到转子叶片(未图示)，从而驱使轴22旋转。随后，机械旋转能可用于不同目的，例如向压缩机14提供动力和/或发电。离开涡轮18的燃烧气体30随后可经由排气部分20从燃气涡轮机10排出。

如图2所示，燃烧器16可以至少部分地被外壳32，例如，压缩机排气壳体包围。外壳32可至少部分地限定高压增压室34，高压增压室至少部分地围绕燃烧器16的多个部件。高压增压室34可以与压缩机14(图1)流体连通，从而从中接收压缩空气26。端盖36可连接到外壳32。在特定实施例中，外壳32和端盖36可以至少部分限定燃烧器16的头端体积或部分38。

在特定实施例中，头端部分38与高压增压室34和/或压缩机14流体连通。一个或多个衬里或管道40可以至少部分限定燃烧室或区域42，用于燃烧燃料空气混合物，和/或可以至少部分限定箭头44所示的穿过燃烧器的热气通路，用于引导燃烧气体30流向涡轮18的入口。

在多个实施例中，燃烧器16包括至少一个束管燃料喷嘴组件100。如图2所示，束管燃料喷嘴组件100设置在外壳32内，相对于燃烧器16的轴向中心线46位于端盖36的下游和/或与其轴向隔开，而位于燃烧室42的上游。在特定实施例中，束管燃料喷嘴组件100经由一个或多个流体导管50与气体燃料供应系统48流体连通。在特定实施例中，流体导管50可以流体连通和/或连接在端盖36的一端处。

图3是根据本发明多个实施例的示例性束管燃料喷嘴组件100的部分分解截面侧视图。在多个实施例中，如图3所示，束管燃料喷嘴组件100包括燃料增压室主体102和多个管延长件104。燃料增压室主体102限定上游或前壁106、下游或后壁108以及延伸在前壁106与后壁108之间的外区或套管110。除非权利要求书中另有规定，否则燃料增压室主体102不限于任何特定形状。例如，在特定实施例中，燃料增压室主体102可以是盘状或者可以是楔形。

如图3所示，束管燃料喷嘴组件100进一步限定：燃料增压室112，燃料增压室限定在燃料增压室主体102内；以及多个管或管状通道114，多个管或管状通道从前壁106穿过燃料增压室112延伸到后壁108。在至少一个实施例中，燃料增压室112至少部分限定在前壁106、后壁108与外区110之间。每个管状通道114限定穿过燃料增压室主体102的相应流动通道或预混流动通道116。在特定实施例中，一个或多个预混流动通道116经由限定在一个或多个管状通道114中的一个或多个燃料口118与燃料增压室112流体连通。每个管状通道114包括沿前壁106限定的对应入口120。每个管状通道114还包括沿厚壁108限定的对应出口122。

在至少一个实施例中，燃料增压室主体102形成为单一主体。换言之，前壁106、后壁108、外区110、管状通道116和燃料增压室112可以全部形成为单一主体。例如，在特定实施例中，燃料增压室主体102通过增材制造方法形成。本说明书中所用的术语“增材制造”或“增材制造的”是指得到可用的三维物体的任何方法，包括以一次一层的形式循序形成物体的形状的步骤。增材制造方法可以包括是三维打印(3DP)方法、激光净形状制造(laser-net-shape manufacturing)、直接金属激光烧结(direct metal laser sintering，DMLS)、直接金属激光熔化(direct metal laser melting，DMLM)、等离子转移弧、自由成型等。

如图3所示，多个管延长件104从后壁108轴向向外或向下游延伸，并且从多个管状通道114向下游延伸。在至少一个实施例中，每个管延长件104可以与相应管状通道114同轴对准。多个管延长件104的每个管延长件104包括上游端或管延长件入口124，上游端或管延长件入口与下游端或管延长件出口126轴向隔开。

图4提供根据本发明的至少一个实施例的图3所示的束管燃料喷嘴组件100的一部分的截面侧视图，其中一个管延长件104组装到燃料增压室主体102并且一个管延长件104从燃料增压室主体102分解开。在多个实施例中，每个管延长件104的上游端124固定地连接到燃料增压室主体102和/或抵靠燃料增压室主体至少部分地密封。例如，每个管延长件104的上游端124可以铜焊、焊接或以其他方式固定地连接到燃料增压室主体102。在至少一个实施例中，每个管延长件104与对应的管状通道114流体连通，以使管状通道114和对应管延长件104形成连续的预混流动通道116，预混流动通道从沿燃料增压室主体102的前壁106限定的相应管状通道入口120(图3)延伸到对应管延长件104的管延长件出口126。

在至少一个实施例中，如图4所示，至少一个相应管状通道114的出口122和/或燃料增压室102的后壁是沉头孔(counterbored)128。沉头孔128便于每个管延长件104插入和/或与相应管状通道114的相应出口122对准。在特定实施例中，至少一个相应管状通道114的出口122的边缘部分130成锥形或者从后壁108向前壁106(图3)径向向内会聚(converge)。

在特定实施例中，如图4所示，多个管延长件104中的至少一个管延长件104的上游端124轴向延伸到和/或安置在对应管状通道114的相应出口122内。在特定实施例中，如图4所示，当与同一管在相应下游端或出口126处或附近的外径相比时，多个管延长件104中的至少一个管延长件104在上游端124处或附近具有减小的外径132，从而允许安装到对应的出口122中，并且减少或者最小化对应出口122的所需直径。

在操作中，来自高压增压室34的压缩空气26经由入口120流入管状通道116中。燃料经由一个或多个流体导管50供应到燃料增压室112。燃料随后经由燃料口120注入到每个预混流动通道116中。燃料和压缩空气在管状通道116和管延长件104内混合，然后流出管延长件出口128并且进入燃烧区域42中，在燃烧区域中，燃料和压缩空气燃烧以产生燃烧气体30。

本说明书中图示和描述的束管燃料喷嘴组件100提供相对于现有束管燃料喷嘴组件的若干技术优势。例如，将燃料增压室主体102形成为单一部件可减少密封燃料增压室通常所需的铜焊接头数量，从而大幅降低燃料从燃料增压室中泄漏的可能性。当与特定的已知束管燃料喷嘴组件配置相比时，将管延长件104铜焊到相应出口122中可在燃料增压室主体102与管延长件之间形成连续表面，从而允许更广的燃料种类范围(fuel rangecapability)。通过铜焊到管延长件104中，束管燃料喷嘴组件100的火焰稳定能力得到大幅提升。通过铜焊到管延长件104中，燃料增压室主体102可以接收各种不同燃料类型。

本说明书使用各个实例来公开本发明，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本发明，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。本发明的可授予专利的范围由权利要求书界定，并且可包括所属领域的技术人员想到的其他实例。如果任何其他实例的结构要素与权利要求书的字面意义无差别，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，则此类实例也在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种束管燃料喷嘴组件，包括：

燃料增压室主体，所述燃料增压室主体限定前壁、后壁、外区；燃料增压室，所述燃料增压室限定在所述燃料增压室主体内；以及多个管状通道，所述多个管状通道从所述前壁穿过所述燃料增压室延伸到所述后壁，其中所述燃料增压室主体形成为单一主体；以及

多个管延长件，所述多个管延长件从所述多个管状通道向下游延伸，其中所述多个管延长件中的至少一个管延长件包括上游端，所述上游端轴向延伸到所述多个管状通道的相应管状通道的相应出口中。

2.根据权利要求1所述的束管燃料喷嘴组件，其中所述至少一个管延长件和所述相应管状通道形成穿过所述束管燃料喷嘴组件的连续预混流动通道。

3.根据权利要求1所述的束管燃料喷嘴组件，其中所述至少一个管延长件的所述上游端铜焊或焊接到所述燃料增压室主体。

4.根据权利要求1所述的束管燃料喷嘴组件，其中所述至少一个管延长件的所述上游端的一部分具有减小的外径。

5.根据权利要求1所述的束管燃料喷嘴组件，其中所述相应管状通道的所述出口是沉头孔。

6.根据权利要求1所述的束管燃料喷嘴组件，其中所述多个管状通道中的一个或多个所述管状通道经由一个或多个燃料口与所述燃料增压室流体连通。

7.根据权利要求1所述的束管燃料喷嘴组件，其中所述多个管延长件中的每个管延长件与所述多个管状通道的相应管状通道同轴对准。

8.根据权利要求1所述的束管燃料喷嘴组件，其中所述燃料增压室主体通过增材制造方法形成为单一主体。

9.一种束管燃料喷嘴组件，包括：

燃料增压室主体，所述燃料增压室主体限定前壁、后壁、外区；燃料增压室，所述燃料增压室限定在燃料增压室主体内；以及多个管状通道，所述多个管状通道从所述前壁穿过所述燃料增压室延伸到所述后壁，其中所述燃料增压室主体形成为单一主体；以及

多个管延长件，所述多个管延长件从所述多个管状通道向下游延伸，其中所述多个管延长件中的每个管延长件与所述多个管状通道的相应管状通道的相应出口同轴对准，并且其中每个管延长件包括固定地连接到所述燃料增压室主体的相应上游端。

10.一种燃烧器，包括：

连接到外壳的端盖；

束管燃料喷嘴，所述束管燃料喷嘴设置在所述外壳内并日经由一个或多个流体导管连接到所述端盖，其中所述束管燃料喷嘴包括：

燃料增压室主体，所述燃料增压室主体限定前壁、后壁、外区；燃料增压室，所述燃料增压室限定在燃料增压室主体内；以及多个管状通道，所述多个管状通道从所述前壁穿过所述燃料增压室延伸到所述后壁，其中所述燃料增压室主体形成为单一主体；以及

多个管延长件，所述多个管延长件从所述多个管状通道向下游延伸，其中所述多个管延长件中的至少一个管延长件包括上游端，所述上游端轴向延伸到所述多个管状通道的相应管状通道的相应出口中。