CN109253469A - 集成式燃料喷嘴联接件 - Google Patents

Abstract

一种燃气涡轮包括压缩机、涡轮和安置在所述压缩机下游和所述涡轮上游的燃烧器。所述燃烧器包括端盖。所述燃烧器还包括凸缘。所述凸缘包括界定在所述凸缘内的内部流体通道，且所述凸缘连接到所述端盖的内部面。燃料端口与所述凸缘整体地接合。所述燃料端口在所述凸缘与定位在所述端盖之外的入口之间延伸穿过所述端盖。所述燃料端口的所述入口与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

Description

集成式燃料喷嘴联接件

技术领域

本公开大体上涉及用于将燃料供应到涡轮机的燃料喷嘴总成的集成式燃料联接件。

背景技术

燃气涡轮大体上通过以下方式进行操作：使燃料和空气混合物在一个或多个燃烧器中燃烧以形成穿过涡轮的高能燃气体，由此使涡轮转子轴旋转。转子轴的旋转能可经由连接到转子轴的发电机转换为电能。每个燃烧器通常包括在燃烧区的上游提供燃料和空气的预混合的燃料喷嘴，作为保持氧化氮(NOx)排放很低的手段。

通常采用例如天然气等气态燃料作为用于生成电力的燃气涡轮发动机中的可燃流体。用于将气态燃料提供到燃烧器的燃料喷嘴的典型燃料供应系统包括定位在燃烧器的头端内的密封联接件，使得如果所述密封件未能或以其它方式准许燃料从所述头端内的联接件逸出，那么可进行将火焰保持在燃烧器的头端内。

发明内容

各方面和优点在以下描述中阐述，或可由所述描述显而易见，或可通过实践来得知。

根据一个实施例，提供一种燃气涡轮。燃气涡轮包括压缩机、涡轮和安置在压缩机下游和涡轮上游的燃烧器。所述燃烧器包括端盖。所述燃烧器还包括凸缘。所述凸缘包括界定在所述凸缘内的内部流体通道且所述凸缘连接到所述端盖的内部面。燃料端口与所述凸缘整体地接合。所述燃料端口在所述凸缘与定位在所述端盖之外的入口之间延伸穿过所述端盖。所述燃料端口的所述入口与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

根据另一实施例，提供一种用于涡轮机的燃烧器。所述燃烧器包括端盖。所述燃烧器还包括凸缘。所述凸缘包括界定在所述凸缘内的内部流体通道且所述凸缘连接到所述端盖的内部面。燃料端口与所述凸缘整体地接合。所述燃料端口在所述凸缘与定位在所述端盖之外的入口之间延伸穿过所述端盖。所述燃料端口的所述入口与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

除了上述实施例，本公开还提供以下技术方案：

技术方案1.一种燃气涡轮，包括：

压缩机；

涡轮；

燃烧器，其安置在所述压缩机下游和所述涡轮上游，所述燃烧器包括：

端盖；

凸缘，其包括界定在所述凸缘内的内部流体通道，所述凸缘连接到所述端盖的内部面；以及

燃料端口，其与所述凸缘整体地接合，所述燃料端口在所述凸缘与定位在所述端盖之外的入口之间延伸通过所述端盖，所述燃料端口的所述入口与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

技术方案2.根据技术方案1所述的燃气涡轮，所述凸缘在第一侧与相对于所述第一侧的第二侧之间延伸，所述凸缘的所述第一侧与所述端盖的所述内部面邻接，并且进一步包括在所述凸缘的所述第二侧与燃料喷嘴之间延伸的流体导管。

技术方案3.根据技术方案2所述的燃气涡轮，所述燃料端口在所述入口与所述凸缘的所述第一侧之间延伸。

技术方案4.根据技术方案1所述的燃气涡轮，进一步包括定位在所述燃料端口内的过滤器，使得所述燃料端口的所述入口通过所述过滤器与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

技术方案5.根据技术方案1所述的燃气涡轮，进一步包括连接到所述凸缘的所述内部流体通道的入口的孔口配件，使得所述燃料端口的所述入口通过所述孔口配件与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

技术方案6.根据技术方案5所述的燃气涡轮，进一步包括在所述孔口配件上游的过滤器，使得所述燃料端口的所述入口通过所述过滤器和所述孔口配件与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

技术方案7.根据技术方案5所述的燃气涡轮，进一步包括与所述孔口配件整体地接合的过滤器，所述过滤器在所述孔口配件上游定位在所述燃料端口内，使得所述燃料端口的所述入口通过所述过滤器和所述孔口配件与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

技术方案8.根据技术方案1所述的燃气涡轮，所述燃料端口通过所述端盖的孔，并且进一步包括环绕所述端盖的所述孔的密封凹槽。

技术方案9.根据技术方案1所述的燃气涡轮，所述燃料端口从所述端盖的所述孔偏移，使得环形通道界定于所述燃料端口与所述端盖的所述孔之间。

技术方案10.根据技术方案1所述的燃气涡轮，所述凸缘包括热屏蔽，所述凸缘的所述内部流体通道至少部分地界定在所述热屏蔽中。

技术方案11.一种用于涡轮机的燃烧器，所述燃烧器包括：

端盖；

凸缘，其包括界定在所述凸缘内的内部流体通道，所述凸缘连接到所述端盖的内侧；以及

燃料端口，其与所述凸缘整体地接合，所述燃料端口在所述凸缘与定位在所述端盖之外的入口之间延伸通过所述端盖，所述燃料端口的所述入口与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

技术方案12.根据技术方案11所述的燃烧器，所述凸缘在第一侧与相对于所述第一侧的第二侧之间延伸，所述凸缘的所述第一侧与所述端盖邻接，并且进一步包括在所述凸缘的所述第二侧与燃料喷嘴之间延伸的流体导管。

技术方案13.根据技术方案12所述的燃烧器，所述燃料端口在所述入口与所述凸缘的所述第一侧之间延伸。

技术方案14.根据技术方案11所述的燃烧器，进一步包括定位在所述燃料端口内的过滤器，使得所述燃料端口的所述入口通过所述过滤器与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

技术方案15.根据技术方案11所述的燃烧器，进一步包括连接到所述凸缘的所述内部流体通道的入口的孔口配件，使得所述燃料端口的所述入口通过所述孔口配件与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

技术方案16.根据技术方案15所述的燃烧器，进一步包括在所述孔口配件上游的过滤器，使得所述燃料端口的所述入口通过所述过滤器和所述孔口配件与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

技术方案17.根据技术方案15所述的燃烧器，进一步包括与所述孔口配件整体地接合的过滤器，所述过滤器在所述孔口配件上游定位在所述燃料端口内，使得所述燃料端口的所述入口通过所述过滤器和所述孔口配件与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

技术方案18.根据技术方案11所述的燃烧器，所述燃料端口通过所述端盖的孔，并且进一步包括环绕所述端盖的所述孔的密封凹槽。

技术方案19.根据技术方案11所述的燃烧器，所述燃料端口从所述端盖的所述孔偏移，使得环形通道界定于所述燃料端口与所述端盖的所述孔之间。

技术方案20.根据技术方案11所述的燃烧器，所述凸缘包括热屏蔽，所述凸缘的所述内部流体通道至少部分地界定在所述热屏蔽中。

通过阅读本说明书，所属领域的技术人员将更好地了解此类实施例和其它实施例的特征和方面。

附图说明

在说明书的其余部分中并参考附图更具体地阐述各种实施例的全面并使之能够实施的公开内容，包括对于所属领域的技术人员来说的最佳模式，在附图中：

图1是可以并入本公开的各种实施例的示范性燃气涡轮的功能框图；

图2是如可并入本公开的各种实施例的示范性燃烧器的简化横截面侧视图；

图3是图2的燃烧器的一部分的横截面侧视图；

图4是图3的一部分的放大视图；

图5是图4的一部分的放大视图；

图6是图4的一部分的放大视图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的当前实施例，其一个或多个实例在附图中说明。详细描述中使用数字和字母标号来指代图中的特征。在图和描述中相同或类似附图标记用于指代本公开的相同或类似部分。

如本文中所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件而并非意图表示各个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流出的方向，而“下游”是指流体流向的方向。术语“径向地”是指基本上垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向，术语“轴向地”是指基本上平行于和/或同轴地对齐于特定部件的轴向中心线的相对方向，且术语“周向地”是指围绕特定部件的轴向中心线延伸的相对方向。

本文中所使用的技术术语仅用来描述特定实施例，而并非旨在进行限制。如本文中所使用，单数形式“一(a/an)”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。应进一步了解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises和/或comprising)”指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。

每个实例借助于解释而不是限制的方式提供。实际上，可在不脱离本发明的范围或精神的情况下对本发明作出修改和变化，对于所属领域的技术人员来说将是显而易见的。举例来说，说明或描述为一个实施例的部分的特征可用在另一实施例上以产生又一实施例。因此，希望本公开涵盖如落入所附权利要求书和其等效物的范围内的此类修改和变化。

虽然本公开的示范性实施例将出于说明目的而大体上在陆基发电燃气涡轮燃烧器的语境中进行描述，但所属领域的技术人员将容易了解，本公开的实施例可以应用于任何样式或类型的涡轮机用燃烧器，并且不限于用于陆基发电燃气涡轮的燃烧器或燃烧系统，除非权利要求书中特别地叙述。

现在参考附图，图1说明示范性燃气涡轮10的示意图。燃气涡轮10大体包括入口区段12、安置在入口区段12下游的压缩机14、安置在压缩机14下游的至少一个燃烧器16、安置在燃烧器16下游的涡轮18以及安置在涡轮18下游的排气区段20。另外，燃气涡轮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流过入口区段12并进入压缩机14中，在那里，空气24被逐渐压缩，由此将压缩空气26提供到燃烧器16。压缩空气26的至少一部分在燃烧器16内与燃料28混合并且燃烧以产生燃烧气体30。燃烧气体30从燃烧器16流入涡轮18中，在涡轮中，能量(动能和/或热能)从燃烧气体30被传递到转子叶片(未示出)，因此导致轴22旋转。机械旋转能接着可用于各种目的，例如以对压缩机14供电和/或生成电力。离开涡轮18的燃烧气体30可以接着经由排气区段20从燃气涡轮10排放。

如图2中所示，燃烧器16可以至少部分地由例如压缩机排气壳体等的外壳32环绕。外壳32可以至少部分地界定高压增压室34，所述高压增压室至少部分地环绕燃烧器16的各个部件。高压增压室34可以与压缩机14(图1)流体连通，以便接收来自所述压缩机的压缩空气26。端盖36可以连接到外壳32。在一些实施例中，端盖36可为连接，例如紧固，到外壳32的独立部件。在其它实施例中，端盖36可与外壳32相邻，例如燃烧器16可被完全围封在外壳32内且端盖36可为外壳32的一部分。在一些实施例中，外壳32和端盖36可以至少部分地界定燃烧器16的头端体积或部分38。

在一些实施例中，头端部分38与高压增压室34和/或压缩机14流体连通。一个或多个衬套或管道40可以至少部分地界定用于燃烧燃料-空气混合物的燃烧腔室或区42，和/或可以至少部分地界定用于将燃烧气体30朝向入口引导到涡轮18的通过燃烧器16的热气路径44。

在各个实施例中，燃烧器16包括至少一个燃料喷嘴总成50。如图2中所示，燃料喷嘴总成50安置于外壳32内，在端盖36下游和/或相对于燃烧器16的轴向中心线46与端盖36轴向隔开，并且在燃烧腔室42上游。在特定实施例中，燃料喷嘴总成50可经由一个或多个流体导管52与气体燃料供应源48流体连通。在一些实施例中，流体导管52可以在一端处流体地连接和/或联接到端盖36。

在图3中说明用于流体导管52的联接件的实例实施例。如图3中所示，在一些实例实施例中，流体导管52可以是双燃料系统的部分，例如可提供用于气态燃料的燃料端口60以及液态燃料导管61两者。然而，在替代实施例中，燃料端口60可为唯一的燃料联接件。另外，应了解，燃料端口60可用于供应任何合适的燃料且不必限于气态燃料。

如图3和4中所说明，实施例可以包括连接到端盖36的内部面37的凸缘54。如上文所提及，部分地由端盖36界定的头端部分38可与压缩机14流体连通。在此类实施例中，头端38内的压力可明显高于燃气涡轮10(图1)周围的环境压力。因此，端盖36的内部面37为端盖36中面向头端38且暴露于压缩空气26的表面。凸缘54可使用螺栓或其它紧固件(未示出)连接到内部面37，如在所属领域中所理解。凸缘54可以包括用于收纳紧固件的多个孔82。此类紧固件的结构和预期功能通常被所属领域的技术人员理解且在本文中未更详细地描述。

在特定实施例中，凸缘54可在第一侧56与相对于第一侧56的第二侧58之间延伸。凸缘54的第一侧56可例如在将凸缘54连接到端盖37时邻接于端盖36的内部面37定位。在此类实施例中，例如凸缘54的第一侧56和端盖36的内部面37等邻接表面可形成压缩空气26从头端38逸出到周围环境中的潜在泄漏路径。为了防止或最小化压缩空气26从头端38的泄漏，可在密封凹槽76内设置密封构件(未示出)。如最佳在图4和6中所见，在所说明的实例实施例中，密封凹槽76形成于端盖36的内部面37中，然而，在替代实施例中，密封凹槽76可形成于凸缘54的第一侧56中。在一些实施例中，例如如图6中所说明，凸缘54的第一侧56可以包括突出密封表面57。突出密封表面57可有利地提供紧固载荷到密封构件的更为集中的载荷转移。

仍然参考图3和4，凸缘54可以包括界定在凸缘54内的内部流体通道64。内部流体通道64可在流体导管52中的相应一个与形成在凸缘54的第一侧56中或接近于凸缘54的第一侧形成的入口63(图6)之间延伸。流体导管52可与燃料喷嘴50中的相应一个流体连通。内部流体通道64可与燃料端口60流体连通。

燃料喷嘴联接件的实施例可由于燃料端口60可与凸缘54整体地接合使得燃料端口60和凸缘54形成单个整体件而整合。举例来说，如图3和4中所说明，燃料端口60可与凸缘54分开形成且焊接到凸缘54。在另外实施例中，燃料端口60和凸缘54可使用任何合适的方法，例如通过将凸缘54和燃料端口60铸造为单件或通过使用例如但不限于直接金属激光熔融(direct metal laser melting，DMLM)、选择性激光烧结(selective laser sintering，SLS)或其它合适的技术等增材制造技术形成燃料端口60和凸缘54而整体地接合成单个整体件。例如通过整体地接合燃料端口60与凸缘54而整合燃料喷嘴联接件可有利地防止或减少燃料28泄漏到头端38中。头端38可经历高温使得如果燃料28逸出到头端38中，那么其可导致火焰稳定(flame holding)。因此，整体地接合燃料端口60与凸缘54可有利地防止或减少头端38中的火焰稳定。

如最佳在图4和5中所见，燃料端口60可以包括入口62，入口62被配置成用于联接到例如燃料供应源48(图2)的燃料供应源且提供与凸缘54的内部流体通道64的流体流通。在入口62定位在端盖36之外的情况下，燃料端口60可在凸缘54与入口62之间延伸通过端盖36。如上文所示，端盖36的内部面37面向头端38，类似地，入口62可由于入口62在端盖36与头端38相对的侧上而定位在端盖36之外。因此，应了解，如本文中所使用，关于端盖36，术语例如“内部”指代端盖36中邻接于头端38的一侧，而术语例如“外部”或“之外”指代端盖36中远离头端38的相对侧。

在一些实施例中，燃料端口60可延伸通过界定在端盖36中的孔39。在此类实施例中，密封凹槽76可环绕端盖36的孔39。如上文所示，密封凹槽76不必形成在端盖36的内部面37中，密封凹槽76可例如设置在凸缘54的第一侧56中。在一些实施例中，燃料端口60可从端盖36的孔39偏移使得环形通道78界定于燃料端口60与端盖36的孔39之间。举例来说，燃料端口60的外部尺寸，例如在燃料端口60为圆柱形的实施例中燃料端口60的直径可小于端盖36的孔39的对应尺寸。

如图3和4中所示，燃料端口60可在入口62与凸缘54的第一侧56之间延伸。流体导管52可在凸缘54的第二侧58与燃料喷嘴50(图2)之间延伸。

如图4中所说明，在一些实施例中，凸缘54可以包括热屏蔽66。在此类实施例中，凸缘54的内部流体通道64可至少部分地界定在热屏蔽66中。热屏蔽66充当头端38内的升高温度的压缩空气26与燃料端口60和凸缘54的内部流体通道64内的相对低温的燃料28之间的热绝缘体(在此上下文中，“相对低温”意味着相对于压缩空气26的温度较低)。热屏蔽66可有利地防止或最小化例如凸缘54与端盖36之间的不同热膨胀。

仍然参考图4，过滤器67可定位在燃料端口60内使得燃料端口60的入口62通过过滤器67与凸缘54的内部流体通道64流体连通。举例来说，过滤器67可被定位和配置成使得流动通过燃料端口60的燃料28在到达内部流体通道64之前必须穿过过滤器67。如图5中所说明，过滤器67可以包括一种或多种过滤器介质80。举例来说，过滤器介质80可为精细筛网、薄膜或任何其它合适的过滤器介质。此类过滤器介质的结构和预期功能通常被所属领域的技术人员理解且在本文中未更详细地描述。

仍然参考图4，孔口配件68可连接到凸缘54的内部流体通道64的入口63使得燃料端口60的入口62通过孔口配件68与凸缘54的内部流体通道64流体连通。在一些实例实施例中，孔口配件68可以包括外部螺纹且凸缘54中内部流体通道64的入口63可以包括配合的内部螺纹，使得孔口配件68可拧入凸缘54中内部流体通道64的入口63。在一些实例实施例中，孔口配件68可以包括界定于其中的一个或多个孔口70。如图4中所说明，燃料28可在入口62处流入燃料端口60。过滤器67可定位在孔口配件68上游。举例来说，过滤器67可将燃料端口60的内腔82划分成过滤器67下游的经过滤部分86和过滤器67上游的未经过滤部分84。在一些实例实施例中，例如如图4中所说明，过滤器67可具有渐缩形状(tapering shape)，例如圆锥形。孔口配件68的一个或多个孔口70可与经过滤部分86直接流体流通，例如燃料28在到达孔口配件68和穿过孔口配件68的一个或多个孔口70到凸缘54的内部流体通道64中之前必须穿过过滤器67。举例来说，如图4中所说明，过滤器67可界定渐缩形状，且孔口配件68可包括布置于过滤器67的窄端周围的多个孔口70。在一些实例实施例中，过滤器67可为终止于一点的圆锥形过滤器，且所述孔口配件可以包括环状地布置于圆锥形过滤器的所述点周围的多个孔口70。

在一些实例实施例中，过滤器67可与孔口配件68整体地接合。举例来说，过滤器67和孔口配件68可如上文关于燃料端口60和凸缘54所描述例如通过铸造或增材制造形成为单件。

过滤器67可以包括围绕过滤器67的上游端延伸的边沿81。在唇缘74界定小于过滤器67的边沿81的外径的内径的情况下，燃料端口60内过滤器67的位置可受形成于燃料端口60内的向内突出唇缘74限制。在一些实施例中，过滤器67可通过使过滤器67穿过燃料端口60的入口62直到过滤器67的边沿81邻接于燃料端口60的唇缘74为止而安装于燃料端口60中。在一些实施例中，可提供保持环72以将过滤器67保持在适当位置。举例来说，保持环72可搭扣配合(snap fit)到燃料端口60中的凹口78中。另外，在过滤器67与孔口配件68整体地接合的实施例中，可通过使过滤器67和孔口配件68从燃料端口60的入口62穿过燃料端口60直到孔口配件68与内部流体通道64的入口63接合为止，例如直到孔口配件68上的外部螺纹接触内部流体通道的入口63上的内部螺纹为止，在此时可将过滤器67和孔口配件68(经整体地接合)拧入内部流体通道64的入口63且通过保持环72紧固在适当位置而安装过滤器67。

此书面描述使用实例来公开本发明技术，包括最佳模式，并且还使得所属领域的技术人员能够实践本发明技术，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何所并入的方法。本发明技术的可获专利的范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果其它此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例的等效结构要素与权利要求书的字面意义无显著差别，那么此类实例意图处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮，包括：

压缩机；

涡轮；

燃烧器，其安置在所述压缩机下游和所述涡轮上游，所述燃烧器包括：

端盖；

凸缘，其包括界定在所述凸缘内的内部流体通道，所述凸缘连接到所述端盖的内部面；以及

燃料端口，其与所述凸缘整体地接合，所述燃料端口在所述凸缘与定位在所述端盖之外的入口之间延伸通过所述端盖，所述燃料端口的所述入口与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于：所述凸缘在第一侧与相对于所述第一侧的第二侧之间延伸，所述凸缘的所述第一侧与所述端盖的所述内部面邻接，并且进一步包括在所述凸缘的所述第二侧与燃料喷嘴之间延伸的流体导管。

3.根据权利要求2所述的燃气涡轮，其特征在于：所述燃料端口在所述入口与所述凸缘的所述第一侧之间延伸。

4.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于：进一步包括定位在所述燃料端口内的过滤器，使得所述燃料端口的所述入口通过所述过滤器与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

5.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于：进一步包括连接到所述凸缘的所述内部流体通道的入口的孔口配件，使得所述燃料端口的所述入口通过所述孔口配件与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

6.根据权利要求5所述的燃气涡轮，其特征在于：进一步包括在所述孔口配件上游的过滤器，使得所述燃料端口的所述入口通过所述过滤器和所述孔口配件与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

7.根据权利要求5所述的燃气涡轮，其特征在于：进一步包括与所述孔口配件整体地接合的过滤器，所述过滤器在所述孔口配件上游定位在所述燃料端口内，使得所述燃料端口的所述入口通过所述过滤器和所述孔口配件与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。

8.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于：所述燃料端口通过所述端盖的孔，并且进一步包括环绕所述端盖的所述孔的密封凹槽。

9.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于：所述燃料端口从所述端盖的所述孔偏移，使得环形通道界定于所述燃料端口与所述端盖的所述孔之间。

10.一种用于涡轮机的燃烧器，所述燃烧器包括：

端盖；

凸缘，其包括界定在所述凸缘内的内部流体通道，所述凸缘连接到所述端盖的内侧；以及

燃料端口，其与所述凸缘整体地接合，所述燃料端口在所述凸缘与定位在所述端盖之外的入口之间延伸通过所述端盖，所述燃料端口的所述入口与所述凸缘的所述内部流体通道流体连通。