CN110366661A - 用于燃烧器的端盖组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃烧器的端盖组件，该端盖组件包括端盖和刚性地连接到端盖的燃料喷嘴。燃料喷嘴包括多个管，该多个管轴向地延伸穿过第一板、燃料室和第二板，其中每个管包括限定在第一板上游的入口和设置在第二板下游的出口。端盖组件还包括入口流动调节器，该入口流动调节器具有连接到端盖的前端和与前端轴向地间隔开的后端。入口流动调节器周向地围绕燃料喷嘴的至少一部分。支撑板接合到入口流动调节器的后端。燃料喷嘴的每个管延伸穿过由支撑板限定的对应管孔。燃料喷嘴连接到支撑板。

Description

用于燃烧器的端盖组件

技术领域

本发明整体涉及用于燃气涡轮机的燃烧器。更具体地讲，本发明涉及用于燃烧器的端盖组件。

背景技术

在燃气涡轮发动机的操作期间，来自压缩机的加压空气流动到燃烧器内限定的流动分布室中。加压空气从流动分布室流动到相应燃料喷嘴的对应预混通道的入口中。燃料经由一个或多个燃料喷嘴注入到预混通道内的加压空气流中。燃料与加压空气混合以便向一个或多个燃料喷嘴下游限定的燃烧区或室提供燃料与空气混合物。

在某些构型中，每个相应燃料喷嘴的上游端或前端附接或安装到结构构件，诸如端盖或外缸。每个相应喷嘴的下游端或后端未受到支撑。因此，每个悬臂式燃料喷嘴的下游端可在燃烧器循环通过各种操作条件时振动，从而减小高周疲劳设计裕度。

发明内容

各方面和优点将在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践来了解。

本公开的一个实施方案是用于燃烧器的端盖组件。端盖组件包括端盖和刚性地连接到端盖的燃料喷嘴。燃料喷嘴包括多个管，该多个管轴向地延伸穿过第一板、燃料室和第二板，其中每个管包括限定在第一板上游的入口和设置在第二板下游的出口。端盖组件还包括入口流动调节器，该入口流动调节器具有连接到端盖的前端和与前端轴向地间隔开的后端。入口流动调节器周向地围绕燃料喷嘴的至少一部分。支撑板接合到入口流动调节器的后端。燃料喷嘴的每个管延伸穿过由支撑板限定的对应管孔，并且燃料喷嘴连接到支撑板。

本公开的另一个实施方案是燃烧器。燃烧器包括外缸和端盖组件。端盖组件包括连接到外缸的端盖。端盖和外缸至少部分地限定高压室。燃料喷嘴刚性地连接到端盖。燃料喷嘴包括多个管，该多个管轴向地延伸穿过燃料喷嘴的第一板、燃料室和第二板。每个管包括限定在第一板上游的入口和设置在第二板下游的出口。端盖组件还包括入口流动调节器，该入口流动调节器具有连接到端盖的前端和与前端轴向地间隔开的后端。入口流动调节器周向地围绕燃料喷嘴的至少一部分。端盖组件还包括支撑板，该支撑板接合到入口流动调节器的后端。燃料喷嘴的每个管延伸穿过由支撑板限定的对应管孔，并且燃料喷嘴连接到支撑板。

本领域的普通技术人员在阅读了本说明书后将更好理解此类实施方案的各特征和方面等。

附图说明

在本说明书的其余部分(包括对附图的参考)中更具体地阐述了各种实施方案的全面且能够实施的公开内容，包括对于本领域技术人员而言其最佳的模式，在附图中：

图1是可结合本公开的各种实施方案的示例性燃气涡轮机的功能框图；

图2是可结合本公开的各种实施方案的示例性燃烧器的简化剖面侧视图；

图3是根据本公开的至少一个实施方案的如图2所示的燃烧器的一部分的剖面侧视图；

图4是根据至少一个实施方案的如图3所示的示例性入口流动调节器的透视侧视图；

图5是根据本公开的至少一个实施方案的示例性支撑板的透视图；并且

图6是根据本公开的至少一个实施方案的如图2所示的燃烧器的一部分的剖面侧视图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的当前实施方案，其一个或多个示例在附图中示出。该详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。已使用附图和描述中的相同或类似标号来指代本公开的相同或类似部件。

如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，并且“下游”是指流体向其流动的方向。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”是指与特定部件的轴向中心线基本上平行和/或同轴对齐的相对方向，并且术语“周向地”是指围绕特定部件的轴向中心线延伸的相对方向。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在进行限制。如本文所使用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组。

每个示例是通过解释的方式而非限制的方式提供的。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以进行修改和变型。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以在另一个实施方案上使用，以产生又一个实施方案。因此，本公开旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。虽然出于举例说明的目的，本公开的示例性实施方案一般将在路基发电燃气涡轮机的燃烧器的上下文中描述，但本领域的普通技术人员将易于理解，本公开的实施方案可应用于任何样式或类型的涡轮机燃烧器并且不限于路基发电燃气涡轮机的燃烧器或燃烧系统，除非在权利要求书中明确叙述。

现在将参考附图，图1示出了示例性燃气涡轮机10的示意图。燃气涡轮机10一般包括压缩机12、设置在压缩机12下游的至少一个燃烧器14以及设置在燃烧器14下游的涡轮机16。另外，燃气涡轮机10可包括将压缩机12耦合到涡轮机16的一个或多个轴18。

在操作期间，空气20流动到压缩机12中，在此处空气20被逐渐压缩，从而向燃烧器14提供压缩或加压空气22。压缩空气22的至少一部分与燃料24在燃烧器14内混合，并且被燃烧而产生燃烧气体26。燃烧气体26从燃烧器14流动到涡轮机16中，其中能量(动能和/或热能)从燃烧气体26转移到转子叶片(未示出)，从而引起轴18旋转。然后机械旋转能量可用于各种目的，诸如为压缩机12供能和/或发电。随后可从燃气涡轮机10排出燃烧气体26。

如图2所示，燃烧器14可由外缸28(诸如压缩机排气缸)至少部分地围绕。外缸28可至少部分地限定高压室30，该高压室至少部分地围绕燃烧器14的各种部件。高压室30可与压缩机12(图1)流体连通以便从其接收压缩空气22。端盖32可耦合到外缸28。一个或多个燃烧衬套或管道34可至少部分地限定燃烧室或区36以便燃烧燃料-空气混合物，和/或可至少部分地限定穿过燃烧器14的热气体路径以便将燃烧气体26朝向涡轮机16的入口引导。

在特定实施方案中，燃烧衬套34由流动套管38至少部分周向地围绕。流动套管38可形成为单个部件或由多个流动套管区段形成。流动套管38与燃烧衬套34径向地间隔开以便限定其间的流动通道或环形流动通道40。流动套管38可限定多个入口或孔，该多个入口或孔提供环形流动通道40与高压室30之间的流体连通。

图3提供了根据本公开的至少一个实施方案的如图2所示的燃烧器14的一部分的剖面侧视图。在各种实施方案中，如图2和图3中共同示出，燃烧器14包括端盖组件100。在各种实施方案中，如图3所示，端盖组件100一般包括端盖32；至少一个燃料喷嘴102，该至少一个燃料喷嘴耦合到端盖32；入口流动调节器104，该入口流动调节器连接到端盖32并且至少部分地围绕一个或多个燃料喷嘴102；以及支撑板106，该支撑板耦合或刚性地连接到入口流动调节器104。燃料喷嘴102可经由流体导管108和/或一个或多个机械紧固件110(诸如销、螺栓等)刚性地耦合到端盖32。

在特定实施方案中，燃料喷嘴102包括第一板或前板112；第二板或后板114，该第二板或后板与第一板112轴向地间隔开；以及外带或外套管116，该外带或外套管在第一板112与第二板114之间轴向地延伸。在特定实施方案中，第一板112、第二板114和外套管116共同可至少部分地限定燃料喷嘴102内的燃料室118。流体导管108可流体地耦合到燃料供应源(未示出)和第一板112以向燃料室118提供燃料。

包括多个管122的管束120延伸穿过第一板112、燃料室118和第二板114。管束120的每个管122限定或包括相应入124、在入124下游限定的出口126以及相应预混流动通道128。管122中的一者或多者包括燃料口130，该燃料口与燃料室118和相应预混流动通道128流体连通。

图4提供了根据至少一个实施方案的如图3所示的示例性入口流动调节器104的透视侧视图。在各种实施方案中，如图3和图4中共同示出，入口流动调节器104可包括第一套管或内套管132以及周向地围绕第一套管132的第二套管或外套管134。第二套管134与第一套管132径向地间隔开以便限定其间的环形流动通道136。在特定实施方案中，第一套管132可周向地围绕燃料喷嘴102的至少一部分，使得多个管122从入口流动调节器104轴向向外地延伸。

在特定实施方案中，如图3所示，入口流动调节器104的前端138刚性地连接到端盖32。例如，入口流动调节器104的前端138可经由一个或多个机械紧固件140(诸如但不限于销、螺栓等)固定地连接到端盖32。

在特定实施方案中，如图3和图4中共同示出，第一套管132可限定围绕第一套管132周向地间隔开的多个孔口或孔142。多个孔口142可沿着第一套管132均匀地间隔开或分布，或可不均匀地间隔开或分布。在特定实施方案中，如图3和图4中共同示出，入口流动调节器104可包括多个支撑件或导向叶片144，多个支撑件或导向叶片在第一套管132与第二套管134之间径向地和轴向地延伸且靠近入口流动调节器104的后端146。入口流动调节器104的后端146相对于入口流动调节器104的中心线轴向地间隔开，并且设置在入口流动调节器104的前端138下游。支撑件144可至少部分地设置在孔口142上游的环形流动通道136内。

在特定实施方案中，如图3所示，第一套管132和端盖32可至少部分地限定头端体积或流动分布室42。环形流动通道136和多个孔口142提供高压室30(图2)与流动分布室42之间的流体流。第一套管132周向地围绕燃料喷嘴102的至少一部分和一个或多个流体导管108。每个管122的每个入口124设置在第一套管132内，并且与流动分布室42流体连通。

在各种实施方案中，如图3所示，支撑板106直接耦合或连接到入口流动调节器104，并且定位在燃料喷嘴102的第二板114下游。支撑板106可经由多个机械紧固件148(诸如销、螺栓、螺钉等)与入口流动调节器104连接或接合。在特定实施方案中，如图4所示，多个紧固件孔150围绕入口流动调节器104的后端146环形地布置。每个紧固件孔150可为螺纹式的或以其他方式形成以接收相应机械紧固件148。在特定实施方案中，支撑板106可经由焊接来固定地连接到入口流动调节器104。在特定实施方案中，支撑板106和入口流动调节器104可形成为单一主体。

图5提供了根据本公开的至少一个实施方案的示例性支撑板106的透视图。在各种实施方案中，如图3和图5中共同示出，燃料喷嘴102经由至少一个螺栓或紧固件152连接到支撑板106。例如，在特定实施方案中，紧固件152延伸穿过支撑板106中限定的相应孔154(图5)并进入沿着燃料喷嘴102的后板114设置的对应凸台156(图3)。每个凸台156可为螺纹式的或可包括螺纹嵌入件(未示出)。通过将燃料喷嘴102紧固到支撑板106，燃料喷嘴被约束在两个轴向位置，从而减少端盖连接处的应力。

在特定实施方案中，如图5所示，支撑板106可为圆形的。然而，支撑板106的特定形状不限于任何特定形状，除非权利要求书中另有叙述。如图5所示，支撑板106限定跨支撑板106径向地和周向地分布的多个管孔158，使得每个相应管孔158与燃料喷嘴102的多个管122中的对应管122(图3)同轴地对齐或基本上同轴地对齐。如图3所示，多个管122中的每个管122延伸穿过支撑板106的对应管孔158。

在特定实施方案中，如图5所示，支撑板106限定或包括多个安装孔160，多个安装孔周向地间隔开并且沿着支撑板106的外周长布置。每个相应安装孔160可与入口流动调节器104的对应紧固件孔150(图4)对齐。这样，相应机械紧固件148(图3)可延伸穿过相应安装孔160并进入相应紧固件孔150以便将支撑板106固定或刚性地连接到入口流动调节器104。

在特定实施方案中，如图3所示，端板或帽板162可设置在支撑板106下游。在该构型中，每个管122的下游端164穿过帽板162延伸到该帽板下游。帽板162可提供热屏蔽以免受到燃烧室36中燃烧的燃烧气体26的影响。如图3所示，帽筒或外套管166可在支撑板106与帽板162之间轴向地延伸，并且周向地围绕多个管120中的每个管122的一部分。帽板162可固定地连接到帽筒166。在特定实施方案中，紧固件148可延伸穿过帽筒166的凸缘部分168以便将帽筒166和帽板162固定到入口流动调节器104。

图6是根据本公开的至少一个实施方案的如图2所示的燃烧器14的一部分的剖面侧视图。在特定实施方案中，如图6所示，端帽组件100包括以与燃料喷嘴102类似的方式构造的多个喷嘴区段202。多个喷嘴区段202被环形地布置成围绕燃料喷嘴102。每个喷嘴区段202可经由相应流体导管208连接到端盖32。在该构型中，每个喷嘴区段202还经由相应紧固件252和对应凸台256连接到支撑板106，从而将每个喷嘴区段202约束在两个轴向位置并且减少端盖连接处的应力。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种用于燃烧器的端盖组件，所述端盖组件包括：

端盖；

燃料喷嘴，所述燃料喷嘴刚性地连接到所述端盖，所述燃料喷嘴包括多个管，所述多个管轴向地延伸穿过所述燃料喷嘴的第一板、燃料室和第二板，其中每个管包括限定在所述第一板上游的入口和设置在所述第二板下游的出口；

入口流动调节器，所述入口流动调节器具有连接到所述端盖的前端和与所述前端轴向地间隔开的后端，所述入口流动调节器周向地围绕所述燃料喷嘴的至少一部分；和

支撑板，所述支撑板接合到所述入口流动调节器的所述后端，其中所述燃料喷嘴的每个管延伸穿过由所述支撑板限定的对应管孔，并且其中所述燃料喷嘴连接到所述支撑板。

2.根据权利要求1所述的端盖组件，还包括设置在所述支撑板的对应管孔内的偏置构件，其中所述偏置构件在所述管孔与所述多个管中的对应管之间径向地延伸。

3.根据权利要求1所述的端盖组件，其中所述支撑板限定多个安装孔并且所述入口流动调节器限定多个紧固件孔，其中所述多个安装孔中的每个安装孔与所述多个紧固件孔中的相应紧固件孔对齐。

4.根据权利要求1所述的端盖组件，还包括设置在所述支撑板下游的端板，其中所述多个管中的每个管的下游端延伸穿过所述端板。

5.根据权利要求1所述的端盖组件，其中所述入口流动调节器包括由第二套管周向地围绕的第一套管，其中所述第二套管与所述第一套管径向地间隔开并且限定其间的环形流动通道。

6.根据权利要求5所述的端盖组件，其中所述第一套管和所述端盖限定所述多个管中的所述管的所述相应入口上游的流动分布室。

7.根据权利要求5所述的端盖组件，其中所述第一套管限定多个孔口，其中所述多个孔口提供所述环形流动通道与流动分布室之间的流体连通，所述流动分布室由所述端盖和所述第一套管至少部分地限定。

8.根据权利要求5所述的端盖组件，其中所述入口流动调节器还包括多个支撑叶片，所述多个支撑叶片在所述第一套管与所述第二套管之间径向地延伸。

9.根据权利要求8所述的端盖组件，其中所述多个支撑叶片被设置为靠近所述入口流动调节器的后端。

10.一种燃烧器，包括：

外缸；

端盖组件，所述端盖组件包括：

端盖，所述端盖连接到所述外缸，其中所述端盖和所述外缸至少部分地限定高压室；

燃料喷嘴，所述燃料喷嘴刚性地连接到所述端盖，所述燃料喷嘴包括多个管，所述多个管轴向地延伸穿过所述燃料喷嘴的第一板、燃料室和第二板，其中每个管包括限定在所述第一板上游的入口和设置在所述第二板下游的出口；

入口流动调节器，所述入口流动调节器具有连接到所述端盖的前端和与所述前端轴向地间隔开的后端，所述入口流动调节器周向地围绕所述燃料喷嘴的至少一部分；和

支撑板，所述支撑板接合到所述入口流动调节器的所述后端，其中所述燃料喷嘴的每个管延伸穿过由所述支撑板限定的对应管孔，并且其中所述燃料喷嘴连接到所述支撑板。

11.根据权利要求10所述的燃烧器，其中所述端盖组件还包括设置在所述支撑板的对应管孔内的偏置构件，其中所述偏置构件在所述管孔与所述多个管中的对应管之间径向地延伸。

12.根据权利要求10所述的燃烧器，其中所述支撑板限定多个安装孔并且所述入口流动调节器限定多个紧固件孔，其中所述多个安装孔中的每个安装孔与所述多个紧固件孔中的相应紧固件孔对齐。

13.根据权利要求10所述的燃烧器，还包括设置在所述支撑板下游的端板，其中所述多个管中的每个管的下游端延伸穿过所述端板。

14.根据权利要求10所述的燃烧器，其中所述入口流动调节器包括由第二套管周向地围绕的第一套管，其中所述第二套管与所述第一套管径向地间隔开并且限定其间的环形流动通道，其中所述环形流动通道与所述高压室流体连通。

15.根据权利要求14所述的燃烧器，其中所述第一套管和所述端盖限定所述多个管中的所述管的所述相应入口上游的流动分布室。

16.根据权利要求14所述的燃烧器，其中所述第一套管限定多个孔口，其中所述多个孔口提供所述高压室、所述环形流动通道与流动分布室之间的流体连通，所述流动分布室由所述端盖和所述第一套管至少部分地限定。

17.根据权利要求14所述的燃烧器，其中所述入口流动调节器还包括多个支撑叶片，所述多个支撑叶片在所述第一套管与所述第二套管之间径向地延伸且位于所述环形流动通道内。

18.根据权利要求17所述的燃烧器，其中所述多个支撑叶片被设置为靠近所述入口流动调节器的后端。