CN1757892A - 用于调整燃气轮机燃料喷嘴的燃料喷射组件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气轮机的燃料喷嘴组件(10)，包括多个带有孔(24，26)的周向间隔开的叶片(22)，所述孔用于使燃料从叶片的腔室中经由叶片壁(30，31)中的孔流动以与空气预混合。为了调整喷嘴组件，通过将现有的孔改造成预定的孔尺寸来调整孔(24，26)的大小，将插塞(52，54，56，58)固定在孔中，并穿过至少一定数量的插塞(52，54，56)而形成孔(60，62，64)，并使其直径小于现有孔(24，26)的直径。

Description

用于调整燃气轮机燃料喷嘴的燃料喷射组件的方法
技术领域
本发明涉及用于调整燃气轮机的燃料喷嘴组件的方法，尤其涉及用于调整预混合燃料入口孔的尺寸的方法，该孔用于提供在喷嘴组件中与空气预混合的气体燃料。
背景技术
在陆上燃气轮机中，燃料喷嘴通常包括大致同心的管的子组件，其限定了用于供应扩散燃气的中心通道和一对用于供应预混合燃气的同心通道。围绕着该子组件且与之间隔开地设有入口流动调节器，其用于引导和限定穿过由该子组件所携带的多个周向间隔开的叶片的进入空气。这些叶片与同心的燃气供应通道相通。特别是，这些叶片包括外部预混合孔和内部预混合孔，其用于从相应的通道中供应气体以与进入空气混合。位于燃料入口孔下游的叶片使气体燃料混合物产生涡动，以用于后续的燃烧。
气体燃料的成分和工作位置处的韦伯指数确定了燃气喷嘴的出口速度要求，其又取决于燃气供应孔的尺寸。在供应孔太大的情况下，对于给定的气体成分和韦伯指数而言，喷嘴的动力学特性成为影响因素。例如，如果气体成分发生变化，这些影响就会成为现实，因此必须再次调整喷嘴组件以排除这些动力学特性的影响。
发明内容
根据本发明的一个示例，提供了一种调整用于燃气轮机的燃料喷嘴组件的方法，其中该燃料喷嘴组件具有多个周向间隔开的叶片，叶片带有穿过叶片壁的孔，这些孔用于使燃料流动以在喷嘴组件内与空气混合，该方法通过改变叶片壁中的预混合燃料孔的现有面积来进行。为了实现这个目的，将现有的孔改造成预定的直径。将插塞插入到经改造的孔中并固定在叶片上。形成穿过至少三个插塞的孔，使其直径小于现有孔的直径。这样就调整了原始孔的尺寸，从而提供了具有所需调整效果的更小的孔。
附图说明
图1是用于燃气轮机的典型燃料喷嘴组件的截面图；
图2是大体上沿着图1中的线2-2的截面图，其显示了位于叶片壁中的现有的预混合燃气供应孔；
图3是显示了根据本发明一个方面的经尺寸调整的预混合燃气供应孔的类似于图2的视图；
图4是根据本发明一个方面的扩大的外部预混合孔的放大截面图，该外部预混合孔用于叶片，并形成了燃料喷射组件的调整方法的一部分；
图5是类似于图4的视图，显示了设置在经改造的孔中的插塞；
图6是类似于图5的视图，显示了经尺寸调整的燃料供应孔。
图中各标号的含义如下：10喷嘴组件；13流动调节器；22叶片；30壁；32孔；34孔；24，26孔；30，31壁；38，40，42，44孔；60，62，64孔；52，54，56，58插塞。
具体实施方式
参见图1，图中显示了用于燃气轮机的传统燃料喷嘴组件10。通常来说，该燃料喷嘴组件包括子组件11和周围的空气入口调节器13。子组件11包括中央管12和一对同心管14，16，它们限定了各自位于管12和14以及管14和16之间的分离的环形燃料通道18和20。中央管12为燃料喷嘴组件10下游的未示出燃烧区域供应扩散气体。多个相互周向间隔开的叶片22设置在外管16的周围，并形成了子组件11的一部分。叶片22包括外部预混合孔24和多个内部预混合气体供应孔26，其中外部预混合孔24从通道20中获得气体燃料的供应，而内部预混合气体供应孔26从通道18中获得气体燃料的供应。如在图2和3中最佳地显示，每个叶片22具有一对限定在叶片的相对侧壁30和31之间的内腔室29和外腔室28。应当理解，孔24和26分别与外腔室28和内腔室29相通。
如图2所示，传统的外部预混合气体供应孔24包括一对穿过叶片22的一个壁30的径向间隔开的孔32，以及穿过叶片的相对侧壁31的单个孔34。叶片的下游部分36被扭转，从而将涡动传递到在子组件11和入口流动调节器13之间流动的预混合空气和气体燃料的流中，其中气体燃料通过外部预混合燃料孔24和内部预混合燃料孔26而供应至空气流中。如前所述，某些时候由于动力学特性的因素而需要重新调整喷嘴组件。
为了实现前述目的，尤其为了在叶片中提供经尺寸调整的燃料供应孔，例如为了提供更小直径的孔来分别替代叶片的侧壁30和31中现有的气体供应孔32和34，可以去除围绕着叶片和喷嘴子组件的其它部分的入口流动调节器13。优选将入口流动调节器切成两个半圆形的物件并丢弃掉。通过去除入口流动调节器13，就露出了叶片22中的外部预混合孔24。
最初可通过放电加工工艺来扩大所露出的外部预混合孔，以形成一对穿过各个侧壁30和31的孔。例如，形成一对穿过每个叶片的侧壁30的孔38及40，并形成一对穿过每个叶片的侧壁31的孔42及44。利用放电加工工艺可使这些对准的孔38，42一次成型。类似地，对准的孔40，44可以一次成型。结果，通过放电加工可扩大叶片壁30上的现有的成对孔32，并类似地扩大相对的叶片壁31上的现有的单个孔34。通过在前述一次成型过程中使放电加工用工具穿过第一壁中的孔38，便可在叶片22的相对壁31中形成第二孔42。这样，每个壁中的一对孔可与相对壁中的一对孔相对齐地成型，并且孔38，40，42和44大于现有的孔32和34。而后，优选用手并利用硬质合金铰刀和铰刀导向件来对这样形成的孔38，40，42和44进行铰孔，以满足安装插塞所需的直径。这样，每个叶片中的四个扩大孔均都经过手工铰孔，以提供略大一些直径的孔，其中在所示的优选实施例中存在10个叶片。孔的直径优选相同。在铰孔以去除毛刺并利用如丙酮清洁孔之后，在Metal Medic 7705或等效溶液中在160°F下对这些孔进行去油渍约30分钟。这些叶片通过例如浸没在暖水池中大约10分钟而进行漂洗，并优选利用压缩空气进行风干以去除孔中的水，而后在例如1850°F-1875°F之间的温度下烘干约30到60分钟。在利用丙酮清洗孔之后，孔就准备好可以接受插塞了。
插塞50，52，54，56优选通过铜焊而固定在叶片的壁上。因此，在利用丙酮清洗插塞之后，将每个插塞都安装在铰过的孔中，并与叶片表面齐平。在铜焊插塞的周围施加小珠状的铜焊合金膏。为了完成铜焊过程，将喷嘴组件放置在炉中，而后将炉抽空到例如5×10-4托或更高的真空状态。为了将插塞铜焊到叶片壁上，将炉以大约每分钟30°F的速度加热到约1675°F-1725°F，并保持25到35分钟。而后将温度升高到1825°F-1875°F的范围，并保持10到15分钟。优选当温度超过1700°F时，添加100-300微米的氩气。而后利用氩气使组件在炉内迅速冷却到175°F或者更低温度，并从炉中取走。而后对喷嘴组件进行测漏试验。例如，可将未示出的压力测试夹具应用到喷嘴组件上，以施加保持5分钟的约每平方英寸50磅的压力。而后将水施加至铜焊连接处，或者将组件浸没在水池中，以检查会指示出有泄漏的气泡是否存在。假定没有泄漏，那么将喷嘴组件烘干，并重新铜焊插塞。例如，将组件再次设置在炉中，而后将炉抽空到5×10-4托或更高的真空状态。为了完成炉内铜焊，将炉以约每分钟30°F的速度加热到约1675°F-1725°F之间的温度，并保持25到35分钟。而后将温度升高到1825°F-1875°F之间的范围，并保持10到15分钟。当温度超过1700°F时，添加100-300微米的氩气，并利用氩气使喷嘴组件迅速冷却到175°F或者更低的温度。在从炉中取走组件之后，类似于上面所述地对组件再次进行测漏试验。
之后对组件进行回火。例如可再次将组件放置在炉中，并将炉抽空到5×10-4托或更高的真空状态。将组件加热到约1050°F-1125°F并保持约四小时。然后将组件在炉内冷却到200°F以下，之后从炉中取走组件。
最后，在叶片壁中形成尤其是穿过铜焊插塞的孔。应当理解，穿过插塞而形成的新孔可在面积上即在直径上大于现有的孔32和34。然而，通常将这些新孔设成相对于现有孔32和34具有更小的面积，即更小的直径。优选利用放电加工的方法来形成穿过插塞52，54，56和58的孔，使其具有比孔的初始存在的尺寸如直径更小的尺寸，例如更小的直径。这样，穿过相应的插塞52，54和56而形成了孔60，62和64。尤其注意，并没有形成穿过插塞58的较小直径的孔。因此，在侧壁30上分别形成了穿过插塞52，54的孔60，62，而在侧壁31上形成了穿过插塞56的孔64。铜焊插塞58将在侧壁31上由EDM工艺所形成的先前成型的孔44密封起来。还要注意，穿过一个侧壁30的孔优选相对于穿过该孔的切线成约5°的角度。穿过相对侧壁31的孔64位于该切线上，并不形成角度。
在用EDM工艺形成较小直径的孔之后，类似于之前所述地对组件进行去油渍、漂洗、风干和炉中烘干。而后将旧的、但优选是新的入口流动调节器13清洗并预焊接好，以便连接到经调整的燃料喷嘴组件上。例如，可沿着水平对称线且周向地将新的入口流动调节器的两半焊接起来。通常在焊接工序之后包括检查和荧光渗透检查。
虽然已经结合目前被认为是最实际且最优选的实施例来介绍了本发明，然而应当理解，本发明并不局限于所公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种改型和等效装置。

Claims (10)

1.一种调整用于燃气轮机的燃料喷嘴组件(10)的方法，其中所述燃料喷嘴组件具有多个周向间隔开的叶片(22)，所述叶片带有穿过叶片壁(30，31)的孔(24，26)，所述孔用于使燃料流动以在所述喷嘴组件内与空气混合，所述方法通过改变所述叶片壁中的预混合燃料孔的现有面积来进行，包括如下步骤：
(a)将所述现有的孔(24，26)改造成不同于现有面积的预定面积；
(b)将插塞(52，54，56，58)插入到所述预定面积的经改造的孔中；
(c)将所述插塞(52，54，56，58)固定到所述叶片壁上；和
(d)形成穿过选定数量的插塞(52，54，56)的孔(60，62，64)，使所述孔的面积小于所述插塞的预定面积，并且不同于所述预混合燃料孔的现有面积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改造步骤包括将所述现有孔放电加工至比所述燃料孔的现有面积更大的面积。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括将所述经改造的孔铰孔到选定的直径。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括顺序地执行步骤(a)-(d)，在所述步骤(a)之前将入口流动调节器(13)从所述喷嘴组件的周围取下来，以便可接触到所述喷嘴组件，并且在所述步骤(d)之后，将所取下的或新的入口流动调节器安装到所述喷嘴组件的周围。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述现有的孔包括位于每个叶片的第一壁(30)中的一对孔(32)和位于每个叶片的与所述第一壁相对的第二壁(31)中的至少一个孔(34)，所述步骤(a)包括通过扩大所述一对孔的面积来改造所述第一壁(30)中的孔(32)，并形成穿过所述第二壁(31)的第二对孔(42，44)，所述第二对孔的其中一孔(44)具有比所述第二壁的所述至少一个孔(34)更大的面积，并占据了所述第二壁的所述至少一个孔(34)的区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括将每对孔(38，40，42，44)形成为具有相同的面积。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述第一壁(30)中形成穿过一对所述插塞(52，54)的孔(60，62)，并在所述第二壁(31)中形成穿过其中一个所述插塞(56)的孔(64)，留下所述第二壁(31)中的所述第二插塞(58)没有孔。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)包括将所述插塞铜焊到所述叶片的壁上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)包括将所述插塞两次铜焊到所述叶片上，并在两次铜焊步骤之间进行测漏试验。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)由放电加工来进行。
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