用于燃气涡轮的燃料喷嘴及燃气涡轮制造技术

本实用新型专利技术涉及用于燃气涡轮的燃料喷嘴及燃气涡轮。一种用于燃气涡轮的燃料喷嘴大体包括主体，其具有沿轴向与下游端部分开的上游端部。主体至少部分地限定燃料供应通道，该燃料供应通道延伸穿过上游端部，以及至少部分地穿过主体。燃料分配歧管设置在主体的下游端部处。燃料分配歧管包括延伸穿过燃料分配歧管的多个沿轴向延伸的通道。多个燃料喷射端口在燃料供应通道与多个沿轴向延伸的通道中的每一个之间限定流径。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于燃气涡轮的燃料喷嘴及燃气涡轮联邦研究声明本专利技术是在政府支持下根据能源部授予的合同N0.DE-FC26-05NT42643作出的。政府对本专利技术具有某些权利。
本专利技术大体涉及燃气涡轮的燃烧器。更特别地，本专利技术涉及用于燃气涡轮的燃烧器的燃料喷嘴组件。
技术介绍
燃烧器在工业和功率生成操作中常用来点燃燃料，以产生具有高温和高压的燃烧气体。例如，诸如燃气涡轮的涡轮机典型地包括用以生成功率或推力的一个或更多个燃烧器。典型的燃气涡轮包括入口区段、压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。入口区段清洁和调节工作流体(例如，空气)，并且将工作流体供应到压缩机区段。压缩机区段增大工作流体的压力，并且将压缩工作流体供应到燃烧区段。压缩工作流体和燃料在燃烧区段内混合，并且燃烧，以生成具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体流到涡轮区段，其中，它们膨胀以产生功。例如，燃烧气体在涡轮区段中膨胀可使连接于发电机的轴旋转以产生电。燃烧区段可包括在压缩机区段与涡轮区段之间以环形布置的一个或更多个燃烧器。各种参数影响燃烧器的设计和操作。例如，较高的燃烧气体温度大体改进燃烧器的热力学效率。然而，较高的燃烧气体温度还促进火焰保持状态，其中，燃烧火焰移向燃料喷嘴的下游端部，可能引起在相对短的时间内的对喷嘴的加速损坏。另外，较高的燃烧气体温度大体增大双原子氮的分离速率，从而增加氮氧化物(NOx)的产生。相反地,与减少的燃料流和/或部分负载操作(下调)相关的较低的燃烧气体温度大体减小燃烧气体的化学反应速率，从而增加一氧化碳和未燃烧的烃的产生。在特定的燃烧器设计中，燃烧器包括横跨燃烧器的至少一部分沿径向延伸的帽组件。多个管横跨帽组件沿径向布置成一个或更多个管束，以限定供压缩工作流体流过帽组件并流到燃烧室中的流径。供应到帽组件内部的燃料室的燃料可通过一个或更多个燃料喷射端口流到管中，该一个或更多个燃料喷射端口沿径向延伸穿过管中的每一个或一些。燃料和压缩工作流体在流出管并流到燃烧室中之前在管内部混合。虽然在实现较高的操作温度，同时防止火焰保持，并且控制不合乎需要的排放物方面是有效的，但是由于形成燃料喷嘴组件所需的单独构件的数量和设计的整体复杂性，故管束提出了若干制造挑战。因此，设计的复杂性大体对应于附加的管束制造成本。因此，改进燃料喷嘴对燃气涡轮行业将是有用的，该改进燃料喷嘴与当前设计相比不那么复杂并且/或者制造起来不那么昂贵，同时促进火焰稳定性，并且/或者在较宽范围的燃烧器操作水平内减少不合乎需要的排放物。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点在下列描述中在下面被阐述，或者可从该描述为显而易见的，或者可通过本专利技术的实践来学习。本专利技术的一个实施例是一种用于燃气涡轮的燃料喷嘴。燃料喷嘴包括主体，其具有沿轴向与下游端部分开的上游端部。主体至少部分地限定燃料供应通道，该燃料供应通道延伸穿过上游端部，以及至少部分地穿过主体。燃料分配歧管设置在主体的下游端部处。燃料分配歧管包括延伸穿过燃料分配歧管的多个沿轴向延伸的通道。至少一个燃料喷射端口在燃料供应通道与多个沿轴向延伸的通道中的相应一个之间限定流径。本专利技术的另一个实施例是一种用于燃气涡轮的燃料喷嘴。燃料喷嘴大体包括具有上游端部和下游端部的主体。主体至少部分地限定燃料供应通道，该燃料供应通道延伸穿过上游端部，以及至少部分地穿过主体。燃料分配歧管沿径向从主体的下游端部向外延伸。燃料分配歧管限定围绕主体的下游端部布置成环形阵列的多个沿轴向延伸的通道。燃料分配歧管进一步限定燃料室，该燃料室至少部分地包围多个沿轴向延伸的通道中的每一个。在主体的燃料供应通道与燃料分配歧管的燃料室之间限定流径。至少一个燃料喷射端口在燃料分配歧管的燃料室与沿轴向延伸的通道中的相应一个之间限定流径。本专利技术的另一个实施例包括一种燃气涡轮。燃气涡轮包括压缩机、在压缩机下游的燃烧器，以及在燃烧器下游的涡轮。燃烧器包括连接于壳体的端盖，该壳体至少部分地包围燃烧器。端盖包括内表面。多个燃料喷嘴在端盖的内表面的下游延伸。每个燃料喷嘴包括具有上游端部和下游端部的主体。主体至少部分地限定燃料供应通道，该燃料供应通道延伸穿过上游端部，以及至少部分地穿过主体。燃料分配歧管沿径向从主体的下游端部向外延伸。燃料分配歧管至少部分地限定围绕主体的下游端部布置成环形阵列的多个沿轴向延伸的通道。在主体的燃料供应通道与燃料分配歧管的多个沿轴向延伸的通道中的相应一个之间限定至少一个流径。在审阅说明书之后，本领域技术人员将更好地理解这种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更具体地阐述了本专利技术的完整且能够实现的公开(包括对本领域技术人员而言的本专利技术的最佳模式)，包括参考附图，其中:图1是在本专利技术的范围内的示例性燃气涡轮的功能框图；图2是根据本专利技术的各种实施例的示例性燃烧器的简化截面侧视图；图3是根据本专利技术的至少一个实施例的、如图2所示的燃烧器的一部分的俯视图；图4是根据本专利技术的至少一个实施例的、如图2所示的燃烧器的一部分的俯视图；图5是根据本专利技术的至少一个实施例的燃料喷嘴的透视图；图6是图5中示出的燃料喷嘴的沿线6-6截取的截面侧视图；图7是图5中示出的燃料喷嘴的一部分的沿线7-7截取的截面俯视图；图8是根据本专利技术的至少一个实施例的燃料喷嘴的截面侧视图；图9是图8中示出的燃料喷嘴的沿线9-9截取的截面俯视图；以及图10是根据本专利技术的至少一个实施例的、图5中示出的燃料喷嘴的截面侧视图。部件列表10燃气涡轮12入口区段14工作流体16压缩机18压缩工作流体20燃料供应22燃烧器24燃烧气体26 涡轮28 轴30发电机/马达32 排气34排气区段36排气烟囱40 壳体42 端盖44 流孔46冲击套管48过渡导管50 衬套52燃料喷嘴54燃烧室56内表面58帽组件60中心燃料喷嘴62旋流器导叶70燃料喷嘴72 主体74燃料分配歧管76 管78上游端部80下游端部82 凸缘84螺栓孔86燃料供应通道88上游端部90下游端部92 通道94预混合流径96燃料喷射端口98 流径100燃料室102 燃料端口104 流径106燃料喷射端口108 流径110燃料喷射端口112 流径114 “跳过”116 第一组管118 第二组管。【具体实施方式】现在将详细参考本专利技术的目前的实施例，在附图中示出该实施例的一个或更多个实例。详细描述使用数字和字母符号来指示图中的特征。图和描述中的相同或相似的符号用来指示本专利技术的相同或相似的部件。如本文中使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地用来将一个构件与另一个构件区分开，并且不意图表示单独的构件的位置或重要性。用语“上游”、“下游”、“沿径向”和“沿轴向”指的是相对于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体流来自的方向，而“下游”指的是流体流去往的方向。相似地，“沿径向”指的是大致垂直于流体流的相对方向，而“沿轴向”指的是大致平行于流体流的相对方向。以说明本专利技术而非限制本专利技术的方式提供每个实例。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，可对本专利技术作出修改和变化，而不背离本专利技术的范围或精神。例如，示出或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，意图是，本专利技术涵盖落在所附权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气涡轮的燃料喷嘴，其包括：a.主体，所述主体具有沿轴向与下游端部分开的上游端部，所述主体至少部分地限定燃料供应通道，所述燃料供应通道延伸穿过所述上游端部，以及至少部分地穿过所述主体；b.设置在所述主体的下游端部处的燃料分配歧管，所述燃料分配歧管具有延伸穿过所述燃料分配歧管的多个沿轴向延伸的通道；以及c.多个燃料喷射端口，每个燃料喷射端口在所述燃料供应通道与所述多个沿轴向延伸的通道中的相应一个之间限定流径。

【技术特征摘要】
2012.12.05 US 13/7054431.一种用于燃气涡轮的燃料喷嘴，其包括: a.主体，所述主体具有沿轴向与下游端部分开的上游端部，所述主体至少部分地限定燃料供应通道，所述燃料供应通道延伸穿过所述上游端部，以及至少部分地穿过所述主体； b.设置在所述主体的下游端部处的燃料分配歧管，所述燃料分配歧管具有延伸穿过所述燃料分配歧管的多个沿轴向延伸的通道；以及 c.多个燃料喷射端口，每个燃料喷射端口在所述燃料供应通道与所述多个沿轴向延伸的通道中的相应一个之间限定流径。2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，还包括在所述燃料分配歧管的下游延伸的多个沿轴向延伸的管，每个管与所述多个沿轴向延伸的通道中的相应一个对齐。3.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，还包括在所述燃料分配歧管的上游延伸的多个沿轴向延伸的管，每个管与所述多个沿轴向延伸的通道中的相应一个对齐。4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，还包括多个沿轴向延伸的管，每个管至少部分地延伸穿过所述多个沿轴向延伸的通道中的相应一个。5.根据权利要求4所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述多个燃料喷射端口中的每一个延伸穿过所述多个沿轴向延伸的管中的相应一个。6.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃料分配歧管和所述主体铸造为单一构件。7.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃料分配歧管还包括至少部分地包围所述多个沿轴向延伸的通道的燃料室。8.根据权利要求7所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃料室与所述主体的燃料供应通道流体连通。9.根据权利要求8所述的燃料喷嘴，其特征在于，还包括多个燃料喷射端口，每个燃料喷射端口在所述燃料室与所述沿轴向延伸的通道中的相应一个之间限定流径。10.一种用于燃气涡轮的燃料喷嘴，其包括: a.具有上游端部和下游端部的主体，所述主体限定燃料供应通道，所述燃料供应通道延伸穿过所述上游端部，以及至少部分地穿过所述主体； b.燃料分配歧管，其沿径向从所述主体的下游端部向外延伸，所述燃料分配歧管限定围绕所述主体的下游端部布置成环形阵列的多个沿轴向延伸的通道，所述燃料分配歧管进一步限定至少部分地包围所述多个沿轴向延伸的通道中的每一个的燃料室； c.流径，其限定在所述主体的燃料供应通道与所述燃料分配歧管的燃料室之间；以及 d.多个燃料喷射端口，每个燃料喷射端口在所述燃料分配歧管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：KC贝尔索姆，KW麦克马汉，LL托马斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：新型
国别省市：美国;US