專利名稱：用于熱保護(hù)燃燒系統(tǒng)中的燃料噴嘴的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的實施例大體而言涉及燃?xì)鉁u輪燃燒系統(tǒng)，且更具體而言，涉及燃料 與空氣預(yù)混合器，其便于在偏離設(shè)計的火焰保持(flameholding)事件期間減少損壞。
背景技術(shù)：
至少某些已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)在燃燒器中點(diǎn)燃燃料_空氣混合物以生成燃燒 氣體流，燃燒氣體流經(jīng)由熱氣體路徑導(dǎo)送至渦輪。壓縮空氣自壓縮機(jī)傳送到燃燒器。已知 的燃燒器組件包括燃料噴嘴，燃料噴嘴便于將燃料與空氣傳送到燃燒器的燃燒區(qū)域。渦輪 將燃燒氣體流的熱能轉(zhuǎn)換成用于使渦輪軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。渦輪的輸出可用于向機(jī)器(例如 發(fā)電機(jī)或泵)提供動力。由燃?xì)鉁u輪燃燒常規(guī)碳烴化合物所產(chǎn)生的排放可包括氮的氧化物、二氧化碳以及 未燃燒的碳烴化合物。在本領(lǐng)域中熟知在噴氣發(fā)動機(jī)中的分子氮的氧化物(NOx)取決于在 燃燒系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)中形成的熱氣體溫度。減少NOx排放的一種方法是通過在點(diǎn)燃混合物之前 將燃料與空氣預(yù)混合成稀薄的混合物來維持熱發(fā)動機(jī)燃燒器的反應(yīng)區(qū)的溫度處于或低于 形成熱NOx的水平。這種過程常常在干式低NOx(DLN)燃燒系統(tǒng)中進(jìn)行。在這種系統(tǒng)中，存 在于燃燒器反應(yīng)區(qū)中的過量空氣的熱質(zhì)量吸熱以將燃燒產(chǎn)物的溫升降至減少熱NOx生成 的水平。在氣態(tài)或液體燃料燃燒期間，已知的稀薄預(yù)混合燃燒器可經(jīng)歷火焰保持或回火， 其中意圖限制于燃燒襯套內(nèi)的火焰朝向燃料和空氣噴射到預(yù)混合部段內(nèi)的位置向上游行 進(jìn)。由于極其大的熱負(fù)荷，這些火焰保持/回火事件可導(dǎo)致排放性能降級和/或過熱和損壞 預(yù)混合部段。至少某些已知的燃?xì)鉁u輪燃燒系統(tǒng)包括預(yù)混合噴射器，其預(yù)混合燃料與壓縮 氣流試圖將均勻稀薄燃料_空氣預(yù)混合物導(dǎo)送至燃燒襯套。通常，存在總體燃燒器管速度 (bulk burner tube velocity)，高于該速度，預(yù)混合器中的火焰將被推出到主要燃燒區(qū)。隨著反應(yīng)性較強(qiáng)的燃料，例如具有燃燒前碳捕獲(其產(chǎn)生高氫燃料)的合成氣體 (“合成氣”)和/或具有高百分比的高級碳烴化合物的天然氣的使用，當(dāng)前DLN燃燒系統(tǒng) 可能難以在發(fā)動機(jī)操作期間維持火焰保持。在理想操作條件下，在預(yù)混合器內(nèi)的火焰并不 留在預(yù)混合器中，而是向下游轉(zhuǎn)移到正常燃燒區(qū)。由于現(xiàn)有技術(shù)水平燃燒系統(tǒng)的設(shè)計點(diǎn)可 到達(dá)3000 T的總體火焰溫度，火焰保持/回火事件可在很短的時段對預(yù)混合噴嘴造成重大 損害。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供一種組裝燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的方法。該方法包括將燃燒器與壓縮機(jī) 配接成流動連通，使得燃燒器接收由壓縮機(jī)排放的空氣中的至少一些空氣。燃料噴嘴組件 配接到燃燒器且包括至少一個燃料噴嘴，燃料噴嘴包括多個內(nèi)表面，其中熱屏障覆層涂覆 到多個內(nèi)表面中的至少一個內(nèi)表面上以便于將該內(nèi)表面與燃燒氣體屏蔽開。優(yōu)選地，所述燃料噴嘴包括燃燒器管，所述燃燒器管包括內(nèi)表面，所述方法還包括在所述燃燒器管內(nèi)表面的至少一部分上涂覆熱屏障覆層。優(yōu)選地，所述燃料噴嘴包括中心體，所述中心體包括外表面，所述方法還包括在所 述中心體外表面的至少一部分上涂覆所述熱屏障覆層。優(yōu)選地，將所述燃料噴嘴組件配接到所述燃燒器還包括在所述燃料噴嘴的多個 內(nèi)表面的至少一部分上涂覆金屬結(jié)合覆層；以及在所述金屬結(jié)合覆層的至少一部分上涂覆 陶瓷熱覆層。在另一方面，提供用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料噴嘴。燃料噴嘴包括多個內(nèi)表面和 涂覆于多個燃料噴嘴內(nèi)表面中的至少一個內(nèi)表面上的熱屏障覆層。熱屏障覆層配置成將燃 料噴嘴內(nèi)表面與燃燒氣體屏蔽開。優(yōu)選地，所述燃料噴嘴包括燃燒器管，所述燃燒器管包括內(nèi)表面，所述熱屏障覆層 涂覆于所述燃燒器管內(nèi)表面的至少一部分上。優(yōu)選地，所述燃料噴嘴包括中心體，所述中心體包括外表面，所述熱屏障覆層涂覆 于所述中心體外表面的至少一部分上。優(yōu)選地，所述燃料噴嘴包括燃料/空氣預(yù)混合器，燃料/空氣預(yù)混合器包括外表 面，所述熱屏障覆層涂覆于所述中心體外表面的至少一部分上。優(yōu)選地，所述熱屏障覆層包括金屬結(jié)合覆層，其涂覆于所述燃料噴嘴內(nèi)表面的至 少一部分上；以及陶瓷覆層，其涂覆于所述金屬結(jié)合覆層的至少一部分上。優(yōu)選地，所述熱結(jié)合覆層具有在大約0. 004英寸至大約0. 100英寸之間的厚度。優(yōu)選地，所述的燃料噴嘴還包括燃燒器管，其包括內(nèi)表面；燃料/空氣預(yù)混合器， 其配接到所述燃燒器管；以及噴嘴中心體，其包括外表面，所述噴嘴中心體配接到所述燃料 /空氣預(yù)混合器，使得所述噴嘴中心體延伸穿過所述燃燒器管。優(yōu)選地，所述的燃料噴嘴還包括限定于所述燃料/空氣預(yù)混合器和所述燃燒器管 內(nèi)的冷卻流動通道，以使得冷卻流動能從所述燃料/空氣預(yù)混合器導(dǎo)送到所述燃燒器管。優(yōu)選地，預(yù)混合通道限定于所述中心體與所述燃燒器管之間，所述燃燒器管包括 多個孔口，所述孔口將所述冷卻流動通道與所述預(yù)混合通道配接成流動連通。優(yōu)選地，所述燃料/空氣預(yù)混合器還包括多個旋流葉片，在所述旋流葉片中限定 內(nèi)部冷卻通道。優(yōu)選地，所述中心體包括內(nèi)壁；外壁；限定于所述內(nèi)壁內(nèi)的燃料通道；以及限定 于所述內(nèi)壁與所述外壁之間的逆向流動通道。在又一方面，提供一種燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)。該燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、燃燒器和熱屏 障覆層。該燃燒器與壓縮機(jī)流動連通以接收由所述壓縮機(jī)排放的空氣中的至少一些空氣。 該燃燒器包括至少一個燃料噴嘴，燃料噴嘴包括多個內(nèi)表面。該熱屏障覆層涂覆于多個燃 料噴嘴內(nèi)表面中的至少一個內(nèi)表面上。熱屏障覆層配置成將燃料噴嘴內(nèi)表面與燃燒氣體屏 蔽開。優(yōu)選地，所述燃料噴嘴還包括燃燒器管，所述燃燒器管包括內(nèi)表面，所述熱屏障覆 層涂覆于所述燃燒器管內(nèi)表面的至少一部分上。優(yōu)選地，所述燃料噴嘴還包括中心體，所述中心體包括外表面，所述熱屏障覆層涂 覆于所述中心體外表面的至少一部分上。優(yōu)選地，所述熱屏障覆層包括金屬結(jié)合覆層，其涂覆于所述多個燃料噴嘴內(nèi)表面的至少一部分上；以及陶瓷覆層，其涂覆于所述金屬結(jié)合覆層的至少一部分上。優(yōu)選地，所述熱屏障覆層具有在大約0. 004英寸至大約0. 100英寸之間的厚度。本發(fā)明提供一種DLN燃燒系統(tǒng)，其基本上耐受火焰保持，從而允許充分的時間來 檢測預(yù)混合器中的火焰且修正這種條件。而且，如本文所述，向預(yù)混合器涂覆熱屏障覆層便 于減小預(yù)混合器中所需的冷卻流體量，從而導(dǎo)致促進(jìn)成本節(jié)省和降低維護(hù)成本。這有利地 使燃燒系統(tǒng)利用合成氣、高氫和其它反應(yīng)性燃料更有效地操作，且顯著地降低昂貴的硬件 損壞和強(qiáng)迫停機(jī)的風(fēng)險。


圖1是示例性燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的截面圖；圖2是可用于圖1所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示例性燃料噴嘴；以及圖3是可用于圖1所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示例性燃料噴嘴的放大截面圖；以及圖4是可用于示例性燃料噴嘴的示例性熱屏障覆層的示意圖；以及圖5是可用于圖1所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料噴嘴的替代實施例。
具體實施例方式本文所述的示例性方法和系統(tǒng)通過提供下面這樣的燃料噴嘴而克服了已知的干 式低NOx(DLN)燃燒系統(tǒng)的缺點(diǎn)，這種燃料噴嘴包括先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)便于提高火 焰保持/回火耐受性。更具體而言，本文的實施例便于通過提供冷卻流動在火焰保持/回 火事件期間防止燃料噴嘴損壞，冷卻流動降低燃料噴嘴溫度從而增加時間以檢測預(yù)混合器 中的事件和補(bǔ)救所檢測的任何不利條件。在一實施例中，燃料噴嘴包括冷卻系統(tǒng)，冷卻系 統(tǒng)提供背側(cè)對流冷卻、沖擊冷卻與膜冷卻的組合以便于在火焰保持期間降低燃料噴嘴的溫 度。如本文所用的術(shù)語“冷卻劑”和“冷卻流體”是指氮?dú)?、空氣、燃料或它們的某種組合， 和/或可使得燃料噴嘴如本文所述起作用的任何其它流體。在示例性實施例中，熱屏障覆層(TBC)涂覆到燃料噴嘴上以形成屏障，該屏障屏 蔽燃料噴嘴且便于減小所需的冷卻流動和/或降低燃料噴嘴預(yù)混合器構(gòu)件的溫度。如在下 文中更詳細(xì)地描述的，可變地選擇所涂覆的TBC厚度以實現(xiàn)所希望的熱阻水平，即，在TBC 系統(tǒng)上所需要的溫度降低。應(yīng)了解如在本申請中使用的術(shù)語“軸向”和“在軸向”是指基本 上平行于燃料噴嘴中心體的中心縱向軸線延伸的方向和方位。還應(yīng)了解術(shù)語“徑向”和“在 徑向”在本申請中用于指基本上垂直于中心體的中心縱向軸線延伸的方向和方位。還應(yīng)了 解術(shù)語“上游”和“下游”在本申請中用于指相對于中心體的中心縱向軸線位于總軸向燃料 流動方向中的方向和方位。圖1是示例性燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的截面圖，其包括進(jìn)口部段12、在進(jìn)口部段12下游 的壓縮機(jī)部段14、在進(jìn)口部段12下游配接的燃燒器部段16、在燃燒器部段16下游配接的 渦輪部段18，以及排氣部段20。燃燒器部段16包括多個燃燒器24。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10包括 燃料噴嘴組件26。燃料噴嘴組件26包括多個燃料噴嘴28。燃燒器部段16配接到壓縮機(jī) 部段14使得燃燒器24與壓縮機(jī)14流動連通。燃料噴嘴組件26配接到燃燒器24。渦輪部 段18可旋轉(zhuǎn)地配接到壓縮機(jī)部段14和負(fù)荷22，負(fù)荷22為例如(但不限于)發(fā)電機(jī)和機(jī)械 驅(qū)動應(yīng)用。
在操作期間，進(jìn)口部段12朝向壓縮機(jī)部段14導(dǎo)送空氣。壓縮機(jī)部段14將入口空 氣壓縮到較高壓力和溫度且朝向燃燒器部段16排放壓縮空氣，在燃燒器部段16，其與燃料 混合且點(diǎn)燃以生成燃燒氣體，燃燒氣體流向渦輪部段18，渦輪部段18驅(qū)動壓縮機(jī)部段14和 /或負(fù)荷22。具體而言，壓縮空氣被供應(yīng)到燃料噴嘴組件26。燃料被導(dǎo)送到燃料噴嘴28， 其中燃料與空氣混合且在燃燒器部段16中在燃料噴嘴28的下游點(diǎn)燃。生成燃燒氣體且將 燃燒氣體導(dǎo)送到渦輪部段18，在渦輪部段18，氣體流熱能被轉(zhuǎn)換成機(jī)械旋轉(zhuǎn)能。廢氣從渦 輪部段18出來且通過排氣部段20流到周圍大氣。圖2是可用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的示例性燃料噴嘴100。圖3是示例性燃料噴嘴 100的放大截面圖。在示例性實施例中，燃料噴嘴100包括燃燒器管100、噴嘴中心體112、 燃料/空氣預(yù)混合器114以及熱屏障覆層118。噴嘴中心體112延伸穿過燃燒器管110使 得預(yù)混合器通道121限定于中心體112與燃燒器管110之間。在示例性實施例中，燃料噴 嘴110包括多個內(nèi)表面119。燃燒器管110包括環(huán)形腔143，環(huán)形腔143限定于外周邊壁111與內(nèi)燃燒器壁144 之間。多個孔口 145限定于內(nèi)燃燒器壁114內(nèi)且延伸穿過內(nèi)燃燒器壁144以使環(huán)形腔143 與預(yù)混合器通道121配接成流動連通。內(nèi)燃燒器壁144包括外表面147。在替代實施例中， 燃燒器管110并不包括孔口 145。中心體112包括徑向外周向壁137、徑向內(nèi)周向壁136、燃料通道132、逆向流動通 道134、端壁133以及中間壁124。外壁137包括外表面138。端壁133包括外表面139。燃 料通道132由內(nèi)壁136限定且從燃料/空氣預(yù)混合器114朝向端壁133延伸。中間壁124 在內(nèi)燃燒器壁144與內(nèi)壁136之間延伸且定位于冷卻劑入口 131與端壁133之間。逆向流 動通道134限定于中心體112內(nèi)且基本上在軸向從端壁133延伸到中間壁124。逆向流動 通道134與燃料通道132基本上同心對準(zhǔn)且由內(nèi)周向壁136與燃料通道132分開，內(nèi)周向 壁136限定于中心體112內(nèi)。多個環(huán)形肋135定位于逆向流動通道134內(nèi)使得肋135沿著 逆向流動通道134間隔開以便于優(yōu)化和促進(jìn)在外周向壁137上從預(yù)混合通道121到逆向流 動通道134的傳熱。肋135可具有便于這種傳熱的任何形狀，包括(但不限于)自壁136 在周向延伸的離散弓形環(huán)形圈，和/或自壁136延伸的獨(dú)立凸塊。燃料/空氣預(yù)混合器114包括空氣入口 115、燃料入口 116、冷卻劑入口 131、冷卻 劑通道123、旋流葉片122和葉片通道117，葉片通道117限定于旋流葉片122之間。旋流 葉片122包括外表面127。冷卻劑通道123限定于燃料/空氣預(yù)混合器114內(nèi)且從冷卻劑 入口 131延伸到中間壁124。腔室142限定于葉片122的尾部160內(nèi)，使得腔室142與逆向 流動通道134配接成流動連通。多個噴射端口 125限定于葉片122的尾部160內(nèi)且延伸穿 過葉片122的尾部160，以將腔室142和逆向流動通道134配接成與預(yù)混合通道121流動連 通。腔室126限定于葉片122的前部162內(nèi)，使得腔室126與冷卻劑通道123配接成流動 連通。燃燒器管110配接到燃料/空氣預(yù)混合器114使得腔室126與環(huán)形腔143流動連 通。中心體112配接到燃料/空氣預(yù)混合器114使得腔室142定位成與逆向流動通道134 和預(yù)混合通道121流動連通，且燃料通道132自燃料入口 116延伸到端壁133。圖4是可用于燃料噴嘴100的示例性熱屏障覆層118的示意圖。在示例性實施例 中，熱屏障覆層118涂覆到燃料噴嘴100的多個內(nèi)表面119上。使用等離子噴涂方法來涂覆熱屏障覆層118。在替代實施例中，使用電子束物理氣相沉積(EB-PVD)，向燃料噴嘴100 上噴涂熱屏障覆層118的漿溶液，和/或?qū)⑷剂蠂娮?10浸到熱屏障覆層118的漿溶液內(nèi) 來涂覆熱屏障覆層118。熱屏障覆層118包括金屬結(jié)合(metallic bond)覆層164和陶瓷 覆層165，金屬結(jié)合覆層164最初涂覆于內(nèi)表面119的至少部分上，陶瓷覆層165然后涂覆 于金屬結(jié)合覆層164的至少部分上。在示例性實施例中，熱屏障覆層118涂覆有范圍在大 約千分之四英寸(0. 004英寸)至大約千分之一百英寸(0. 100)的厚度166。在示例性實施 例中，熱屏障覆層具有在大約千分之20(0. 020英寸)至千分之30英寸(0. 030英寸)之間 的厚度166。但是應(yīng)了解可變地選擇熱屏障覆層118的厚度166以確保實現(xiàn)所希望的熱阻 水平，其使得燃料噴嘴100如本文所述起作用。在操作期間，燃料50通過燃料入口 116到燃料通道132內(nèi)進(jìn)入噴嘴中心體112。 燃料50通過中心體112導(dǎo)送且沖擊到端壁133上，之后燃料50的流動逆向且將燃料導(dǎo)送 到逆向流動通道134內(nèi)。隨著燃料進(jìn)入逆向流動通道134，燃料在肋135上導(dǎo)送且朝向中間 壁124，其中燃料50沖擊于壁124上且然后重新導(dǎo)向至腔室142內(nèi)。燃料50通過噴射端口 125從腔室142排出且到葉片通道117和預(yù)混合通道121內(nèi)?？諝?2被通過空氣入口 115 導(dǎo)向至葉片通道117內(nèi)。隨著空氣52經(jīng)過葉片122，在預(yù)混合通道121內(nèi)空氣與自噴射端 口 125排放的燃料50混合。為了便于完全燃燒，預(yù)混合通道121的大小確保燃料/空氣混 合物基本上完全混合，之后將混合物排放到燃燒器反應(yīng)區(qū)(未圖示)內(nèi)。在示例性實施例 中，燃料50便于在其通過通道132流動以沖擊端壁133時冷卻端壁133。此外，當(dāng)燃料50 通過逆向流動通道134流動時，燃料50便于預(yù)混合通道121的背側(cè)對流冷卻。因此，在燃料50通過燃料通道132和逆向流動通道134流動時，中心體112的外 周向壁137由于對流冷卻而冷卻。冷卻劑54通過冷卻劑入口 131導(dǎo)送至中心體112內(nèi)并到冷卻劑通道123內(nèi)。冷 卻劑54沖擊到中間壁124上并導(dǎo)向至腔室126內(nèi)。冷卻劑54通過腔室126導(dǎo)送并到環(huán)形 腔143內(nèi)，之后通過孔口 145排放。在示例性實施例中，冷卻劑54便于在其通過環(huán)形腔143 流動時冷卻燃燒器外周邊壁111。而且，冷卻劑54還在其通過孔口 145排放時提供內(nèi)燃燒 器壁144的膜冷卻。此外，在冷卻劑54通過環(huán)形腔143流動時提供外周邊壁111上的背側(cè) 對流冷卻。在操作期間，熱屏障覆層118便于在偏離設(shè)計的火焰保持事件期間將燃料噴嘴 100的內(nèi)表面119與預(yù)混合通道121內(nèi)生成的燃燒氣體屏蔽開。在一實施例中，利用熱屏障 覆層118實現(xiàn)金屬溫度至少100 降低。因此，在此實施例中，在相同操作條件下，可使 用25%更少的冷卻流動來保護(hù)燃料噴嘴100避免火焰保持/回火事件期間的熱損壞。圖5是可用于燃?xì)鉁u輪10的燃料噴嘴200的替代實施例。在圖3中提到的與圖 2所示的構(gòu)件相同的構(gòu)件在圖3中用相同附圖標(biāo)記來標(biāo)注。因此，燃料噴嘴200包括燃燒 器管110、噴嘴中心體212、燃料/空氣預(yù)混合器214和熱屏障覆層118。噴嘴中心主體212 延伸穿過燃燒器管110，使得預(yù)混合器通道221限定于中心體212與燃燒器管110之間。燃 料噴嘴200包括多個內(nèi)表面119。在替代實施例中，中心體212包括徑向外壁237、徑向內(nèi)壁236、冷卻劑通道232、 逆向流動通道234、端壁233和中間壁224。冷卻劑通道232從燃料/空氣預(yù)混合器214朝 向端壁233延伸，且中間壁224在內(nèi)燃燒器壁144與內(nèi)壁236之間延伸且定位于燃料入口216與端壁233之間。逆向流動通道234限定于中心體212內(nèi)且從端壁333延伸到中間壁 224。而且，逆向流動通道234與冷卻劑通道232基本上同心對準(zhǔn)且由內(nèi)壁236與冷卻通道 232分開，內(nèi)壁236在中心體212內(nèi)延伸。多個環(huán)形肋235定位于逆向流動通道234內(nèi)，使 得肋235沿著逆向流動通道234間隔開，以便于優(yōu)化和提高在外周向壁237上從預(yù)混合通 道221到逆向流動通道234的傳熱。燃料/空氣預(yù)混合器214包括空氣入口 215、燃料入口 216、冷卻劑入口 231、燃料 通道223、旋流葉片222和葉片通道217，葉片通道217限定于旋流葉片222之間。燃料通 道223限定于燃料/空氣預(yù)混合器214內(nèi)且從燃料入口 216延伸到中間壁224。腔室242 限定于葉片222的前部262內(nèi)且與燃料通道223流動連通。多個噴射端口 225限定于葉片 222的前部262內(nèi)且延伸穿過葉片222的前部262，以將燃料通道223與預(yù)混合通道221配 接成流動連通。腔室226限定于葉片222的尾部260內(nèi)，使得腔室226與逆向流動通道234 配接成流動連通。燃燒器管110配接到燃料/空氣預(yù)混合器214，使得腔室226與環(huán)形腔143流動連 通。中心體212配接到燃料/空氣預(yù)混合器214，使得腔室226定位成與環(huán)形腔143和逆向 流動通道234流動連通，且冷卻劑通道232從冷卻劑入口 231延伸到端壁233。熱屏障覆層 118涂覆到燃料噴嘴200的內(nèi)表面119。在替代實施例中，在操作期間，燃料50通過燃料入口 216到燃料通道223內(nèi)而進(jìn) 入噴嘴中心體212。燃料50沖擊到中間壁224上，之后燃料50的流動被導(dǎo)送到腔室242內(nèi) 且通過噴射端口 225從腔室242排放到葉片通道217內(nèi)。冷卻劑54通過冷卻劑入口 231 到冷卻劑通道232內(nèi)而進(jìn)入中心體212。冷卻劑54通過中心體212導(dǎo)送且沖擊于端壁233 上，因此，冷卻劑54的流動逆向且冷卻劑54被導(dǎo)送到逆向流動通道234內(nèi)。在冷卻劑54 進(jìn)入逆向流動通道234時，冷卻劑54在肋235上且朝向中間壁224導(dǎo)送，其中，冷卻劑54 沖擊到中間壁224上且重新導(dǎo)向至腔室226內(nèi)。冷卻劑54通過腔室226導(dǎo)送到環(huán)形腔143 內(nèi)，之后通過多個孔口 145排放。在替代實施例中，冷卻劑54便于在其通過環(huán)形腔143流動時冷卻燃燒器外周邊壁 111，且在冷卻劑54通過孔口 145排放時在內(nèi)燃燒器壁144上提供膜冷卻。此外，在冷卻劑 54通過環(huán)形腔143流動時提供外周邊壁111上的背側(cè)對流冷卻。冷卻劑54也便于在它通 過冷卻劑通道232流動以沖擊到端壁233上時冷卻端壁233。此外，冷卻劑54在其通過逆 向流動通道234流動時便于外壁237的背側(cè)對流冷卻。熱屏障覆層118便于在偏離設(shè)計火 焰保持事件期間將燃料噴嘴200的內(nèi)表面165與在燃料噴嘴200內(nèi)生成的燃燒氣體屏蔽 開。因此，在這些替代實施例中，在相同操作條件下，減少了在火焰保持/回火事件期間便 于減少對燃料噴嘴200損壞所需的冷卻劑流的量。上文所述的方法和系統(tǒng)便于通過提供具有提高火焰保持/回火特征的燃料噴嘴 來改進(jìn)干式低NOx (DLN)燃燒系統(tǒng)的操作。因此，本文所述的實施例便于例如在燃?xì)鉁u輪應(yīng) 用中以更具成本效益的方式在DLN燃燒系統(tǒng)中使用反應(yīng)性更強(qiáng)的燃料，例如合成氣體(“合 成氣”)和具有高百分比高級烴的天然氣。上文所述的系統(tǒng)還通過使用帶有冷卻系統(tǒng)和熱 屏障覆層的燃料噴嘴來減弱火焰保持/回火事件期間的損壞的方法，冷卻系統(tǒng)包括背側(cè)對 流冷卻、沖擊冷卻和膜冷卻的組合。因此，可延長干式低NOx燃燒系統(tǒng)的性能壽命，因為減 少了在DLN燃燒系統(tǒng)的操作壽命中可能會發(fā)生的火焰保持/回火事件造成的損害。
在上文中詳細(xì)地描述了對燃燒系統(tǒng)中的燃料噴嘴進(jìn)行熱保護(hù)的方法和系統(tǒng)的示 例性實施例。該方法和系統(tǒng)并不限于本文所描述的具體實施例，而是可獨(dú)立地和單獨(dú)于本 文所述的其它構(gòu)件和/或步驟來利用系統(tǒng)構(gòu)件和/或方法步驟。舉例而言，該方法也可結(jié)合 其它燃料燃燒系統(tǒng)和方法使用且并不限于僅利用本文所述的DLN燃燒系統(tǒng)和方法來實踐。 而是，可結(jié)合許多其它燃料燃燒應(yīng)用來實施和利用示例性實施例。盡管本發(fā)明各種實施例的具體特點(diǎn)可在某些附圖中示出且未在其它附圖中示出， 這只是為了方便起見。根據(jù)本發(fā)明的原理，可結(jié)合任何其它圖的任何特點(diǎn)來參考和/或主 張附圖的任何特點(diǎn)。這些書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳實施方式，且也使得本領(lǐng)域技術(shù) 人員能實踐本發(fā)明，包括做出和使用任何裝置或系統(tǒng)且執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的專 利保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例，如果這些其它實 例具有與權(quán)利要求書的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件或者如果它們包括與權(quán)利要求書的 字面語言并無實質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)元件，那么這些其它實例預(yù)期在本發(fā)明的范圍內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
一種用于組裝燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的方法，所述方法包括將燃燒器與壓縮機(jī)配接成流動連通，使得所述燃燒器接收由所述壓縮機(jī)排放的空氣中的至少一些空氣；將燃料噴嘴組件配接到所述燃燒器，其中所述燃料噴嘴組件包括至少一個燃料噴嘴，所述燃料噴嘴包括多個內(nèi)表面，其中熱屏障覆層涂覆到多個內(nèi)表面中的至少一個內(nèi)表面上，以便于將所述內(nèi)表面與燃燒氣體屏蔽開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述燃料噴嘴包括燃燒器管，所述燃燒器管包括 內(nèi)表面，所述方法還包括在所述燃燒器管內(nèi)表面的至少一部分上涂覆熱屏障覆層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述燃料噴嘴包括中心體，所述中心體包括外表 面，所述方法還包括在所述中心體外表面的至少一部分上涂覆所述熱屏障覆層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述燃料噴嘴組件配接到所述燃燒器還包括在所述燃料噴嘴的多個內(nèi)表面的至少一部分上涂覆金屬結(jié)合覆層；以及在所述金屬結(jié)合覆層的至少一部分上涂覆陶瓷熱覆層。
5.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料噴嘴，所述燃料噴嘴包括多個內(nèi)表面；以及熱屏障覆層，其涂覆于所述多個燃料噴嘴內(nèi)表面中的至少一個內(nèi)表面上，所述熱屏障 覆層配置成將所述燃料噴嘴內(nèi)表面與燃燒氣體屏蔽開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴包括燃燒器管，所述燃燒器管 包括內(nèi)表面，所述熱屏障覆層涂覆于所述燃燒器管內(nèi)表面的至少一部分上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴包括中心體，所述中心體包括 外表面，所述熱屏障覆層涂覆于所述中心體外表面的至少一部分上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴包括燃料/空氣預(yù)混合器，燃料 /空氣預(yù)混合器包括外表面，所述熱屏障覆層涂覆于所述中心體外表面的至少一部分上。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴嘴，其中所述熱屏障覆層包括金屬結(jié)合覆層，其涂覆于所述燃料噴嘴內(nèi)表面的至少一部分上；以及陶瓷覆層，其涂覆于所述金屬結(jié)合覆層的至少一部分上。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴嘴，其中所述熱結(jié)合覆層具有在大約0.004英寸至大 約0. 100英寸之間的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于熱保護(hù)燃燒系統(tǒng)中的燃料噴嘴的方法和系統(tǒng)，具體而言，提供一種組裝燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的方法，該方法包括將燃燒器與壓縮機(jī)配接成流動連通，使得該燃燒器接收由壓縮機(jī)排放的空氣中的至少一些空氣。燃料噴嘴組件配接到所述燃燒器，且包括至少一個燃料噴嘴，燃料噴嘴包括多個內(nèi)表面，其中熱屏障覆層涂覆于所述多個內(nèi)表面中的至少一個上，以便于將所述內(nèi)表面與燃燒氣體屏蔽開。
文檔編號F23D14/48GK101943060SQ20101017524
公開日2011年1月12日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日
發(fā)明者B·P·萊西, D·A·赫爾米克, T·E·約翰遜, W·D·約克 申請人:通用電氣公司