專利名稱：區(qū)域可變的燃料噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及區(qū)域可變的燃料噴嘴。
背景技術(shù)：
干式低NOx (DLN)燃燒器廣泛地用于發(fā)電以及石油和燃氣生產(chǎn)應(yīng)用，并且主要設(shè)計為用來使用天然氣燃料和/或液體燃料。但是，燃燒器的新應(yīng)用開始要求燃燒器展現(xiàn)更寬泛的燃料柔性。例如，在許多情況下，當前運行的燃燒器必須具有以天然氣燃料運行且然后轉(zhuǎn)換到低英國熱量單位(BTU)燃料(其中，燃料流率加倍且仍然滿足排放和運行性能要求)的能力。在這些情況下，由于備選燃料的燃料流率可能顯著地大于其它燃料的燃料流率， 需要安裝額外的線路來保持燃料側(cè)壓力比，以滿足燃料輸送規(guī)范。這些額外的線路經(jīng)常需要主動控制，因此吹掃線路和/或額外的裝備昂貴且維護起來成本高。另外，由于線路內(nèi)變化的壓力水平而引起的動力學(xué)影響可能會有問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種噴嘴，且其包括燃料通過其輸送到噴嘴部分的線路；以及閥，閥置于線路和噴嘴部分之間，并且燃料沖擊閥，閥的打開和關(guān)閉被動地響應(yīng)于線路中的燃料壓力，使得閥因此調(diào)節(jié)對應(yīng)的量的從線路到噴嘴部分的燃料流從中通過的區(qū)域的大小。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種噴嘴，且其包括選擇性地被操作的線路，該線路包括形成為限定了孔口的主體，燃料通過該孔口輸送到噴嘴部分；以及閥，閥置于線路和噴嘴部分之間，并且燃料沖擊閥，閥響應(yīng)于線路中的燃料壓力而被動地打開和關(guān)閉孔口， 閥使孔口打開和關(guān)閉，從而調(diào)節(jié)對應(yīng)的量的從線路到噴嘴部分的燃料流從中通過的區(qū)域的大小。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種噴嘴，且其包括選擇性地被操作的線路，該線路包括形成為限定了一個或多個孔口的主體，燃料通過孔口輸送到噴嘴部分；以及與各個孔口相關(guān)聯(lián)的閥，各個閥置于線路和噴嘴部分之間，并且燃料沖擊各個閥，閥響應(yīng)于線路中的燃料壓力而被動地打開和關(guān)閉相應(yīng)的孔口，各個閥使相應(yīng)的孔口打開和關(guān)閉，從而調(diào)節(jié)對應(yīng)的量的從線路到噴嘴部分的燃料流從中通過的區(qū)域的大小。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下描述，這些和其它優(yōu)點和特征將變得更加顯而易見。


在說明書結(jié)論部分處的權(quán)利要求書中特別指出和明確要求保護被視為本發(fā)明的主題。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下詳細描述，本發(fā)明的前述和其它特征以及優(yōu)點是顯而易見的，在圖中圖1是燃料噴嘴的側(cè)面截面圖2是根據(jù)實施例的燃料噴嘴的側(cè)面截面圖；圖3是根據(jù)另外的實施例的燃料噴嘴的側(cè)面截面圖；圖4是根據(jù)另外的實施例的燃料噴嘴的側(cè)面截面圖；圖5是具有多個燃料噴嘴的端蓋的透視圖；以及圖6是根據(jù)實施例的閥的透視圖。參照附圖，以實例的方式，詳細描述闡明了本發(fā)明的實施例，以及優(yōu)點和特征。部件列表10燃料噴嘴20第一燃料線路30第二燃料線路40噴嘴部分50 閥55 區(qū)域31線路主體21環(huán)形殼體60 孔口32 閥座140 端蓋142徑向組成部分143軸向組成部分81上游頭部82下游頭部84彈性部件100階梯形輪廓101階梯形輪廓110表面輪廓111表面輪廓120下游線路130 表面121 側(cè)壁122端部部分123 通孔141燃料通道凹槽150 凸緣160閥主體161 表面170第二彈性部件171、172互補性表面輪廓180 嵌件
181螺旋頂190 第二凸緣
具體實施例方式雙氣體燃料噴嘴允許在硬件幾何結(jié)構(gòu)中使用范圍相對廣的分子沃泊(wobbe)指數(shù)的燃料。通過利用位于燃料噴嘴內(nèi)的、被動地或主動地控制的多個內(nèi)部燃料通路，這個雙氣體燃料噴嘴可燃燒高達大約100%天然氣燃料至每標準立方英尺具有大約100至大約 400英國熱量單位(BTU)的低英國熱量單位(BTU)的燃料，例如高反應(yīng)性合成氣或低反應(yīng)性的高度稀釋的流。例如，可采用兩個線路，并且兩個線路在內(nèi)部連結(jié)到燃料噴嘴上，在燃料噴嘴中，一個燃料流為另一個燃料流提供防護，并且防止其直接暴露于熱的燃燒器火焰或燃燒產(chǎn)物，以及防止其直接吸入熱的燃燒器火焰或燃燒產(chǎn)物，如果保持未被吹掃，其可導(dǎo)致硬件損害。這些線路中的至少一個提供被動地被調(diào)節(jié)或由燃料側(cè)壓力主動地促動的可變流動區(qū)域。當燃料線路中的壓力由于質(zhì)量流量增加而升高時，閥或相對于線路設(shè)置的一些其它適當?shù)难b置就打開，并且提供可變的燃料流動區(qū)域，以滿足流動要求，同時保持合理的燃料供給流壓力?？苫趹?yīng)用要求來對閥設(shè)置和特征進行定制式設(shè)計。參照圖1，提供了燃料噴嘴10。燃料噴嘴10可用于各種應(yīng)用，包括但不限于燃氣輪機發(fā)動機的干式低NOx(DLN)燃燒器。燃料噴嘴10包括第一燃料線路20和第二燃料線路30，第一燃料和第二燃料通過第一燃料線路20和第二燃料線路30輸送到噴嘴部分40。 第一燃料通過固定的槽口輸送到噴嘴部分40，而第二燃料則經(jīng)由閥50輸送到噴嘴部分40。 閥50置于第二燃料線路30和噴嘴部分40之間，第二燃料以第二燃料壓力沖擊閥50。閥 50被動地響應(yīng)于這個第二燃料壓力，并且從而調(diào)節(jié)對應(yīng)的量的從第二燃料線路30到噴嘴部分40的第二燃料流從中通過的區(qū)域55的大小。只要第二燃料線路30在運行，第二燃料流就使閥50保持基本平衡的狀態(tài)。根據(jù)實施例，與第一燃料相比，第二燃料是相對低BTU的燃料。例如，第一燃料可包括天然氣或天然氣和合成氣體(合成氣)的組合，而第二燃料可包括僅合成氣。第二燃料和第一燃料也可為相同的燃料，例如低BTU的合成氣。第二燃料線路30可根據(jù)內(nèi)部和外部條件(例如某些燃料的可用性，以及在燃料噴嘴10是燃氣輪機發(fā)動機的構(gòu)件的情況下， 要求從可用的燃料中產(chǎn)生給定水平的能量的渦輪負載)選擇性地被操作。第一燃料線路20和第二燃料線路30的形狀各自可為環(huán)形，第二燃料線路30設(shè)置在第一燃料線路20內(nèi)。(第一燃料線路20和第二燃料線路30)各自可在緊鄰噴嘴部分40 的類似的軸向位置處終止。第二燃料線路30可限定成通過線路主體31，而第一燃料線路 20限定成通過線路主體31和環(huán)形殼體21之間的環(huán)形空間。噴嘴部分40包括與環(huán)形殼體 21對準且部分地包圍線路主體31的端部的區(qū)段41。閥50可為彈簧加載的且以線性的方式響應(yīng)于第二燃料壓力的變化。也就是說，閥 50可與第二燃料壓力的升高或降低成正比地打開和關(guān)閉。在備選實施例中，閥50可以以非線性的方式響應(yīng)于第二燃料壓力變化。這里，在第二燃料壓力顯著升高或降低時，閥50或多或少作出響應(yīng)而打開和關(guān)閉。在另外的其它實施例中，閥50可以以線性的方式響應(yīng)于相對較小或較大的第二燃料壓力變化，以及以非線性的方式響應(yīng)于相對較大或較小的第二燃
5料壓力變化。以類似的方式，彈簧加載的閥50可構(gòu)造成以便被動地響應(yīng)于第二燃料壓力變化而以線性和非線性方式中的至少一種來調(diào)節(jié)區(qū)域的大小?，F(xiàn)在參照圖1-4，閥50可響應(yīng)于第二線路30中的燃料壓力變化而被動地打開和關(guān)閉孔口 60，從而調(diào)節(jié)對應(yīng)的量的從第二線路30到噴嘴部分40的第二燃料流從中通過的區(qū)域的大小。線路主體31可包括閥座32，孔口 60限定成通過閥座32 (在一些情況下作為具有基本軸向的組成部分70的通路)。參照圖5和6，線路主體31可包括端蓋140，端蓋140 形成為以便將孔口 60限定成具有徑向組成部分142和軸向組成部分143的通路。參照圖1，閥50可包括上游頭部81和下游頭部82，第二燃料沖擊上游頭部81和下游頭部82中的各個；軸83，該軸83在上游頭部81和下游頭部82之間延伸，而且該軸83 由閥座32支承，以便可根據(jù)第二燃料壓力和第一彈性部件84沿軸向運動。第一彈性部件 84可為彈簧，并且可以以線性和非線性的方式中的至少一種來響應(yīng)于第二燃料壓力。第一彈性部件84使下游頭部82朝向閥座32的下游表面偏置，以促使孔口 60關(guān)閉。對于這種構(gòu)造，閥50允許第二燃料以足以激勵第一彈性部件84的預(yù)先限定的第二燃料壓力進入噴嘴部分40，并且當?shù)诙剂蠅毫ι咔蚁掠晤^部82從閥座32回退時，閥 50繼續(xù)允許量增加的第二燃料進入。如圖2所示，閥座32和閥50可各自在孔口 60處包括互補性階梯形輪廓100、101。 這樣，在位置A處，輪廓100、101形成為使得閥座32和閥50彼此抵靠，并且不允許第二燃料進入噴嘴部分(即孔口 60是關(guān)閉的)。但是，當?shù)诙剂蠅毫ι咔议y50接近位置B和 C時，閥座32和閥50在它們之間有一定空間，而且可允許第二燃料進入噴嘴部分40(即孔口 60是打開的)。此外，由于C位置的特征在于有更大的開口，使得B位置的更多燃料可通過C位置開口。因此，無論閥50是以線性還是非線性的方式響應(yīng)于第二燃料壓力，閥50均可允許不同量的第二燃料以升高的第二燃料壓力進入。在一個備選實施例中，如圖3所示， 閥座32和閥50可各自在孔口 60處包括互補性連續(xù)可變的表面輪廓110、111。參照圖4，下游線路120可形成為從線路主體31沿軸向延伸，以將已經(jīng)穿過孔口 60的第二燃料輸送到噴嘴部分40的表面130，以對其進行沖擊冷卻。下游線路120因此部分地設(shè)置在噴嘴部分40的錐形區(qū)段41內(nèi)，并且包括從閥座32延伸的側(cè)壁121和鄰近表面 130的端部部分122，端部部分122形成為限定了通孔123，通孔123朝向表面130引導(dǎo)第二燃料。如上所述且參照圖5和6，線路主體31可包括端蓋140，端蓋140形成為限定燃料通道凹槽141，孔口 60被限定為在燃料通道凹槽141和噴嘴部分40之間的通路?？卓?60 因此包括從燃料通道凹槽141的側(cè)壁沿徑向向內(nèi)延伸的徑向組成部分142和與徑向組成部分142連通且朝向噴嘴部分40沿軸向延伸的軸向組成部分143。閥50可包括沿著孔口 60設(shè)置的凸緣150、具有表面161 (第二燃料沖擊該表面 161)的閥主體160以及第二彈性部件170，該第二彈性部件170可包括彈簧，并且其被動地響應(yīng)于第二燃料壓力。第二彈性部件170用來使閥主體160朝向凸緣150偏置，以便由此促使孔口 60關(guān)閉。由于這種構(gòu)造，在不足以激勵第二彈性部件170的預(yù)先限定的第二燃料壓力處實現(xiàn)孔口 60的關(guān)閉，使得閥主體160和凸緣150的互補性表面輪廓171、172彼此抵靠。閥50 允許第二燃料以足以激勵第二彈性部件170的預(yù)先限定的第二燃料壓力進入噴嘴部分40，并且當?shù)诙剂蠅毫ι咔议y主體160從凸緣150回退時，閥50繼續(xù)允許增加量的第二燃料進入。雖然在圖5和6示出了閥50設(shè)置在孔口 60的軸向組成部分143內(nèi)，但是理解到， 這僅是示例性的，并且閥50也可設(shè)置在徑向組成部分142內(nèi)。進一步理解到，可成對地提供閥50，其中，一對中的各個閥50設(shè)置在徑向組成部分142和軸向組成部分143中。在這種情況下，一對閥50中各個可在類似的或不同的第二燃料壓力處打開和關(guān)閉。凸緣150可形成為可以可移除地插入徑向組成部分142或軸向組成部分143中的嵌件180的構(gòu)件。在這種情況下，嵌件180可包括螺旋頂181，而且嵌件和孔口 60的側(cè)壁兩者均可包括互補性螺紋，從而使得嵌件180可旋入孔口 60中以進行緊固。當然，這僅是示例性的，而且理解到可提供用于嵌件180的其它緊固系統(tǒng)。第二彈性部件170可在凸緣150的下游錨定到第二凸緣190上。這里，第二凸緣 190可形成為孔口 60的側(cè)壁的一部分或形成為另外的單獨的構(gòu)件。在任何情況下，第二凸緣190都對抗第二燃料壓力而支承第二彈性部件170和閥主體160。如圖5所示，端蓋140可具有一個或多個多噴嘴組件42。在這種情況下，閥50和孔口 60各自在數(shù)量上可為多個，并且相對于第二線路30排列在多個位置處。具體而言，閥 50和孔口 60可以以基本均勻的間距以及/或者互補性定向排列在線路主體31的周圍。此外，閥50可各自在孔口 60內(nèi)以沿徑向和沿軸向中的至少一種方式來定向。以上提供的描述可應(yīng)用于消除關(guān)于DLN和/或多噴嘴無噪聲燃燒器(MNQC)、單噴嘴排列或在燃燒器中需要多個燃料線路的任何燃料噴嘴的空氣吹掃要求。消除吹掃線路和裝備可提供硬件和合同費用的很大的節(jié)省，其可飛速地倍增。另外，被動地控制的閥提供區(qū)域可變的幾何，以用于在系統(tǒng)的整個運行范圍中改變?nèi)剂衔植粗笖?shù)，從而提高系統(tǒng)的燃料柔性。此外，區(qū)域可變的幾何會減輕由于減小的燃料側(cè)壓力波動而造成的動力學(xué)影響。雖然結(jié)合了僅數(shù)量有限的實施例來對本發(fā)明進行詳細描述，但是應(yīng)當容易地理解，本發(fā)明不限于這種公開的實施例。相反，可對本發(fā)明作出修改，以結(jié)合此前未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相當?shù)娜魏螖?shù)量的變化、更改、替換或等效布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的不同實施例，但是將理解到，本發(fā)明的各方面可包括所描述的實施例中的僅一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為受前述描述的限制，而是僅由所附權(quán)利要求書的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種噴嘴(10)，包括線路(30)，燃料通過所述線路(30)被輸送到噴嘴部分00)；以及閥(50)，置于所述線路(30)和所述噴嘴部分GO)之間，而且燃料沖擊所述閥(50)，所述閥(50)的打開和關(guān)閉被動地響應(yīng)于所述線路(30)中的燃料壓力，使得所述閥(50)因此調(diào)節(jié)對應(yīng)的量的從所述線路(30)到所述噴嘴部分GO)的燃料流從中通過的區(qū)域的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴(10)，其特征在于，所述線路(30)選擇性地被操作。
3.一種噴嘴(10)，包括選擇性地被操作的線路(30)，包括形成為限定了孔口(60)的主體，燃料通過所述孔口 (60)被輸送到噴嘴部分(40)；以及閥(50)，置于所述線路(30)和所述噴嘴部分GO)之間，并且所述燃料沖擊所述閥 (50)，所述閥(50)響應(yīng)于所述線路(30)中的燃料壓力而被動地打開和關(guān)閉所述孔口(60)，所述閥(50)使所述孔口(60)打開和關(guān)閉，從而調(diào)節(jié)對應(yīng)的量的從所述線路(30)到所述噴嘴部分GO)的燃料流從中通過的區(qū)域的大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴嘴(10)，其特征在于，與輸送到所述噴嘴部分00)的另一種燃料相比，所述燃料是相對低BTU的燃料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴嘴(10)，其特征在于，所述線路主體包括閥座(32)，所述閥座(3 形成為將所述孔口(60)限定為具有軸向組成部分的通路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴(10)，其特征在于，所述閥(50)包括頭部(81)，所述燃料沖擊所述頭部(81)；以及第一彈性部件(84)，響應(yīng)于所述燃料壓力而使所述頭部(81)朝向所述閥座偏置，以促使所述孔口 (60)關(guān)閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴(10)，其特征在于，所述閥座(32)和所述閥(50)各自在所述孔口(60)處包括互補性階梯形輪廓(100，101)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴(10)，其特征在于，所述閥座(32)和所述閥(50)各自在所述孔口(60)處包括互補性連續(xù)可變的表面輪廓(110，111)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴(10)，其特征在于，所述噴嘴(10)進一步包括下游線路 (120)，以將所述燃料從所述孔口(60)輸送到所述噴嘴部分G0)的表面，以對其進行沖擊冷卻。
10.一種噴嘴(10)，包括:選擇性地被操作的線路(30)，包括形成為限定了一個或多個孔口(60)的主體，燃料通過所述一個或多個孔口(60)被輸送到噴嘴部分00)；以及與所述孔口(60)中的各個相關(guān)聯(lián)的閥(50)，各個閥(50)置于所述線路(30)和所述噴嘴部分G0)之間，并且所述燃料沖擊所述閥中的各個，所述閥響應(yīng)于所述線路(30)中的燃料壓力而被動地打開和關(guān)閉相應(yīng)的孔口(60)，所述閥(50)中的各個使相應(yīng)的孔口(60)打開和關(guān)閉，從而調(diào)節(jié)對應(yīng)的量的從所述線路(30)到所述噴嘴部分G0)的燃料流從中通過的區(qū)域的大小。
全文摘要
本發(fā)明涉及區(qū)域可變的燃料噴嘴。提供了一種噴嘴(10)，且其包括線路(30)，燃料通過該線路(30)輸送到噴嘴部分(40)，以及閥(50)，該閥(50)置于線路(30)和噴嘴部分(40)之間，并且燃料沖擊閥(50)，閥(50)的打開和關(guān)閉被動地響應(yīng)于線路(30)中的燃料壓力，使得閥因此調(diào)節(jié)對應(yīng)的量的從線路(30)到噴嘴部分(40)的燃料流從中通過的區(qū)域的大小。
文檔編號F23D14/48GK102207288SQ20111009315
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者A·R·罕, C·X·斯蒂芬森, J·奇特諾, 左柏芳 申請人:通用電氣公司