在燃燒襯套上的集成式遲稀薄噴射和遲稀薄噴射套管組件的制作方法
【專利說明】在燃燒襯套上的集成式遲稀薄噴射和遲稀薄噴射套管組件
[0001]本申請為2012年06月06日提交的專利申請“在燃燒襯套上的集成式遲稀薄噴射和遲稀薄噴射套管組件”(申請?zhí)?201210183968.3，申請人:通用電氣公司)的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及渦輪，并且更具體而言，涉及將遲稀薄噴射集成到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒襯套中以及涉及遲稀薄噴射套管組件。
【背景技術(shù)】
[0003]對于燃?xì)廨啓C(jī)中的分級燃燒存在多種設(shè)計，但是它們大多數(shù)是由多個管路和接口構(gòu)成的復(fù)雜組件。燃?xì)廨啓C(jī)中的一種分級燃燒是遲稀薄噴射(“1^1”)，其中空氣/燃料混合物的LLI噴射器在燃燒器中位于較遠(yuǎn)的下游處，以實現(xiàn)改進(jìn)的N0X性能。NO x或氮氧化物是燃燒傳統(tǒng)的烴燃料的一些燃?xì)廨啓C(jī)所產(chǎn)生的主要的不合需要的空氣污染排放中的一種。遲稀薄噴射還用作空氣旁通，這用來在“降速(turn down)”或低負(fù)荷運行期間滿足一氧化碳或C0排放。
[0004]因為部件的數(shù)量和燃料通路的復(fù)雜性的原因，對于新的燃?xì)廨啓C(jī)單元和現(xiàn)有單元的改型兩者而言，當(dāng)前的遲稀薄噴射組件是昂貴的且成本高。當(dāng)前遲稀薄噴射組件還具有燃料泄漏到壓縮機(jī)排出殼體中的高風(fēng)險，這可導(dǎo)致自燃且是危害安全的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及一種遲稀薄噴射套管組件，其將傳統(tǒng)襯套和流動套管組件結(jié)合成具有內(nèi)部燃料歧管和空氣/燃料輸送系統(tǒng)的組件。襯套和流動套管組件允許降低泄漏和改進(jìn)對潛在的燃料泄漏的控制。遲稀薄噴射所需要的燃料通過流動套管凸緣中的歧管環(huán)被供應(yīng)到套管。鉆出通過流動套管的單個饋送孔。燃料通過流動套管中的至少一個通路被輸送到噴嘴或噴射器中，噴嘴或噴射器混合燃料與壓縮機(jī)排出殼體(“CDC”)空氣，然后將其噴射到襯套中。優(yōu)選地，該至少一個通路是在流動套管中的一個或多個沿縱向延伸的孔或管，但是還可使用具有同心地成環(huán)形的壁的流動套管來將燃料輸送到噴嘴或噴射器。噴嘴/噴射器的數(shù)量和尺寸可有所變化，這取決于燃料供應(yīng)要求。噴嘴/噴射器跨越流動套管和襯套組件兩者，從而提供了遲稀薄噴射的中心核心，而無空氣損失和潛在的燃料泄漏。
[0006]本發(fā)明還涉及一種遲稀薄噴射系統(tǒng)，其中，通過燃燒器組件來實現(xiàn)燃料的輸送，其中，燃燒器的傳統(tǒng)流動套管和襯套組件結(jié)合成具有內(nèi)部燃料歧管和輸送系統(tǒng)的單個構(gòu)件。
[0007]遲稀薄噴射套管組件允許在過渡件之前的燃?xì)廨啓C(jī)襯套的后部端處將燃料噴射到燃料噴嘴的下游的燃燒氣體中。遲稀薄噴射使得燃料噴嘴下游的燃料噴射能夠在下游在渦輪的過渡件之前產(chǎn)生燃燒區(qū)，同時降低/消除燃料泄漏到燃燒排出殼體中的風(fēng)險。遲稀薄噴射套管組件容易改型到現(xiàn)有渦輪單元中且容易安裝到新的單元中。這降低了燃料泄漏到CDC隔室中的風(fēng)險，因為不具有任何未焊接的接口。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步涉及在燃燒襯套上的集成式遲稀薄噴射，其為遲稀薄噴射提供了簡單的低成本選擇。這個集成式遲稀薄噴射設(shè)計容易在現(xiàn)有單元上進(jìn)行改型且可以比當(dāng)前遲稀薄噴射設(shè)計以更低的成本進(jìn)行安裝。該設(shè)計是在單元組件期間安裝的單個組件。該設(shè)計具有前部凸緣，其用來既支承噴射管又將燃料饋送到襯套的后部端處的噴射管。燃料被供應(yīng)到前部凸緣中的內(nèi)部歧管，并且然后通過支柱輸送到噴射管。支柱的數(shù)量和定向可有所變化，這取決于所需要的遲稀薄噴射的量。軸向延伸的管沿著襯套的長度由焊接到襯套本體上的支柱支承。這個接口被設(shè)計成最大程度地減小管支柱和管之間磨損。還可使用其它手段來沿著襯套的外側(cè)將燃料從歧管凸緣傳輸?shù)絿娮?。這個可通過配合到凸緣歧管中來實現(xiàn)，這與使用支柱相反。
【附圖說明】
[0009]圖1是顯示典型的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的構(gòu)件的簡單圖示。
[0010]圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的遲稀薄噴射系統(tǒng)的渦輪燃燒器的局部側(cè)視截面圖。
[0011]圖3A和3B分別是用于以遲稀薄的方式將燃料噴射通過燃燒器襯套的流動套管的第一實施例的局部透明透視圖和側(cè)視橫截面圖。
[0012]圖4A至4F是用于以遲稀薄的方式將燃料噴射通過燃燒器襯套的流動套管的第二實施例的各種透視圖和截面圖。
[0013]圖5A和5B是用于以遲稀薄的方式將燃料噴射到燃燒器襯套中的流動套管的第三實施例的兩個截面圖。
[0014]圖6A和6B是遲稀薄噴射組件的兩個局部透視圖和截面圖，該遲稀薄噴射組件集成到渦輪燃燒器的燃燒襯套組件中，以便結(jié)合傳統(tǒng)燃燒襯套與集成式燃料輸送系統(tǒng)。
[0015]部件列表
10燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng) 11輸入空氣 12壓縮機(jī) 13燃料 14燃燒器 16渦輪 17熱氣 19排氣
20燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器
21預(yù)混合燃料噴嘴
22首端
23襯套
24過渡件
25流動套管
26流動套管凸緣
28燃料環(huán)形歧管
29 “槍鉆出的”長管/軸/孔
30遲稀薄噴射(“LLI”)噴嘴/噴射器 31管內(nèi)部
40LLI噴嘴/燃料噴射器 41傳輸管 43襯套
44⑶C空氣供應(yīng) 45流動套管 46流動套管凸緣 48環(huán)形歧管 49饋送孔 50噴嘴/噴射器 51傳輸管 53襯套 55流動套管 56流動套管凸緣 60遲稀薄噴射組件 61管
62歧管凸緣 63燃燒襯套組件 64歧管 65支柱。
【具體實施方式】
[0016]圖1是顯示典型的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的構(gòu)件的簡單圖示。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10包括將輸入空氣11壓縮到高壓力的壓縮機(jī)12、燃燒燃料13以便產(chǎn)生高壓高速熱氣17的燃燒器14，以及渦輪16，渦輪16使用渦輪葉片(未顯示)從自燃燒器14進(jìn)入渦輪16的高壓高速熱氣17中抽取能量，以便被熱氣17旋轉(zhuǎn)。在渦輪16旋轉(zhuǎn)時，連接到渦輪16的軸18上也被旋轉(zhuǎn)。最終，排氣19離開渦輪16。
[0017]圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的遲稀薄噴射系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器20的局部側(cè)視截面圖。燃燒器20(圖1中的燃燒器14)包括:首端22，其包括多個預(yù)混合燃料噴嘴21 ;以及襯套23，其連接到首端22上，并且在其中燃燒供應(yīng)的燃料。襯套23限定燃燒器20的燃燒區(qū)。襯套23被流動套管25包圍，并且由連接到襯套23上的過渡件或過渡區(qū)24終止。壓縮機(jī)12(未在圖2中顯示)壓縮入口空氣11，并且將壓縮空氣提供給燃燒器20，提供給過渡件24，并且提供給渦輪16 (也未在圖2中顯示)。
[0018]如上面所提到的那樣，渦輪包括渦輪葉片，至少燃料在襯套23中燃燒的產(chǎn)物被接收到渦輪葉片中，以對渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)提供動力。過渡件將燃燒產(chǎn)物流引導(dǎo)到渦輪16中，其中，它們轉(zhuǎn)動渦輪的葉片，并且產(chǎn)生電力。因而，過渡件24用來聯(lián)接燃燒器20和渦輪16。但是，過渡件24還包括第二燃燒區(qū)，對其供應(yīng)的額外的燃料和供應(yīng)給襯套23燃燒區(qū)的燃料的燃燒產(chǎn)物在其中燃燒。
[0019]如上面所提到，圖2中顯示的渦輪燃燒器包括根據(jù)本發(fā)明的遲稀薄噴射系統(tǒng)。遲稀薄噴射系統(tǒng)的目的是將遲稀薄噴射系統(tǒng)噴射器定位在較遠(yuǎn)的下游處，以改進(jìn)渦輪燃燒器的N0X性能，但是不會遠(yuǎn)到進(jìn)入過渡件中而導(dǎo)致有不合需要的更高的C0排放。本發(fā)明的遲稀薄噴射系統(tǒng)還允許消除內(nèi)部壓縮機(jī)排出殼體(“CDC”)導(dǎo)管、柔性軟管、受密封連接件等。還提供了簡單組件來將遲稀薄噴射集成到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒襯套中。
[0020]圖3A是遲稀薄噴射流動套管25的一個實施例的側(cè)面透視圖，遲稀薄噴射流動套管25用于在過渡件24之前的襯套23的后部端33處將燃料噴射到首端22和預(yù)混合燃料噴嘴21的下游的燃燒氣體中。
[0021]圖3A顯示鉆出深孔29，其沿軸向和沿縱向通過流動套管25而到達(dá)位于襯套23的后部端/下游端33處的遲稀薄噴射(“LLI”)噴嘴/噴射器30。襯套23限定燃燒室，其中燃燒產(chǎn)物(燃料/空氣混合物)在襯套23內(nèi)燃燒。LLI噴射器的燃料入口通過在燃燒器襯套23的首端/上游端處的流動套管凸緣26。
[0022]圖3B顯示流動套管25和襯套23的橫截面圖。燃料從流動套管凸緣26中的至少一個燃料環(huán)形歧管28流出，通過流動套管25中的“槍鉆出的”長管/軸/孔29，并且然后到達(dá)LLI噴嘴/噴射器30，LLI噴嘴/噴射器30構(gòu)造成類似將(外部)流動套管25連接到(內(nèi)部)襯套23上的管。存在許多LLI噴射器30，它們沿周向定位在流動套管25/襯套23的周圍，使得燃料/空氣混合物在襯套23的周圍的多個點處被引入。應(yīng)當(dāng)注意，燃料/空氣混合物被噴射到襯套中，因為在LLI噴嘴中，燃料被噴射到從CDC腔體傳送到襯套中的空氣中。這個空氣繞過首端且參與到遲稀薄噴射中。各個LLI噴射器30包括其中形成了許多小孔的套環(huán)。燃料從流動套管25中的管29流到這些孔且通過這些孔而進(jìn)入且通過管的內(nèi)部30，并且進(jìn)入燃燒襯套23。襯套23中的正在燃燒的燃燒產(chǎn)物點燃新引入的燃料/空氣混合物。
[0023]圖3A和3B中顯示的遲稀薄噴射流動套管優(yōu)選通過這樣來構(gòu)造:首先將襯套23定向成豎立的，將噴射器30完全插入襯套23中，然后將襯套插入流動套管中(流動套管不可配合在襯套上面)，對準(zhǔn)襯套23中的噴射器30與流動套管25中的隙孔，以及然后安裝墊圈和螺栓來將噴射器30固定到流動套管25上。前述部件共同連結(jié)成子單元，使得它們可在燃燒器的組裝期間安裝在燃燒器20內(nèi)，從而在子組件的一端上附連到⑶C上且在下游端上附連到過渡件24上。首端22然后組裝到流動套管凸緣上且插入襯套前部端中。應(yīng)當(dāng)注意，組件使各個構(gòu)件相對于彼此而定位成沿軸向通過燃料噴嘴。換句話說，襯套軸向位置通過LLI噴嘴固持在燃燒器中，并且襯套后部端徑向位置通過LLI噴嘴來保持(這對于本發(fā)明是與別個不同的，因為傳統(tǒng)上襯套被前部端上的凸耳和止動件沿軸向保持)。這個固持允許LLI噴嘴在所有運行狀況下相對于襯套在恰當(dāng)位置上。
[0024]再次參照圖3B，還應(yīng)當(dāng)注意，襯套23可為用作傳統(tǒng)襯套和過渡件之間的連接器的完全長度襯套或縮短件?？墒褂眠@個，以具有可組裝到⑶C上的較可管理的組件，并且然后可向后插入較長的傳統(tǒng)襯套。在這個實施例中，流動套管/連接器