用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴射器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型大體涉及燃氣渦輪發(fā)動機，該燃氣渦輪發(fā)動機燃燒與空氣混合的烴燃料，以生成高溫氣體流，其驅(qū)動渦輪葉片，以使附連于葉片且更特別地附連于發(fā)動機的燃料噴射器(其具有預混合燃料和空氣的導向噴嘴)的軸旋轉(zhuǎn)，同時實現(xiàn)較少氧化氮。
【背景技術(shù)】
[0002]燃氣渦輪發(fā)動機廣泛用于生成用于許多應用的功率。常規(guī)的燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機、燃燒器和渦輪。在典型的燃氣渦輪發(fā)動機中，壓縮機對燃燒器提供壓縮空氣。進入燃燒器的空氣與燃料混合并且燃燒。燃燒熱氣從燃燒器排出，并且流到渦輪的葉片中，以便使渦輪的連接于葉片的軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸的該機械能中的一些驅(qū)動壓縮機和/或其它機械系統(tǒng)。
[0003]因為政府法令不贊成將氧化氮釋放到大氣中，所以設法使它們的產(chǎn)量(作為燃氣渦輪發(fā)動機操作的副產(chǎn)物)保持低于可容許水平。燃料空氣混合影響在燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒熱氣中產(chǎn)生的氧化氮的水平和發(fā)動機的性能兩者。燃氣渦輪發(fā)動機可采用一個或更多個燃料噴嘴來吸入空氣和燃料，以便于發(fā)動機的燃燒器中的燃料空氣混合。燃料噴嘴可位于燃氣渦輪發(fā)動機的首端部分中，并且可構(gòu)造成吸入待與燃料輸入混合的空氣流。典型地，各個燃料噴嘴可在內(nèi)部由位于燃料噴嘴內(nèi)部的中心本體支承。
[0004]描述燃氣渦輪發(fā)動機中的燃燒過程的各種參數(shù)與氧化氮(NOx)的生成相互關聯(lián)。例如，燃燒反應區(qū)中較高的氣體溫度導致生成較大量的氧化氮。一種降低這些溫度的辦法是通過使燃料空氣混合物預混合，以及減小燃料與燃燒的空氣的比。隨著燃料與燃燒的空氣的比減小，氧化氮的量也減小。但是，燃氣渦輪發(fā)動機的性能存在折衷。由于隨著燃料與燃燒的空氣的比減小，故噴射器的導向火焰燒盡的傾向提高，并且因而使燃氣渦輪發(fā)動機的操作不穩(wěn)定。所謂的貧油熄火(LBO)事件的特征在于，火焰由于空氣/燃料混合物太貧乏(燃料不足)而熄滅，LBO事件增加排放物和降低燃燒器效率。
[0005]美國專利N0.6446439 (出于所有目的而通過引用以其整體并入本文中)將燃料噴射到中心本體內(nèi)的環(huán)形通道中，其中，與空氣的混合發(fā)生，并且接著預混合的空氣和燃料混合物被旋流，并且作為旋流導向物噴射。但是，以該方式無法在非常低水平的NOx排放物(即，低于百萬分之3 (ppm))下實現(xiàn)燃燒穩(wěn)定性。
[0006]因而，存在對在非常低水平的NOx排放物(即，低于百萬分之3 (ppm))下的燃燒穩(wěn)定性的需要。為了在渦輪周圍有一些誤差和不均勻性邊界的情況下實現(xiàn)非常低水平的NOx排放物，要求燃料噴射器的穩(wěn)定操作(即，極大改進的LBO避免)。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的方面和優(yōu)點在下面在以下描述中闡述，或者從該描述，可為顯而易見的，或者可通過實踐本實用新型來學習。
[0008]本公開涉及一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴射器，其包括:
[0009]a.沿軸向伸長的外周壁，其限定所述噴射器的外包絡，所述壁具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面限定沿軸向伸長的內(nèi)部腔體；
[0010]b.沿軸向伸長的中空中心本體，其設置在所述噴射器的內(nèi)部腔體內(nèi)，所述中心本體由上游端和下游端限定，所述下游端設置成沿軸向與所述上游端相對，所述中心本體由外表面和與所述外表面相對面向的內(nèi)表面限定，所述內(nèi)表面限定沿軸向伸長的內(nèi)部通道；
[0011]C.一次空氣流通路，其由設置在所述中心本體的外表面和所述外周壁的內(nèi)表面之間的環(huán)形空間限定；
[0012]d.旋噴器，其包括沿徑向延伸橫跨所述一次空氣流通路的多個旋流器導葉，所述旋流器導葉中的至少一個限定至少一個燃料導管，所述至少一個燃料導管在其一端處具有入口，并且在其相對的端部處具有出口，所述至少一個燃料導管構(gòu)造和設置成與所述一次空氣流通路流體連通；
[0013]e.預混合導向噴嘴，其具有連接于所述中心本體的下游端的上游端，所述預混合導向噴嘴具有設置成沿軸向與所述預混合導向噴嘴的上游端相對的下游端，所述預混合導向噴嘴限定多個沿軸向伸長的中空預混合通道，各個預混合通道具有設置在所述中心本體的下游端附近的上游端，并且限定填充開口，所述填充開口允許流體流到所述中空預混合通道中，各個預混合通道具有設置成沿軸向與所述預混合通道的上游端相對且設置在所述預混合導向噴嘴的下游端附近的下游端，各個預混合通道的各個下游端限定出口開口，所述出口開口允許流體從所述中空預混合通道排放；以及
[0014]f.燃料供應通道，其具有構(gòu)造用于連接于燃料源的上游端，所述燃料供應通道具有設置在所述中心本體的下游端處且流體地連接于所述多個預混合通道的上游端的下游端。
[0015]如本文所用，燃料供應回路(僅將燃料饋送到一個噴射構(gòu)件，旋噴器或預混合導向器，但不饋送到它們兩者)被認為構(gòu)成主動燃料供應。燃料回路(將燃料饋送到旋噴器，并且接著將燃料饋送到預混合導向器)被認為主動將燃料供應到旋噴器，并且被動地將燃料供應到預混合導向器。借助于閥或燃燒硬件外部的其它裝置來主動地控制/調(diào)節(jié)的空氣回路被認為構(gòu)成主動空氣供應。由燃燒硬件內(nèi)部的固定孔口或通道控制的空氣流被認為是被動空氣供應。
[0016]具有本實用新型的預混合導向噴嘴的燃料噴射器的一個實施例包括用于將預混合燃料和空氣從形成于噴射器的中心本體的下游端處的預混合導向噴嘴中的多個預混合通道噴射，并且將其噴射到燃氣渦輪的燃燒區(qū)中的設備?？蓪︻A混合導向噴嘴供應來自主動空氣供應的強制空氣，或者通過設置在預混合導向噴嘴上游的常規(guī)旋噴器中的幕簾空氣孔供應的被動空氣?？蓪︻A混合導向噴嘴供應從常規(guī)旋噴器向下游供應且通過燃料噴射器的外周壁來自供應到燃料噴射器的首端容積的壓縮空氣的被動空氣。可主動或被動地對預混合導向噴嘴供應燃料?？赏ㄟ^在常規(guī)的旋噴器和通過預混合導向噴嘴壁的燃料倉室之間添加燃料通路，以及將該燃料噴射到預混合導向噴嘴的預混合通道中，來供應被動燃料進料。預混合導向噴嘴可具有常規(guī)地饋送的燃料，或者作為集成到油筒中的后裝式回路的一部分。
[0017]在本實用新型的另一個實施例中，燃料可從油筒噴射到導向預混合管中。
[0018]在審閱說明書之后，本領域技術(shù)人員將更好地認識到此類實施例和其它實施例的特征和方面。
【附圖說明】
[0019]在包括對附圖的參照的說明書的其余部分中，更加具體地對本領域技術(shù)人員闡述了本實用新型的完整且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，包括本實用新型的最佳模式，其中:
[0020]圖1是渦輪系統(tǒng)的框圖，該渦輪系統(tǒng)具有根據(jù)本技術(shù)的實施例的燃料噴嘴，其聯(lián)接于燃燒器；
[0021]圖2是本公開的燃氣渦輪系統(tǒng)的若干部分的橫截面圖；
[0022]圖3是具有根據(jù)本實用新型的實施例的預混合導向噴嘴的燃料噴嘴的橫截面圖的示意表示；
[0023]圖4是沿著圖5中的線4一4得到的、根據(jù)圖3中顯示的本實用新型的實施例的預混合導向噴嘴的一部分的橫截面圖的不意表不;
[0024]圖5是沿著圖4中的線5—5得到的、根據(jù)圖3中顯示的本實用新型的實施例的預混合導向噴嘴的橫截面圖的示意表示；
[0025]圖6是具有根據(jù)本實用新型的另一個實施例的預混合導向噴嘴的燃料噴嘴的示意表示;
[0026]圖7是沿著圖6中的線7—7得到的、根據(jù)本實用新型的實施例的預混合導向噴嘴或者沿著圖8中的線7—7得到的、根據(jù)本實用新型的另一個實施例的預混合導向噴嘴的橫截面圖的示意表示；
[0027]圖8是沿著圖7中的線8—8得到的、根據(jù)本實用新型的另一個實施例的預混合導向噴嘴的橫截面圖的示意表示；
[0028]圖9是沿著圖10中的線9一9得到的、根據(jù)本實用新型的實施例的預混合導向噴嘴的橫截面圖的示意表示；
[0029]圖10是沿著圖9中的線10 —10得到的、根據(jù)本實用新型的實施例的預混合導向噴嘴的橫截面圖的示意表示；
[0030]圖11是具有根據(jù)本實用新型的又一個實施例的預混合導向噴嘴的燃料噴嘴的一部分的橫截面圖的示意表示；
[0031]圖12是具有根據(jù)本實用新型的再一個實施例的預混合導向噴嘴，以及沿著線圖10中標為12 - 12的視線得到的燃料噴嘴的一部分的橫截面圖的示意表示；
[0032]圖13是具有根據(jù)本實用新型的另一個實施例的預混合導向噴嘴的燃料噴嘴的一部分的橫截面圖的示意表示；
[0033]圖14是具有根據(jù)本實用新型的額外實施例的后裝式預混合導向噴嘴的燃料噴嘴的一部分的表示的示意性橫截面圖；以及
[0034]圖15是具有根據(jù)本實用新型的又一個實施例的后裝式預混合導向噴嘴的燃料噴嘴的一部分的表示的示意性橫截面圖。
[0035]部件列表
[0036]10燃氣渦輪系統(tǒng)
[0037]12燃料噴嘴組件
[0038]13首端容積
[0039]14燃料供應
[0040]16燃燒器
[0041]18 渦輪
[0042]20排氣出口
[0043]21密封件
[0044]22 軸
[0045]23空氣進口
[0046]24壓縮機
[0047]25噴嘴凸緣
[0048]26擴散器出口
[0049]27 端板
[0050]28 負載
[0051]29用于后裝式導向噴嘴的導向凸緣
[0052]30圖6中的空氣流
[0053]31圖6、11中的燃料流
[0054]32燃燒室反應區(qū)
[0055]33中心線
[0056]34圖12、13、14的軸向預混合通道的中心軸線