專利名稱：用于燃料噴嘴的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及燃燒器中的燃料噴嘴和用于制造這種燃料噴嘴的方法。
背景技術(shù)：
燃燒器廣泛地用于商業(yè)操作中。舉例而言，典型燃氣渦輪包括至少一個燃燒器，其將燃料噴射到壓縮工作流體的流動內(nèi)且點燃混合物以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。燃燒氣體從燃燒器離開且流到渦輪，在渦輪中它們膨脹以做功。圖1提供本領(lǐng)域中已知的燃燒器10的簡化截面圖。殼體12包圍燃燒器10以包含壓縮工作流體。噴嘴布置于端蓋16中，例如，初級(primary)噴嘴18在徑向布置于二級 (secondary)噴嘴20周圍，如圖1所示。在噴嘴18、20下游的襯套22限定由喉部觀分開的上游室M和下游室26。壓縮工作流體在殼體12與襯套22之間流到噴嘴18、20。噴嘴 18,20混合燃料與壓縮工作流體，且混合物從噴嘴18、20流到上游室M和下游室沈，在那里發(fā)生燃燒。在全速基荷操作期間，燃料和壓縮工作流體混合物經(jīng)過噴嘴18、20的流率足夠高使得燃燒僅在下游室26中發(fā)生。但在減小功率操作期間，初級噴嘴18以擴散模式操作，其中燃料與壓縮工作流體混合物自初級噴嘴18的流率減小使得自初級噴嘴18的燃料與壓縮工作流體混合物的燃燒僅發(fā)生于上游室M中。在所有操作期間，二級噴嘴20作為組合的擴散和預(yù)混合噴嘴操作，擴散和預(yù)混合噴嘴提供燃燒器操作的火焰源。以此方式，可取決于燃燒器的操作負荷來調(diào)整經(jīng)過初級噴嘴18和二級噴嘴20的燃料流量以在燃燒器的整個操作范圍優(yōu)化NOx排放。已做出各種努力來設(shè)計和制造具有改進的預(yù)混合和擴散能力的噴嘴，特別是對于更高反應(yīng)性燃料。舉例而言，直接金屬激光燒結(jié)、燒制(braising)和澆鑄是先前用于制作燃料噴嘴的制造技術(shù)，燃料噴嘴在燃燒之前預(yù)混合燃料與壓縮工作流體。但是，這些制造技術(shù)相對昂貴、耗時且另外不太適合于大規(guī)模生產(chǎn)。因此，將需要一種在燃燒之前預(yù)混合燃料與壓縮工作流體的改進的燃料噴嘴。此外，將需要一種制造這種噴嘴的改進的方法，這種方法利用不太昂貴的機械加工技術(shù)而非其它更昂貴的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點在下文描述中陳述，或者可從該描述而變得明顯，或者可通過實踐本發(fā)明而學(xué)習(xí)。本發(fā)明的一實施例是一種燃料噴嘴，其包括燃料增壓室(fuelplenum)和包圍燃料增壓室的外部主體。外部主體包括在縱向延伸穿過外部主體的多個內(nèi)孔。燃料噴嘴還包括用于將燃料增壓室固定地附連到外部主體的裝置和在外部主體中在多個內(nèi)孔中的至少一些與燃料增壓室之間的多個通路，其中，多個通路提供在燃料增壓室與多個內(nèi)孔中的至少一些之間的流體連通。本發(fā)明的另一實施例是一種包括外部主體的燃料噴嘴，其中，外部主體包括在縱向延伸穿過外部主體的多個內(nèi)孔。燃料增壓室插入于外部主體內(nèi)，且在外部主體與燃料增壓室之間存在連接，其中，外部主體固定到燃料增壓室且可從燃料增壓室移除。多個通路在外部主體中在多個內(nèi)孔中的至少一些與燃料增壓室之間，其中，多個通路提供在燃料增壓室與多個內(nèi)孔中的至少一些之間的流體連通。本發(fā)明的又一實施例是一種用于制造燃料噴嘴的方法。該方法包括鉆出在縱向穿過外部主體的多個內(nèi)孔和鉆出在外部主體中到多個內(nèi)孔中的至少一些的多個通路。該方法還包括將燃料增壓室插入到外部主體內(nèi)，其中，在外部主體中的多個通路提供在多個內(nèi)孔中的至少一些與燃料增壓室之間的流體連通，以及將燃料增壓室附連到外部主體上。通過閱讀說明書，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地了解這些實施例和其它實施例的特征和方面。


在說明書的其余部分中并參考附圖更具體地描述了本發(fā)明全面并使之能夠?qū)嵤┑墓_內(nèi)容(包括對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說的最佳模式)，在附圖中圖1示出在本領(lǐng)域中已知的燃燒器的簡化截面；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的燃料噴嘴的透視圖的截面；以及圖3示出根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃料噴嘴的截面。附圖標(biāo)記部件
10燃燒器
12殼體
16立而蓋
18初級噴嘴
20二級噴嘴
22襯套
24上游室
26下游室
28喉部
30燃料噴嘴-圖2
32燃料增壓室
34外部主體
36縱向通路
38燃料增壓室入口
40燃料增壓室孔口
42前壁
44環(huán)形增壓室
46內(nèi)孑L (Bore holes)
48帶斜面的入口(Beveled Inlet)
50外部主體中的通路
52焊珠 4
54螺紋連接56燃料噴嘴-圖具體實施例方式現(xiàn)詳細地參考本發(fā)明的實施例，其一個或多個實例在附圖中示出。詳細描述使用數(shù)字和字母標(biāo)記來指代附圖中的特征。在附圖和描述中相似或類似的標(biāo)記用于指代本發(fā)明相同或相似的部件。為了解釋本發(fā)明而提供每個實例，并不限制本發(fā)明。實際上，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的情況下可做出各種修改和變型。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特征可用于另一實施例以得到又一實施例。因此，預(yù)期本發(fā)明涵蓋屬于所附權(quán)利要求和其等效物內(nèi)的這些修改和變型。本發(fā)明的實施例可被機械加工和組裝形成預(yù)混合直接噴射(PDI)燃料噴嘴設(shè)計。 一般而言，燃料噴嘴設(shè)計包括兩個部件，這兩個部件可被單獨地機械加工或制造以在隨后組裝。一個工件可被稱作頂端或外部主體，且另一工件可被稱作燃料匣或燃料增壓室。燃料增壓室將燃料向下游導(dǎo)向至外部主體的前壁以向前壁提供沖擊冷卻。在沖擊前壁之后， 燃料然后經(jīng)過通路流到外部主體中的內(nèi)孔，在那里，燃料與流經(jīng)內(nèi)孔的流體混合，之后離開燃料噴嘴且流到燃燒室內(nèi)。燃料增壓室和外部主體，以及其各種內(nèi)孔和其它通路，可易于通過機械加工而制成，而無需成本更高的步驟，諸如直接金屬激光燒結(jié)。因此，根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的燃料噴嘴制造起來可不太貴，同時仍向燃料噴嘴提供改進冷卻且在燃燒之前預(yù)混合燃料。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的燃料噴嘴30的透視圖的截面。如將解釋的那樣，燃料噴嘴30大體上包括兩個模塊化部件，即燃料匣或燃料增壓室32和外部主體34，它們可單獨地機械加工或制作用于隨后組裝。燃料增壓室32提供室或管道供燃料流到燃料噴嘴30且流經(jīng)燃料噴嘴30。舉例而言，燃料增壓室32可包括位于燃料噴嘴30的中央的縱向通路36，如圖2所示。燃料增壓室32的入口 38可連接到燃料供應(yīng)(未圖示)。供應(yīng)到商業(yè)內(nèi)燃機且由商業(yè)內(nèi)燃機使用的可能的燃料包括(例如)高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、天然氣、 蒸發(fā)的液化天然氣(LNG)、丙烷和氫氣。燃料增壓室32還可包括多個孔口 40?？卓?40可例如位于燃料增壓室32的下游部，如圖2所示。多個孔口 40允許燃料流過燃料增壓室32 且從燃料增壓室32出來。外部主體34包括在燃料增壓室32下游且靠近燃料增壓室32中的多個孔口 40的前壁42。前壁42大體上為最靠近燃燒火焰的燃料噴嘴30的部分且因此經(jīng)受比燃料噴嘴 30的其余部分更高的溫度。流過多個孔口 40的燃料從燃料增壓室32離開且沖擊前壁42 以向前壁42提供沖擊冷卻。外部主體34大體上包圍燃料增壓室32，形成在燃料增壓室32與外部主體34之間的空間或環(huán)形增壓室44。外部主體34還包括在縱向延伸穿過外部主體34的多個內(nèi)孔46。 內(nèi)孔46可排列成任何所需圖案。舉例而言，如圖2所示，內(nèi)孔46可排列成繞燃料增壓室32 的基本上同心的圓。內(nèi)孔46大體上為圓柱形，但本發(fā)明并不限于內(nèi)孔46的任何特定形狀， 除非在權(quán)利要求中具體地陳述。每個內(nèi)孔46大體上包括入口 48，入口 48可為帶斜面的，如圖2所示，以便于流體流動均勻地分配到內(nèi)孔46內(nèi)且經(jīng)過內(nèi)孔46。
外部主體34還包括在內(nèi)孔46中的至少一些與燃料增壓室32之間的多個通路50。 多個通路50提供在燃料增壓室32與多個內(nèi)孔46中的至少一些之間的流體連通。具體而言，經(jīng)過多個孔口 40離開燃料增壓室32的燃料沖擊前壁42以提供對前壁42的沖擊冷卻。 燃料然后流經(jīng)環(huán)形增壓室44直到其到達多個通路50之一，在那里，其流到相關(guān)聯(lián)的內(nèi)孔46 內(nèi)。以此方式，燃料與流經(jīng)內(nèi)孔46的流體(例如，來自壓縮機的壓縮工作流體)混合，之后從內(nèi)孔46離開且進入燃燒室。燃料增壓室32和外部主體34可單獨地機械加工和制造以在隨后組裝。舉例而言， 燃料增壓室32和/或外部主體34可由熔融金屬澆鑄而成。然后可鉆出在外部主體34中的各種內(nèi)孔46和通路50以準(zhǔn)確地且廉價地將各種元件在外部主體34中定位、定大小和定向。若需要，取決于特定設(shè)計考慮，到各種內(nèi)孔46的入口 48還可被機械加工為包括斜面或另外增加特定內(nèi)孔46的入口 48的表面積。燃料增壓室32然后可插入到由外部主體34所限定的環(huán)形增壓室44內(nèi)且附連到外部主體34上。在本領(lǐng)域中已知用于將燃料增壓室32附連或連接到外部主體34的各種方法和裝置。舉例而言，在本領(lǐng)域中已知釬焊、焊接、互補螺紋、密封圈和其它等效技術(shù)和連接將燃料增壓室32附連或連接到外部主體34。取決于特定設(shè)計需要，在燃料增壓室32與外部主體 34之間的連接可為永久性的，或暫時性的以允許在維護或維修期間移除燃料增壓室32。圖 2所示的特定實施例包括在燃料增壓室32與外部主體34之間的連續(xù)焊珠52。此外，此特定實施例還包括在燃料增壓室32與外部主體34之間的螺紋連接M。在本發(fā)明的范圍內(nèi)的替代實施例可包括用于將燃料增壓室32附連或連接到外部主體34的這些裝置中的僅一種，和/或其它焊接技術(shù)，諸如點焊，和/或在燃料增壓室32與外部主體34之間的其它機械配件或連接。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃料噴嘴56的截面。在此實施例中的燃料增壓室32和外部主體34基本上類似于先前所述且在圖2中所示的實施例，且因此使用相同附圖標(biāo)記。在此特定實施例中，用于將燃料增壓室32附連或連接到外部主體34的裝置又包括繞燃料增壓室32周邊的連續(xù)焊珠52。此外，此特定實施例的截面示出位于距燃料增壓室32不同距離的內(nèi)孔46之間的多個通路50。以此方式，燃料可在具體選定的內(nèi)孔46 中更均勻地分配和混合。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明(包括最佳實施方式)，且也能使本領(lǐng)域技術(shù)人員實踐本發(fā)明(包括做出和使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何合并的方法)。專利保護范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的這些修改和其它實例。如果其它實例具有與權(quán)利要求的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件或者如果其它實例包括與權(quán)利要求的字面語言并無實質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)元件，那么其它實例預(yù)期在權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料噴嘴(30)，包括:a.燃料增壓室(32)；b.外部主體(34)，其包圍所述燃料增壓室(32)，所述外部主體(34)包括在縱向延伸穿過所述外部主體(34)的多個內(nèi)孔(46)；c.用于將所述燃料增壓室(3 固定地附連到所述外部主體(34)的裝置；d.多個通路(50)，其在所述外部主體(34)中且在所述多個內(nèi)孔G6)中的至少一些與所述燃料增壓室(3 之間，所述多個通路(50)提供在所述燃料增壓室(3 與所述多個內(nèi)孔G6)中的至少一些之間的流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴(30)，其特征在于，所述多個內(nèi)孔06)繞所述燃料增壓室(32)排列成基本上同心的圓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴(30)，其特征在于，所述外部主體(34)包括在所述燃料增壓室(3 下游的前壁02)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料噴嘴(30)，其特征在于，所述燃料增壓室(3 包括靠近所述前壁(42)的多個孔口 (40)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料噴嘴(30)，其特征在于還包括在所述燃料增壓室(32)與所述外部主體(34)之間的環(huán)形增壓室04)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴(30)，其特征在于，所述多個內(nèi)孔06)中的每一個包括帶斜面的入口 G8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴(30)，其特征在于，用于將所述燃料增壓室(32)固定地附連到所述外部主體(34)的裝置包括在所述燃料增壓室(3 與所述外部主體(34) 之間的連續(xù)焊接(52)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴(30)，其特征在于，用于將所述燃料增壓室(32)固定地附連到所述外部主體(34)的裝置包括螺紋接合(54)。
9.一種用于制造燃料噴嘴(30)的方法，包括a.鉆出在縱向穿過外部主體(34)的多個內(nèi)孔(46)；b.鉆出在所述外部主體(34)中到所述多個內(nèi)孔06)中的至少一些的多個通路(50)；c.將燃料增壓室(3 插入到所述外部主體(34)內(nèi)，其中，在所述外部主體(34)中的到所述多個內(nèi)孔G6)中的至少一些的多個通路(50)提供在所述多個內(nèi)孔G6)中的至少一些與所述燃料增壓室(3 之間的流體連通；以及d.將所述燃料增壓室(3 附連到所述外部主體(34)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括為所述多個內(nèi)孔06)中的每一個機械加工出帶斜面的入口 08)。
全文摘要
本申請涉及一種用于燃料噴嘴的設(shè)備和方法。其中，燃料噴嘴(30)包括燃料增壓室(32)、包圍燃料增壓室(32)的外部主體(34)和在縱向延伸穿過外部主體(34)的內(nèi)孔(46)。燃料噴嘴(30)還包括用于將燃料增壓室(32)固定地附連到外部主體(34)的裝置和提供在燃料增壓室(32)與內(nèi)孔(46)之間的流體連通的通路(50)。一種用于制造燃料噴嘴(30)的方法包括鉆出在縱向穿過外部主體(34)的內(nèi)孔(46)和鉆出在外部主體(34)中的到內(nèi)孔(46)的通路(50)。該方法還包括將燃料增壓室(32)插入到外部主體(34)內(nèi)，其中，通路(50)提供在內(nèi)孔(46)與燃料增壓室(32)之間的流體連通，以及，將燃料增壓室(32)附連到外部主體(34)。
文檔編號F23D14/62GK102235673SQ201110101939
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者B·W·羅米格, K·蘇布拉馬尼安 申請人:通用電氣公司