專利名稱：微混合器熱防護(hù)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體涉及渦輪系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及可用于渦輪系統(tǒng)的微混合器燃料噴嘴。
背景技術(shù)：
一些已知的渦輪系統(tǒng)包括至少一個(gè)燃燒器組件，燃燒器組件混合壓縮空氣與燃料，并且點(diǎn)燃燃料-空氣混合物，以在限定在燃燒器組件中的燃燒區(qū)內(nèi)產(chǎn)生燃燒氣體。更具體而言，至少一些已知的燃燒器組件使用微混合器，微混合器包括定向成將空氣和/或燃料引導(dǎo)向燃燒區(qū)和定位在燃燒區(qū)附近的后部面的外部套管。因此，后部面暴露于在燃燒區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的較高的溫度。
至少一些已知的微混合器以較高的速度將空氣和/或燃料引導(dǎo)向燃燒區(qū)。以這種速度引導(dǎo)空氣和/或燃料確保最大程度地減小空氣和/或燃料內(nèi)的能量損失，但會(huì)對外部套管導(dǎo)致強(qiáng)制對流冷卻。因而，在至少一些已知的微混合器內(nèi)可形成熱梯度和/或熱應(yīng)力。在多個(gè)循環(huán)之后，這樣的熱梯度和/或熱應(yīng)力可限制微混合器的部分的使用壽命，并且/或者可導(dǎo)致這樣的構(gòu)件過早失效。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供一種用于準(zhǔn)備渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)來運(yùn)行的方法。該方法包括在燃料噴嘴的擋板和后部面之間引導(dǎo)燃料。擋板在燃料噴嘴的前部面和后部面之間。燃料被引導(dǎo)向熱防護(hù)件，并且被引導(dǎo)到在前部面和后部面之間的延伸的多個(gè)混合管之間。燃料被引導(dǎo)通過噴射開口，噴射開口限定在形成多個(gè)混合管中的至少一個(gè)的側(cè)壁中。在另一方面，提供一種燃料噴嘴。該燃料噴嘴包括前部面、在前部面的下游的后部面、在前部面和后部面之間延伸的多個(gè)混合管、沿徑向定位在多個(gè)混合管的外部的外部套管、沿徑向定位在外部套管的內(nèi)部的熱防護(hù)件，以及在前部面和后部面之間的擋板。多個(gè)混合管中的至少一個(gè)包括側(cè)壁，側(cè)壁包括限定成通過其中的噴射開口。擋板定向成在燃料被引導(dǎo)通過噴射開口之前，在多個(gè)混合管之間以及在擋板和后部面之間引導(dǎo)燃料。在又一方面，提供一種燃燒器。該燃燒器包括限定燃燒區(qū)的燃燒器壁和燃料噴嘴。燃料噴嘴包括前部面、在前部面的下游且鄰近燃燒區(qū)的后部面、在前部面和后部面之間延伸的多個(gè)混合管、沿徑向定位在多個(gè)混合管的外部的外部套管、沿徑向定位在外部套管的內(nèi)部的熱防護(hù)件，以及在前部面和后部面之間的擋板。多個(gè)混合管中的至少一個(gè)包括側(cè)壁，側(cè)壁包括限定成通過其中的噴射開口。擋板定向成在燃料被引導(dǎo)通過噴射開口之前，在多個(gè)混合管之間以及在擋板和后部面之間引導(dǎo)燃料。已經(jīng)論述的特征、功能和優(yōu)點(diǎn)可在本發(fā)明的各種實(shí)施例中獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)，或者可結(jié)合在另外的其它實(shí)施例中，參照以下描述和附圖可看到它們的另外的細(xì)節(jié)。


圖I是示例性渦輪系統(tǒng)的示意圖；以及
圖2是可用于圖I中顯示的渦輪系統(tǒng)的微混合器的一部分的透視圖。部件列表 100渦輪系統(tǒng) 104壓縮機(jī)
106燃燒器組件 108渦輪 110轉(zhuǎn)子軸 112負(fù)載 200燃料噴嘴 210燃燒區(qū) 220前部面 230后部面 240外部套管 250腔體 260熱防護(hù)件 270環(huán)形間隙 280供應(yīng)管 290縱向軸線 300擋板
305空間 310下游端 320混合管 330上游開口 340下游開口 350混合管側(cè)壁 360噴射開口 370上游部分 380下游部分。
具體實(shí)施例方式本文描述的主題大體涉及渦輪系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及可用于渦輪系統(tǒng)的微混合器。在一個(gè)實(shí)施例中，燃料噴嘴包括前部面、在前部面的下游的后部面、在前部面和后部面之間延伸的多個(gè)混合管、沿徑向定位在多個(gè)混合管的外部的外部套管，沿徑向定位在外部套管的內(nèi)部的熱防護(hù)件，以及定位在前部面和后部面之間的擋板。在這種實(shí)施例中，燃料噴嘴通過中心供應(yīng)管而向下游將燃料弓I導(dǎo)向限定在擋板和后部面之間的空間。燃料被沿徑向向外引導(dǎo)通過限定在擋板和后部面之間的空間，并且然后燃料被向上游引導(dǎo)向限定在混合管中的噴射開口。燃料被引導(dǎo)通過噴射開口，并且然后燃料與被引導(dǎo)通過混合管的空氣混合。空氣-燃料混合物通過混合管而被引導(dǎo)向限定在燃燒器中的燃燒區(qū)。因而，擋板和/或熱防護(hù)件調(diào)節(jié)燃料噴嘴內(nèi)的燃料和/或空氣流，以有利于減小在燃料噴嘴內(nèi)可產(chǎn)生的熱應(yīng)力。如本文所用，用語“軸向”和“沿軸向”指的是基本平行于燃燒器的縱向軸線延伸的方向和定向。本公開中使用的用語“徑向”和“沿徑向”指的是基本垂直于燃燒器的縱向軸線延伸的方向和定向。如本文所用，以單數(shù)敘述或以詞語“一個(gè)”或“一種”開頭的元件或步驟應(yīng)理解為不排除復(fù)數(shù)個(gè)元件或步驟，除非明確陳述了這種排除。此外，對本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”或“示例性實(shí)施例”的參照不意圖理解為排除也結(jié)合了所敘述的特征的另外的實(shí)施例的存在。圖I是示例性潤輪系統(tǒng)100的示意圖。在該示例性實(shí)施例中，潤輪系統(tǒng)100包括聯(lián)接成串行流布置的壓縮機(jī)104、燃燒器組件106和渦輪108，渦輪108通過轉(zhuǎn)子軸110可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到壓縮機(jī)104上。在一個(gè)實(shí)施例中，渦輪系統(tǒng)100是可在市場上從總部在紐約斯克內(nèi)克塔迪的通用電氣公司獲得的GE 7FB燃?xì)鉁u輪。在運(yùn)行期間，在該示例性實(shí)施例中，環(huán)境空氣通過空氣入口(未顯示)而被引導(dǎo)向·壓縮機(jī)104。環(huán)境空氣在被引導(dǎo)向燃燒器組件之前被壓縮機(jī)104壓縮。在該示例性實(shí)施例中，燃燒器組件106內(nèi)的壓縮空氣與燃料混合，并且所產(chǎn)生的燃料-空氣混合物在燃燒器組件106內(nèi)點(diǎn)燃，或者更具體而言，在燃燒區(qū)(未在圖I中顯示)內(nèi)點(diǎn)燃，以產(chǎn)生被引導(dǎo)向渦輪108的燃燒氣體。在該示例性實(shí)施例中，渦輪108從燃燒氣體中抽取旋轉(zhuǎn)能，并且旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸110，以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)104。此外，在該示例性實(shí)施例中，渦輪系統(tǒng)100驅(qū)動(dòng)聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸110上的負(fù)載112，諸如發(fā)電機(jī)。在該示例性實(shí)施例中，負(fù)載112在渦輪系統(tǒng)100的下游。備選地，負(fù)載112可定位在渦輪系統(tǒng)100的上游。圖2是微混合器或者(更寬泛地)燃料噴嘴200的一部分的透視圖，微混合器或燃料噴嘴200可用于燃燒器組件106，以混合壓縮空氣與燃料，以產(chǎn)生可燃的空氣-燃料混合物。在該示例性實(shí)施例中，燃料噴嘴200定位在限定在燃燒器組件106內(nèi)的燃燒區(qū)210的上游，以使得空氣-燃料混合物能夠被引導(dǎo)通過燃料噴嘴200，以及在燃燒區(qū)210內(nèi)點(diǎn)燃。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，燃料噴嘴200包括前部面220、沿軸向定位在前部面220的下游的后部面230，以及外部套管240，外部套管240在前部面220和后部面230之間延伸，使得腔體250限定在其中。在該示例性實(shí)施例中，燃料噴嘴200包括沿徑向定位在外部套管240的內(nèi)部的熱防護(hù)件260。在該示例性實(shí)施例中，熱防護(hù)件260沿著外部套管240的內(nèi)表面延伸，以有利于減小外部套管240的對流冷卻。熱防護(hù)件260可由使得熱防護(hù)件260能夠如本文描述的那樣起作用的任何材料制成，諸如(但不限于)陶瓷。在該示例性實(shí)施例中，熱防護(hù)件260在其間之間限定環(huán)形間隙270。在該示例性實(shí)施例中，間隙270有利于進(jìn)一步減小外部套管240和被引導(dǎo)通過燃料噴嘴200的燃料和/或空氣之間的熱傳遞。因而，間隙270隔開外部套管240與被引導(dǎo)通過燃料噴嘴200的燃料和/或空氣。備選地，熱防護(hù)件260可為使得燃料噴嘴200能夠如本文描述的那樣起作用的任何結(jié)構(gòu)、特征和/或元件。例如，在備選實(shí)施例中，熱防護(hù)件260可為施用于外部套管240的內(nèi)表面的隔熱涂層。使得熱防護(hù)件260能夠如本文描述的那樣起作用的任何隔離機(jī)構(gòu)均可定位和/或設(shè)置在熱防護(hù)件260和外部套管240之間。在該示例性實(shí)施例中，中心供應(yīng)管280延伸通過前部面220。管280定向成向下游將燃料引導(dǎo)向后部面230。在該示例性實(shí)施例中，中心供應(yīng)管280大體沿軸向延伸通過前部面220和后部面230之間的腔體250。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，中心供應(yīng)管280基本同軸地對準(zhǔn)燃料噴嘴200，并 且基本沿著燃料噴嘴200的縱向軸線290延伸。在該示例性實(shí)施例中，擋板300定位在前部面220和后部面230之間。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，擋板300大體沿徑向自中心供應(yīng)管280的下游端310向外延伸。擋板300定向成從中心供應(yīng)管280引導(dǎo)出燃料，并且沿徑向向外引導(dǎo)燃料通過限定在擋板300和后部面230之間的空間305。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，燃料被沿徑向向外通過鄰近的混合管320之間的空間305而引導(dǎo)向熱防護(hù)件260和外部套管240。在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)混合管320大體沿軸向延伸通過前部面220和后部面230之間的腔體250。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)混合管320包括限定在前部面220中的上游開口 330和限定在后部面230中的下游開口 340。管320定向成沿軸向?qū)⒖諝夂?或燃料引導(dǎo)向燃燒區(qū)210。此外，在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)混合管320延伸通過擋板300，使得混合管320在擋板300的上游和下游延伸一距離。在擋板300的下游，燃料被沿徑向向外從管280引導(dǎo)向熱防護(hù)件260和/或外部套管240，而在擋板300的上游，燃料被沿徑向向內(nèi)引導(dǎo)向混合管320。在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)混合管320包括側(cè)壁350，側(cè)壁350包括限定在其中的噴射開口 360。在一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)壁350包括限定在其中的多個(gè)噴射開口 360。側(cè)壁350可具有限定其中的使得燃料噴嘴200能夠如本文描述的那樣起作用的任何數(shù)量的噴射開口 360。各個(gè)開口 360定向成將燃料從腔體250噴射到混合管320中。在該示例性實(shí)施例中，噴射通過噴射開口 360的燃料與從開口 330的上游被引導(dǎo)通過相應(yīng)的混合管320的空氣混合。因此，在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)噴射開口 360將相應(yīng)的混合管320分成上游部分370和下游部分380，在上游部分370中，空氣被引導(dǎo)通過其中，而在下游部分380中，空氣-燃料混合物被引導(dǎo)通過其中。為了有利于準(zhǔn)備渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)來運(yùn)行，在該示例性實(shí)施例中，燃料在被沿徑向向外引導(dǎo)通過空間305之前，被向下游引導(dǎo)通過中心供應(yīng)管280。因而，在該示例性實(shí)施例中，燃料流有利于以對流的方式冷卻后部面230。然后燃料被沿徑向向外引導(dǎo)通過空間305。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，燃料被沿徑向向外引導(dǎo)向鄰近的混合管320之間的熱防護(hù)件260和/或外部套管240。在該示例性實(shí)施例中，燃料向上游通過腔體250而被引導(dǎo)向混合管320的在擋板300的上游的那些部分。在該示例性實(shí)施例中，然后燃料被引導(dǎo)通過噴射開口 360，并且被引導(dǎo)到各個(gè)混合管320中，其中，燃料與被引導(dǎo)通過相應(yīng)的上游部分370的空氣混合。所產(chǎn)生的空氣-燃料混合物然后被引導(dǎo)通過下游部分380，并且被排到燃燒區(qū)210中。本文描述的示例性方法和系統(tǒng)使得燃料和/或空氣能夠被引導(dǎo)通過燃料噴嘴，以調(diào)節(jié)燃料噴嘴的溫度。通過向下游將燃料和/或空氣引導(dǎo)通過中心供應(yīng)管，在擋板和后部面之間沿徑向向外引導(dǎo)燃料和/或空氣，以及向上游引導(dǎo)向在熱防護(hù)件的徑向內(nèi)部的噴射開口，外部套管的對流冷卻得到減小，從而減小外部套管和后部面之間的熱梯度。因而，后部面的冷卻會(huì)減小燃料噴嘴內(nèi)的熱應(yīng)力，從而提高燃料噴嘴的耐用性和/或穩(wěn)定可靠性。示例性系統(tǒng)和方法不限于本文描述的特定實(shí)施例，而是相反，各個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)件和/或各種方法的步驟可獨(dú)立地并且與本文描述的其它構(gòu)件和/或方法步驟分開來使用。各個(gè)構(gòu)件和各個(gè)方法步驟也可與其它構(gòu)件和/或方法步驟結(jié)合起來使用。本書面描述使用示例來公開本發(fā)明的某些實(shí)施例，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`那些某些實(shí)施例，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)行任 何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種燃料噴嘴(200)，包括 前部面(220)； 在所述前部面的下游的后部面(230)； 在所述前部面和所述后部面之間延伸的多個(gè)混合管(320)，其中，所述多個(gè)混合管中的至少ー個(gè)包括側(cè)壁(350)，所述側(cè)壁(350)包括限定成通過其中的噴射開ロ(310)； 沿徑向定位在所述多個(gè)混合管的外部的外部套管(240)； 沿徑向定位在所述外部套管的內(nèi)部的熱防護(hù)件(210)； 在所述前部面和所述后部面之間的擋板(300)，其中，所述擋板定向成在燃料被引導(dǎo)通過所述噴射開ロ之前，在所述多個(gè)混合管之間以及在所述擋板和所述后部面之間引導(dǎo)所述燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述燃料噴嘴進(jìn)一歩包括定向成將所述燃料向下游引導(dǎo)向所述擋板的供應(yīng)管(280)，其中，所述供應(yīng)管在所述燃料噴嘴內(nèi)基本居中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料噴嘴，其特征在于，在所述外部套管和所述熱防護(hù)件之間限定環(huán)形間隙(270)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料噴嘴，其特征在干，隔離機(jī)構(gòu)沿徑向定位在所述外部套管的內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述外部套管和所述熱防護(hù)件中的至少ー個(gè)定向成將所述燃料弓I導(dǎo)向所述噴射開ロ。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述噴射開ロ在所述擋板的上游。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述噴射開ロ定向成向下游引導(dǎo)所述燃料通過所述多個(gè)混合管中的至少ー個(gè)。
8.一種燃燒器(106)，包括 限定燃燒區(qū)(210)的燃燒器壁；以及 燃料噴嘴(200)，其包括前部面(220)、在所述前部面的下游且鄰近所述燃燒區(qū)的后部面(230)、在所述前部面和所述后部面之間延伸的多個(gè)混合管(320)、沿徑向定位在所述多個(gè)混合管的外部的外部套管(240)、沿徑向定位在所述外部套管的內(nèi)部的熱防護(hù)件(260)，以及在所述前部面和所述后部面之間的擋板(300)，其中，所述多個(gè)混合管中的至少ー個(gè)包括側(cè)壁(350)，所述側(cè)壁(350)包括限定成通過其中的噴射開ロ(360)，以及其中，所述擋板定向成在燃料被引導(dǎo)通過所述噴射開ロ之前，在所述多個(gè)混合管之間以及在所述擋板和所述后部面之間引導(dǎo)所述燃料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器，其特征在于，所述燃料噴嘴進(jìn)一歩包括定向成將所述燃料向下游引導(dǎo)向所述擋板的中心供應(yīng)管(280)，其中，所述供應(yīng)管在所述燃料噴嘴內(nèi)基本居中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器，其特征在于，在所述外部套管和所述熱防護(hù)件之間限定環(huán)形間隙(270)。
全文摘要
本發(fā)明涉及微混合器熱防護(hù)件。提供一種用于運(yùn)行渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)的方法和系統(tǒng)。燃燒器(106)包括限定燃燒區(qū)(210)的燃燒器壁和燃料噴嘴(200)。燃料噴嘴包括前部面(220)、在前部面的下游且鄰近燃燒區(qū)的后部面(230)、在前部面和后部面之間延伸的多個(gè)混合管(320)、沿徑向定位在多個(gè)混合管的外部的外部套管(240)、沿徑向定位在外部套管的內(nèi)部的熱防護(hù)件(260)，以及在前部面和后部面之間的擋板(300)。多個(gè)混合管中的至少一個(gè)包括側(cè)壁(350)，側(cè)壁(350)包括限定成通過其中的噴射開口(360)。擋板定向成在燃料被引導(dǎo)通過噴射開口之前，在多個(gè)混合管之間以及在擋板和后部面之間引導(dǎo)燃料。
文檔編號F23R3/28GK102954493SQ20121029187
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者C.R.巴克, T.E.約翰遜 申請人:通用電氣公司