专利名称：燃烧器喷枪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷枪，用于将燃料引入预混燃烧器的混合通道， 该预混燃烧器特别是汽轮机设备的预混燃烧器，该喷枪具有权利要求 1前序部分的特征。
背景技术：
德国专利文献DE 100 50 248 Al公开了这样一种喷枪，该喷枪具 有喷枪头、燃料供给部、氧化剂供给部和控制装置。所述喷枪头在装 配状态中伸入燃烧器的混合通道中，并且具有至少一个将燃料喷入混 合通道的燃料喷嘴，还具有至少一个将氧化剂(oxidator)引入混合通 道的氧化剂出口。所述燃料供给部在所述喷枪中延伸，并且与所述至 少一个喷嘴相连。氧化剂供给部于所述的喷枪头中延伸，并且与所述 的至少一个氧化剂出口相连。控制装置用于控制氧化剂供给部的过流 断面面积。在所公开的喷枪中，在喷枪头的端面上只设置了一个燃料 喷嘴，该喷嘴在喷枪头中居中安装，燃料通过该喷嘴沿轴向流入混合 通道中。此外，在所公开的喷枪中只设置了一个氧化剂出口，该氧化 剂出口被构造为环形并且同轴地包围所述的燃料喷嘴。在运行时，氧 化剂流沿轴向从氧化剂出口流动，然后绕着具有燃料喷嘴的喷枪头的 中央区域流动，并且在混合通道中包围着所喷的燃料。在所公开的喷 枪中，控制装置具有包括多个径向控制端口的转筒阀(rotary sleeve valve)。该转筒阀被可旋转地安装在喷枪头壳体外侧上。其中所述的壳 体中包围一个环形容腔，该环形容腔在出口侧形成环形氧化剂出口 。 在所述壳体中设置多个径向氧化剂入口。通过转筒阀的旋转，所述壳 体的氧化剂入口可以通过转筒阀的控制端口被较大或较小程度地覆 盖，通过这种方式，氧化剂供给部的过流断面面积可以被控制。
在所公开的喷枪中，实现经喷枪头输送的氧化剂的数量控制的成 本是相对较大的。
发明内容
在这种情况下本发明将提供一种改善方法。如权利要求中所描述 的，本发明解决这样的问题，针对开头所述类型的喷枪详述一种改进 的、可选择的实施例，该喷枪的特征在于相对低成本的构造或者易于 实现性，根据具体情况而定。
根据本发明，这一问题可以通过独立权利要求的技术方案被解决。 优选实施例是从属权利要求的技术方案。
本发明是基于实现氧化剂数量控制的基本概念，其中氧化剂是利 用控制活塞经喷枪输送的，因此控制活塞以行程可调的方式安装在喷 枪头中。所以，过流断面面积可以根据控制活塞的行程被控制而打开 或关闭。这种控制活塞的行程移动相对地易于实现。因此喷枪的制造 成本被降低了。
例如，根据优选实施例的类型，控制活塞可以轴向与活塞杆相连， 其中活塞杆于喷枪中延伸，并且特别地在远离喷枪头的喷枪端部上与 控制活塞驱动装置相连。在这一构造形式中，控制活塞驱动装置可以 被安装为离热的燃烧器相对较远，因此控制活塞驱动装置的冷却的成 本被降低了。
在一个优选的实施例中，氧化剂供给部具有位于喷枪头中的控制 室，该控制室处于至少一个氧化剂出口的上游并且具有至少一个径向 的氧化剂入口。并且优选，控制活塞以这种方式被行程可调地安装在 这一控制室中，即根据行程，控制活塞较大或较小程度地关闭所述至 少一个氧化剂入口，从而控制其打开或关闭。在这一构造形式中，氧 化剂供给部的流可穿过的横截面可以通过所述控制活塞与所述至少一 个氧化剂入口之间的轴向重叠被控制。因此，这一构造的特征在于高 稳定性。
在另一个优选实施例中，燃料供给部包括在喷枪中延伸的至少一 个燃料管线。因此，优选地，活塞杆和至少一个燃料管线被容纳在喷 枪中。
从权利要求、附图以及参照附图的相关附图描述中，根据本发明 的喷枪的其它的重要特点和优点是显而易见的。
本发明的优选示意性实施例在附图中被示出并在后续的说明中被 详述。
唯一的图1示出了经过燃烧器喷枪区域的极大简化的轴向剖视 图，其中喷枪沿轴向被缩短地示出。
具体实施例方式
根据图l，燃烧器1包括混合通道2。燃烧器l，例如是预混燃烧 器，优选地可以是涡轮机设备、优选汽轮机设备的组成部分。在所示 的燃烧器1的头部区域，安装有喷枪3，该喷枪3具有喷枪头4和喷 枪柄5。该喷枪柄5在这里被纵向地示出，即在轴向上被分解，因此 被极其縮短了。
喷枪头4，在所示的装配状态中，被安装在燃烧器1上从而伸入 混合通道2。在这种情况下，喷枪3和燃烧器1共轴的设置是优选的， 从而喷枪头4共轴地伸入混合通道2中。喷枪头4具有至少一个燃料 喷嘴6，通过该燃料喷嘴，燃料可以被喷入混合通道2中。两个这样 的燃料喷嘴6在图1中被示意性地示出。优选喷枪头4具有四个这样 的燃料喷嘴6，这些燃料喷嘴被这样安装，即它们沿周向分布并且彼 此相间隔。然而原则上，燃料喷嘴6的数目是任选的。值得注意的是， 这些燃料喷嘴6被安装在喷枪头4的径向外边缘区域。因此，这些燃 料喷嘴6相对于喷枪3的纵向中心轴线7被偏心地安装，即具有一定
间隔或在特定半径上被安装，根据具体情况而定。
而且，喷枪头4安装有至少一个氧化剂出口 8，通过该出口，氧 化剂可以被引入混合通道2中。在所考虑的示例中，喷枪头4只具有 单个氧化剂出口 8。值得注意的是，该氧化剂出口 8居中位于喷枪头4 上。因此，氧化剂导入混合通道2是沿轴向在喷枪头4的轴向端面上 进行的。另外，因此，这些燃料喷嘴6被这样安装，即它们相对于氧 化剂出口 8是径向向外偏移的。
已经示出的是，所述径向向外偏移的燃料喷嘴6，特别是在具有 较大输出的燃烧器中，可以引起所喷入燃料与主氧化剂流的改进混合， 其中主氧化剂流在另一位置被引入混合通道2。因此，促进了低污染燃烧。同时，喷枪头4的氧化剂通过喷枪头4被供给，可以保证充分 的冷却和净化。经过喷枪3供给的燃料优选地为液体燃料，例如柴油。 气体燃料，例如天然气也可以被供给。关于氧化剂，通常是含有氧气 的气体物质，优选地为空气。
而且，喷枪3具有燃料供给部9，该燃料供给部9在喷枪3中延 伸，并且在装配的状态下与箭头所示的燃料供给装置IO相连。燃料供 给部9与燃料喷嘴6相连。而且，喷枪3包括氧化剂供给部11，该氧 化剂供给部11在喷枪头4内延伸，并且在装配的状态下与箭头所示的 氧化剂供给装置12相连。氧化剂供给部11与氧化剂出口 8相连。
喷枪3还安装有控制装置13，通过该控制装置，氧化剂供给部ll 的过流断面面积以及经过喷枪头4导入混合通道2的氧化剂的数量是 可以控制的。控制装置13包括控制活塞14，其安装在喷枪头4中而 行程可调。在这种情况下，控制活塞14被安装在氧化剂供给部11中， 从而根据其行程，控制活塞可以控制氧化剂供给部U的过流断面面积。
在所示的实施例中，控制活塞14以行程可调的方式沿喷枪的纵向 被安装，因此平行于纵向中心轴线7。优选地，控制活塞14与纵向中 心轴线7共轴线地被安装。
在这里所示的优选实施例中，保持筒15也被形成在喷枪头4中， 控制活塞14以行程可调的方式被安装在保持筒15中。优选的，保持 筒15也与纵向中心轴线7共轴线地安置。控制装置13包括活塞杆16， 该活塞杆16与控制活塞14共轴线地相连，实际上是通过其背离氧化 剂出口 8的端部相连的。所述活塞杆16在为此被构造为管形体的喷枪 3或喷枪柄5中延伸，根据具体情况而定。这里所示的实施例是优选 的，其中活塞杆16在被构造为管形体的喷枪3或喷枪柄5中居中延伸， 从而与纵向中心轴线7共轴线地延伸。在远离喷枪头4的喷枪端部17 上，喷枪3设有控制活塞驱动装置18，该控制活塞驱动装置18通过 驱动作用以适当的方式与活塞杆16相连，并且通过该控制活塞驱动装 置，活塞杆16是可沿轴向调节的。例如，活塞杆16和控制活塞驱动 装置18之间的驱动连接的类型是主轴驱动装置。
在这里所示的实施例中，控制活塞14在其朝向氧化剂出口 8的端部被沿轴向削尖。例如，这一端可以被制成圆锥体或锥形体。
氧化剂供给部11包括控制室19，该控制室优选地居中位于喷枪头 4中。控制活塞14以行程可调的方式安装在控制室19中。因此，控 制室19与保持筒15沿轴向相连，为此，保持筒15轴向开向控制室 19。同时，控制室19构成了保持筒15的轴向延伸部分。控制室19处 于氧化剂出口8的上游，并且具有至少一个径向的氧化剂入口 20。在 所示的剖视图中只有两个这样的氧化剂入口 20是可识别的。基本上， 只有单个氧化剂入口 20就足够了。 一个实施例优选具有四个氧化剂入 口 20，它们沿周向分布。
优选的，氧化剂入口 20在这里被设计为轴向细长的孔，即它们的 轴向长度大于周向长度。氧化剂入口 20的轴向长度与控制活塞14可 执行的轴向行程相匹配，从而通过氧化剂入口 20的径向重叠，控制活 塞14可以根据其行程增大或减小的程度地打开或关闭氧化剂入口 20。 当控制活塞14最大程度地缩进保持筒15中时，氧化剂入口 20最大程 度地开放，优选的为100%。当控制活塞14最大程度的从保持筒15中 伸出时，氧化剂入口 20最大程度的关闭，优选的为100%。当氧化剂 入口 20被增大或减小开放程度时，控制活塞14的尖端有助于最小可 能阻力的氧化剂流的偏转。
在这里所示的实施例中，氧化剂供给部11还包括氧化剂室21，该 氧化剂室与控制室19沿轴向相连，并且在其背离控制室19的一端形 成了氧化剂出口8。并且，氧化剂室21优选地处于中央，即处于喷枪 头4中，与纵向中心轴线7共轴线。
在这种情况下，燃料供给部9包括至少一个燃料管线22，该燃料 管线被安装在喷枪3或喷枪柄5中，根据具体情况而定。这里只示出 了单个燃料管线22。当然，多于一个的燃料管线22也可以被设置在 喷枪3中。值得注意的是，该实施例中的燃料管线22不是由被设计为 管形体的、视具体情况而定的喷枪3或喷枪柄5形成，而是由处于喷 枪柄5中的独立的管状元件形成。不同于活塞杆16，在这种情况下燃 料管线22相对于纵向中心轴线7偏心地于喷枪柄5中延伸。这样，活 塞杆16和燃料管线22都容纳于被设计为管形体的喷枪柄5中。在这种情况下，燃料供给部9还包括处于喷枪头4中的环形燃料 通道23。在这种情况下，环形燃料通道23共轴线地包围保持筒15。 因此，环形燃料通道23共轴线地处于喷枪头4中。环形燃料通道23 与燃料管线22相连。而且，环形燃料通道23与燃料喷嘴6相连，并 且在每种情况下实际上通过连接燃料通道24相连。在这种情况下，这 些连接燃料通道24优选地沿轴向于喷枪头4中延伸，因此平行于纵向 中心轴线7。图1的剖视图包含了几个平面，从而能够以剖面的形式 示出氧化剂入口 20中的一个和连接燃料通道24中的一个。
优选的，设置与燃料喷嘴6和连接燃料通道24同样多的氧化剂入 口 20。然后，连接燃料通道24和氧化剂入口 20沿周向彼此交替地处 于喷枪头4中。
氧化剂供给部11通过其氧化剂入口 20与形成于燃烧器1中的环 形容腔25相连，并且通过至少一个输送管线26与氧化剂供给装置12 相连。因此，氧化剂的供给相对于喷枪3的纵向中心轴线7从外部径 向地进行。氧化剂流可以通过氧化剂入口 20、控制室19和氧化剂室 21被径向地引入，并且，实际上，从而最终氧化剂流沿轴向通过氧化 剂出口 8从喷枪头4中心流出，并流入混合通道2。与此不同，燃料 通过喷枪3沿轴向被输送。因此，所提供的燃料通过喷枪头4中的环 形燃料通道23被分送到径向进一步向外的半径范围内，通过这种方式 燃料可以被输送到相对于氧化剂出口 8径向上进一步向外的燃料喷嘴 6。
在远离喷枪头4的喷枪端部17上，喷枪3还具有燃料收集室27， 该燃料收集室通过输送管线28与燃料供给装置10相连。所述至少一 个燃料管线22也与这一燃料收集室27相连。
优选的，燃料喷嘴6被构造成它们将燃料偏斜于喷枪3轴向地喷 入混合通道2，因此也偏斜于纵向中心轴线7。而且，这样的实施例是 优选的，其中燃料喷嘴6将燃料偏斜于喷枪3、其中包括纵向中心轴 线7的中心纵切平面地喷入混合通道2。通过这种方式，根据具体情 况而定，燃料沿着当主氧化剂流向引入混合通道2时所产生涡流的方 向或其相反方向被喷入。附图标记列表 1燃烧器
2混合通道
3喷枪
4喷枪头
5喷枪柄
6燃烧器喷嘴
7纵向中心轴线
8氧化剂出口
9燃料供给部
10燃料供给部
11氧化剂供给部
12氧化剂供给部
13控制装置
14控制活塞
15保持筒
16活塞杆
17喷枪端部
18控制活塞驱动装置
19控制室
20氧化剂入口
21氧化剂室
22燃料管线
23环形燃料通道
24连接燃料通道
25环形容腔
26输送管线
27燃料收集室
28输送管线
权利要求
1、一种喷枪，用于将燃料导入预混燃烧器(1)的混合通道(2)中，所述预混燃烧器具体是汽轮机设备的预混燃烧器，所述喷枪包括喷枪头(4)，所述喷枪头在安装的状态中伸入所述燃烧器的混合通道(2)中，所述喷枪头(4)具有将燃料喷入所述混合通道(2)的至少一个燃料喷嘴(6)，并且具有将氧化剂导入所述混合通道(2)中的至少一个氧化剂出口(8)；在所述喷枪(3)中延伸的燃料供给部(9)，所述燃料供给部与所述至少一个燃料喷嘴(6)相连；在所述喷枪头(4)中延伸的氧化剂供给部(11)，所述氧化剂供给部与所述至少一个氧化剂出口(8)相连；用于控制所述氧化剂供给部(11)的过流断面面积的控制装置(13)；其特征在于，所述控制装置(13)包含控制活塞(14)，所述控制活塞以行程可调的方式安装在所述喷枪头(4)中，以便根据行程控制所述氧化剂供给部(11)的过流断面面积。
2、 根据权利要求1所述的喷枪，其特征在于，所述控制活塞(14) 以行程可调的方式沿所述喷枪的纵向安装，和/或在所述喷枪头(4)中安装保持筒(15)，所述控制活塞(14)以 行程可调的方式安装在所述保持筒中，和/或所述控制活塞(14)沿轴向连接至在所述喷枪(3)中延伸的活塞 杆(16)，和/或所述活塞杆(16)在远离喷枪头(4)的喷枪端部(17)与控制活塞驱动装置(18)相连，和/或所述活塞杆(16)在所述喷枪(3)内居中延伸，和/或 所述的喷枪(3)具有管形体(5)，所述活塞杆(16)在所述管形体内延伸，和/或所述控制活塞(14)具有轴向变尖的端部。
3、 根据权利要求1或2所述的喷枪，其特征在于，所述氧化剂供 给部(11)具有位于所述喷枪头(4)中的控制室(19)，所述控制室(19)处于所述至少一个氧化剂出口 (8)的上游，并且具有至少一个 径向的氧化剂入口 (20)，和/或所述控制活塞(14)以行程可调的方式安装在所述控制室(19) 中，并且根据行程，以较大或较小的程度来关闭所述至少一个氧化剂 入口 (20)，和/或所述至少一个氧化剂入口 (20)被构造为轴向细长的孔，和/或设置多个氧化剂入口 (20)，它们安装在所述喷枪头(4)上，沿 周向分布，和/或所述氧化剂供给部(11)具有位于所述喷枪头(4)中的氧化剂室 (21)，其一端形成所述至少一个氧化剂出口 (8)，且另一端与所述控 制室(19)相连，和/或所述至少一个氧化剂出口 (8)居中位于所述喷枪头(4)上，和/或设置仅仅一个氧化剂出口 (8)。 .
4、 根据权利要求2或3所述的喷枪，其特征在于，所述保持筒(15) 轴向靠近所述控制室(19)，并且轴向开向所述控制室(19)。
5、 根据权利要求1至4任一所述的喷枪，其特征在于， 所述燃料供给部(9)具有在所述喷枪(3)中延伸的至少一个燃料管线(22)，禾口/或所述至少一个燃料管线(22)在所述喷枪(3)内偏心地延伸，和/或所述喷枪(3)具有管形体(5)，所述至少一个燃料管线(22)在 所述管形体内延伸，和/或所述燃料供给部(9)具有位于所述喷枪头(4)中的环形燃料通 道(23),和/或所述环形燃料通道(23)与所述至少一个燃料管线(22)相连， 和/或所述环形燃料通道(23)通过至少一个连接燃料通道(24)与所 述至少一个燃料喷嘴(6)相连，和/或所述相应的连接燃料通道(24)在所述喷枪头(4)中沿轴向延伸， 禾口/或设置多个燃料喷嘴(6)，它们安装在所述喷枪头(4)上，沿周向 分布。
6、 根据权利要求5所述、并且根据权利要求3或4所述的喷枪， 其特征在于，所述相应的连接燃料通道(24)在两个氧化剂入口 (20)之间沿 周向在所述喷枪头(4)中延伸，禾口/或连接燃料通道(24)和氧化剂入口 (20)位于所述喷枪头(4)中， 沿周向彼此交替，禾口/或所述至少一个燃料喷嘴(6)安装在所述喷枪头(4)上，相对于 所述至少一个氧化剂出口 (8)径向向外偏离。
7、 根据权利要求5或2所述的喷枪，其特征在于，所述环形燃料 通道(23)共轴线地包围所述保持筒(5)。
8、 根据权利要求1至7任一所述的喷枪，其特征在于，所述至少 一个燃料喷嘴(6)被构造成，它将燃料偏斜于喷枪(3)的轴向和/或 偏斜于喷枪(3)的中心纵向平面喷入所述混合通道(2)中。
全文摘要
本发明涉及一种喷枪(3)，用于将燃料导入燃烧器(1)的燃烧室(2)，特别是叶轮机装置的燃烧器，该喷枪(3)包括喷枪头(4)、燃料供给部(9)、氧化剂供给部(11)和控制装置(13)。所述喷枪头(4)伸入燃烧室(2)，并且具有至少一个喷嘴(6)和至少一个氧化剂出口(8)。所述的燃料供给部(9)延伸于喷枪(3)中并且与所述至少一个喷嘴(6)相连。所述氧化剂供给部(11)于喷枪头(4)中延伸并且与所述至少一个氧化剂出口(8)相连。所述控制装置(13)被用于控制氧化剂供给部(11)的过流断面面积。为了改进所述的喷枪(3)，所述的控制装置(13)具有控制活塞(14)，其中具有行程可调性的控制活塞(14)被安装在喷枪头(4)中，根据行程控制氧化剂供给部(11)的过流断面面积。
文档编号F23R3/26GK101321990SQ200680045451
公开日2008年12月10日 申请日期2006年10月16日 优先权日2005年11月4日
发明者C·施泰因巴赫, M·冯普兰塔, S·贝尔内罗, T·拉克 申请人:阿尔斯通技术有限公司