专利名称：燃料喷嘴和用于燃料喷嘴的扩散尖端的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于燃气涡轮中的燃料喷嘴的扩散尖端(diffiision tip),更具体地讲，本发明涉及扩散尖端的构造和用于冷却该构造的改 进。
背景技术：
在燃气涡轮中，燃料喷嘴用来为随后在下游的燃烧而使空气与燃 料进4亍混合。扩"R模式用于在启动期间的稳定的燃烧，直到可利用预 混合模式来降低NOx排放。喷嘴的扩散尖端必须提供用于在启动期间 产生扩散火焰的机构，并保持足够地冷以防止在预混合模式期间被高 温燃烧气体毁坏。目前的设计^f吏用从主通道转向的空气来冷却扩散尖 端，从而导致与主气流相比不确定的冷却空气比例以及复杂的流动通 路。
更具体地，常规的扩散尖端IO显示在图1中。如图所示，目前 的设计使帘幕空气(curtainair)12分流成燃烧管冷却空气14、扩散空气 16和喷头空气(showerheadair)18。如从20所示的虚线通道所理解的， 扩散吹扫空气(diffiasion purge)并没有流动到喷头部22 。流动分流以及 由此在三个回路14, 16, 18中的有效冷却可根据输入条件而变化， 并且不能独立地改变尖端的冷却(从喷头空气的溢出冷却(efflision cooling)开始)。如图所示，图1的构造使用了多个孔24以在扩散尖端 中实现溢出冷却。在较高的热载荷和/或结构载荷的情况下，这些孔可 成为应力集中的位置，从而由于裂紋萌生而降低寿命。另外，如果燃 烧气体的压力在局部高于扩散冷却回路中的压力，则这些孔可允许燃 烧气体进入扩散冷却回路中。
杂性降低的扩散尖端。更具体地讲，所提出的设计使用独立的回路来 利用扩散燃料或吹扫空气来冷却尖端。冲击板可设置为用于增强冷却
效果。因此，本发明可在燃料喷嘴中实施，该燃料喷嘴包括燃烧管 构件；同心地布置在所述燃烧管构件中的中心主体组件；限定在所述 燃烧管构件与所述喷嘴中心主体之间的预混合流动通道；扩散尖端， 所述扩散尖端包括安装到所述中心主体组件上的周边壁，位于所述周 边壁的远侧轴向端的基本上无穿孔的端壁，邻近所述轴向端壁的限定 在所述周边壁中的至少一个孔口，和扩散尖端护罩，其与所述周边壁 成包围关系地布置，并且安装到所述中心主体上以在其间限定冷却空 气流动通道，所述至少一个孔口与所述冷却空气流动通道中的至少一 个和所述扩散尖端下游的再循环区处于流体连通；以及扩散燃料通
孔的端壁的内表面。
本发明可在用于燃料喷嘴的扩散尖端中实施，该扩散尖端包括 周边壁，位于所述周边壁的远侧轴向端的基本上无穿孔的端壁，邻近 所述轴向端壁的限定在所述周边壁中的至少一个孔口 ，扩散尖端护 罩，该护罩与所述周边壁成包围关系地布置以在其间限定冷却空气流 动通道，所述至少一个孔口与所述冷却空气流动通道中的至少一个和 位于所述扩散尖端下游的再循环区处于流体连通。
通过仔细研究结合附图对本发明当前优选的示范性实施例所进 行的以下的更详细的说明，可更加全面地理解和认识本发明的这些及 其它目的和优点，其中
图1是常规的扩散尖端的示意性截面图2是实施本发明的扩散尖端的示意性截面图3是扩散尖端和护罩的分解透视图4是显示护罩的远端装配到扩散尖端的放大的透视图；以及
图5是显示已组装的护罩与扩散尖端组件的放大的透视图。
具体实施例方式
本发明提供了机力口工部件和铸造部件的组件，该组件允许燃料在 扩散期间喷射到燃气涡轮中。在预混合操作期间，发明的扩散尖端的 特征的独特布置允许其有效地净皮冷却，并因此保持高水平的可靠性。
参照图2，与图l相比，通常用于实现扩散尖端的溢出冷却的多 个孔根据本发明而被省去，使得所提出的设计不具有作为应力集中源 的这些孔，并且回流基本上被消除。相反，扩散尖端110的中心部122 是无穿孔的，并且孔口 124设置成用于使扩散吹扫空气或扩散燃料根 据喷嘴的搮:作而流动，以与最净刀在扩散尖端护罩128中在112处以及 在扩散尖端中在116处流动的帘幕空气结合。应当注意的是，孔口 124 与设置在图1的结构中用于使扩散吹扫空气与在16处的帘幕空气结 合的孔口基本上相同。
在所示的示范性实施例中，冲击板130相对于扩散尖端10的端 壁的无穿孔中心部122以平行间隔开的关系安装。冲击板130包括用 于沖击流(例如朝向或相对中心部122的内表面的扩散吹扫空气)的一 个或多个冲击孔口 132。
还如图2所示，该示范性的实施例在冲击冷却的扩散尖端中具有 增强冷却的特征。更具体地讲，带波紋的波状后侧表面如在134处所 示地进行设置。该特征通过增加后侧表面的表面面积而增强冷却，和 /或扰动冲击后的冷却剂的流动。冷却可通过肋片、鳍状件、销等而增 强，而不是通过所示的带波紋的波状后侧表面。如以上所指明，多个 孔口 124被限定在沖击冷却的内表面的外围，用于扩散吹扫空气与同 心地流动的帘幕空气结合。
在示范性的实施例中，如图2中示意性地所示，隔热涂层136也
增加到扩散尖端的前表面上。B级的TBC涂层保护尖端免受温度梯度 的影响，并增强后侧冷却的有效性。
显示在图1中的常规设计由Hast-X棒料经机加工后硬焊在一起的 三个部件組成。例如显示在图2中的本发明只使用由Hast-X棒料经机 加工而成的一个部件，并且使用单层全熔透焊接取代多层硬焊。这样， 实施本发明的扩散尖端组件减少了部件和硬焊连接，并允许涡流孔具 有倒角。
将理解的是，如图2的示范性实施例所示的根据本发明而提供的 简化的扩散尖端设计和流动通道提供与用于扩散操作的当前的扩散 尖端设计相同的流动形状。然而，不同于如图l设计的使一部分帘幕 空气流过有穿孔的扩散尖端的端面，尖端的端面在预混合期间利用扩 散吹扫空气在后侧进行;t击冷却，并且所有的帘幕空气112为扩散116 和燃烧管冷却114而流动。扩散尖端i殳计还使用扩散燃料在后侧冷却 扩散尖端，使得扩散模式和先导预混合中的金属平均温度非常低，例 如只比扩散燃料的温度高100°F。
根据本发明另外的特征，护罩128和尖端彼此冗余地前后保持。 更具体地讲，图3显示护罩从扩散尖端的其余部分中分离出来。根据 保持特征，多个楔子160被限定在邻近护罩128的远端并与远端隔开 的位置上。虽然多个楔子包含在所显示的实施例中，但是制造优化将 可能导致比所显示的楔子少的楔子，可能在整个360度上存在3到6 个楔子。如图所示，扩散尖端的远端122的周缘具有多个限定在其中 的沟槽162,并且当护罩如图4所示地可伸缩地容纳在扩散尖端上时， 楔子160被间隔开以滑过相应的沟槽。 一旦护罩如图5所示地完全插 入以接合喷嘴时，楔子刚好布置在尖端端部122的外周缘的前面。护 罩如箭头R所示的转动则使楔子160相对于沟槽162移动，以便与扩 散尖端的结构对齐，以提供前方保持。同时，在示范性的实施例中， 护罩的远端在164处楔入，以纟是供后方保持。然后，该部件在其前交 界面166处硬焊。
实施本发明的扩散尖端110不依赖于燃料喷嘴其余部分的设计细 节，因此，扩散尖端110可结合在任何包括以下构件的各种燃料喷嘴 中燃烧管、同心地布置在燃烧管中的中心主体组件、限定在燃烧管 和喷嘴中心主体之间的预混合流动通道，以及限定在中心主体中的扩 散燃料通道。在示范性的实施例中，扩散尖端可设置在美国专利No. 6,438,961中所述类型的燃料喷鳴^中，该专利的公开内容通过引用而结 合到本文中。
尽管结合目前被视为最实用和最优选的实施例对本发明进行了 描述，但是应当理解，本发明并非受限于所公开的实施例，相反，本 发明旨在涵盖包含在权利要求的精神和范围内的各种变更和等同布 置。
权利要求
1. 一种用于燃料喷嘴的扩散尖端(110)，其包括:周边壁，位于所述周边壁的远侧轴向端处的基本上无穿孔的端壁(122)，邻近所述轴向端壁的限定在所述周边壁中的至少一个孔口(124)，扩散尖端护罩(128)，其与所述周边壁成包围关系地布置以在其间限定冷却空气流动通道，所述至少一个孔口(124)与所述冷却空气流动通道(112，116)中的至少一个和位于所述扩散尖端下游的再循环区处于流体连通。
2. 根据权利要求1所述的用于燃料喷嘴的扩散尖端，其特征在 于，所述基本上无穿孔的端壁的所述内表面呈波^L状(134),以增强其 转。
3. 根据权利要求1所述的用于燃料喷嘴的扩散尖端，其特征在 于，所述扩散尖端还包括布置在所述端壁的前外表面上的隔热涂层 (136)。
4. 根据权利要求1所述的用于燃料喷嘴的扩散尖端，其特征在 于，所述扩散尖端还包括相对于所述基本上无穿孔的端壁的所述内表 面以平行间隔开的关系布置的有穿孔的冲击板(130)，所述冲击板限定 至少一个孔口(132),用于冲击所述基本上无穿孔的端壁(122)的所述内 表面的冷却介质的冲击 流。
5. 根据权利要求4所述的用于燃料喷嘴的扩散尖端，其特征在 于，所述扩散尖端构造成并布置成使得冲击后的冲击流流过所述周边 壁中的所述至少一个孔口(124)。
6. 根据权利要求4所述的用于燃料喷嘴的扩散尖端，其特征在 于，存在限定在所述沖击板(130)中的单个冲击孔口(132)。
7. —种燃料喷嘴，其包括 燃烧管构件；同心地布置在所述燃烧管构-f牛内的中心主体组件； 限定在所述燃烧管构件与所述喷嘴中心主体之间的预混合流动 通道；根据权利要求1所述的扩散尖端(110)，其中，所述扩散尖端护罩 (128)安装(166)到所迷中心主体上，以在其间限定冷却空气流动通道； 以及圹散燃料通道，其限定在所述中心主体组件内并且在远侧终止于 所述基本上无穿孔的端壁的内表面。
8. 根据权利要求7所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃料喷 嘴还包括相对于所述基本上无穿孔的端壁(122)的所述内表面以平行 间隔开的关系布置的有穿孔的冲击板(130)，所述冲击板限定至少 一个 孔口 ( 132)，用于冲击所述基本上无穿孔的端壁的所述内表面的扩散燃 料或吹扫空气的沖击流。
9. 根据权利要求8所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃料喷 嘴构造成并布置成使得冲击后的冲击流流过所述周边壁中的所述至 少一个孔口(124)。
10. 根据权利要求8所述的燃料喷嘴，其特征在于，存在限定在 所述冲击板中的单个冲击孔口(132)。
全文摘要
本发明涉及燃料喷嘴和用于燃料喷嘴的扩散尖端，该燃料喷嘴具有专用的回路来冷却带有较少数目的部件且复杂性降低的扩散尖端。更具体地讲，所提出的设计(110)使用独立的回路以利用扩散燃料或吹扫空气来冷却尖端。冲击板(130)可用于增强冷却效果。
文档编号F23R3/30GK101387410SQ200810213689
公开日2009年3月18日 申请日期2008年8月21日 优先权日2007年8月21日
发明者G·D·麦尔斯, S·R·托马斯, S·西蒙斯 申请人:通用电气公司