专利名称：燃料喷射器喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料喷射器喷嘴。
背景技术：
在许多情况下，由于天然气相比较于代用燃料有更低的成本和合乎需要的燃烧特性的原因，天然气是用于点燃燃气轮机的燃料选择。可是，取决于成本、可用性和期望的燃烧特性，许多燃气轮机具有燃烧或者天然气或者液体燃料(包括各种级别的柴油燃料，例如2号柴油燃料)的能力。在许多情况下，液体燃料系统主要用作后备系统。作为实例，目前的干式低NOx (DLN)燃烧器大体使用后备液体燃料系统。在其它情况下，由于液体燃料的较低的成本或增强的可用性的原因，燃气轮机站点会季节地利用液体燃料来运行。虽然作为后备燃料供应系统或者代用燃料供应系统，液体燃料系统是合乎需要的，但是这些系统的运行成本和维护成本目前是非常高的。经常用雾化空气来对液体燃料提供雾化，以获得合乎需要的燃烧特性，包括改进的排放和涡轮性能。雾化空气系统需要放出压缩机空气，并且用泵使空气压力升高到足以用于液体燃料雾化的水平。它们强加了额外的资本设备和维护成本，并且会降低涡轮和发电装置的效率。因此，为了减少资本设备和维护成本，降低系统复杂性以及改进发电装置可靠性与加热速率，消除雾化空气系统是合乎需要的。因此，避免上述缺点的改进的液体燃料供应系统和燃料供应方法是合乎需要的。
发明内容
根据本发明的一方面，公开了一种燃料喷射器喷嘴。该喷嘴包括喷嘴主体，以用于用来产生液体燃料射流的液体燃料与用来产生流体射流的流体的流体连通。该喷嘴主体包括转接器，转接器包括燃料管道和流体管道。该喷嘴主体还包括设置在转接器上的喷嘴末端，喷嘴末端包括与燃料管道流体连通的多个燃料出口管道，以及与流体管道流体连通的多个流体出口管道。根据结合附图得到的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。
在说明书的结论部分处的权利要求书中特别地指出和清楚地声明了被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的前述和其它特征以及优点是显而易见的，其中图1是本文公开的燃料喷射器喷嘴的一个示例性实施例的正面透视图；图2是图1的燃料喷射器喷嘴的后面透视图；图3是图2的放大视图，其还包括虚线，以示出燃料喷射器喷嘴的内部特征；图4是沿着截面4-4得到的图1的燃料喷射器喷嘴的截面图；图5是沿着截面5-5得到的图2的燃料喷射器喷嘴的截面图6是燃料喷射器喷嘴和结合了该燃料喷射器喷嘴的燃料喷射器的一个示例性实施例的透视图；图7是沿着截面7-7得到的图6的示例性实施例的截面图；图8是沿着截面8-8得到的图6的示例性实施例的截面图；图9是本文公开的燃烧器燃料喷嘴的一个示例性实施例的截面图；图10是本文公开的多个燃烧器燃料喷嘴和结合了它们的燃烧器罐的一个示例性实施例的正面透视图；图11是本文公开的燃料喷射器喷嘴的第二个示例性实施例的截面图；图12是制造燃料喷射器喷嘴的方法的流程图；以及图13是控制燃气轮机的燃烧器的方法的流程图。参照附图，以实例的方式，详细描述阐述了本发明的实施例以及优点和特征。部件列表10燃料喷射器喷嘴12喷嘴主体13 阶梯14 入口端15 出口端16 出口端17 出口18燃料管道19 出口20燃料入口22燃料出口23 射流M燃料出口管道25获得的流动流26液体燃料27 入口沘出口管道轴线四纵向轴线31 焦点38流体管道40流体入口42流体出口43 射流44流体出口管道46液体流体47 入口48出口管道轴线
50喷嘴末端51冶金结合部52转接器100燃料喷射器112 管113 阶梯114安装法兰116 入口端118 出口端119冶金结合部120内部管121对接焊缝122外部管123内部部分124燃料回路125外部部分126流体回路128 凹部130 焊缝132外部燃料回路134连接器136外部燃料回路138连接器140安装法兰管道200燃烧器燃料喷嘴210天然气回路212内部管214燃料喷射器腔体216 开口218 远端300燃烧器罐500制造燃料喷射器喷嘴的方法510形成喷嘴主体520 喷嘴530喷嘴主体532形成转接器534形成喷嘴末端536将转接器联结到喷嘴末端上540将喷嘴主体的入口端联结到燃料喷射器的出口端上
600控制燃气轮机的燃烧器的方法610设置燃烧器罐620提供一定量的液体燃料
具体实施例方式参照图1-10，示出了燃料喷射器喷嘴10的一个示例性实施例。燃料喷射器喷嘴10 包括喷嘴主体12，喷嘴主体12构造成以便附连到在燃气轮机(未显示)的燃烧器(未显示)中使用的燃料筒或燃料喷射器100上，并且与其流体连通，以提供液体燃料射流或液体燃料和另一种流体(例如水)的射流，以使燃料雾化，以便于在燃烧器的燃烧室(未显示) 中燃烧。喷嘴主体12可具有任何适当的形状，包括如图所示的正圆柱形，而且喷嘴主体12 将大体具有这样的形状该形状构造成用于附连到喷嘴主体12联结到其上(图6)的燃料喷射器100上。喷嘴主体12具有入口端14和相对的排出端或出口端16。喷嘴主体12还包括燃料管道18，燃料管道18从入口端14上的燃料入口 20延伸到位于出口端16上的燃料出口 22或多个燃料出口 22。燃料出口或多个燃料出口 22与位于出口端16附近的燃料出口管道M或多个燃料出口管道M流体连通。燃料出口 22与燃料管道18和相应的燃料出口管道M流体连通且用作它们的终点。如图所示，例如，在图1-7 中，多个燃料出口管道M可从用作增压室(plenum)的单个燃料管道18延伸，以分配加压液体燃料(由箭头26示出)，加压液体燃料流入燃料入口 20中，流过燃料管道18且流入燃料出口管道M中，在燃料出口管道M中，加压液体燃料作为液体燃料沈的加压流动流或射流23而通过出口端16上的燃料出口 22排出。液体燃料沈可包括适于在燃气轮机的燃烧室中燃烧的任何液态烃，包括各种级别的柴油燃料(例如2号柴油燃料)。燃料管道18 可具有任何适当的大小和形状。在图1-7的示例性实施例中，燃料管道18具有半圆形截面形状，其具有远离燃料入口 20而大小增加的面积。燃料出口管道M具有位于燃料管道18的半圆形截面内的入口 27。燃料出口管道 M可比燃料管道18具有更小的截面积且具有与燃料管道18不同的截面形状，以便增大加压液体燃料26的压力，并且提供具有预定的射流特性(例如压力、流率、射流形状等)的液体燃料26的射流23。燃料出口管道24和燃料出口 22可具有任何适当的截面形状、截面大小、长度、空间位置和定向，以便使用在其中流动的加压液体燃料沈的部分来提供具有预定的射流特性的射流23。可选择预定的射流特性，以对液体燃料提供雾化，如本文所述。在图1-7的示例性实施例中，燃料出口管道M具有相应的向内会聚的燃料出口管道轴线观， 并且燃料出口 22和燃料出口管道M间隔开，以提供远离出口端16而向内会聚的液体燃料沈的射流23。在图1-7的示例性实施例中，燃料出口 22绕着纵向轴线四沿径向且沿周向隔开，使得相应的液体燃料的射流23沿着纵向轴线四集中在燃料射流角(α )(图7)所确定的焦点处，该燃料射流角(α)是由燃料出口管道轴线观与纵向轴线四的角限定的。可选择燃料射流角(α )，以提供射流或多个射流23与液体流体的射流或多个射流的预定的冲击特性(如本文所述)，以提供具有预定的流特性(包括流形状、大小、雾化微粒大小(例如平均大小)和大小分布、液体燃料质量流率等)的雾化液体燃料26的获得的流动流25。喷嘴主体12还包括流体管道38，流体管道38从入口端14上的流体入口 40延伸到位于出口端16上的流体出口 42或多个流体出口 42。流体出口或多个流体出口 42与位于出口端16附近的流体出口管道44或多个管道44流体连通。流体出口 42与流体管道38 和相应的流体出口管道44流体连通且用作它们的终点。如图所示，例如，在图1-7中，多个流体出口管道44可从用作增压室的单个流体管道38延伸，以分配加压液体流体(由箭头 46示出)，加压液体流体流入流体入口 40中，流过流体管道38且流入流体出口管道44中， 在流体出口管道44中，加压液体流体作为液体燃料46的加压流动流或射流43而通过出口端16上的流体出口 42排出。流体管道38可具有任何适当的大小和形状。在图1-7的示例性实施例中，流体管道38在喷嘴主体12内具有沿着其长度相同的半环形或圆环状的截面形状。流体出口管道44具有位于流体管道38的该半环形截面内的入口 47。流体出口管道44可比流体管道38具有更小的截面积且具有与流体管道38不同的截面形状，以便增大加压液体流体46的压力，并且提供具有预定的射流特性(例如压力、流率、射流形状等) 的液体流体46的射流43。流体出口管道44和流体出口 42可具有任何适当的截面形状、截面大小、长度、空间位置和定向，以便由在其中流动的加压液体流体46的部分来提供具有预定的射流特性的射流43。可选择预定的射流特性，以提供液体燃料沈的雾化，如本文所述。在图1-7的示例性实施例中，流体出口管道44具有相应的向内会聚的流体出口管道轴线48，并且流体出口 42和管道44间隔开，以提供远离出口端16而向内会聚的液体流体46 的射流43。在图1-7的示例性实施例中，流体出口 42绕着喷嘴主体12的纵向轴线四沿径向且沿周向隔开，使得液体流体46的射流43或多个射流43沿着纵向轴线四集中在燃料射流角(α )和流体射流角(β )所确定的焦点处，以冲击液体燃料26射流23或多个射流， 其中，角β是由流体出口管道轴线48与纵向轴线四的角限定的。可选择这个角(β)，以提供射流或多个射流23和射流或多个射流43的预定的撞击和冲击特性，包括具有预定的流特性(包括流形状、大小、雾化微粒大小(例如平均大小)和大小分布、液体燃料质量流率等)的雾化液体燃料26的获得的流动流25。液体流体46的射流43用来冲击液体燃料沈的射流23，以及形成雾化液体燃料 26的流动流25。在一个示例性实施例中，液体流体46可包括液体燃料沈，从而使得射流 43实际上是射流23。在这个实施例中，液体燃料沈的至少两个射流23彼此冲击，以使液体燃料26雾化，并且形成包含雾化液体燃料沈的流动流25。任何数量的射流23可彼此冲击，以提供具有本文所述的预定的流特性(包括液体燃料的预定的质量流率)的、包含雾化液体燃料26的流动流25。在这个实施例中，各个射流23将如本文所述的那样被定向和引导，以便由也被定向和引导成以便提供期望的冲击的至少一个其它射流23冲击。可选择使焦点31或冲击点落在纵向轴线四上，或者可通过燃料出口 22和燃料出口管道M的适当定向和位置来选择焦点31或冲击点，以使焦点31定位在出口端16的前面的、不在纵向轴线四上的位置处，如图7所示。将理解，通过限定定向成以便进行如本文所述的冲击的多个射流23对，对应的多个焦点31可限定在出口端16前面的对应的多个位置处，而且包含雾化液体燃料26的对应的多个流动流25可形成具有预定的复合流特性的复合流动流25'。 在这个实施例中，液体燃料沈可通过成图7所示的构造的(其中液体流体46是燃料)燃料管道18和流体管道38两者来供应，从而使得两个管道实际上是燃料管道，或者喷嘴主体只是具有单个燃料管道18，燃料管道18构造成以便为燃料出口管道M和流体出口管道44 进行供应，从而使得它们实际上两者都是燃料出口管道24。
在另一个示例性实施例中，液体流体46可包含水，以提供预定的燃烧特性，例如燃烧器内的温度、涡轮入口温度或燃烧温度的降低。在这个实施例中，液体燃料26的至少一个射流23和液体流体46的至少一个射流43彼此冲击，以使液体燃料沈和液体流体 46 (例如水)雾化和乳化，并且形成包含雾化及乳化的液体燃料26-液体流体46的流动流 25。不意图受理论的限制，液体燃料的射流23和液体流体46的射流43的冲击使液体燃料沈和液体流体46既雾化又相互混合，从而产生液体燃料26-液体流体46的雾化的乳剂。雾化的乳剂可包含被燃料覆盖或包覆的雾化水滴。燃烧器所提供的热量导致水滴迅速气化。与水的气化相关联的气化热使燃烧器内的待降低的温度降低，而且快速气化导致水滴分解，从而提供进一步更小的燃料滴，并且进一步增强其雾化和燃烧特性。任何数量的射流23可与任何数量的射流43冲击，以提供具有本文所述的预定的流特性的、包含雾化及乳化的液体燃料26-液体流体46的流动流25。在这个实施例中，液体燃料沈的各个射流23 将如本文所述的那样被定向和引导，以便由也已被定向和引导成以便提供期望的冲击的液体流体46的至少一个射流43冲击。可选择使焦点31或冲击点落在纵向轴线四上，或者可通过燃料出口 22和燃料出口管道M以及流体出口 42和流体出口管道44的适当定向和位置来选择焦点31或冲击点，以便将焦点31定位在出口端16的前面的、不在纵向轴线四上的位置处，如图7所示。将理解，通过限定定向成以便进行如本文所述的冲击的多个射流 23和射流43对，对应的多个焦点31可限定在出口端16前面的对应的多个位置处，而且雾化液体燃料26的对应的多个流动流25可形成具有预定的复合流特性的复合流动流25'。可通过任何适当的形成方法来形成包括喷嘴末端50和转接器52的喷嘴主体 12，包括使喷嘴主体12形成为一体的一件式构件，并且可备选地由单个类型的截面线 (sectioning)或阴影来表示。喷嘴主体12可这样形成为一体式构件使用熔模铸造法产生转接器52的燃料管道18，然后使用传统的机械加工技术来产生转接器52的流体管道38 和喷嘴末端50的燃料出口管道M和流体出口管道44。备选地，可通过将具有形成于其中的燃料出口管道M和流体出口管道44的单独形成的喷嘴末端50联结到具有形成于其中的燃料管道18和流体管道38的单独形成的转接器52上来形成喷嘴主体12。可通过适于在喷嘴末端50和转接器52之间形成冶金结合部51的任何联结方法(包括各种形式的焊接)来联结喷嘴末端50和转接器52，使得冶金结合部51可包括焊缝。喷嘴末端50和转接器52也可通过铜焊来进行联结，以形成冶金结合部51，铜焊是金属联结工艺，其中，通过使用毛细作用将铜焊材料吸入各部分之间的空间中且在各部分之间形成冶金结合部，来将填充金属分布在两个或更多个紧贴部分之间，使得冶金结合部51可包含铜焊接头。例如，可通过熔模铸造产生圆柱形的外部形状和燃料管道18，然后使用传统的机械加工技术产生流体管道38，来形成转接器52。喷嘴主体12可由适于经受燃气轮机燃烧器的燃烧温度(约四00° F)的任何适当的高温材料形成。在一个示例性实施例中，喷嘴主体12可由超合金形成，例如镍基超合金，包括(作为实例)哈式合金X(HastalIoy X) (UNS N06002)。喷嘴主体12的出口端16 可具有任何适当的形状轮廓，包括图7所示的向内凹的或锥形的形状。参照图6-8，燃料喷射器喷嘴10构造成以便与燃料喷射器100 —起使用以及设置在燃料喷射器100中。燃料喷射器100可具有任何适当的截面形状和长度，包括图6-8所示的基本圆柱形的形状。燃料喷射器100包括设置在安装法兰114内的分隔流体管112。分隔管112从入口端116延伸到出口端118上，出口端118联结到喷嘴主体12的入口端14 上。可使用任何适当的分隔布置来分隔分隔管112，以使得至少两种流体能够沿着管的长度从入口端116传送到出口端118 (如图7和8所示)，在一个示例性实施例中，使用同心管布置来分隔分隔管112，其中，内部管120同心地设置在外部管122内。根据内部管120和外部管122的相应的内径和外径来将内部管120和外部管122大小设置成以便在内部管120 内限定燃料回路124，以及在内部管120和外部管122之间限定流体回路126。在一个示例性实施例中，流体回路126可为用于提供加压液体燃料的燃料回路，如本文所述。在另一个示例性实施例中，流体回路1 可提供加压液体流体46，包括水，如本文所述。可使用任何适当的联结方法(包括各种形式的焊接)来将喷嘴主体12联结到分隔管112上。分隔管 112的入口端或多个入口端116将设置在形成于安装法兰114内的匹配凹部或多个匹配凹部128内，并且可通过焊缝或多个焊缝130来联结到安装法兰114上。燃料回路IM通过外部燃料回路132与加压液体燃料沈的源流体连通，外部燃料回路132包括各种导管或管道(未显示)，其可使用适当的能够可脱开地附连的连接器134而流体地联接到燃料喷射器 100上。类似地，流体回路1 通过外部流体回路136与加压液体流体46的源流体连通，外部流体回路136包括用于传输液体流体46的各种导管或管道(未显示)，其可通过能够可脱开地附连的连接器138而可脱开地附连到燃料喷射器100和安装法兰114上。流体回路 126还可包括形成于流体回路126内且与流体回路1 流体连通的安装法兰管道140。参照图9和10，燃料喷射器100可设置在燃烧器燃料喷嘴200中，燃烧器燃料喷嘴200用来将天然气作为主燃料提供给燃气轮机的燃烧器。燃烧器燃料喷嘴200包括在一侧上由内部管212界定的天然气回路210，内部管212限定构造成以便接收燃料喷射器100 的燃料喷射器腔体214，燃料喷射器100包括分隔管112和喷嘴10，喷嘴主体12的出口端 16设置在燃烧器喷嘴的远端218处的开口 216中。喷嘴主体12构造成以便通过开口 216 将辅助或后备燃料作为雾化液体燃料-液体流体乳剂喷射到燃烧器中。如图10所示，包括燃料喷射器100的多个燃烧器燃料喷嘴200可结合起来形成燃烧器罐300。多个燃烧器罐 300 (未显示)(各个燃烧器罐包括多个燃烧器燃料喷嘴200和燃料喷射器100)可沿周向以传统的方式定位在燃气轮机的燃烧器区段(未显示)的周围，以提供具有双燃料能力的燃气轮机，或者提供具有主(天然气)和辅助或后备(液体燃料)燃料供应能力的燃气轮机。图11示出了燃料喷射器喷嘴10的第二个示例性实施例。燃料喷射器喷嘴10包括喷嘴主体12和如本文所公开的喷嘴的其它元件。在这个实施例中，转接器52的燃料管道18和流体管道38可设置成使得一个管道设置在另一个管道内，包括其中一个管道相对于另一个管道同心地设置的构造。在图11的示例性实施例中，燃料管道18设置在流体管道38内，并且更具体而言，燃料管道18同心地设置在流体管道38内。但是，这个构造可反过来，使得流体管道38设置在燃料管道18内，并且更具体而言，流体管道38同心地设置在燃料管道18内。在图11所示的构造中，燃料管道18构造成以便与入口端14上的燃料回路1 流体连通，并且具有截头圆锥形状，其朝向邻接喷嘴末端50的转接器52的出口端15 和出口 17而开口。流体管道38构造成以便与入口端14上的流体回路IM流体连通，并且具有截头圆锥环形状，其朝向邻接喷嘴末端50的转接器52的出口端15和出口 19而开口， 并且包围燃料管道18。多个四个燃料出口管道M沿径向与纵向轴线四隔开任何适当的径向间距，并且沿周向彼此隔开任何适当的周向间距。在图11的实施例中，管道均等地隔开约90°的间隔。管道包括图11所示的两个燃料出口管道对，它们绕着纵向轴线四沿径向均等地隔开， 并且沿周向隔开180°。但是，可使用具有任何适当的径向或周向间距的任何数量的额外的燃料出口管道对。燃料出口管道M具有位于燃料管道18的圆形截面内的入口 27。燃料出口管道M可比燃料管道18具有更小的截面积且具有与燃料管道18不同的截面形状，以便增大加压液体燃料26的压力，并且提供具有预定的射流特性(例如压力、流率、射流形状等)的液体燃料26的射流23。燃料出口管道M和燃料出口 22可具有任何适当的截面形状、截面大小、长度、空间位置和定向，以便使用在其中流动的加压液体燃料26的部分来提供具有预定的射流特性的射流23。可选择预定的射流特性，以提供液体燃料的雾化，如本文所述。在图11的示例性实施例中，燃料出口管道M具有相应的向内会聚的燃料出口管道轴线观，并且燃料出口 22和燃料出口管道M间隔开，以提供远离出口端16而向内会聚的液体燃料26的射流23。在图12的示例性实施例中，燃料出口 22绕着纵向轴线四沿径向且沿周向隔开，使得相应的液体燃料23的射流沿着纵向轴线四集中在燃料射流角(α ) 所确定的焦点31处，该燃料射流角(α)是由燃料出口管道轴线观与纵向轴线四的角限定的。可选择燃料射流角(α )，以提供射流23的预定的冲击特性，以便提供具有预定的流特性(包括流形状、大小、雾化微粒大小(例如平均大小)和大小分布、液体燃料质量流率等)的雾化液体燃料26的获得的流动流25。在这个实施例中，燃料喷射器100可有利地仅用加压液体燃料26流来运行，而不使用在流体回路1 中流动的加压液体流体46 (例如水)，并且仍然提供雾化液体燃料沈流，以进行燃烧。 多个四个流体出口管道44沿径向与纵向轴线四隔开任何适当的径向间距，并且沿周向彼此隔开任何适当的周向间距。在图11的实施例中，管道均等地隔开90°的间隔。 管道包括图11所示的两个流体出口管道44，它们绕着纵向轴线四沿径向均等地隔开，并且沿周向隔开180°。但是，可使用具有任何适当的径向或周向间距的任何数量的额外的流体出口管道44。在所示实施例中，流体出口管道44的径向间距大于燃料出口管道M的径向间距，从而使得燃料出口管道M和燃料出口 22同心地设置在流体出口管道44和流体管道42内。流体出口管道44具有位于流体管道38的环形或圆环形截面内的入口 47。流体出口管道44可比流体管道38具有更小的截面积且具有与流体管道38不同的截面形状， 以便增大加压液体流体46的压力，并且提供具有预定的射流特性(例如压力、流率、射流形状等)的液体流体46的射流43。流体出口管道44和流体出口 42可具有任何适当的截面形状、截面大小、长度、空间位置和定向，以便由在其中流动的加压液体流体46的部分来提供具有预定的射流特性的射流43。可选择预定的射流特性，以提供液体燃料沈的进一步雾化，如本文所述。在图11的示例性实施例中，流体出口管道44具有相应的向内会聚的流体出口管道轴线48，并且流体出口 42和管道44间隔开，以提供远离出口端16而向内会聚的液体流体46的射流43。在图11的示例性实施例中，流体出口 42绕着喷嘴主体12的纵向轴线四沿径向且沿周向隔开，使得液体流体46的射流43或多个射流43集中，以便也沿着纵向轴线四在燃料射流角(α )和流体射流角(β )所确定的焦点处冲击液体燃料沈的多个射流，其中，角β是由流体出口管道轴线48与纵向轴线四的角限定的。可选择该角 (β )，以提供射流或多个射流23和射流或多个射流43的预定的撞击和冲击特性，包括具有预定的流特性(包括流形状、大小、雾化微粒大小(例如平均大小)和大小分布、液体燃料质量流率等)的雾化液体燃料26的获得的流动流25。在这个实施例中，液体流体46可包括水，以便提供预定的燃烧特性，例如燃烧器内的温度、涡轮入口温度或燃烧温度的降低。在这个实施例中，液体燃料26的多个射流23 和液体流体46的多个射流43彼此冲击，以使液体燃料沈和液体流体46 (例如水)雾化和乳化，并且形成包含雾化及乳化的液体燃料26-液体流体46的流动流25。不意图受理论的限制，液体燃料的射流23和液体流体46的射流43的冲击使液体燃料沈和液体流体46既雾化又相互混合，从而产生液体燃料26-液体流体46的雾化的乳剂。雾化的乳剂可包含被燃料覆盖或包覆的雾化水滴。燃烧器所提供的热量导致水滴迅速气化。与水的气化相关联的气化热使燃烧器内的待降低的温度降低，而且迅速气化导致水滴分解，从而提供进一步更小的燃料滴，并且进一步增强其雾化和燃烧特性。任何数量的射流23可与任何数量的射流43相冲击，以提供具有本文所述的预定的流特性的、包含雾化及乳化的液体燃料26-液体流体46的流动流25。在这个实施例中，液体燃料沈的各个射流23将如本文所述的那样被定向和引导，以便由也已被定向和引导成以便提供期望的冲击的液体流体46的至少一个射流43冲击。可选择使焦点31或冲击点落在纵向轴线四上，或者可通过燃料出口 22 和燃料出口管道M以及流体出口 42和流体出口管道44的适当定向和位置来选择焦点31 或冲击点，以便使焦点31定位在出口端16前面的、不在纵向轴线四上的位置处，如图7所示。将理解，通过限定定向成以便进行如本文所述的冲击的多个射流23和射流43对，对应的多个焦点31可限定在出口端16前面的对应的多个位置处，而且雾化液体燃料沈的对应的多个流动流25可形成具有预定的复合流特性的复合流动流25'。燃料喷射器喷嘴10和喷嘴主体12可形成为一体式构件，或者可通过联结转接器 52和喷嘴末端50来形成为两件式构件，如本文所述。燃料喷射器喷嘴10的入口端14设置在燃料喷射器100的出口端118上。喷嘴10 可通过任何适当的附连件或附连方法来设置在燃料喷射器100上，但是优选将用冶金结合部119进行附连。可使用任何适当的冶金结合部119，包括可通过各种形式的焊接形成的铜焊接头或焊缝。在图11的示例性实施例中，冶金结合部119包括对接焊缝121。例如，可通过首先将内部管120对接焊接到转接器52的入口端14的内部部分123上来形成对接焊缝 121。在对对接焊缝121的内部部分进行任何必要的检查之后，外部管122可对接焊接到转接器52的入口端14的外部部分125上。如图11所示，喷嘴主体12的入口端14包括阶梯 13，并且燃料喷射器100的出口端118包括阶梯113，而且这些阶梯13、113以匹配的方式设置。这些匹配阶梯可用来通过允许在不同的平面上产生焊缝和使用单独的焊接操作而帮助联结。在一个示例性实施例中，入口端可向外成阶梯形，入口端14的内部部分123远离转接器52而向外突出，同时燃料喷射器100的出口端与在向外凸出的外部管122内内凹的内部管120成阶梯形。参照图12，制造燃料喷射器喷嘴10的方法500包括形成510喷嘴主体12，以用于用来产生液体燃料射流23的液体燃料沈与用来产生流体射流43的液体流体46的流体连通，如本文所述。如本文所述，形成510可以可选地包括(例如)通过熔模铸造或烧结粉末金属块来形成520 —体式喷嘴主体12，并且还可采用机械加工、钻削和其它金属形成方法来产生喷嘴主体12的各种特征。备选地，形成510还可包括通过形成532转接器52、形成 534喷嘴末端50和将转接器52联结536到喷嘴末端50上(例如通过焊接或铜焊，如本文所述)来形成两件式喷嘴主体530。该方法500还可包括将喷嘴主体12的入口端14联结 540到燃料喷射器100的出口端118上，其中，喷嘴主体12的入口端成阶梯形而具有阶梯 13，并且构造成以便与燃料喷射器100的出口端118上的阶梯113匹配接合。参照图13，公开了一种控制燃气轮机的燃烧器的方法600。燃烧器和燃气轮机可为任何适当的设计，包括各种传统的燃烧器和燃气轮机设计。方法600包括将本文所述的燃烧器罐300操作性地设置610在燃气轮机的燃烧器中。燃烧器罐300包括多个燃烧器燃料喷嘴200，燃烧器燃料喷嘴各自具有燃料喷射器100，燃料喷射器100构造成以便选择性地对燃料喷射器喷嘴10提供液体燃料、液体流体或液体燃料和液体流体，燃料喷射器喷嘴 10构造成以便分别提供多个液体燃料射流、多个液体流体射流或它们的组合，多个液体燃料射流、多个液体流体射流或它们的组合继而构造成以便分别提供雾化液体燃料流、雾化液体流体流或雾化及乳化的液体燃料-液体流体流。该方法600还包括选择性地对燃料喷射器喷嘴提供620 —定量的液体燃料、液体流体或它们的组合，以分别产生预定的雾化液体燃料流、雾化液体流体流或雾化及乳化的液体燃料-液体流体流。方法600可用于(例如)图11所示的燃料喷射器100，以选择性地仅通过燃料管道18和燃料出口管道M提供620加压燃料，以产生雾化液体燃料流25，以用于燃烧器中的燃烧。可在燃气轮机的这样的预定的低负荷状态期间使用这种运行构造其中，不一定要限制燃烧温度，或者其中，例如，使燃烧器斜坡上升到预定的燃烧温度。在一个示例性实施例中，低负荷状态是小于或等于燃气轮机的基本负荷的约30%的负荷，并且更具体而言，为基本负荷的约10%至约30%的负荷状态。高负荷状态是大于燃气轮机的基本负荷的约30% 的负荷。这个构造可有利地例如在燃气轮机的启动期间使用，以限定启动模式。在启动时， 存在低负荷状态，从而使得一般不必使用冷却流体(例如水)来冷却燃烧器以控制排气排放。因此，仅可在启动时使用燃料供应，但是加压燃料沈被雾化，如本文所述，以改进燃烧效率。方法600还可用于(例如)图11所示的燃料喷射器100，以选择性地通过燃料管道18和燃料出口管道M提供620加压液体燃料，以及通过流体管道38和流体出口管道44 提供620加压流体，包括冷却流体(例如水)，以产生雾化及乳化的液体燃料26-液体流体 46流25，以便于在燃烧器中燃烧。可在燃烧器的这样的预定的运行状态期间使用这种运行构造其中，至少一个燃烧器燃料喷嘴200构造成以便提供液体燃料和液体流体两者，并且对应的液体燃料射流和液体流体射流提供雾化及乳化的液体燃料-液体流体流，以便于在燃烧器中燃烧。这个流可用来(例如)通过燃料的雾化和乳化来提供增强的燃烧，包括预定的燃烧效率，如本文所述。液体流体(例如水)还会降低燃烧温度，这可用来控制来自燃烧器的排气排放(特别是通过降低燃烧期间产生的NOx的量)，并且提供预定的排放成分分布和预定的燃烧温度。因此，可控制燃料喷射器所供应的液体燃料26和液体流体46的相对量，以提供预定的燃烧效率、燃烧温度或排放成分分布或它们的组合。可将该量控制为 (不管是以重量百分比还是以体积百分比进行测量)100 > X > 0，其中，X是以总的液体燃料和液体流体的体积或重量百分比表示的燃料的量，并且液体流体的量由I-X限定。可通过在燃烧器和燃气轮机的正常运行状态的宽泛范围上控制雾化及乳化的液体燃料26-液体流体46流25的量来有利地使用雾化及乳化的液体燃料26-液体流体46流25，以限定运行模式。可尤其有利地在更高的涡轮速度和负荷处使用它，更高的涡轮速度和负荷大体会具有更高的燃烧温度，并且在更高的涡轮速度和负荷处，排气排放遵从性要求降低燃烧温度来提供预定的排放成分分布。方法600还可用于(例如)图11所示的燃料喷射器100，以选择性地仅通过流体管道38和流体出口管道44提供620加压液体和加压液体流体，以产生雾化液体流体流 25。这个流可与供应用于燃烧的雾化燃料沈流25或雾化及乳化的液体燃料26-液体流体 46流25的其它燃料喷射器结合起来使用，以冷却燃烧器或降低燃烧温度，以及提供冷却模式。可尤其有利地在更高的涡轮速度和负荷处使用它，更高的涡轮速度和负荷大体会具有更高的燃料消耗和燃烧温度，并且在更高的涡轮速度和负荷处，排气排放遵从性要求进一步降低燃烧温度，以提供预定的排放成分分布。在燃烧器的高负荷状态期间，至少一个燃烧器燃料喷嘴200构造成以便提供仅液体流体，并且对应的液体流体射流提供雾化液体流体流，以冷却燃烧器或降低燃烧温度。选择性地提供620还可包括在燃烧器从低负荷状态过渡到运行状态期间，使至少一个燃烧器燃料喷嘴200构造成以便提供仅液体燃料沈，并且对应的液体燃料射流23提供雾化液体燃料流25，以在低负荷状态期间在燃烧器中燃烧，而且过渡包括也对这些燃烧器燃料喷嘴提供液体流体，从而使得液体燃料射流和液体流体射流提供雾化及乳化的液体燃料-液体流体流，以便于在燃烧器中燃烧。备选地，过渡可包括使多个其它燃烧器燃料喷嘴200构造成以便同时提供液体燃料沈和液体流体43两者，并且其它燃烧器燃料喷嘴 200的对应的液体燃料射流沈和液体流体射流23提供了雾化及乳化的液体燃料-液体流体流25，以便于在燃烧器中燃烧。在过渡期间提供的液体流体的量可作为时间的函数(即随时间)而改变。例如，液体流体的量可作为时间的函数根据预定的分布而增大。这可用来(例如)控制燃烧器的加热速率，或者燃烧温度的增长速率，以便获得燃烧器温度的预定值或燃烧温度的预定值或它们的组合，或者获得预定的排放成分分布。选择性地提供620还可包括在从运行状态过渡到冷却状态期间，使至少一个燃烧器燃料喷嘴200构造成以便对燃烧器燃料喷嘴200提供液体燃料沈和液体流体46，从而使得液体燃料射流23和液体流体射流43提供雾化及乳化的液体燃料-液体流体流25，以便于在运行状态期间在燃烧器中燃烧，而且过渡包括从燃烧器燃料喷嘴中除去燃料，从而使得液体流体射流提供雾化液体流体流，以便于在燃烧器中进行冷却。在过渡期间提供的液体燃料26的量可作为时间的函数而改变。例如，液体流体的量可作为时间的函数根据预定的分布增大。这可用来(例如)控制燃烧器的冷却速率，或燃烧温度的降低速率，以便获得燃烧器温度的预定值或燃烧温度的预定值或它们的组合，或者获得预定的排放成分分布。除了可在容纳在单个燃烧器燃料喷嘴200内的单个燃料喷射器100内受影响的 (affected)本文所述的控制之外，控制还可在单个燃烧器罐300的多个燃烧器燃料喷嘴 200内，或在燃气轮机的燃烧器内的多个燃烧器罐300的多个燃烧器燃料喷嘴200之中受影响。例如，在一个示例性实施例中，燃烧器的任何或全部燃烧器罐300均可构造成使得可在其中提供本文所述的启动模式、运行模式或冷却模式或它们的组合。使用燃料喷射器喷嘴10和燃料喷射器100使得能够消除雾化空气系统，同时还改进了燃料雾化，并且通过在结合了燃料喷射器喷嘴10和燃料喷射器100(如本文所述)的燃气轮机燃烧器的液体燃料运行期间降低运行温度而实现了减排，从而显著降低了它们的复杂性以及系统维护成本和运行成本。目前，已经喷射水来降低运行温度，以及在液体燃料运行期间减少排放，但是使用燃料喷射器100和燃料喷射器喷嘴10以及本文公开的它们的使用方法对液体流体(例如水)喷射进行了双重利用，以便还提供液体燃料的雾化，而且具有另外的重要优点，因为它们可被容易地改型到现有燃气轮机的燃烧器中。
虽然已经结合仅有限数量的实施例来对本发明进行了详细描述，但是应当容易地理解，本发明不限于这种公开的实施例。相反，本发明可修改成以便结合此前未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变化、更改、替换或等效布置。另外，虽然已经描述了本发明的各实施例，但是将理解，本发明的各方面可包括所描述的实施例中的仅一些。因此，本发明不应视为受前述描述的限制，而是仅由所附的权利要求书的范围限制。
权利要求
1.一种燃料喷射器喷嘴(10)，包括喷嘴主体(12)，用于用来产生多个液体燃料射流03)的液体燃料06)与用来产生多个液体流体射流的流体G6)的流体连通，所述喷嘴主体(10)包括转接器(52)，包括燃料管道(18)和流体管道(38)；和喷嘴末端(50)，设置在所述转接器(5 上，包括与所述燃料管道(18)流体连通的多个燃料出口管道04)和与所述流体管道(38)流体连通的多个流体出口管道(44)，其中，所述多个液体流体射流^幻和所述多个液体燃料射流构造成以便彼此冲击，以及产生雾化液体燃料(26)流。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器喷嘴(10)，其特征在于，所述喷嘴主体(12)是整体地形成的主体。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射器喷嘴(10)，其特征在于，所述喷嘴主体(12)是包括由冶金结合部(51)联结的所述转接器(52)和所述喷嘴末端(50)的两部分式主体。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器喷嘴(10)，其特征在于，所述燃料喷射器喷嘴 (10)进一步构成燃料喷射器(100)，所述燃料喷射器(100)包括分隔管(112)，其具有入口端(116)、出口端(118)、流体回路(126)和燃料回路(IM)， 所述喷嘴主体(12)的入口端(116)设置在所述燃料喷射器(100)的所述出口端(118)上， 所述燃料回路(124)与所述燃料管道(1 流体连通，并且所述流体回路(126)与所述流体管道(38)流体连通。
5.根据权利要求4所述的燃料喷射器喷嘴(10)，其特征在于，用冶金结合部(51)将所述喷嘴主体(1 的所述入口端(116)设置在所述燃料喷射器(100)的所述出口端(118)上。
6.根据权利要求5所述的燃料喷射器喷嘴(10)，其特征在于，所述燃料回路(124)和流体回路(1 )同心地设置在所述分隔管(112)内，所述分隔管(11 包括同心地设置在外部管(122)内的内部管(120)，并且所述内部管(120)在所述出口端(118)上关于所述外部管(12 成阶梯形。
7.根据权利要求6所述的燃料喷射器喷嘴(10)，其特征在于，燃料管道(18)和流体管道(38)同心地设置在所述转接器(5 内，并且所述转接器(5 包括同心地设置在外部转接器部分内的内部转接器部分，并且所述内部转接器部分在所述喷嘴主体(1 的所述入口端(116)上关于所述外部转接器部分成阶梯形。
8.根据权利要求4所述的燃料喷射器喷嘴(10)，其特征在于，所述燃料喷射器喷嘴(10)进一步构成燃烧器燃料喷嘴000)，所述燃烧器燃料喷嘴(200)包括天然气回路 O10)，所述天然气回路(210)在近端和远端(218)之间延伸且限定燃料喷射器腔体(214)， 其中，所述燃料喷射器(100)设置在所述燃料喷射器腔体014)中，所述喷嘴主体(12)的出口端(118)设置在所述燃烧器燃料喷嘴(200)的所述远端(218)处的开口中，其中，所述喷嘴主体(1 构造成以便喷射液体燃料06)和液体流体(46)，以形成雾化燃料-液体流体乳剂，以便通过所述开口排到燃烧室中。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射器喷嘴(10)，其特征在于，所述燃料喷射器喷嘴 (10)进一步构成燃烧器罐(300)，所述燃烧器罐(300)包括多个燃烧器燃料喷嘴(200)和燃料喷射器(100)。
10.根据权利要求9所述的燃料喷射器喷嘴(10),其特征在于，所述燃料喷射器喷嘴 (10)进一步构成用于涡轮的燃烧器，所述燃烧器包括多个燃烧器罐(300)，各个燃烧器罐 (300)包括多个燃烧器燃料喷嘴(200)和燃料喷射器(100)。
全文摘要
本发明涉及一种燃料喷射器喷嘴。公开了一种燃料喷射器喷嘴(10)。该喷嘴包括喷嘴主体(12)，以用于用来产生液体燃料射流(23)的液体燃料(26)与用来产生流体射流(43)的流体(46)的流体连通。该喷嘴主体(12)包括转接器(52)，转接器(52)包括燃料管道(18)和流体管道(38)。喷嘴主体(12)还包括设置在转接器(52)上的喷嘴末端(50)，喷嘴末端(50)包括与燃料管道(18)流体连通的多个燃料出口管道(24)，以及与流体管道(38)流体连通的多个流体出口管道(44)。
文档编号F23D11/38GK102162640SQ20111003913
公开日2011年8月24日 申请日期2011年2月11日 优先权日2010年2月12日
发明者D·S·策亨特鲍尔, M·拉尔, S·霍斯拉 申请人:通用电气公司