用于两种燃料的燃料喷嘴的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于两种燃料的燃料喷嘴(2)，具有内管(5)和围绕内管(5)的外管(6)，所述内管具有沿径向定向的用于第一种燃料的出口(7)，所述外管具有沿轴向定向的用于第二种燃料的出口(10)，所述燃料喷嘴(2)包括在内管(5)的外表面沿轴向延伸的槽(18)和外管(6)啮合在槽(18)内作为防转装置(17)的隆凸(19)，隆凸(19)设置在两个轴向出口(10)之间。
【专利说明】用于两种燃料的燃料喷嘴
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于燃气轮机的两种燃料的燃料喷嘴，以及涉及一种燃烧器，尤其用于燃气轮机的喷射燃烧器。
【背景技术】
[0002]为了在燃气轮机中改善燃料的可利用率和使用替代燃料，组合喷入不同的燃料。这借助双燃料喷嘴(Dual Fuel Nozzle)实现，它由两个互相插套的管子组成。通过外管借助波瓣形混合器(Lobe Mixer)喷入第一种燃料。通过内管与空气流垂直地(cross inflow)掺混第二种燃料。波瓣形混合器相对于内喷嘴的位置对于稳定工作有决定性意义。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，改进燃气轮机的结构和运行。
[0004]通过权利要求1、8或10和11的特征部分的特征解决上述技术问题。在从属权利要求中确定本发明优选的扩展设计。
[0005]按本发明第一方面，一种用于两种燃料，有内管和围绕内管的外管，内管有沿径向定向的用于第一种燃料的出口，外管有沿轴向定向用于第二种燃料的出口的燃料喷嘴，包括在内管外表面沿轴向延伸的槽和外管啮合在槽内作为防转装置的隆凸，隆凸设置在两个轴向出口之间。第二种燃料可以与第一种燃料相同类型或一致。选择称为第一种和第二种燃料是为了更好地区别，以及并不一定要在功能上有关联。外管的轴向定向的出口可设计为所谓的波瓣形混合器，其中，出口设计在外管的压凹或沿圆周减小的区域之间，从而形成波瓣状喷射区。
[0006]防转装置阻止两个喷嘴转动，并因而实现两个喷嘴或出口彼此持续稳定地定位，以及用两种燃料稳定工作，例如天然气和合成气。简单的结构和容易装配能达到经济地实现。
[0007]可以设有多个槽和隆凸。这样做可以提高坚固性和防损坏的可靠性。可以规定，在所有的轴向出口之间均设置隆凸和相应的槽。
[0008]槽可以设计为圆弧形，以及隆凸可以有对应的凹圆角(Rundung)。其结果是迎合波瓣形混合器自然的形状，以及能达到简单地实现并良好地组合在现有的系统中。
[0009]外管在径向出口的区域内可以有径向凹槽。这些可例如是圆弧形的凹槽，防止基于工作时的热膨胀使径向出口被外管或波瓣形混合器覆盖。凹槽可分别设在两个轴向出口之间，优选地设在中间。
[0010]轴向出口可以扭曲，以及所述槽可以从一个轴向出口一直延伸到一个相邻的轴向出口。这种扭曲的结构也称为扭绞状波瓣混合器。因为外管的隆凸由于扭曲沿更大的圆周区延伸，所以槽相应地增大，为的是在这种情况下也能保证最佳防旋转。
[0011]轴向出口可以扭曲，以及槽可以以与轴向出口一致或相似的扭转角扭曲。因此即使在扭绞状波瓣混合器的设计方案的情况下，槽和隆凸也能互相直接啮合。[0012]内管相对于外管的轴向定位可以借助管螺纹连接装置或类似的螺纹连接装置实现。在轴向定位时，调整径向出口与外管或波瓣形混合器之间的距离，以补偿工作时的热膨胀。
[0013]按本发明第二方面，一种用于两种燃料的燃料喷嘴，有内管和围绕内管的外管，内管有沿径向定向的用于第一种燃料的出口，外管有沿轴向定向的用于第二种燃料的出口的燃料喷嘴，包括在内管外表面沿轴向延伸的隆凸，它啮合在轴向定向的出口内作为防转装置。在这种结构中，隆凸设置在内管上以及啮合在轴向定向的出口内。对于某些应用，这种结构可以更加简单。除此之外与以上所述相同的优点和变更方案也适用于此。
[0014]可以设有多个隆凸。这样做可以提高坚固性和防损坏的可靠性。可以规定，为所有轴向出口设隆凸。
[0015]按另一个方面，本发明涉及一种用于燃气轮机的燃烧器，尤其喷射燃烧器，这种燃烧器具有一个如上所述的燃料喷嘴。与以上所述相同的优点和变更方案也适用于此。
[0016]按另一个方面，本发明涉及一种具有燃烧室和流动方向的燃气轮机，包括一个如上所述的燃烧器。与以上所述相同的优点和变更方案也适用于此。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面借助附图详细说明本发明，其中:
[0018]图1表示按本发明的燃料喷嘴简图；
[0019]图2至6表示按本发明有直波瓣的燃料喷嘴第一种例子；
[0020]图7至11表示按本发明有扭绞波瓣的燃料喷嘴第二种例子；
[0021]图12至16表示按本发明有扭绞波瓣的燃料喷嘴第三种例子；以及
[0022]图17表示按本发明的燃料喷嘴作为示例的装配过程。
[0023]附图仅用于说明本发明以及不受它们的限制。附图和各个部分均未按必要的尺寸比例。同样的标记表示相同或类似的部分。
【具体实施方式】
[0024]图1表示有燃料喷嘴2的燃气轮机I的部分简图。多个，例如12或16个燃料喷嘴2,同心于燃气轮机I的流动方向S地排布。
[0025]燃料喷嘴2适用于同时喷入两种燃料，例如天然气和合成气。燃料喷嘴2设立在燃气轮机的燃烧室或前置室3内。空气导管4可以围绕燃料喷嘴2，所以在下游或在燃料喷嘴2的区域内，也就是说沿流动方向S的方向，进行燃料与空气的混合。
[0026]图2至图6详细表示燃料喷嘴第一种实施形式。这种燃料喷嘴2是直波瓣形混合器类型，以及由内管5和围绕内管5的外管6组成。图2、4和6表示燃料喷嘴2在装配状态的视图，图3和5单独表不外管6和内管5。
[0027]内管5有沿径向定向用于第一种燃料，例如天然气的出口 7，它们沿圆周优选地彼此等距离分布。在这里设六个出口 7，根据使用可以选择不同的数量。
[0028]沿径向定向的出口 7设在喷嘴顶尖8的上游，内管5终止在喷嘴顶尖8处。作为内管5，或可以表示为安装在输入管9上的端部区，它包括喷嘴顶尖8和沿径向定向的出口7，或可以表不为此端部区加上输入管9或输入管9的一部分。[0029]外管6有沿轴向定向用于第二种燃料，例如合成气的出口 10。术语轴向和径向涉及两个管5和6的纵向或旋转轴线和流动方向S。这两个管平行于流动方向地布设。
[0030]外管5处在下游的端部有所谓的波瓣形混合器11。波瓣形混合器11或沿轴向定向的出口 10将燃料沿轴向喷入，所以与从内管5沿径向喷入的燃料进行混合。作为外管6，或可以表示为安装在输入管12上的端部区，它包括波瓣形混合器11和沿轴向定向的出口
10,或可以表不为此端部区加上输入管12或输入管12的一部分。
[0031]沿轴向定向的出口 10从外管6或圆周内大多有些减小的波瓣形混合器11的外圆周，一直延伸到开口的中央区13，内管5延伸穿过该中央区。沿轴向定向的出口 10与中央区13连通，所以形成一个在俯视图中呈星形的孔(图6)。轴向定向的出口也可以与中央区隔离。
[0032]轴向定向的出口 10设在沿径向压凹或深拉的区段14之间。区段14在外圆周面上处于上游的区域开始，朝处于下游的端侧方向延伸，直至在中心的中央区13。
[0033]区段14在其处于径向内部的端部或在内侧具有凹圆角15。在此凹圆角15的区域内设有径向开口或凹槽16，它们从处于下游的端侧出发设计为半圆形。这些开口 16布置为，在组装好的燃料喷嘴2中它们处于沿径向定向的出口 7区域内。由此保证，在燃料喷嘴2工作时产生热膨胀的情况下，燃料可以从内管5无阻碍地通过径向定向的出口排出。
[0034]燃料喷嘴2设有防转装置17，它保证内管5与外管6不会相对转动，也就是说，始终处于最理想的位置，从而使径向定向的出口 7和轴向定向的出口 10始终最佳地相互定向。
[0035]防转装置有隆凸或榫以及槽或凹槽，它们互相啮合并由此阻止沿周向转动。防转装置17的一部分设在内管5上，而另一部分设在外管6上。
[0036]在这里采用在内管5的外表面上沿轴向延伸的槽18，以及外管6的作为防转装置啮合在槽18内的隆凸19。隆凸19设置在两个轴向出口 10之间，它是区段14或凹圆角15的组成部分。隆凸19也可以相应于凹圆角15。槽18是圆弧形，其中槽18的半径与隆凸19的半径相适配。但作为替代方式，隆凸19的半径可以与槽18的半径相适配。槽18和隆凸19的深度，亦即沿径向的尺寸确定为，能抑制在燃料喷嘴2工作时两个管5、6彼此沿周向转动。
[0037]槽18的轴向长度尺寸确定为大于隆凸19的轴向长度，所以即使在工作时产生热膨胀的情况下，也能实现内管5相对于外管6的定心、导引和防旋转。因此两个管或燃料通道沿周向的定向自动实现。
[0038]沿圆周分布地设置多个槽18和隆凸19。在这种情况下槽18和隆凸19的数量与出口的数量相对应，亦即设置六个槽18和六个隆凸19。槽18和隆凸19的数量可以自由选择，然而不超过出口的数量。
[0039]在槽18之间构成凸块或顶尖20，它们啮合在轴向定向的出口 10内。这同样可以是防转装置17的组成部分。作为替代方式，可以在内管5上取代槽设隆凸或顶尖20，它们啮合在轴向定向的出口 10内。在这里也可以设仅一个或多个顶尖20。
[0040]图7至图11表示有防转装置17的燃料喷嘴2另一种例子。与在图2至6中表示的燃料喷嘴一样，内管5设有径向定向的出口 7，以及外管6设有轴向定向的出口 10。
[0041]同样在外管6上设波瓣形混合器11，然而它没有采用直的或所谓直波瓣形混合器，而是采用扭曲或所谓扭绞状波瓣混合器。在这里，轴向出口 10沿周向扭曲，所以轴向开口的轴向出口 10的不是连续沿轴向延伸，而是含有周向分量。这同样适用于轴向出口 10之间包括凹圆角15或隆凸19的区段14。
[0042]现在槽18从一个轴向出口 10 —直延伸到相邻的轴向出口 10。或换句话说，与图2至6中表示的例子相比，现在槽18包括较大的圆周区。在图2至6所示的燃料喷嘴中，在内管5的外圆周面内开挖出一个个槽18,各一个圆周面处于槽18之间,而在图7至11所不的燃料喷嘴中，一个槽18直接顺序排布在另一个槽18旁。这样做实现了将内管5沿轴向插入外管6内。
[0043]在槽18之间构成隆凸或顶尖20，它们啮合在轴向定向的出口 10内。这同样可以是防转装置17的组成部分。作为替代方式，可以在内管5上取代槽设置隆凸或顶尖20，它们啮合在轴向定向的出口 10内。在这里也可以设仅一个或多个顶尖20。
[0044]有关出口 7、10和补偿热膨胀的开口 16，图7至11的燃料喷嘴2与图2至6的燃料喷嘴2是一致的或相似的。
[0045]图12至图16表示燃料喷嘴2另一种例子。在这里，与在图7至11中表示的一样，轴向出口 10仍然扭曲，也就是说，使用一种扭曲的或所谓扭绞状波瓣混合器。
[0046]现在，槽18用与轴向出口 10—致或相似的扭转角扭曲。除此之外在这里表示的例子完全或基本上相应于图7至11中表示的例子。在燃料喷嘴2装配时，亦即在组装内管5与外管6时,将内管5在一定程度上旋入外管6内。
[0047]在槽18之间构成隆凸或顶尖20，它们啮合在轴向定向的出口 10内。这同样可以是防转装置17的组成部分。作为替代方式，可以在内管5上取代槽设置隆凸或顶尖20，它们啮合在轴向定向的出口 10内。在这里也可以设仅一个或多个顶尖20。
[0048]图17表示装配或组装燃料喷嘴2。在内管5 (图左边)和外管6 (另一个步骤)制成后，例如可通过焊接过程实现，这两个管5、6在第三个步骤中互相套插，此时防转装置17相互啮合，从而确定两个管沿周向的位置。
[0049]然后，调整在内管5，或径向定向的出口 7，与外管6，或径向定向的出口 7之间沿轴向的距离。由此可以补偿工作时的热膨胀。
[0050]最后，通过螺纹连接装置21，例如管螺纹连接装置，建立两个管5、6之间的连接。在此以后，将燃料喷嘴2装入燃气轮机I内。
【权利要求】
1.一种用于两种燃料的燃料喷嘴，包括内管(5)和围绕内管(5)的外管(6)，所述内管具有沿径向定向的用于第一种燃料的出口(7)，以及所述外管具有沿轴向定向的用于第二种燃料的出口(10)，其特征在于在内管(5)的外表面沿轴向延伸的槽(18)和外管(6)的啮合在所述槽(18)内作为防转装置(17)的隆凸(19)，所述隆凸(19)设置在两个轴向出口(10)之间。
2.按照权利要求1所述的燃料喷嘴，其中，设有多个槽(18)和隆凸(19)
3.按照权利要求1或2所述的燃料喷嘴，其中，所述槽(18)设计为圆弧形，以及所述隆凸(19)具有对应的凹圆角(15)。
4.按照至少权利要求1至3之一所述的燃料喷嘴，其中，所述外管(6)在径向出口(7)的区域内具有径向凹槽(16)。
5.按照至少权利要求1至4之一所述的燃料喷嘴，其中，所述轴向出口(10)扭曲，以及所述槽(19)从一个轴向出口(10) —直延伸到相邻的轴向出口(10)。
6.按照至少权利要求1至4之一所述的燃料喷嘴，其中，所述轴向出口(10)扭曲，以及所述槽(19)以与轴向出口(10) —致或相似的扭转角扭曲。
7.按照至少权利要求1至6之一所述的燃料喷嘴，其中，内管(5)相对于外管(6)的轴向定位借助管螺纹连接装置(21)实现。
8.一种用于两种燃料的燃料喷嘴，包括内管(5)和围绕内管(5)的外管(6)，所述内管具有沿径向定向的用于第一种燃料的出口(7)，以及所述外管具有沿轴向定向的用于第二种燃料的出口(10)，其特征在于在内管(5)外表面沿轴向延伸的隆凸(20)，所述隆凸啮合在轴向定向的出口(10)内作为防转装置(17)。
9.按照权利要求8所述的燃料喷嘴，其中，设有多个隆凸(19)。
10.一种燃烧器，尤其喷射燃烧器，具有至少一个按照至少权利要求1至9之一所述的燃料喷嘴⑵。
11.一种燃气轮机，具有燃烧室(3)和流动方向(S)，包括至少一个按照权利要求10所述的燃烧器。
【文档编号】F23D14/24GK103988020SQ201280061257
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年11月9日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】O.戴斯, B.凯斯特林, J.范坎彭 申请人:西门子公司