燃料喷射器和其制造方法与流程

本公开的领域大体涉及燃料喷射器，并且更具体地，涉及用于涡轮组件中的燃料喷射器。

背景技术：

至少一些已知的燃气涡轮组件包括压缩机、燃烧器和涡轮。气体流入压缩机且被压缩，然后其与燃料混合。得到的混合物在燃烧器中点燃而产生燃烧气体。燃烧气体被从燃烧器引导通过涡轮，从而驱动涡轮，涡轮又可对联接到涡轮上的发电机提供功率。

许多已知的燃烧器具有轴向燃料分级(afs)系统，以用于将燃料喷射到燃烧区中。至少一些已知的afs系统包括初级燃料喷射器，其在次级燃料喷射器上游，使得初级和次级燃料喷射器在燃烧区中的不同的轴向级处将燃料喷射到燃烧区中。关于此，次级燃料喷射器的混合能力可影响涡轮组件的运行效率和排放品质。

技术实现要素：

在一个方面，提供一种燃料喷射器。燃料喷射器包括歧管和联接到歧管的壳体。壳体在其中限定内部腔室。燃料喷射器还包括定位在内部腔室内的喷嘴。喷嘴包括成阵列的混合管，其各自具有近侧端、远侧端和延伸在其之间的穿孔本体。近侧端以流连通的方式与歧管联接，使得各个本体的穿孔与内部腔室处于流连通，以促进燃料和压缩气体的混合物从远侧端排出。

在另一方面，提供一种制造燃料喷射器的方法。方法包括将歧管联接到壳体，壳体在其中限定内部腔室。方法还包括将喷嘴定位在壳体的内部腔室内。喷嘴具有成阵列的混合管，其各自具有近侧端、远侧端和在其之间的穿孔本体。方法进一步包括以流连通的方式联接混合管的近侧端与歧管，使得各个本体的穿孔与内部腔室处于流连通，以促进燃料和压缩气体的混合物从远侧端排出。

在另一方面，提供一种燃气涡轮组件的轴向燃料分级(afs)系统。afs系统包括初级燃料喷射器和次级燃料喷射器。次级燃料喷射器包括歧管和联接到歧管的壳体。壳体在其中限定内部腔室。次级燃料喷射器进一步包括定位在内部腔室内的喷嘴。喷嘴包括成阵列的混合管，其各自具有近侧端、远侧端和延伸在其之间的穿孔本体。近侧端以流连通的方式与歧管联接，使得各个本体的穿孔与内部腔室处于流连通，以促进燃料和压缩气体的混合物从远侧端排出。

技术方案1.一种燃料喷射器，包括：

歧管；

联接到所述歧管的壳体，所述壳体在其中限定内部腔室；和

定位在所述内部腔室内的喷嘴，所述喷嘴包括成阵列的混合管，其各自包括近侧端、远侧端和延伸在其之间的穿孔本体，所述近侧端以流连通的方式与所述歧管联接，使得各个本体的穿孔与所述内部腔室处于流连通，以促进燃料和压缩气体的混合物从所述远侧端排出。

技术方案2.根据技术方案1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述壳体包括内壁和外壁，其限定围绕所述内部腔室延伸的稳压室，所述内壁包括多个端口，其以流连通的方式联接所述稳压室与所述内部腔室。

技术方案3.根据技术方案1所述的燃料喷射器，其特征在于，各个所述混合管大体线性地从其相应的近侧端延伸到其相应的远侧端。

技术方案4.根据技术方案1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述阵列包括成多个排的所述混合管。

技术方案5.根据技术方案4所述的燃料喷射器，其特征在于，第一个所述排中的所述混合管相对于第二个所述排中的所述混合管偏移。

技术方案6.根据技术方案1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述穿孔布置成多个基本螺旋排。

技术方案7.根据技术方案1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述燃料喷射器为用于燃气涡轮组件中的轴向燃料分级(afs)系统的次级燃料喷射器。

技术方案8.一种制造燃料喷射器的方法，所述方法包括：

将歧管联接到壳体，所述壳体在其中限定内部腔室；

将喷嘴定位在所述壳体的所述内部腔室内，其中，所述喷嘴具有成阵列的混合管，其各自具有近侧端、远侧端和在其之间的穿孔本体；和

以流连通的方式联接所述混合管的所述近侧端与所述歧管，使得各个本体的穿孔与所述内部腔室处于流连通，以促进燃料和压缩气体的混合物从所述远侧端排出。

技术方案9.根据技术方案8所述的方法，其特征在于，进一步包括用内壁和外壁形成所述壳体，所述内壁和外壁在其之间限定稳压室，使得所述稳压室围绕所述内部腔室延伸且使得所述内壁具有多个端口，所述多个端口以流连通的方式联接所述稳压室与所述内部腔室。

技术方案10.根据技术方案8所述的方法，其特征在于，进一步包括使各个混合管形成为大体线性地从其相应的近侧端延伸到其相应的远侧端。

技术方案11.根据技术方案8所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述阵列的所述混合管布置成多个排。

技术方案12.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括布置所述排，使得第一个所述排中的所述混合管相对于第二个所述排中的所述混合管偏移。

技术方案13.根据技术方案8所述的方法，其特征在于，进一步包括使所述穿孔形成为多个基本螺旋排。

技术方案14.一种燃气涡轮组件的轴向燃料分级(afs)系统，所述afs系统包括：

初级燃料喷射器；和

次级燃料喷射器，其包括：

歧管；

联接到所述歧管的壳体，所述壳体在其中限定内部腔室；和

定位在所述内部腔室内的喷嘴，所述喷嘴包括成阵列的混合管，其各自包括近侧端、远侧端和延伸在其之间的穿孔本体，所述近侧端以流连通的方式与所述歧管联接，使得各个本体的穿孔与所述内部腔室处于流连通，以促进燃料和压缩气体的混合物从所述远侧端排出。

技术方案15.根据技术方案14所述的afs系统，其特征在于，所述壳体包括内壁和外壁，其限定围绕所述内部腔室延伸的稳压室，所述内壁包括多个端口，其以流连通的方式联接所述稳压室与所述内部腔室。

技术方案16.根据技术方案14所述的afs系统，其特征在于，各个所述混合管大体线性地从其相应的近侧端延伸到其相应的远侧端。

技术方案17.根据技术方案14所述的afs系统，其特征在于，所述阵列包括成多个排的所述混合管。

技术方案18.根据技术方案17所述的afs系统，其特征在于，第一个所述排中的所述混合管相对于第二个所述排中的所述混合管偏移。

技术方案19.根据技术方案14所述的afs系统，其特征在于，所述穿孔布置成多个基本螺旋排。

技术方案20.根据技术方案14所述的afs系统，其特征在于，所述壳体包括多个孔口，其与所述内部腔室处于流连通。

附图说明

图1为示例性涡轮组件的示意图；

图2为用于图1中显示的涡轮组件中的示例性轴向燃料分级(afs)系统的示意图；

图3为可用于图2中显示的afs系统中的次级燃料喷射器的示意图；

图4为图3中显示的次级燃料喷射器的沿着图3的平面4-4得到示意性横截面图；

图5为用于图3中显示的次级燃料喷射器中的成示例性阵列的混合管的透视图；和

图6为图5中显示的阵列的混合管的侧视平面图。

部件列表

100涡轮组件

102压缩机

104燃烧器

106涡轮

108壳

110中心线轴线

112工作气体

114压缩气体

116燃烧气体

118排气

120燃烧罐

122燃烧区

124afs系统

126初级燃料喷射器

128次级燃料喷射器

130第一混合物

132第二混合物

134套管组件

136管道

138燃料

140壳凸缘

142开口

144外表面

200afs系统

202初级燃料喷射器

204次级燃料喷射器

206管道

208孔口

210喷嘴

212壳体

214喷射轴线

216径向维度

218周向维度

220歧管

230阵列

232混合管

234近侧端

236远侧端

238本体

240通道

242空间

244平面

246穿孔

248排

250内侧壁

252外侧壁

254内部腔室

256稳压室

258孔口

260端口

262分隔件

264燃料流

266压缩气体流

268压缩气体流

300阵列

302混合管

304基架

306板

308燃料入口孔

312排

314穿孔

400混合管

402穿孔

404排

406基架

408板。

具体实施方式

以下详细描述以示例而非限制的方式示出燃料喷射器。该描述应当使得本领域普通技术人员能够制造和使用燃料喷射器，且该描述描述了燃料喷射器的若干实施例，包括当前所相信的制造和使用燃料喷射器的最佳模式。示例性燃料喷射器在本文描述为联接在涡轮组件内。但是，设想到除了燃气涡轮组件之外，燃料喷射器可一般地应用于各种领域中的广泛的系统。

图1示出示例性涡轮组件100。在示例性实施例中，涡轮组件100为燃气涡轮组件，其包括压缩机102、燃烧器104和涡轮106，它们在壳108内沿着中心线轴线110以流连通的方式彼此联接。在运行中，工作气体112流入压缩机102且被压缩，并且被引导到燃烧器104中。压缩气体114在燃烧器104中与燃料(未显示)混合且被点燃，以产生燃烧气体116，燃烧气体116被引导到涡轮106中且然后从涡轮106作为排气118排出。

在示例性实施例中，燃烧器104包括多个燃烧罐120。燃烧罐120限定燃烧区122，燃料和压缩气体114通过燃料输送系统(例如，轴向燃料分级(afs)系统124)喷射到燃烧区122中。在示例性实施例中，afs系统124包括初级燃料喷射器126和次级燃料喷射器128，次级燃料喷射器128沿轴向在初级燃料喷射器126的下游。燃料和压缩气体114的第一混合物130通过初级燃料喷射器126喷射到燃烧区122，且燃料和压缩气体114的第二混合物132通过次级燃料喷射器128喷射到燃烧区122。各个次级燃料喷射器128联接到限定燃烧区122的一部分的套管组件134，并且通过管道136来对各个次级燃料喷射器128供应燃料。在其它实施例中，涡轮组件100可具有以任何适当的方式布置的任何适当的数量的燃料喷射器。

图2示出用于涡轮组件100中的示例性afs系统200。在示例性实施例中，afs系统200包括用于将燃料138和压缩气体114的第一混合物130喷射到燃烧区122的初级燃料喷射器202，以及联接到套管组件134的次级燃料喷射器204，次级燃料喷射器204用于将燃料138和压缩气体114的第二混合物132喷射到初级燃料喷射器202下游的燃烧区122。次级燃料喷射器204联接到管道206，管道206延伸通过支承燃烧罐120的壳凸缘140。燃料138通过管道206供应到次级燃料喷射器204。次级燃料喷射器204具有多个孔口208，其大小设置成使得压缩气体114能够进入次级燃料喷射器204且与来自管道206的燃料138混合，之后，混合物作为第二混合物132喷射到燃烧区122。在其它实施例中，至少一个管道(未显示)可联接到次级燃料喷射器204，以代替孔口208或与其相结合而对次级燃料喷射器204供应压缩气体114。

图3和4为afs系统200的次级燃料喷射器204的示意图。在示例性实施例中，次级燃料喷射器204包括喷嘴210和联接到喷嘴210的壳体212。壳体212在开口142处安装到套管组件134上，开口142限定在套管组件134中，并且喷嘴210定向在壳体212内，以将第二混合物132大体沿着喷射轴线214喷射到燃烧区122中。次级燃料喷射器204具有大体垂直于喷射轴线214延伸的径向维度216和围绕喷射轴线214延伸的周向维度218。如本文使用，用语“半径”(或任何其变型)表示从任何适当的形状(例如，正方形、长方形、三角形等)的中心向外延伸的维度而不限于从圆形形状的中心向外延伸的维度。类似地，如本文使用，用语“周长”(或任何其变型)表示围绕任何适当的形状(例如，正方形、长方形、三角形等)的中心延伸的维度而不限于围绕圆形形状的中心延伸的维度。

在示例性实施例中，喷嘴210包括歧管220和联接到歧管220的成阵列230的混合管232。各个混合管232为大体圆柱形且具有开口近侧端234、开口远侧端236和从近侧端234延伸到远侧端236的本体238，从而限定从近侧端234到远侧端236的通道240。歧管220联接到管道206，使得混合管232的近侧端234与管道206跨越歧管220处于流连通。各个混合管232基本平行于喷射轴线214而大体线性地从其近侧端234延伸到其远侧端236，使得空间242限定在相邻的混合管232之间，且使得混合管232的远侧端236大体与套管组件134对齐(即，远侧端236大体沿着套管组件134的外表面144限定的平面244定向)。此外，各个混合管232包括多个穿孔246，其沿着本体238彼此间隔开，使得穿孔246与通道240处于流连通。在其它实施例中，喷嘴210可不包括歧管220(例如，喷嘴210可包括仅一个与联接管道206的混合管232，而非多个与联接管道206的混合管232)。

在示例性实施例中，在如图4中显示的那样在横截面中观察阵列230时，阵列230的混合管232布置成伸长型式。特别地，在示例性实施例中，混合管232布置成成对的并排的排248，一个排248中的混合管232相对于另一排248中的混合管232偏移(或交替)，使得阵列230的混合管232布置成z字型式。对于阵列230，还设想到混合管232的其它适当的布置。此外，虽然示出示例性阵列230具有八个混合管232，但是在其它实施例中，阵列230可包括任何适当的数量的混合管232。另外，在其它实施例中，混合管232可包括任何适当的数量的穿孔246。此外，虽然示例性喷嘴210包括大体线性地延伸且基本平行于喷射轴线214定向的混合管232，但是在其它实施例中，喷嘴210可具有曲线地延伸的混合管，其仅在其远侧端处基本平行于喷射轴线214定向。备选地，喷嘴210可包括以促进使得次级燃料喷射器204能够如本文描述的那样起作用的任何适当的方式设置形状和定向的混合管232。

在示例性实施例中，壳体212包括径向内侧壁250和径向外侧壁252，其彼此间隔开。内侧壁250包围内部腔室254，其被歧管220覆盖，使得喷嘴210定位在内部腔室254内。此外，稳压室256限定在内侧壁250和外侧壁252之间，使得稳压室256包围内部腔室254，且因此包围喷嘴210。外侧壁252包括限定在其中的至少一个孔口258，并且内侧壁250包括多个沿周向间隔开的端口260，其与内部腔室254处于流连通。壳体212和/或喷嘴210还具有一体地形成的分隔件262，其与歧管220相对，以促进内部腔室254与燃烧区122分开(即，内部腔室254为限定在歧管220、内侧壁250和分隔件262之间的基本封闭的空间，使得端口260提供进入内部腔室254的唯一进入点且穿孔246提供离开内部腔室254的唯一离开点。在一些实施例中，壳体212可还具有至少一个壁(未显示)，其与分隔件262跨越内部腔室254而相对，以覆盖内部腔室254(例如，歧管220可安装到壁上，使得混合管232从壁延伸到内部腔室254中)。虽然在示例性实施例中，稳压室256完全包围内部腔室254，但是在其它实施例中，稳压室256可仅部分地围绕内部腔室254延伸。

在涡轮组件100的运行期间，燃料138通过管道206供应到歧管220，使得燃料138填充歧管220。燃料138的单独的流264通过混合管232的相应的近侧端234流入各个混合管232，使得相应的流264沿着相应的通道240流动且通过相应的远侧端236排出到燃烧区122中。同时，压缩气体114通过孔口258流入稳压室256中，以对稳压室256填充压缩气体114(例如，压缩气体114被容许沿周向围绕内部腔室254在稳压室256内流动)。来自稳压室256的压缩气体114然后通过端口260流入内部腔室254，使得压缩气体114的单独的流266在各个端口260处基本沿径向流入内部腔室254，从而对内部腔室254填充压缩气体114(例如，压缩气体114被容许沿周向围绕喷嘴210的混合管232在内部腔室254内流动)。来自内部腔室254的压缩气体114然后通过穿孔246流入混合管232的通道240，使得压缩气体114的单独的流268在各个穿孔246处基本沿径向流入各个通道240。压缩气体114和燃料138然后在通道240内混合且沿着喷射轴线214作为第二混合物132喷射到燃烧区122中。

在其它实施例中，孔口258可与歧管220处于流连通，并且管道206可与内部腔室254处于流连通。因而，压缩气体114将通过近侧端234流入混合管232的通道240，并且燃料138将通过穿孔246流入混合管232的通道240，从而使压缩气体114和燃料138在通道240内混合，以沿着喷射轴线214作为第二混合物132喷射到燃烧区122。备选地，次级燃料喷射器204可具有使得压缩气体114能够通过近侧端234流入混合管232的通道240(例如，次级燃料喷射器204可不具有用于压缩空气114的歧管220)，并且使得燃料138能够通过穿孔246流入混合管232的通道240(例如，次级燃料喷射器204可不具有用于燃料138的稳压室256和/或内部腔室254)的任何适当的构造。

图5为用于喷嘴210中的混合管302的示例性阵列300的透视图。在示例性实施例中，阵列300的混合管302与基架304和板306一体形成，使得混合管302从基架304延伸到板306。板306具有伸长形状，多个燃料入口孔308形成在其中，燃料入口孔各自与相应的混合管302的通道(未显示)处于流连通。基架304也具有伸长形状，其具有多个出口孔(未显示)，出口孔各自与相应的混合管302的通道处于流连通。阵列300包括十六个混合管302，其布置成两个并排的排312，使得一个排312的混合管302相对于另一个排312的混合管302偏移(或交替)。虽然仅一个混合管302被示出为具有穿孔314，但是在示例性实施例中，阵列300的所有混合管302被穿孔。例如，在一些实施例中，阵列300的所有混合管302可具有相同大小、数量和型式的穿孔314。在另一示例中，阵列300的一些混合管302可具有第一大小、形状和/或型式的穿孔314，而阵列300的其它混合管302可具有不同大小、形状和/或型式的穿孔314。在其它实施例中，阵列300可具有以任何适当的方式布置和穿孔的任何适当的数量的混合管302(例如，阵列300可具有少于或超过十六个混合管302，其不布置成排312)。

图6为用于阵列300中的示例性混合管400的侧视平面图。在示例性实施例中，混合管400为大体圆柱形且具有都为相同大小和形状的穿孔402(即，各个穿孔402具有基本长方形形状)。此外，穿孔402布置成排404，排404以基本螺旋方式从基架406延伸到板408。在其它实施例中，穿孔402可具有任何适当的大小、形状和/或型式。例如，在混合管400的其它实施例中，穿孔402可不都为相同大小和形状(例如，在一些实施例中，混合管400可具有至少两个不同大小或形状的穿孔402)。在另一示例中，穿孔402可不布置成基本螺旋排404，而是，可布置成另一适当的型式(例如，不具有可确定的排的型式)或可以看起来无定形的方式布置(即，没有可容易确定的型式的布置)。备选地，混合管400可具有促进使得喷嘴210能够如本文描述的那样起作用的任何适当的构造。

本文描述的方法和系统促进增强燃料和压缩气体在燃烧器中的混合。更具体而言，方法和系统促进将燃料喷射管定位在通过燃料喷射器的压缩气体流的中间，从而增强燃料在压缩气体中的分布。因而，方法和系统促进增强燃料和压缩气体在涡轮组件中的afs系统的次级燃料喷射器中的混合。方法和系统因此促进改进燃烧器(诸如，例如，涡轮组件中的燃烧器)的总体运行效率。这会提高输出和降低与运行燃烧器(诸如，示例，涡轮组件中的燃烧器)的相关联的成本。

上面详细描述燃料喷射器和其制造方法的示例性实施例。本文描述的方法和系统不限于本文描述的特定实施例，而是相反，方法和系统的构件可与本文描述的其它构件独立和分开来使用。例如，本文描述的方法和系统可具有不限于如本文描述的那样利用燃气涡轮组件来实践的其它应用。实际上，本文描述的方法和系统可与各种其它行业结合起来实施和使用。

虽然在各种具体实施例方面描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明可利用在权利要求的精神和范围内的修改进行实践。