用于产生围绕液体燃料喷射器的密封的系统和方法
【专利摘要】本文公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件。燃料喷嘴组件可包括燃料喷射器，其包括外夹套，外夹套具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间。燃料喷射器的第一端可包括圆柱形密封表面。燃料喷嘴组件还可包括环形毂，其包括孔口，孔口具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间。孔口可构造成将燃料喷射器至少部分地收纳在其中，且包括围绕第一端的圆锥形座。圆柱形密封表面可沿圆锥形座向内型锻，以在液体燃料喷射器拧入孔口中时在其间形成密封。
【专利说明】
用于产生围绕液体燃料喷射器的密封的系统和方法
技术领域
[0001]本公开内容大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于产生围绕燃气涡轮发动机中的液体燃料喷射器的密封的系统和方法。【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机的操作效率和总体功率输出大体上随热燃烧气流的温度升高而提高。然而，热燃烧气流温度可产生较高水平的氮氧化物(NOx)。此类排放物受制于美国的联邦和州的法规，且可能受制于国外的类似法规。因此，在有效高温范围中操作燃气涡轮发动机同时还确保氮氧化物和其它类型的受管制的排放物良好保持在强制水平以下的利益之间存在平衡动作。此外，变化的负载水平、变化的环境条件和其它类型的操作参数也可能对整个燃气轮机的效率和排放具有显著影响。
[0003]若干类型的已知燃气涡轮发动机设计(诸如使用干式低N0x(〃DLN〃)燃烧器的那些)大体上使燃料流和空气流在反应或燃烧区上游预混，以便经由一定数目的预混燃料喷嘴减少NOx排放。此类预混趋于降低峰值火焰温度，且因此NOx排放。
[0004]对于燃料灵活性和功率系统可用性，低排放燃气轮机通常配备有除气体预混器之外的将液体燃料作为次级或后备燃料喷射的系统。液体燃料喷射器可经由气体混合器的中心插入。液体燃料喷射器必须在气体预混器内密封以确保适当的性能。通常，使用标准密封件。然而，限制性的空间限制可导致限制用于附加液体燃料喷射器的空间。此外，当前的密封件具有在冲洗期间可能捕集燃料的区域，需要更长的水冲洗循环。当前的密封技术还包括可能泄漏的两个密封表面。此外，可能容易忘记安装单独的密封件。其它设计选择试图经由硬钎焊或焊接操作来永久地安装喷射器，这可能由于不能除去它们而使液体燃料喷射器的维护复杂化。
【发明内容】
[0005]—些或所有以上需要和/或问题可通过本公开内容的某些实施例解决。根据实施例，公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件。燃料喷嘴组件可包括燃料喷射器，其包括外夹套，外夹套具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间。燃料喷射器的第一端可包括圆柱形密封表面。燃料喷嘴组件还可包括环形毂，其包括孔口，孔口具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间。孔口可构造成将燃料喷射器至少部分地收纳在其中，且包括围绕第一端的圆锥形座。圆柱形密封表面可沿圆锥形座向内型锻，以在液体燃料喷射器拧入孔口中时在其间形成密封。
[0006]在另一个实施例中，公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件。燃料喷射可包括液体燃料喷射器，其包括外夹套，外夹套具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间。液体燃料喷射器的第一端可包括圆柱形密封表面。燃料喷嘴还可包括环形毂，其包括孔口，孔口具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间。孔口可构造成将液体燃料喷射器至少部分地收纳在其中，且包括围绕第一端的圆锥形座，其构造成在液体燃料喷射器拧入孔口中时与液体燃料喷射器的圆柱形表面匹配。
[0007]根据另一个实施例，公开了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括压缩机、 与压缩机连通的燃烧器，以及与燃烧器连通的涡轮。燃烧器可包括燃料喷嘴组件，其具有包括外夹套的燃料喷射器，外夹套具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间。燃料喷射器的第一端可包括圆柱形密封表面。燃料喷嘴组件还可包括环形毂，其包括孔口，孔口具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间。孔口可构造成将燃料喷射器至少部分地收纳在其中，且包括围绕第一端的圆锥形座。圆柱形密封表面可沿圆锥形座向内型锻，以在液体燃料喷射器抒入孔口中时在其间形成密封。
[0008]本发明的第一技术方案提供了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件，包括: 燃料喷射器，其包括外夹套，所述外夹套具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间， 其中所述燃料喷射器的所述第一端包括圆柱形密封表面；以及环形毂，其包括孔口，所述孔口具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间，其中所述孔口构造成将所述燃料喷射器至少部分地收纳在其中，且包括围绕所述第一端的圆锥形座，其中所述圆柱形密封表面沿所述圆锥形座向内型锻，以在液体燃料喷射器拧入所述孔口中时在其间形成密封。
[0009]本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述燃料喷射器包括雾化液体燃料喷射器、普通射流液体燃料喷射器，或简单孔口液体燃料喷射器。
[0010]本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述孔口与液体燃料通路连通。
[0011]本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述外夹套包括:所述第一端与所述第二端之间的内部通路；以及围绕所述第二端设置的孔口，其中所述孔口比所述内部通路更窄。
[0012]本发明的第五技术方案提供了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件，包括: 液体燃料喷射器，其包括外夹套，所述外夹套具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间，其中所述液体燃料喷射器的所述第一端包括圆柱形密封表面；以及环形毂，其包括孔口，所述孔口具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间，其中所述孔口构造成将所述液体燃料喷射器至少部分地收纳在其中，且包括围绕所述第一端的圆锥形座，所述圆锥形座构造成在所述液体燃料喷射器拧入所述孔口中时与所述液体燃料喷射器的所述圆柱形密封表面匹配。
[0013]本发明的第六技术方案是在第五技术方案中，所述液体燃料喷射器的所述第二端包括基座表面。
[0014]本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，所述孔口的所述第二端包括基座表面，其构造成在所述液体燃料喷射器拧入所述孔口中时与所述液体燃料喷射器的所述基座表面匹配。
[0015]本发明的第八技术方案是在第五技术方案中，所述孔口与液体燃料通路连通。
[0016]本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，所述液体燃料通路包括在其中的燃料仓室。
[0017]本发明的第十技术方案是在第五技术方案中，所述外夹套包括所述第一端与所述第二端之间的内部通路，其中所述内部通路与围绕所述第二端设置的孔口连通。
[0018]本发明的第十一技术方案是在第十技术方案中，所述孔口比所述内部通路更窄。
[0019]本发明的第十二技术方案是在第十技术方案中，还包括设置在所述内部通路内的旋流器。
[0020]本发明的第十三技术方案是在第五技术方案中，所述液体燃料喷射器包括雾化液体燃料喷射器、普通射流液体燃料喷射器，或简单孔口液体燃料喷射器。
[0021]本发明的第十四技术方案提供了一种燃气涡轮发动机，包括:压缩机;与所述压缩机连通的燃烧器，所述燃烧器包括燃料喷嘴组件，其包括:燃料喷射器，其包括外夹套，所述外夹套具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间，其中所述燃料喷射器的所述第一端包括圆柱形密封表面；以及环形毂，其包括孔口，所述孔口具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间，其中所述孔口构造成将所述燃料喷射器至少部分地收纳在其中，且包括围绕所述第一端的圆锥形座，其中所述圆柱形密封表面沿所述圆锥形座向内型锻，以在液体燃料喷射器拧入所述孔口中时在其间形成密封;以及与所述燃烧器连通的涡轮。
[0022]本发明的第十五技术方案是在第十四技术方案中，所述燃料喷射器的所述第二端包括基座表面。
[0023]本发明的第十六技术方案是在第十五技术方案中，所述孔口的所述第二端包括基座表面，其构造成在所述燃料喷射器拧入所述孔口中时与所述燃料喷射器的所述基座表面匹配。
[0024]本发明的第十七技术方案是在第十四技术方案中，所述孔口与液体燃料通路连通。
[0025]本发明的第十八技术方案是在第十四技术方案中，所述外夹套包括所述第一端与所述第二端之间的内部通路，其中所述内部通路与围绕所述第二端设置的孔口连通。
[0026]本发明的第十九技术方案是在第十八技术方案中，所述孔口比所述内部通路更窄。
[0027]本发明的第二十技术方案是在第十四技术方案中，所述液体燃料喷射器包括雾化液体燃料喷射器、普通射流液体燃料喷射器，或简单孔口液体燃料喷射器。
[0028]本公开内容的其它实施例、方面和特征将从以下详细描述、附图和所附权利要求对于本领域技术人员变得清楚。【附图说明】
[0029]现在将参照附图，附图不一定按比例绘制。
[0030]图1示意性地绘出了根据实施例的示例燃气涡轮发动机。[0031 ]图2示意性地绘出了根据实施例的示例燃烧器。
[0032]图3示意性地绘出了根据实施例的示例预混燃料喷嘴。
[0033]图4示意性地绘出了根据实施例的示例液体燃料系统。
[0034]图5示意性地绘出了根据实施例的示例液体燃料喷射器。
[0035]图6示意性地绘出了根据实施例的示例液体燃料喷射器。
[0036]图7示意性地绘出了根据实施例的示例液体燃料系统。
[0037]图8示意性地绘出了根据实施例的示例液体燃料系统。【具体实施方式】
[0038]现在将参照附图来在下文中更完整描述示范性实施例，附图中示出了一些而非所有实施例。本公开内容可以以许多不同形式体现，且不应当看作是限于本文所述的实施例。 相似的数字表示各处相似的元件。
[0039]现在参看附图，其中相似的数字表示若干视图各处的相似元件，图1示出了可在本文中使用的燃气涡轮发动机10的简图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15压缩进入的空气流20。压缩机15将压缩的空气流20送至燃烧器25。燃烧器25使压缩的空气流20 与加压的燃料流30混合，且点燃混合物来产生燃烧气流35。尽管仅示出了单个燃烧器25,但燃气涡轮发动机10可包括以周向阵列或其它方式布置的任何数目的燃烧器25。燃烧气流35 继而又输送至涡轮40。燃烧气流35驱动涡轮40以便产生机械功。在涡轮40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15,以及诸如发电机的外部负载50等。
[0040]燃气涡轮发动机10可使用天然气、液体燃料、各种类型的合成气和/或其它类型的燃料和其混合物。燃气祸轮发动机10可为由General Electric公司(Schenectady, New York)提供的一定数目的不同燃气涡轮发动机中的任一种，包括但不限于诸如7或9系列重载燃气涡轮发动机等的那些。燃气涡轮发动机10可具有不同构造，且可使用其它类型的构件。其它类型的燃气涡轮发动机也可在本文中使用。多个燃气涡轮发动机、其它类型的涡轮和其它类型的发电设备也可在本文中一起使用。
[0041]图2示出了可结合上文所述的燃气涡轮发动机10等使用的燃烧器25的实例的简图。燃烧器25可从头端处的端盖52延伸至涡轮40周围的后端处的过渡件54。一定数目的燃料喷嘴56可围绕端盖52定位。衬套58可从燃料喷嘴56朝过渡件54延伸，且可在其中限定燃烧区60。衬套58可由导流套筒(flow sleeve)62包绕。衬套58和导流套筒62可限定其间的流动通路64，以用于来自压缩机15或别处的空气流20。外壳66可部分地包绕导流套筒62。任何数目的燃烧器25可在本文中以周向阵列等使用。如上文所述，空气流20和燃料流30可在燃烧器25中点燃以产生燃烧气流35。本文所述的燃烧器25仅用于实例的目的。具有其它类型的构件和其它构造的燃烧器也可在本文中使用。
[0042]图3示出了可在本文中描述的预混燃料喷嘴100的实例。预混燃料喷嘴100可结合燃烧器25等使用。燃烧器25可使用以任何构造的任何数目的预混燃料喷嘴100。
[0043]总体来说，预混燃料喷嘴100可包括外环形护罩110。外环形护罩110可从其上游端上的空气入口 120延伸，且可终止于其下游端处的燃烧区60周围。外环形护罩110可包绕内环形壁或毂130。毂130可从其上游端处的气体燃料喷嘴凸缘140延伸，且可终止于外环形护罩110的端部上游。外环形护罩110和毂130可在其间限定预混室150。预混室150可与来自压缩机15或别处的空气流20连通。一定数目的旋流器导叶160也可从毂130延伸至外环形护罩 110或其周围。旋流器导叶160可具有任何适合的尺寸、形状或构造。一定数目的燃料喷射端口 170可围绕旋流器导管160定位。燃料喷射端口 170可与燃料流30连通。具有喷射端口 170 的旋流器导叶160因此提供了燃料/空气混合和预混的火焰稳定。在该实例中，燃料流30可为天然气流。本文中可使用其它类型的燃料。空气流20和燃料流30可开始在预混室105和旋流器导叶160内混合，且流入燃烧区60。本文中可使用其它构件和其它构造。
[0044]预混燃料喷嘴100还可包括一定数目的同心管，其限定用于不同类型的流体的流的离散环形通路。同心管可具有任何适合的尺寸、形状或构造。用于诸如天然气的主燃料流的气体通路180可从气体燃料喷嘴凸缘140延伸至旋流器导叶160周围的燃料喷射端口 170。
[0045]在使用中，预混燃料喷嘴100将经由气体通路180和旋流器导叶160的燃料喷射端口 170的诸如天然气的燃料流30与经由空气入口 120来自压缩机15或别处的空气流20相混合。流可在旋流器导叶160下游成旋流，且在燃烧区60内点燃之前在预混室150内混合。 [〇〇46]预混燃料喷嘴100还可包括液体燃料系统200。液体燃料系统200可提供次级燃料流，诸如馏分、生物柴油、乙醇等。液体燃料系统200可包括液体燃料通路202。液体燃料通路 202可从气体燃料喷嘴凸缘140延伸至一定数目的液体燃料喷射器204。液体燃料喷射器204 可在如图所示的单个平面中对准，且/或喷射器204可为交错构造。可使用任何数目的液体燃料喷射器204。在一些情况中，液体燃料喷射器204可为雾化液体燃料喷射器、普通射流喷射器和/或简单孔口喷射器。本文中可使用其它类型的燃料喷射器。本文中可使用任何类型或组合的液体燃料喷射器。[〇〇47]如图4-6中所示，液体燃料喷射器204可为雾化液体燃料喷射器。例如，各个液体燃料喷射器204可包括外夹套206,其具有第一端208和第二端210,其中螺纹表面212设置在其间。外夹套206可包括第一端208与第二端210之间的内部通路214。内部通路214可与围绕第二端210设置的孔口216连通。在一些情况中，孔口216可比内部通路214更窄。
[0048] 旋流器218可设置在内部通路214内。旋流器218可包括通向上凸缘222的下柄220。 上凸缘222可包括定位在其中的一定数目的槽口224。在一些情况中，槽口224可为成角的。 可使用任何数目的槽口 224。此外，一定数目的支柱226可从下凸缘220延伸至内部通路214 的表面。在一些情况中，形成在内部通路214内的唇部228可构造成与支柱226抵靠或匹配。 本文中可使用其它类型的旋流器。[〇〇49] 毂130可包括孔口 230，孔口 230具有第一端232和第二端234，其中螺纹表面236设置在其间。孔口 230可构造成将液体燃料喷射器204至少部分地收纳在其中。孔口 230可与液体燃料通路202连通。在一些情况中，液体燃料通路202可包括燃料仓室238。
[0050]因此，液体燃料流可流过液体燃料通路202。液体燃料可在其流过内旋流器218的上凸缘222的槽口 224时加速。流然后可在其经过窄孔口 216时加速，且在其进入预混室150 来在其中与空气流20混合时雾化。在一些情况中，液体燃料喷射器204可围绕旋流器导叶 160下游的毂130安装，以便在通过扭曲气体燃料/空气混合物轮廓来在气体燃料上操作时避免削弱整个预混燃料喷嘴100的空气动力，或削弱操作和/或排放顺应性。[0051 ]为了确保充分密封形成在液体燃料喷射器204与毂130之间，液体燃料喷射器204 的第一端208可包括圆柱形密封表面240,且液体燃料喷射器204的第二端210可包括基座表面242。孔口 230可包括围绕第一端232的圆锥形座244，其构造成在液体燃料喷射器204拧入孔口 230中时与液体燃料喷射器204的圆柱形密封表面240匹配。以此方式，圆柱形密封表面 240沿圆锥形座244向内型锻(swage)，以在液体燃料喷射器204拧入孔口 230中时在其间形成密封。圆柱形密封表面240和/或圆锥形座244的长度、厚度和/或角可变化。孔口 230的第二端可包括基座表面246，其构造成在液体燃料喷射器204拧入孔口 230中时与液体燃料喷射器204的基座表面242匹配。基座表面242可设置和/或限制圆柱形密封表面240与圆锥形座244之间的接合量。用语型锻尤其意味着将构件推入受限空间中以便减小构件的直径且产生其间的密封。[〇〇52]圆柱形密封表面240和对应的圆锥形座244确保液体燃料喷射器204与毂130之间的充分密封，而不安装单独密封构件。密封布置确保了燃料流过孔口 216且不围绕液体燃料喷射器204流动。本布置消除了对几百个附加昂贵密封件的需要，且允许了液体燃料喷射器204较紧装入毂130内，导致较低的排放和较好的热保护。此外，液体燃料喷射器204与毂130 之间的密封界面提供了用于液体燃料的更清洁得多的流动通路。流动通路可在回路关闭之后冲洗清洁。本布置还提供了液体燃料与喷射器壳体的热壁之间的"热障"。这有助于消除在雾化器的湿壁上形成焦炭。[〇〇53]图7和8绘出了备选的燃料喷射器的实施例。例如，图7绘出了液体燃料喷射器304。 液体燃料喷射器304可包括外夹套306,其具有第一端308和第二端310,其中螺纹表面312设置在其间。外夹套306可包括第一端308与第二端310之间的内部通路314。内部通路314可与围绕第二端310设置的孔口316连通。在一些情况中，孔口316可比内部通路314更窄。
[0054]旋流器318可设置在内部通路314内。旋流器318可包括定位在其中的一定数目的槽口324。在一些情况中，槽口324可为成角的。可使用任何数目的槽口324。本文中可使用任何类型的旋流器。[〇〇55]为了确保充分密封形成在液体燃料喷射器304与毂130之间，液体燃料喷射器304 的第一端308可包括圆柱形密封表面340,且液体燃料喷射器304的第二端310可包括基座表面342。孔口 230可包括围绕第一端232的圆锥形座244，其构造成在液体燃料喷射器304拧入孔口 230中时与液体燃料喷射器304的圆柱形密封表面340匹配。以此方式，圆柱形密封表面 340沿圆锥形座244向内型锻，以在液体燃料喷射器304拧入孔口230中时在其间形成密封。 圆柱形密封表面340和/或圆锥形座244的长度、厚度和/或角可变化。基座表面246可构造成在液体燃料喷射器304拧入孔口 230中时与液体燃料喷射器304的基座表面342匹配。基座表面342可设置和/或限制圆柱形密封表面340与圆锥形座244之间的接合量。[〇〇56]图8绘出了液体燃料喷射器404。液体燃料喷射器404可包括外夹套406,其具有第一端408和第二端410,其中螺纹表面412设置在其间。外夹套406可包括第一端408与第二端 410之间的内部通路414。内部通路414可与围绕第二端410设置的孔口416连通。在一些情况中，孔口416可比内部通路414更窄。[〇〇57]为了确保充分密封形成在液体燃料喷射器404与毂130之间，液体燃料喷射器404 的第一端408可包括圆柱形密封表面440，且液体燃料喷射器404的第二端410可包括基座表面442。孔口 230可包括围绕第一端232的圆锥形座244，其构造成在液体燃料喷射器404拧入孔口 230中时与液体燃料喷射器404的圆柱形密封表面440匹配。以此方式，圆柱形密封表面 440沿圆锥形座244向内型锻，以在液体燃料喷射器404拧入孔口230中时在其间形成密封。 圆柱形密封表面440和/或圆锥形座244的长度、厚度和/或角可变化。基座表面246可构造成在液体燃料喷射器404拧入孔口 230中时与液体燃料喷射器404的基座表面442匹配。基座表面442可设置和/或限制圆柱形密封表面440与圆锥形座244之间的接合量。[〇〇58]尽管以结构特征和/或方法动作特有的语言描述了实施例，但将理解的是，本公开内容不一定限于所述的特定特征或动作。相反，特定特征和动作公开为实施该实施例的示范性形式。
【主权项】
1.一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件，包括:燃料喷射器，其包括外夹套，所述外夹套具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其 间，其中所述燃料喷射器的所述第一端包括圆柱形密封表面;以及环形毂，其包括孔口，所述孔口具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间，其中 所述孔口构造成将所述燃料喷射器至少部分地收纳在其中，且包括围绕所述第一端的圆锥 形座，其中所述圆柱形密封表面沿所述圆锥形座向内型锻，以在液体燃料喷射器拧入所述 孔口中时在其间形成密封。2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述燃料喷射器包括雾化液体燃 料喷射器、普通射流液体燃料喷射器，或简单孔口液体燃料喷射器。3.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述孔口与液体燃料通路连通。4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述外夹套包括:所述第一端与所述第二端之间的内部通路；以及围绕所述第二端设置的孔口，其中所述孔口比所述内部通路更窄。5.—种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件，包括:液体燃料喷射器，其包括外夹套，所述外夹套具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置 在其间，其中所述液体燃料喷射器的所述第一端包括圆柱形密封表面;以及环形毂，其包括孔口，所述孔口具有第一端和第二端，其中螺纹表面设置在其间，其中 所述孔口构造成将所述液体燃料喷射器至少部分地收纳在其中，且包括围绕所述第一端的 圆锥形座，所述圆锥形座构造成在所述液体燃料喷射器拧入所述孔口中时与所述液体燃料 喷射器的所述圆柱形密封表面匹配。6.根据权利要求5所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述液体燃料喷射器的所述第二 端包括基座表面。7.根据权利要求6所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述孔口的所述第二端包括基座 表面，其构造成在所述液体燃料喷射器拧入所述孔口中时与所述液体燃料喷射器的所述基 座表面匹配。8.根据权利要求5所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述孔口与液体燃料通路连通。9.根据权利要求8所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述液体燃料通路包括在其中的 燃料仓室。10.根据权利要求5所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述外夹套包括所述第一端与 所述第二端之间的内部通路，其中所述内部通路与围绕所述第二端设置的孔口连通。
【文档编号】F23R3/38GK106016365SQ201610172057
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】T.E.约翰逊, K.M.格拉哈姆
【申请人】通用电气公司