用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型大体涉及燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机燃烧与空气混合的烃燃料，以生成高温气体流，其驱动涡轮叶片，以使附连于叶片且更特别地附连于发动机的燃料喷射器(其具有预混合燃料和空气的导向喷嘴)的轴旋转，同时实现较少氧化氮。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机广泛用于生成用于许多应用的功率。常规的燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮。在典型的燃气涡轮发动机中，压缩机对燃烧器提供压缩空气。进入燃烧器的空气与燃料混合并且燃烧。燃烧热气从燃烧器排出，并且流到涡轮的叶片中，以便使涡轮的连接于叶片的轴旋转。旋转轴的该机械能中的一些驱动压缩机和/或其它机械系统。
[0003]因为政府法令不赞成将氧化氮释放到大气中，所以设法使它们的产量(作为燃气涡轮发动机操作的副产物)保持低于可容许水平。燃料空气混合影响在燃气涡轮发动机的燃烧热气中产生的氧化氮的水平和发动机的性能两者。燃气涡轮发动机可采用一个或更多个燃料喷嘴来吸入空气和燃料，以便于发动机的燃烧器中的燃料空气混合。燃料喷嘴可位于燃气涡轮发动机的首端部分中，并且可构造成吸入待与燃料输入混合的空气流。典型地，各个燃料喷嘴可在内部由位于燃料喷嘴内部的中心本体支承。
[0004]描述燃气涡轮发动机中的燃烧过程的各种参数与氧化氮(NOx)的生成相互关联。例如，燃烧反应区中较高的气体温度导致生成较大量的氧化氮。一种降低这些温度的办法是通过使燃料空气混合物预混合，以及减小燃料与燃烧的空气的比。随着燃料与燃烧的空气的比减小，氧化氮的量也减小。但是，燃气涡轮发动机的性能存在折衷。由于随着燃料与燃烧的空气的比减小，故喷射器的导向火焰烧尽的倾向提高，并且因而使燃气涡轮发动机的操作不稳定。所谓的贫油熄火(LBO)事件的特征在于，火焰由于空气/燃料混合物太贫乏(燃料不足)而熄灭，LBO事件增加排放物和降低燃烧器效率。
[0005]美国专利N0.6446439 (出于所有目的而通过引用以其整体并入本文中)将燃料喷射到中心本体内的环形通道中，其中，与空气的混合发生，并且接着预混合的空气和燃料混合物被旋流，并且作为旋流导向物喷射。但是，以该方式无法在非常低水平的NOx排放物(即，低于百万分之3 (ppm))下实现燃烧稳定性。
[0006]因而，存在对在非常低水平的NOx排放物(即，低于百万分之3 (ppm))下的燃烧稳定性的需要。为了在涡轮周围有一些误差和不均匀性边界的情况下实现非常低水平的NOx排放物，要求燃料喷射器的稳定操作(即，极大改进的LBO避免)。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的方面和优点在下面在以下描述中阐述，或者从该描述，可为显而易见的，或者可通过实践本实用新型来学习。
[0008]本公开涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器，其包括:
[0009]a.沿轴向伸长的外周壁，其限定所述喷射器的外包络，所述壁具有内表面，所述内表面限定沿轴向伸长的内部腔体；
[0010]b.沿轴向伸长的中空中心本体，其设置在所述喷射器的内部腔体内，所述中心本体由上游端和下游端限定，所述下游端设置成沿轴向与所述上游端相对，所述中心本体由外表面和与所述外表面相对面向的内表面限定，所述内表面限定沿轴向伸长的内部通道；
[0011]C.一次空气流通路，其由设置在所述中心本体的外表面和所述外周壁的内表面之间的环形空间限定；
[0012]d.旋喷器，其包括沿径向延伸横跨所述一次空气流通路的多个旋流器导叶，所述旋流器导叶中的至少一个限定至少一个燃料导管，所述至少一个燃料导管在其一端处具有入口，并且在其相对的端部处具有出口，所述至少一个燃料导管构造和设置成与所述一次空气流通路流体连通；
[0013]e.预混合导向喷嘴，其具有连接于所述中心本体的下游端的上游端，所述预混合导向喷嘴具有设置成沿轴向与所述预混合导向喷嘴的上游端相对的下游端，所述预混合导向喷嘴限定多个沿轴向伸长的中空预混合通道，各个预混合通道具有设置在所述中心本体的下游端附近的上游端，并且限定填充开口，所述填充开口允许流体流到所述中空预混合通道中，各个预混合通道具有设置成沿轴向与所述预混合通道的上游端相对且设置在所述预混合导向喷嘴的下游端附近的下游端，各个预混合通道的各个下游端限定出口开口，所述出口开口允许流体从所述中空预混合通道排放；以及
[0014]f.燃料供应通道，其具有构造用于连接于燃料源的上游端，所述燃料供应通道具有设置在所述中心本体的下游端处且流体地连接于所述多个预混合通道的上游端的下游端。
[0015]如本文所用，燃料供应回路(仅将燃料馈送到一个喷射构件，旋喷器或预混合导向器，但不馈送到它们两者)被认为构成主动燃料供应。燃料回路(将燃料馈送到旋喷器，并且接着将燃料馈送到预混合导向器)被认为主动将燃料供应到旋喷器，并且被动地将燃料供应到预混合导向器。借助于阀或燃烧硬件外部的其它装置来主动地控制/调节的空气回路被认为构成主动空气供应。由燃烧硬件内部的固定孔口或通道控制的空气流被认为是被动空气供应。
[0016]具有本实用新型的预混合导向喷嘴的燃料喷射器的一个实施例包括用于将预混合燃料和空气从形成于喷射器的中心本体的下游端处的预混合导向喷嘴中的多个预混合通道喷射，并且将其喷射到燃气涡轮的燃烧区中的设备。可对预混合导向喷嘴供应来自主动空气供应的强制空气，或者通过设置在预混合导向喷嘴上游的常规旋喷器中的幕帘空气孔供应的被动空气。可对预混合导向喷嘴供应从常规旋喷器向下游供应且通过燃料喷射器的外周壁来自供应到燃料喷射器的首端容积的压缩空气的被动空气。可主动或被动地对预混合导向喷嘴供应燃料。可通过在常规的旋喷器和通过预混合导向喷嘴壁的燃料仓室之间添加燃料通路，以及将该燃料喷射到预混合导向喷嘴的预混合通道中，来供应被动燃料进料。预混合导向喷嘴可具有常规地馈送的燃料，或者作为集成到油筒中的后装式回路的一部分。
[0017]在本实用新型的另一个实施例中，燃料可从油筒喷射到导向预混合管中。
[0018]在审阅说明书之后，本领域技术人员将更好地认识到此类实施例和其它实施例的特征和方面。
【附图说明】
[0019]在包括对附图的参照的说明书的其余部分中，更加具体地对本领域技术人员阐述了本实用新型的完整且能够实现的公开，包括本实用新型的最佳模式，其中:
[0020]图1是涡轮系统的框图，该涡轮系统具有根据本技术的实施例的燃料喷嘴，其联接于燃烧器；
[0021]图2是本公开的燃气涡轮系统的若干部分的横截面图；
[0022]图3是具有根据本实用新型的实施例的预混合导向喷嘴的燃料喷嘴的横截面图的示意表示；
[0023]图4是沿着图5中的线4一4得到的、根据图3中显示的本实用新型的实施例的预混合导向喷嘴的一部分的横截面图的不意表不;
[0024]图5是沿着图4中的线5—5得到的、根据图3中显示的本实用新型的实施例的预混合导向喷嘴的横截面图的示意表示；
[0025]图6是具有根据本实用新型的另一个实施例的预混合导向喷嘴的燃料喷嘴的示意表示;
[0026]图7是沿着图6中的线7—7得到的、根据本实用新型的实施例的预混合导向喷嘴或者沿着图8中的线7—7得到的、根据本实用新型的另一个实施例的预混合导向喷嘴的横截面图的示意表示；
[0027]图8是沿着图7中的线8—8得到的、根据本实用新型的另一个实施例的预混合导向喷嘴的横截面图的示意表示；
[0028]图9是沿着图10中的线9一9得到的、根据本实用新型的实施例的预混合导向喷嘴的横截面图的示意表示；
[0029]图10是沿着图9中的线10 —10得到的、根据本实用新型的实施例的预混合导向喷嘴的横截面图的示意表示；
[0030]图11是具有根据本实用新型的又一个实施例的预混合导向喷嘴的燃料喷嘴的一部分的横截面图的示意表示；
[0031]图12是具有根据本实用新型的再一个实施例的预混合导向喷嘴，以及沿着线图10中标为12 - 12的视线得到的燃料喷嘴的一部分的横截面图的示意表示；
[0032]图13是具有根据本实用新型的另一个实施例的预混合导向喷嘴的燃料喷嘴的一部分的横截面图的示意表示；
[0033]图14是具有根据本实用新型的额外实施例的后装式预混合导向喷嘴的燃料喷嘴的一部分的表示的示意性横截面图；以及
[0034]图15是具有根据本实用新型的又一个实施例的后装式预混合导向喷嘴的燃料喷嘴的一部分的表示的示意性横截面图。
[0035]部件列表
[0036]10燃气涡轮系统
[0037]12燃料喷嘴组件
[0038]13首端容积
[0039]14燃料供应
[0040]16燃烧器
[0041]18 涡轮
[0042]20排气出口
[0043]21密封件
[0044]22 轴
[0045]23空气进口
[0046]24压缩机
[0047]25喷嘴凸缘
[0048]26扩散器出口
[0049]27 端板
[0050]28 负载
[0051]29用于后装式导向喷嘴的导向凸缘
[0052]30图6中的空气流
[0053]31图6、11中的燃料流
[0054]32燃烧室反应区
[0055]33中心线
[0056]34图12、13、14的轴向预混合通道的中心轴线