专利名称：燃气轮机及其装配方法
技术领域：
本发明一般而言涉及旋转式机械，特别涉及用于装配燃气轮机的方法和装置。
背景技术：
许多已知的燃气轮机在燃烧器中点燃燃料空气混合气并且产生燃气气流，该燃气气流通过热气通道通入涡轮中。压缩空气通过压气机通入到燃烧器中。燃烧器装置通常具有燃料喷嘴，该燃料喷嘴便于将燃料和空气输送入燃烧器的燃烧区域中。涡轮将燃气气流的热能转换为旋转涡轮转轴的机械能。涡轮的输出可用于提供动力给机器，例如发电机或者泵。
许多已知的燃料喷嘴装置具有由多种材料制成的多个组件，它们通过铜焊连接结合到一起。包括铜焊连接的这些材料可能具有不同的热膨胀属性，该属性具有热膨胀和收缩的不同的速率和大小。
燃料喷嘴装置通常在非常接近燃烧器装置的燃烧区域内。由于非常接近燃烧区域，这些喷嘴和它们的组成部件可能经受从约24摄氏度(75华氏温度)的大体室温到约1316℃到1593℃(2400到2900)的运行温度的温度变化范围。因此，与燃料喷嘴装置材料的不同的热膨胀和收缩属性结合的大温度变化范围会导致在铜焊连接中的应力，其中包括与燃烧器端盖和燃料喷嘴插入件相关的铜焊连接。
发明内容
在一个方面，提供一种装配燃气轮机的方法。该方法包括连接至少一个燃料喷嘴内部雾化空气管到燃烧器端盖板体上，和通过插入至少一个流控制装置到燃料喷嘴插入部件主体上来对燃料喷嘴插入部件进行装配。该方法还包括插入至少一个密封件在燃料器端盖板体和燃料喷嘴插入部件主体之间，并在环形扩散燃料通道的至少一部分内，并且插入至少一个密封件在燃料器端盖板体和燃料喷嘴插入部件之间，并在节流孔前预混合燃料环形空间之内。该方法还包括连接燃料喷嘴插入部件主体到燃烧器端盖板体上，插入至少一个导风筒到导风筒支撑装配件上，插入导风筒支撑装配件到燃料喷嘴插入部件主体支撑表面上，并且通过连接至少一个径向外部管、至少一个径向内部管、至少一个中间管和至少一个燃料喷嘴安装凸缘来装配燃料喷嘴部件。该方法还包括通过连接燃料喷嘴部件到燃烧器端盖板体上来装配燃料喷嘴装置。
在另一方面，提供燃料喷嘴装置。燃料喷嘴装置包括燃烧器端盖板部件，至少一个燃料喷嘴插入部件和燃料喷嘴部件。该盖部件包括燃烧器端盖板体。插入部件包括插入主体和至少一个流控制装置。燃料喷嘴部件包括至少一个管。燃料喷嘴装置还包括多个密封件。该密封件被插入到插入主体、端盖板体和管壁之间。
在又一方面，提供燃气轮机。该燃气轮机包括压气机。该燃气轮机还包括至少一个燃料源，和与压气机流体连通的燃烧器。该燃烧器包括燃料喷嘴装置，并且该燃料喷嘴装置包括燃烧器端盖部件、至少一个燃料喷嘴插入部件和多个密封件。该盖装置包括燃烧器端盖板体。该插入部件包括插入主体和至少一个流控制装置。该流控制装置被构造以有助于在燃气轮机内燃料具有大体上可重复的预定分配。这些密封件插入在插入主体、端盖板体和管壁之间。
图1是示例的燃气轮机的示意图；图2是与图1中的燃气轮机一起使用的示例的燃料喷嘴装置的局部视图；图3是与图1中的燃气轮机一起使用的示例的燃料喷嘴装置的放大的局部视图；图4是与图1中的燃气轮机一起使用的波纹管装置的可选择的实施例的局部视图。
具体实施例方式
图1是示例的燃气轮机100的示意图。发动机100包括压气机102和燃烧器104。燃烧器104包括燃烧区域105和燃料喷嘴装置106。发动机100还包括涡轮108和共同的压气机/涡轮轴110(有时称为转子110)。在一个实施例中，发动机100是MS7001发动机，有时称为7FB发动机，可从South Carolina，Greenville的通用电气公司购得。本发明不限于任意一种特定的发动机，可以移植与其它的发动机相连，例如，通用电气公司的MS7001A(7FA)，MS9001FA(9FA)和MS9001FB(9FB)发动机型号。
在运行过程中，空气流过压气机102并且压缩空气被供给入燃烧器104。具体来说，大量的压缩空气被供给到集成在燃烧器104上的燃料喷嘴装置106。一些燃烧器具有从压气机104分配到稀释空气子系统(在图1中未示出)中的空气流的一部分，并且大部分的燃烧器具有至少一些密封泄漏。装置106与燃烧区域105流体连通。燃料喷嘴装置106还与燃料源(在图1中未示出)流体连通，并且将燃料和空气送入到燃烧区域105中。燃烧器104点燃并且燃烧燃料，例如天然气和/或燃料油，其产生接近1316摄氏度到1593摄氏度(2400华氏温度到2900华氏温度)的高温燃气气流。燃烧器104与涡轮108流体连通，并且气流热能被转换为机械旋转能。涡轮108可旋转的连接并且驱动转子110。压气机102也可旋转的连接到轴110上。在示例的实施例中，存在多个燃烧器104和燃料喷嘴装置106。在接下来的描述中，除非另外说明，仅仅对每种组件的一个进行描述。
图2是示例的燃料喷嘴装置200的局部视图，其可作为燃烧器104(在图1中示出)的一个部件与燃气轮机100(在图1中示出)一起使用。装置200包括至少一个燃料供给管202和雾化空气筒式部件203。该部件203包括连接到多个内部雾化空气管205的多个空气供给管204。装置200还包括燃烧器端盖部件206。盖部件206包括多个用于输送空气和燃料的开口通道(在下面进一步描述)，多个端盖板体208，和多个端盖到燃烧器壳体紧固件210。在示例的实施例中，板体208采用机加工过程形成，该过程包括在板体208之内形成多个腔，以随后容纳(但是不限于)多个预混合燃料供给通道218，扩散燃料供给通道220，多个雾化空气供给管204，燃料喷嘴插入部件212(在下面进一步描述)，多个端盖到燃烧器壳体紧固件210，多个插入到端盖的紧固件214和多个罩到端盖的紧固件217。可选择的，板体208的现有型号可被改造为示例实施例中大体上类似的板体208。盖部件206通过紧固件210连接到燃烧器104(在图1中示出)的壳体上。雾化空气筒式部件203连接到端盖板体208上。
装置200还包括多个燃料喷嘴插入部件212(在下面更详细的描述)和燃料喷嘴部件225。燃料喷嘴部件包括多个喷嘴径向外部管216，多个中间管223，罩安装凸缘222，多个径向内部管221，环形扩散燃料通道219和燃料喷嘴罩224。燃料喷嘴插入部件212通过紧固件214连接到端盖板体208上。罩224通过紧固件217和罩安装凸缘222连接到端盖板体208上。
燃料从燃料源(图2中未示出)通过至少一个供给管202输送入装置200中。预混合燃料通过通道218和燃料喷嘴插入部件212如相关箭头所示输送入管216中。扩散燃料通过管220如相关箭头所示输送入通道219中。燃烧空气从压气机102(图1中示出)输入到空气供给管204中，从那里如相关箭头所示进一步通入到管205中。通常来说，多个燃料喷嘴装置200(在图2中仅仅示出了一个)被设置为环绕轴110(在图1中示出)，从而使得具有大体上均匀温度的燃烧气体的环绕气流在燃烧器104中产生，并且被通入到涡轮108(如图1所示)中。包括插入部件212的燃料喷嘴部件200的一部分，如虚线所示，在图3中放大并且在下面更详细的描述。
图3是示例的燃料喷嘴装置300的放大的局部视图，该装置300可与燃气轮机100(如图1所示)一起使用。装置300包括端盖板体302和燃料喷嘴插入部件304。部件304包括主体305和多个节流孔塞306(在图3中仅仅示出了2个)。在示例的实施例中，主体305是采用机加工过程形成，该过程包括在主体305内形成多个腔和通道，以随后容纳(但不限于)节流孔塞306和多个插入到端盖紧固件307(在图3中仅仅示出了一个)。燃料喷嘴插入部件304通过插入塞306装配到主体305中的相关的腔中。每个节流孔塞306具有至少一个节流孔开口309。
装置300还包括至少一个预混合燃料供给通道308和扩散燃料供给通道310。通道308和310在机加工过程期间形成在主体302中。装置300还包括节流孔前预混合燃料环形空间312，环形扩散燃料通道314，形成内部雾化空气通道318的内部雾化空气管316，节流孔后预混合燃料环形空间320和燃料喷嘴部件321。燃料喷嘴部件321包括径向外部管322，径向内部管328，预混合燃料供给通道326和中间管324。在装配过程期间，当插入主体305连接到主体302时环形空间312形成。通道314也在装配期间由管316，主体302，主体305和管328形成。环形空间320通过主体305和支撑装配件333(在下面详细描述)形成。通道326由中间管324，径向内部管328和插入主体305形成。护罩336被设定尺寸，从而使得在护罩336和主体305之间的间隙足够大以便于热膨胀以及足够小以便于减少空气泄漏。
装置300还包括第一密封件330，第二密封件332，第三密封支撑装配件333，波纹管334和波纹管支撑装配件支撑表面335。
第一密封件330是环形W型密封件(称为W型密封件，由于其形状大体类似于字母W)，其在端盖板体302和插入部件304之间设置在通道314的上游区域之内。可选择的，密封件330可以为C型密封件，E型密封件或者满足或者超过在装置300的运行中使用的密封件的预定特性的任意的密封类型。密封件330被定位，设置尺寸并且设定形状以便于减少在通道314和环形空间312之间的燃料泄漏。密封件330在环形扩散燃料通道314内设置在部件304和主体302之间。
第二密封件332也是环形W型密封件，其设置在端盖板体302和插入部件304之间的环形空间312之内。可选择的，密封件332可为C型密封件，E型密封件或者满足或者超过在装置300的运行中使用的密封件的预定特性的任意的密封类型。密封件332被定位，设置尺寸并且设定形状以便于减少在环形空间312和护罩336的外部区域之间的燃料泄漏。第二密封件332在节流孔前预混合燃料环形空间312内设置在部件304和主体302之间，该环形空间312由主体302和主体305形成。
波纹管334是环形金属波纹管，其在插入部件304和径向内部管328之间设置在通道314内。波纹管334被定位，设置尺寸并且设定形状以便于通过适应在管324和328之间的热膨胀差异减少在环形空间320和通道314之间的燃料泄漏。支撑装配件333包括环形形状并且设置在波纹管334上。在示例的实施例中，密封支撑333设置在环形空间320之内。
波纹管334插入到燃料喷嘴装置300中。管328焊接到波纹管334上，并且被设置为使得管328的一部分与支撑装配件333接触。波纹管334还焊接到装配件支撑表面335上。支撑装配件333的一部分在波纹管334的环形空间320侧上铜焊到装配件支撑表面335上，并且便于支撑波纹管334，来减少可能会减小其密封效果的波纹管334的弯曲或者其他变形的可能性。支撑装配件333和主体305形成节流孔后预混合燃料环形空间320。
密封件330和332以及波纹管334在装配期间被压缩到预定的长度(在下面进行描述)，并且在发动机100(如图1所示)的整个运行范围内在增加温度和减少温度的情况下分别膨胀和收缩。密封件330和332可由柔性材料制成，并且可大体上抵抗高温。密封件330和332插入到部件304上，从而使得在它们用于维护活动的拆卸之后，进行再次装配时可重新使用。
在第一密封件330和第二密封件332正确定位的情况下插入部件304连接到端盖板体302上。紧固件307(图3中仅仅示出了一个)使用来连接主体305到主体302上。紧固主体305到主体302会压缩密封件330和332到预定的长度，并且维持密封件330和332在适当的位置，使得从预定位置无意地移去的可能性减少。
插塞306包含节流孔309，它们设置在插入主体305之内并且设定尺寸来引导预定速率的预混合燃料流到燃料喷嘴部件321，从而使得燃料在多个喷嘴(在图3中仅仅示出了一个)间大体上平均分配，并且有助于在预定温度下的大体上完全和均匀的燃料燃烧。预混合燃料通过至少一个供给通道308进入到装置300中，并且通向到节流孔前预混合燃料环形空间312中。环形空间312在围绕着燃料喷嘴部件321的燃烧器104内环绕地延伸，从而使得节流孔塞306上游的燃料压力在整个环形空间312上大体上是相同的，并且便于大体上均匀的燃料流到每个喷嘴部件321中。预混合燃料通入节流孔后预混合燃料环形空间320中，该环形空间320也在燃烧器104内围绕喷嘴部件321环绕地延伸，从而使得有助于大体上相同的燃料压力和燃料流到每个喷嘴部件321中。燃料流通过预混合燃料供给通道326通入到燃烧区域105(在图1中示出)，通道326可由径向内部管328和中间管324形成。预混合燃料流用相关的箭头示出。节流孔塞306固定地插入到插入部件304中，从而使得在用于维护活动的拆卸之后的再装配活动期间，节流孔到喷嘴的不匹配的可能性减少。
扩散燃料通过扩散供给通道310和环形扩散通道314通入燃烧区域105中。通道314由插入主体305，波纹管334，径向内部管328和内部雾化空气管316形成。扩散燃料流用相关的箭头示出。
空气通过空气管316进入燃烧区域105中，并且气流用相关箭头示出。
装置300还包括具有环形护罩空气通道337的护罩336和多个叶片338(通常8到12个)，这些叶片用于混合从燃烧器104经通道337来的空气与从节流孔后预混合燃料环形空间320来的燃料。叶片338包括叶片护罩340。燃料和空气混合气通过由径向外部管322和中间管324形成的通道随后被传送到燃料喷嘴顶端(在图3中未示出)。叶片护罩340焊接到护罩336上。
图4是波纹管装置400的可选择实施例的示意图，其可与燃气轮机100(在图1中示出)一起使用。装置400包括端盖板体402，节流孔前预混合燃料环形空间403，燃料喷嘴插入主体404，密封件405，具有节流孔407的节流孔塞406，节流孔后预混合燃料环形空间408，波纹管410，波纹管支撑装配件412，波纹管支撑装配件支撑表面413，中间管416，径向内部管414，具有环形护罩空气通道422的护罩418，环形扩散燃料通道420，叶片424和叶片护罩426。在此可选择的实施例中，与通道410的环形空间408侧相比，支撑装配件412设置在波纹管410的通道420侧，以减轻在运行时管414的振动。
密封件405是环形W型密封件，其设置在节流孔前预混合燃料环形空间403之内，该环形空间403形成在端盖板体402和燃料喷嘴插入主体404之间。可选择的，密封件405可以为C型密封件，E型密封件或者满足或者超过在波纹管装置400的运行中使用的密封件的预定特性的任意的密封类型。
波纹管410在管414侧上焊接到装配件412上。波纹管410还焊接到波纹管支撑装配件支撑表面413上。支撑表面413铜焊接到主体404上。支撑装配件412被设置具有与支撑表面413的滑动配合接触。支撑装配件412焊接到管414上。护罩418焊接到叶片护罩426上。管414铜焊到管416上。管416焊接到主体404上并且护罩418被设置具有与主体404的接触滑动配合。
塞406包含节流孔407，其设置在插入主体404内并且设置尺寸以引导预预定速率的混合燃料流到环形空间408，从而使得燃料大体均匀的分配到多个喷嘴(在图4中未示出)上，并且有助于在预定温度下的大体上完全和均匀燃料燃烧。在图4中的装置400示出了从燃料器104来的空气通过护罩通道422通入到叶片424，并且与从环形空间408通向叶片424的预混合燃料进行混合。燃料和空气混合气随后被输送到燃料喷嘴顶端(在图4中未示出)。
在此描述的用于燃料喷嘴装配的方法和装置便于燃气轮机的运行。更具体的，如上所述的对燃料喷嘴装置的设计，装配，安装和运行通过减少在燃料喷嘴中的燃料损失便于燃气轮机的运行。而且，在燃料喷嘴装置中的可再使用的密封件的插入可减少密封件的替换活动。而且，固定安装节流孔塞到燃料喷嘴插入部件可减少在可选择插入部件中错误安装节流孔塞的可能性。因此，易于提高均匀燃料空气比，并且可减少或者消除燃气轮机效率的降低，在燃料成本中相关的增加，延伸的维持成本和发动机运转中断。
虽然在此描述和/或示出的方法和装置是针对燃气轮机的方法和装置进行描述和/或示出，并且更具体的针对燃料喷嘴装置，但在此描述和/或示出的方法的实施不限于燃料喷嘴装置，也通常不限于的燃气轮机。相反的，在此描述和/或示出的方法可应用来设计，安装和运行任意系统。
与燃气轮机相关的燃料喷嘴装置的示例实施例在上面已经详细描述。该方法，装置和系统不限于在此描述的具体实施例也不限于设计，安装和运行的具体燃料喷嘴装置，而是设计，安装和运行燃料喷嘴装置的方法可与在此描述的其它的方法，装置和系统独立和分离的利用，或者可用于设计，安装和运行没在此描述的部件。例如，其它的部件也可采用在此描述的方法进行设计，安装和运行。
虽然本发明已经就多个具体的实施例进行了描述，但本领域技术人员应当认识到本发明能够利用在权利要求的精神和范围内的修改来实施。
部件目录
权利要求
1.一种燃料喷嘴装置，包括燃烧器端盖部件，所述盖部件包括燃烧器端盖板体；至少一个燃料喷嘴插入部件，其包括插入主体和至少一个流控制装置；燃料喷嘴部件，其包括至少一个管壁；在所述插入主体、所述端盖板体和所述管壁之间的多个密封件。
2.如权利要求1所述的燃料喷嘴装置，其中所述流控制装置包括插入到所述插入主体中的至少一个节流孔塞，所述节流孔塞包括至少一个节流孔，所述节流孔设置在所述插入主体内并且确定尺寸以有助于与所述燃料喷嘴装置相关的预定燃料流速率和型式。
3.如权利要求2所述的燃料喷嘴装置，其中所述节流孔塞固定插入到所述插入主体中，从而使得错误更改预定燃料流速率和型式的可能性被减小。
4.如权利要求1所述的燃料喷嘴装置，其中所述多个密封件包括至少一个大体上环形的密封件，其在环形扩散燃料通道的至少一部分之内插入在所述插入主体和所述端盖板体之间。
5.如权利要求1所述的燃料喷嘴装置，其中所述多个密封件还包括至少一个大体上环形的密封件，其在节流孔前预混合燃料环形空间的至少一部分之内插入在所述插入主体和所述端盖板体之间。
6.如权利要求1所述的燃料喷嘴装置，其中所述多个密封件还包括至少一个大体上环形的波纹管，其在环形扩散燃料通道的至少一部分之内插入在所述插入主体和在至少一个管之间。
7.如权利要求1所述的燃料喷嘴装置，其中所述多个密封件还包括W形密封件、C形密封件和E形密封件中的至少一种。
8.一种燃气轮机，所述燃气轮机包括压气机；至少一个燃料源；和与所述压气机流体连通的燃烧器，所述燃烧器包括燃料喷嘴装置，所述燃料喷嘴装置包括燃烧器端盖部件、至少一个燃料喷嘴部件和多个密封件，所述盖部件包括燃烧器端盖板体，所述插入部件包括插入主体和至少一个流控制装置，所述流控制装置被构造以有助于在发动机内燃料具有大体上可重复的预定分配，所述燃料喷嘴部件包括至少一个管壁，所述密封件插入到所述插入主体、所属端盖板体和所述管壁之间。
9.如权利要求8所述的燃气轮机，其中所述流控制装置包括插入到所述插入主体内的至少一个节流孔塞，所述节流孔塞包括至少一个节流孔，所述节流孔设置在所述插入主体之内并且确定尺寸以有助于与所述燃料喷嘴装置相关的预定燃料流速率和型式。
10.如权利要求9所述的燃气轮机，其中所述节流孔塞固定插入到所述插入主体中，从而使得错误更改预定燃料流速和型式的可能性被减小。
全文摘要
提供一种装配燃气轮机的方法。该方法包括连接至少一个燃料喷嘴内部雾化空气管到燃烧器端盖板体上。该方法还包括通过插入至少一个流控制装置到燃料喷嘴插入部件体上来对燃料喷嘴插入部件进行装配。该方法还包括插入至少一个密封件在燃料器端盖板体和燃料喷嘴插入部件之间，并且插入至少一个密封件在燃料器端盖板体和燃料喷嘴插入部件主体之间。该方法还包括连接燃料喷嘴插入部件到燃烧器端盖板体上。该方法还包括插入至少一个导风筒到导风筒支撑装配件上，插入导风筒支撑装配件到燃料喷嘴插入部件主体支撑表面上。该方法还包括装配燃料喷嘴部件。该方法还包括通过连接燃料喷嘴部件到燃烧器端盖板体上来对燃料喷嘴装置进行装配。
文档编号F23R3/60GK1995826SQ200710002158
公开日2007年7月11日 申请日期2007年1月4日 优先权日2006年1月4日
发明者T·E·约翰逊, J·T·布朗 申请人:通用电气公司