专利名称：整体式燃料喷嘴与入口流调节器和相关方法
技术领域：
本发明涉及燃气涡轮燃烧器技术，并且更具体而言涉及与燃气涡轮燃烧器燃料喷嘴集成整体的入口流调节器的生产。
背景技术：
入口流调节器被用来消除流入燃料喷嘴内的空气中的径向变化和周向变化。更具体而言，入口流调节器减小进入燃料喷嘴的大的速度梯度和压力梯度，从而使得空气和气体燃料以均勻和可预测的方式混合。如果进入燃料喷嘴的空气具有显著的周向流动变化和径向流动变化，实现所需的精确的燃料与空气比变得成问题。并非所有的燃烧器燃料喷嘴利用入口流调节器。许多喷嘴简单地使用入口钟形口构造；然而，当试图在燃料喷嘴为密集成组的燃烧器构造中实现很均勻的入口气流时，更复杂的入口流调节器装置变得必不可少。典型的入口流调节器包括圆柱形管以及若干钟形口形状的流导向器，该圆柱形管包括许多小的圆孔或椭圆孔。这些成本很高的具有严格公差的金属板构件造成到喷嘴内的气流中大量变化的可能性。在企图获得进入下游旋流器中的均勻的气流时，跨过这些小孔建立了压降。然而，当在小孔上规定尺寸公差时，在与应用至较大的孔的相同公差相比时，面积变化的百分比较大。因此，对于燃料喷嘴入口流调节器而言需要利用一种更简单、成本更低的制造技术，该调节器还设置为用以在通过该调节器的气流中引起较小的变化。
发明内容
根据一示例性但非限制性的实施例，本发明提供了一种喷嘴中心体，其包括整体的单件伸长的管状部件，该管状部件具有前端，其形成为带有径向向外延伸的安装凸缘； 后端，其形成为带有多个径向向外延伸的旋流器叶片；以及，轴向地位于前端与后端之间的中间区域，其形成为带有入口流调节器，该入口流调节器包括其中设有多个周向间隔的流开口的环形板。在另一示例性但非限制性的实施例中，提供了一种用于燃气涡轮喷嘴的入口流调节器，其包括环形板，该环形板具有适于容纳喷嘴体的中心开口 ；该环形板包括通过多个径向延伸的支柱连接的径向内圈和径向外圈，径向内圈和径向外圈以及径向延伸的支柱限定多个气流孔口，每个孔口具有成形为提供预定气流特性的外围边缘。在还有另一示例性但非限制性的实施例中，提供了一种形成喷嘴体的方法，包括 铸造单件的整体喷嘴中心体，该喷嘴中心体包括伸长的管状构件，该伸长的管状构件具有 前端，其形成为带有径向向外延伸的安装凸缘；后端，其形成为带有旋流器，该旋流器包括多个径向向外延伸的叶片；以及，轴向地位于前端与后端之间的中间区域，其形成为带有入口流调节器，该入口流调节器包括其中设有多个周向间隔的流开口的环形板。现在将结合下面标识的附图来更详细地描述本发明。
图1是装配有入口流调节器的燃料喷嘴的局部示意性截面图；图2是根据本发明的一示例性但非限制性的实施例的与燃料喷嘴集成整体的入口流调节器的透视图；图3是贯穿图2中所示的燃料喷嘴的截面，但增加了外支撑管；图4是示出根据本发明的一示例性方面的入口流调节器中的示例性流开口的局部端视面；以及
图5是根据本发明的另一示例性但非限制性的实施例的入口流调节器的透视图； 图6是沿着图5的线6-6得到的局部截面；
图7是根据本发明的另一示例性但非限制性的实施例的入口流调节器的局部截
示例性但非限制性的实施例的入口流调节器的局图8是根据本发明的还有另一:部截面<)
项目清单
喷嘴10，38
中心体12
支撑管14
燃料通路16
出口端17
流调节器18,44,60,
旋流器20，46
孔口22,28,32
中空叶片24
套筒26
前壁30
钟形口形状的物体34，36
喷嘴体40
凸缘42
端部47
支撑套筒48
外环形圈50
内环形圈52
径向支柱54,66,88,
开口56
外围边缘58
内圈62
外圈64
偏置圈68，70，72
流开口74
5
同心圈 78，80，82，94，96，98
具体实施例方式图1示出了燃气涡轮燃烧器喷嘴10，其包括径向内部的中心体12和径向外部的支撑管14。安装凸缘(未示出)位于喷嘴的前端(即，图1中的左边)并且有助于将喷嘴安装到燃烧器上。燃料和空气通过多个通路(大体上在中心体内的16处显示)供给至燃烧室，在中心体后端或出口端17处(S卩，图1中的右边)离开。入口流调节器18在旋流器 20上游的位置处固定至外喷嘴支撑管14，在那里燃料通过旋流器的中空叶片M中的孔口 22而喷射到已通过该调节器18的空气中。空气和燃料在由外支撑管14与中心体12形成的环状空间内混合，并且然后一旦它们进入燃烧室就以本领域技术人员熟知的方式燃烧。入口流调节器18包括外部板状金属管或套筒沈以及前壁30，套筒沈设有绕其圆周的多个孔口 28，前壁30也设有一系列孔口 32。在管或套筒沈内，具有两个同心布置的钟形口形状的物体34、36，它们建立用于进入喷嘴的空气的三个单独的通道(在PI、P2和 P3处显示)。虽然各孔或孔口的大小和图案可被设计为引起经过旋流器20的均勻的气流， 与流调节器18的形成和组装相关的制造问题使得流均勻性成为问题。因此制造的流调节器由于其劳动密集的工艺而很昂贵，该工艺涉及冲切数百个孔、若干成形与车削操作、复杂的拆分操作、焊接操作以及与这些步骤相关联的检查。图2和图3示出了根据本发明的一示例性但非限制性的实施例的带有整体式入口流调节器的燃料喷嘴。具体而言，喷嘴38通常包括燃料喷嘴体40，其在前端设有燃料供给 /安装凸缘42。在凸缘42的下游，具有入口流调节器44，并且在流调节器的下游是旋流器 46，旋流器46邻近或靠近被焊接至喷嘴体的后部或出口端部47 (仅在图3中看到)。外支撑管或套筒48 (参见图幻围绕喷嘴体40并且被旋流器46的径向外顶端表面以及入口流调节器44的径向外环形圈50接合。应当理解，因为本发明在此涉及流调节器构造并涉及形成流调节器的方式，关于喷嘴体/喷嘴构造的其余细节无需进一步论述。入口流调节器44在图2和图3中被显示为大体上平面的环形板，其包括已提到的外环形圈50，以及由一系列径向延伸、周向间隔的辐条或支柱M(其形成围绕流调节器的圆周的一系列开口 56)连接的内环形圈52(图2)。根据本发明而制造入口流调节器44的一种新方法得益于下列事实位于入口流调节器44下游的旋流器46使用熔模铸造工艺制成。根据本文所公开的示例性但非限制性的实施例，入口流调节器44可被制造为带有其它喷嘴特征(例如旋流器46)，通过在蜡态形成各特征并然后将它们连接在一起(例如通过蜡焊或粘结)以形成单个蜡芯。这样，包括中心体40、安装凸缘42、入口流调节器44和旋流器46的整个构件可被铸造为单个整体 (单件)构件。使入口流调节器特征在蜡态与其它喷嘴特征同时形成是很廉价的工艺，并且还是高度可重复的，其导致高度一致并且可重复的气流结果。熔模铸造虽然是优选的，但并非必需的，并且各构件42、44和46可通过例如机械加工形成，并且然后使用焊接或钎焊操作而连接至喷嘴体40。如果是机械加工的，内环形圈52将限定中心开口以用于容纳喷嘴体 40。也可利用熔模铸造(或机械加工)来改变围绕入口流调节器44的周边的开口 56 的大小和形状。参见图4，例如，如由内圈50和外圈52以及径向支柱M限定的开口 56可具有这样的边缘，其成形为用以提供所需的气流特性。图4仅仅显示，如由孔口外围边缘58 限定的相当复杂的轮廓可容易以小的相对花费在现场铸造，从而例如在径向方向和周向方向提供不同的流动特性。图5和图6示出了根据本发明的另一示例性但非限制性的实施例的非平面的入口流调节器60。此处，内圈62和外圈64轴向地偏置，从而使得径向支柱66相对于喷嘴体的轴线A以锐角延伸。由支柱66支撑的一系列同心布置的轴向偏置的圈68、70和72产生一系列流开口 74，其除了非共面之外，大小从其径向内端到其径向外端增加，从而造成旋流器上游的独特的气流样式。图7示出了大体上类似的入口流调节器76，但在该变型中，系列的同心圈78、80和 82是弯曲的以匹配空气的流入，并且沿上游方向延伸超出径向内圈84和径向外圈86并超出径向支柱88。图8示出了流调节器90的还有另一示例性实施例，其中径向支柱92更直立，但仍略微倾斜，并且其中同心圈94、96和98在上游方向上具有更短的长度和不同的弯曲程度。 因此，应当理解，如本文所述的入口流调节器可为多种合适构造中的任何构造，其可具有简化的生产工艺，并且提供调整调节器中的开口的能力以实现气流特性，而气流特性又在喷嘴中的燃料/空气混合物中引起所需的均勻性。虽然已经结合目前被认为是最实用并且优选的实施例描述了本发明，但是，应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明意图覆盖被包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同设置。
权利要求
1.一种喷嘴中心体(38)，包括整体的单件伸长的管状构件GO)，所述管状构件GO)具有前端，所述前端形成为带有径向向外延伸的安装凸缘G2)； 后端，所述后端形成为带有径向向外延伸的旋流器叶片G6)；以及，轴向地位于所述前端与所述后端之间的中间区域，所述中间区域形成为带有入口流调节器G4)，所述入口流调节器G4)包括其中设有多个周向间隔的流开口(56)的环形板。
2.根据权利要求1所述的喷嘴中心体，其特征在于，所述环形板包括由多个径向延伸、 周向间隔的支柱(54)连接的径向内圈和径向外圈(50，52)，从而限定所述多个周向间隔的流开口(56)。
3.根据权利要求2所述的喷嘴中心体，其特征在于，所述径向内圈和所述径向外圈 (50，52)大体上共面。
4.根据权利要求2所述的喷嘴中心体，其特征在于，所述径向内圈和所述径向外圈 (62，64)彼此轴向地偏置。
5.根据权利要求2所述的喷嘴中心体，其特征在于，所述喷嘴中心体在所述内圈与所述外圈(62，64)之间的径向间隔的位置处包括大体上同心的中间圈(68，70，72)，从而提供额外的周向间隔的流开口。
6.根据权利要求5所述的喷嘴中心体，其特征在于，所述大体上同心的中间圈(78，80， 82)的至少前端彼此轴向地偏置。
7.根据权利要求6所述的喷嘴中心体，其特征在于，所述大体上同心的中间圈(78，80， 82)的所述前端在径向向外的方向上是弯曲的。
8.根据权利要求2所述的喷嘴中心体，其特征在于，所述前端在上游轴向地延伸超出所述周向间隔的支柱(88，92)的边缘。
9.一种用于燃气涡轮喷嘴的入口流调节器，包括环形板(44)，所述环形板04)具有适于容纳喷嘴体的中心开口 ；所述环形板包括由多个径向延伸的支柱(54)连接的径向内圈和径向外圈(50，52)，所述径向内圈和所述径向外圈以及所述径向延伸的支柱限定多个气流孔口(56)，每个孔口(56)具有成形为用以提供预定气流特性的外围边缘。
10.根据权利要求9所述的入口流调节器，其特征在于，所述径向内圈和所述径向外圈 (50，52)大体上共面。
11.根据权利要求9所述的入口流调节器，其特征在于，所述径向内圈和所述径向外圈 (62，64)彼此轴向地偏置。
12.根据权利要求9所述的入口流调节器，其特征在于，所述大体上同心的中间圈(78， 80,82)的所述前端在径向向外的方向上是弯曲的。
13.根据权利要求9所述的入口流调节器，其特征在于，所述前端在上游轴向地延伸超出所述周向间隔的支柱(88)的边缘。
14.一种形成喷嘴体的方法，包括铸造单件的整体喷嘴中心体(40)，所述喷嘴中心体 (40)包括伸长的管状构件，所述管状构件具有前端，所述前端形成为带有径向向外延伸的安装凸缘0 ；后端，所述后端形成为带有旋流器，所述旋流器包括多个径向向外延伸的叶片G6)；以及，轴向地位于所述前端与所述后端之间的中间区域，所述中间区域形成为带有入口流调节器(44)，所述入口流调节器04)包括其中设有多个周向间隔的流开口 (56)的环形板。
15.根据权利要求14所述的形成喷嘴体的方法，其特征在于，所述多个周向间隔的流开口(56)各自形成为包括外围边缘，所述外围边缘成形为在使用中给流动通过所述入口流调节器的空气提供所需的流动特性。
全文摘要
本发明涉及整体式燃料喷嘴与入口流调节器和相关方法。具体而言，一种喷嘴中心体(38)包括整体的单件伸长的管状部件(40)，该管状部件(40)具有前端，其形成为带有径向向外延伸的安装凸缘(42)；后端，其形成为带有径向向外延伸的旋流器叶片(46)；以及，轴向地位于前端与后端之间的中间区域，其形成为带有入口流调节器(44)，该入口流调节器(44)包括其中设有多个周向间隔的流开口(56)的环形板。
文档编号F23D14/48GK102345870SQ20111023011
公开日2012年2月8日 申请日期2011年8月2日 优先权日2010年8月2日
发明者J·B·麦克米兰, T·E·约翰森 申请人:通用电气公司