专利名称：涡轮机的燃料喷嘴组件和操作涡轮机的方法
技术领域：
本文中所公开的主题涉及燃气涡轮机。更具体地，该主题涉及燃气涡轮机定子部件的组件。
背景技术：
在燃气涡轮发动机中，燃烧器将燃料或空气-燃料混合物的化学能转化成热能。热能由流体(通常是来自压缩机的空气)输送至涡轮，在涡轮处，热能转化成机械能。涡轮发动机中的部件可能由于涡轮机内的振动而受到应力。具体而言，燃料喷嘴可能受到由各种源造成的振动，例如燃烧动力、流体流、叶片通过和转子振动。在一些情况下，振动可能以部件的固有频率发生，因此造成振动的幅度或强度提高，从而进一步向部件施加应力，进而可能导致高循环疲劳裂纹形成。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种用于涡轮机的燃料喷嘴组件包括燃料喷嘴的外部管道和用于接收燃料喷嘴的至少一部分的帽组件。该组件还包括弹簧，弹簧围绕外部管道布置并且布置在帽组件的环形凹部内，其中弹簧提供摩擦阻尼，以抵抗燃料喷嘴的移动。根据本发明的另一个方面，一种操作涡轮机的方法包括以下步骤:将空气引导至燃料喷嘴中以及将燃料引导至燃料喷嘴中，其中喷嘴包括外部管道。该方法还包括使用波形弹簧对喷嘴的移动进行摩擦阻尼，波形弹簧围绕外部管道布置并且布置在帽组件的环形凹部内。通过下文结合附图的描述，这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。
本发明的主题在说明书的权利要求书中特别指出并且明确要求保护。通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中:图1是燃气涡轮机系统的实施例的示意图；图2是示例性涡轮机组件的剖面侧视图；图3是图2中所示的示例性涡轮机组件的一部分的详细剖面侧视图；以及图4是示例性波形弹簧的透视图。
具体实施方式
部分通过示例参照附图对本发明的实施例及其优点和特征进行解释说明。
具体实施例方式图1是燃气涡轮机系统100的实施例的示意图。系统100包括压缩机102、燃烧器104、涡轮106、轴108以及燃料喷嘴110。在一个实施例中，系统100可以包括多个压缩机102、燃烧器104、涡轮106、轴108和燃料喷嘴110。压缩机102和涡轮106通过轴108联接。轴108可以是单个轴或者联接在一起以形成轴108的多个轴段。在一个方面中，燃烧器104使用液体燃料和/或气体燃料(例如天然气或富氢合成气)来运行发动机。例如，燃料喷嘴110与空气供给部和燃料供给部112流体连通。燃料喷嘴110产生空气-燃料混合物并且将空气-燃料混合物排放至燃烧器104中，由此产生燃烧，所产生的燃烧对加压气体进行加热。燃烧器104通过过渡件将热加压排气引导至涡轮喷嘴(或“一级喷嘴”)中并且接着引导至涡轮叶片中，从而使涡轮106旋转。涡轮106的旋转使轴108旋转，由此随着空气流入压缩机102中而对空气进行压缩。在一个实施例中，每一个燃料喷嘴110的第一端部都联接至燃烧器104的端盖，并且燃料喷嘴的第二端部定位在帽组件中。如下文详细讨论的，围绕喷嘴Iio中的每一个喷嘴110的一部分布置的组件减少喷嘴110所经受的振动和相关应力。涡轮机系统100中的振动可能是由各种源引起的，例如燃烧动力、流体流动和旋转部件的移动。下文参照图2至图4对燃料喷嘴110及接近喷嘴的部分的示例性实施例进行详细讨论。如本文中所使用的，“下游”和“上游”是表示相对于通过涡轮的工作流体的流动方向的术语。如此，术语“下游”表示与工作流体的流动方向大体对应的方向，术语“上游”表示与工作流体的流动方向大体相反的方向。术语“径向”表示与轴线或中心线垂直的移动或位置。对相对于轴线处于不同径向位置的部分进行描述可能是有用的。在这种情况下，如果第一部件定位成比第二部件更靠近轴线，那么本文中可以这样陈述:第一部件相对于第二部件“沿径向向内”。另一方面，如果第一部件定位成比第二部件更远离轴线，那么本文中可以这样陈述:第一部件相对于第二部件“沿径向向外”或者“处于外侧”。术语“轴向”表示与轴线平行的移动或位置。最后，术语“周向”表示围绕轴线的移动或位置。尽管下文讨论的重点主要在于燃气涡轮机，但是所讨论的理念并不限于应用到燃气涡轮机，也可以应用于其它的旋转机械设备和/或蒸汽涡轮机。图2是示例性涡轮机组件200的剖面侧视图，涡轮机组件200包括布置在帽组件204中的多个燃料喷嘴202。燃料喷嘴202均围绕轴线203布置。在实施例中，涡轮机组件200可以包括任何合适数量的喷嘴202，范围从一个喷嘴到5个、6个、7个、8个或9个喷嘴。为了易于解释，所讨论的实施例包括基本相同的喷嘴202，但是在一些情况下，喷嘴和周围部件可以不相同。示例性燃料喷嘴202构造成通过凸缘206联接至端盖或端板。在一个实施例中，燃料喷嘴202包括外部管道208，也称为燃烧器管，其中外部管道208的至少一部分接收在帽组件204的帽214内。喷嘴202和外部管道208可以是任何合适的几何形状，其中包括但不限于圆形、六角形和八角形横截面。在一个实施例中，外部管道208具有基本圆形的横截面，该基本圆形的横截面具有外径220。环形凹部212由帽组件204的一个或多个部件形成，其中环形凹部212接收弹簧，该弹簧构造成提供摩擦阻尼，以抵抗喷嘴202的移动，如下面的图3中所示。如图2中所示，每一个燃料喷嘴202都接收燃料流216和空气流218，其中空气与燃料混合以形成空气-燃料流210，所形成的空气-燃料流210从燃料喷嘴202被引导至燃烧器中。在实施例中，燃料流216可以是气体燃料、液体燃料或其组合。图3是示例性涡轮机组件200的一部分的详细剖面侧视图。帽组件204的背板302和固定板304形成环形凹部212。例如波形弹簧306的弹簧在垫圈308与310之间定位在环形凹部212中。在一个实施例中，波形弹簧306在不具有垫圈308和310的情况下定位在环形凹部中。如图所示，当在环形凹部212中定位在垫圈308与310之间时，波形弹簧306沿轴向被压缩。波形弹簧306围绕燃料喷嘴202的外部管道208布置。波形弹簧306的轴向压缩造成垫圈308与环形凹部212的表面312相接触。类似地，压缩波形弹簧306造成表面314与垫圈310之间的接触。波形弹簧306的压缩造成垫圈与凹部表面之间的接触和法向力(如力箭头332所示)。此外，弹簧压缩还造成波形弹簧306与垫圈表面316和318之间的接触和法向力(如力箭头330所示)。因此，为了使燃料喷嘴202沿径向移动，如箭头320所示，移动力必须克服波形弹簧306、垫圈308、垫圈310、背板302和固定板304之间的法向力和摩擦接触。这种对径向移动的阻力为燃料喷嘴202提供摩擦阻尼。因此，燃料喷嘴202的振动通过涡轮机组件200内的波形弹簧306、垫圈308、垫圈310、背板302和固定板304的布置得以减小或受到限制。在实施例中，将凸缘206联接至端盖可以造成燃料喷嘴202的悬臂状况，其中波形弹簧306的图示布置对接近与凸缘206相对的喷嘴端的喷嘴的径向移动和振动进行限制。作为悬臂状况的一部分，远离凸缘206的燃料喷嘴202的仅有的接触或支承是由波形弹簧306提供的。此外，该布置提供对燃料喷嘴202的支承，同时还减少沿外部管道208的流体流或泄漏。具体而言，波形弹簧306以及垫圈308、310减少流体(例如空气)沿管道外侧的轴向流动。波形弹簧以及垫圈308、310组件在背板302和固定板304中具有径向间隙的能力使得能够调节燃料喷嘴202的位置公差。图4是示例性波形弹簧306的透视图。波形弹簧306具有内径400并且是开放型弹簧或C形弹簧。在一个实施例中，当弹簧被放置在外部管道208上时，弹簧的端部402和404由于内径400小于管道的外径220而被拉开。因此，伸展的波形弹簧306配合至并且与外部管道208的外表面相接触。波形弹簧306的尺寸、几何形状和材料可以基于应用需要而改变。例如，波形弹簧306中波的数量可以构造成当弹簧在环形凹部212内被压缩时提供期望的法向力，如上文所讨论的。在一个实施例中，波形弹簧306在弹簧与垫圈表面316、318彼此接触的部位处相对于垫圈308和310施加法向力。在弹簧中波的数量低的示例中(例如2-5个波)，弹簧和垫圈可以在弹簧的每一侧上彼此接触2次、3次、4次或5次。在波的数量高的示例中，弹簧与垫圈之间的接触点的数量也高。波的幅值或尺寸也可以改变，以在被压缩时提供期望的力。此外，波形弹簧306的厚度和/或材料可以构造成在被压缩时提供期望的力。此外，可以提供多于一个的波形弹簧306，其中将弹簧波与波叠加(对齐或同相)提高刚度，而将波峰与波谷叠加(180度异相)降低刚度。在一个示例中，波形弹簧306由能够承受燃料喷嘴202所经受的温度和应力的合适材料形成，例如钢合金或镍合金。此外，布置在凹部212中的弹簧可以是提供期望性能(例如，压缩和摩擦接触或联接)的任何合适的偏置构件，例如螺旋弹簧、波形弹簧或者能够储存机械能的任何其它合适的弹性机构。尽管仅结合数量有限的实施例已经对本发明进行了详细描述，但是应当易于理解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此夕卜，尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明并不受到上文的描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。
权利要求
1.一种用于涡轮机的燃料喷嘴组件，所述燃料喷嘴组件包括: 燃料喷嘴的外部管道； 帽组件，所述帽组件接收所述燃料喷嘴的至少一部分；以及 弹簧，所述弹簧围绕所述外部管道布置并且布置在所述帽组件的环形凹部内，其中所述弹簧提供摩擦阻尼以抵抗所述燃料喷嘴的移动。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其中所述弹簧包括波形弹簧，所述波形弹簧与所述外部管道的外表面相接触。
3.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其中所述帽组件包括垫圈，所述垫圈布置在所述环形凹部内的所述弹簧的每一侧上，其中所述弹簧在所述垫圈之间被轴向压缩。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其中所述弹簧在放置在所述环形凹部中时被轴向压缩并且对所述环形凹部中的至少一个表面施加力。
5.根据权利要求4所述的燃料喷嘴组件，其中对所述环形凹部中的所述至少一个表面施加的力为所述燃料喷嘴提供摩擦阻尼。
6.根据权利要求1所述的燃料 喷嘴组件，其中所述弹簧具有内径，所述内径小于所述外部管道的外径。
7.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其中所述弹簧提供摩擦阻尼以抵抗所述燃料喷嘴的径向移动。
8.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其中所述帽组件包括形成所述环形凹部的背板和固定板。
9.一种操作涡轮机的方法，所述方法包括以下步骤: 将空气引导至燃料喷嘴中； 将燃料引导至所述燃料喷嘴中，其中所述燃料喷嘴包括外部管道；以及 使用波形弹簧对所述燃料喷嘴的移动进行摩擦阻尼，所述波形弹簧围绕所述外部管道布置并且布置在帽组件的环形凹部内。
10.根据权利要求9所述的方法，其中进行摩擦阻尼包括在由背板和固定板形成的所述环形凹部中轴向压缩所述波形弹簧，其中所述波形弹簧与所述外部管道的外表面相接触。
11.根据权利要求9所述的方法，其中进行摩擦阻尼包括轴向压缩位于所述环形凹部中压缩垫圈之间的所述波形弹簧。
12.根据权利要求9所述的方法，其中进行摩擦阻尼包括轴向压缩所述波形弹簧，以对所述环形凹部中的至少一个表面施加力。
13.根据权利要求12所述的方法，其中对所述环形凹部中的所述至少一个表面施加的力为所述燃料喷嘴提供摩擦阻尼，以抵抗所述燃料喷嘴的径向移动。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述波形弹簧具有内径，所述内径小于所述外部管道的外径。
15.一种用于涡轮机的燃料喷嘴组件，所述燃料喷嘴组件包括: 垫圈，所述垫圈构造成围绕燃料喷嘴的外部管道放置；以及 波形弹簧，所述波形弹簧构造成在所述垫圈之间被轴向压缩并且围绕所述外部管道布置，其中所述垫圈构造成通过对凹部的表面施加的力提供摩擦阻尼，所述凹部接收所述波形弹簧和所述垫圈。
16.根据权利要求15所述的燃料喷嘴组件，其中所述凹部形成在背板和固定板中。
17.根据权利要求15所述的燃料喷嘴组件，其中所述波形弹簧与所述外部管道的外表面相接触，并且对所述表面施加的力抵抗所述燃料喷嘴的径向移动。
18.根据权利要求15所述的燃料喷嘴组件，其中力由所述波形弹簧施加在所述垫圈上并且还由所述垫圈施加在所述凹部的所述表面上，其中所述力是由所述波形弹簧的压缩引起的。
19.根据权利要求15所述的燃料喷嘴组件，其中所述波形弹簧具有内径，所述内径小于所述外部管道的外径。
20.根据权利要求15所述的燃料喷嘴组件，其中所述波形弹簧包括镍合金。
全文摘要
根据本发明的一个方面，提供一种用于涡轮的燃料喷嘴组件，该燃料喷嘴组件包括燃料喷嘴的外部管道和用于接收燃料喷嘴的至少一部分的帽组件。该组件还包括弹簧，弹簧围绕外部管道布置并且布置在帽组件的环形凹部内，其中弹簧提供摩擦阻尼，以抵抗燃料喷嘴的移动。
文档编号F23R3/28GK103206726SQ201310018249
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者L.J.斯托亚 申请人:通用电气公司