用于燃烧器的燃料喷嘴组件的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于燃烧器的燃料喷嘴组件的方法和设备。所述燃料喷嘴组件包括燃料喷嘴（236），所述燃料喷嘴包括出料端。盖帽（206）连接在邻近所述燃料喷嘴的出料端处，其中所述盖帽包括外表面（304）。至少一个阻尼机构（208）连接到所述盖帽外表面，以帮助减少所述燃料喷嘴上产生的振动。
【专利说明】用于燃烧器的燃料喷嘴组件的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明的领域总体上涉及涡轮发动机，确切地说，涉及用于燃烧器的燃料喷嘴组件。
【背景技术】
[0002]至少一些已知的涡轮发动机使用燃料喷射组件来向燃烧器供应燃料和气体的混合物。所述混合物被供应到燃气涡轮发动机的燃烧器并在其中的燃烧区内点燃，所产生的能量被引至下游的涡轮机组件。至少一些已知的燃料喷射组件包括相对较长的进料管和燃料喷嘴，这些进料管和燃料喷嘴连接到燃烧器外部的进料源并且延伸一定距离到燃烧器内。由于进料流以相对较高的速度流过燃料喷嘴，因此燃料喷嘴上可能产生振动。随着时间的推移，这些振动可能导致进料喷射器部件过早损坏。
[0003]为了减少燃料喷嘴部件上产生的有害振动，一些已知的燃烧系统使用多个环状密封件。具体来说，在至少一些已知燃烧器中，环状密封件包封燃烧器衬管，包括燃料喷嘴，并且用作燃烧器衬管与周围过渡段之间的弹簧偏置机构。因此，已知的环状密封件不会减少振动。相反，环状密封件仅仅试图减少燃烧器衬管与过渡段之间的传递振动。
【发明内容】
[0004]在一个实施例中，本发明提供一种组装燃烧器组件的方法。所述方法包括将盖帽连接在邻近燃料喷嘴的出料端处，以及将至少一个阻尼机构连接到所述盖帽。所述方法还包括将所述燃料喷嘴安置在所述燃烧器组件内，使得所述阻尼机构有助于减少燃烧器运作期间所述燃料喷嘴上产生的振动。
[0005]所述燃料喷嘴设置在所述燃烧器组件内包括将所述阻尼机构设置成在所述盖帽与燃烧器外壳壁(216)之间延伸。
[0006]其中将至少一个阻尼机构连接到所述盖帽包括将包括第一表面(606)的至少一个阻尼机构连接到所述盖帽，使得所述第一表面大体与燃烧器外壳壁充分紧密配合。
[0007]其中将至少一个阻尼机构连接到所述盖帽包括将至少一个阻尼机构与一个拱形盖帽相连接。
[0008]其中所述方法进一步包括在将所述燃料喷嘴设置在所述燃烧器组件内之前压缩所述阻尼机构。
[0009]其中连接所述盖帽包括沿所述燃料喷嘴的长度安装多个盖帽
[0010]在另一个实施例中，本发明提供一种用于燃烧器的燃料喷嘴组件。所述燃料喷嘴组件包括具有入口端和相对的出料端的燃料喷嘴。盖帽连接在邻近所述喷嘴出料端处，其中所述盖帽包括外表面和至少一个阻尼机构。所述阻尼机构连接到盖帽外表面，以帮助减少燃料喷嘴上产生的振动。
[0011 ] 其中所述阻尼机构包括偏置机构。
[0012]其中所述偏置机构包括弹簧(802)。[0013]其中所述阻尼机构包括:外壳，所述外壳经过大小调整以在其中至少部分接纳偏置机构；以及
[0014]端盖，所述端盖以可滑动方式与所述外壳联锁，所述端盖配置成在所述燃烧器与所述盖帽外表面之间延伸。
[0015]其中所述偏置机构促使端盖在所述燃烧器与所述盖帽外表面之间偏置。
[0016]其中所述端盖包括气动截面形状，该气动截面形状包括椭圆形、圆柱形、泪珠形或者翼型其中的一种。
[0017]其中所述端盖与所述外壳联锁。
[0018]其中所述阻尼机构包括至少部分地涂敷在所述端盖的第一表面的耐磨涂层。
[0019]其中所述盖帽的外表面呈拱形。
[0020]在另一个实施例中，本发明提供一种燃气涡轮机组件。所述燃气涡轮机组件包括燃烧器和延伸到所述燃烧器内的燃料喷嘴。所述燃料喷嘴包括出料端。所述组件还包括将所述燃料喷嘴连接到邻近所述出料端处的至少一个阻尼机构。所述阻尼机构被配置成帮助减少所述燃料喷嘴上产生的振动。
[0021]其中所述阻尼机构帮助减少所述燃料喷嘴所产生的振动是在流体运作期间，该流体是流过所述燃料喷嘴的流体和来自燃烧器的流体中的至少之一。
[0022]其中所述阻尼机构包括偏置机构。
[0023]其中所述阻尼机构包括气动截面形状，该气动截面形状包括椭圆形、圆柱形、泪珠形或者翼型其中的一种。
[0024]其中至少一个阻尼机构包括围绕燃料喷嘴周向隔开的多个阻尼机构。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是示例性润轮发动机的示意图。
[0026]图2是沿第2区截取的可用于图1所示涡轮发动机的示例性燃料喷嘴组件的截面图。
[0027]图3是沿线3-3截取的图2所示示例性盖帽组件的视图。
[0028]图4是沿第4区截取的图2所示燃料喷嘴组件的截面图。
[0029]图5是可用于图2所示燃料喷嘴组件的示例性组装完成阻尼机构的局部透视图。
[0030]图6是图5所示阻尼机构的一部分的截面图。
[0031]图7是图5所示阻尼机构的一部分的截面图。
[0032]图8是可用于图2所示燃料喷嘴组件的替代性示例阻尼机构的截面图。
[0033]图9是图8所示阻尼机构的截面图。
【具体实施方式】
[0034]氮气与氧气在高温下的燃烧反应可能产生氮氧化物(NOx)排放物。这些排放物通常是不需要的，并且可能危害环境。为了帮助减少燃气涡轮机设备中的NOx排放物，可以实施选择性催化还原(SCR)系统。已知的SCR系统借助于催化剂将NOx和水。但是，SCR系统通常会增加与涡轮机运作相关的总成本。
[0035]为了补偿与SCR运作相关的较高成本，至少一些已知的发电系统使用较长的燃料喷嘴来向燃气涡轮机的燃烧器供应燃料。与此类燃料喷嘴相关的额外长度将增大点火气体的混合区，从而有助于减少NOx排放物。但是，随着燃料喷嘴长度的增加，其基本振动特性也将随之改变，导致对燃烧色调、流体流动和/或转子谐波产生不合需要的动态响应。因此，可能需要一种能够减少涡轮机内多个激发源的燃料喷嘴振动响应的燃料喷嘴组件。
[0036]图1是示例性润轮发动机100的示意图。具体来说，在示例性实施例中，润轮发动机100是燃气涡轮发动机。尽管示例性实施例中说明的是燃气涡轮发动机，但本发明并不限于任一特定发动机，所属领域中的普通技术人员将认识到，本发明可以适用于其他涡轮发动机。
[0037]在示例性实施例中，涡轮发动机100包括进气部分112、位于进气部分112下游的压缩机部分114、位于压缩机部分114下游的燃烧器部分116、位于燃烧器部分116下游的涡轮机部分118，以及排气部分120。涡轮机部分118经由转子轴122连接到压缩机部分114。在示例性实施例中，燃烧器部分116包括多个燃烧器124。燃烧器部分116连接到压缩机部分114，使得每个燃烧器124与压缩机部分114流体连通。燃料喷嘴组件126连接在每个燃烧器124内。涡轮机部分118经由转子轴122连接到压缩机部分114以及诸如，但不限于，发电机和/或机械驱动应用等的负载128。在示例性实施例中，压缩机部分114和涡轮机部分118各自包括至少一个转子盘组件130，所述转子盘组件连接到转子轴122，以形成转子组件132。
[0038]在运作过程中，进气部分112引导空气流向压缩机部分114，在所述压缩机部分中，空气被压缩至较高压力和温度，然后排放到燃烧器部分116中。压缩空气与每个燃料喷嘴组件126提供的燃料和其他流体混合，然后点燃以产生燃烧气体，随后所述燃烧气体被引至涡轮机部分118中。具体来说，每个燃料喷嘴组件126将诸如天然气和/或燃料油等燃料、空气、稀释剂(diluents)和/或诸如氮气(N2)等惰性气体喷射到相应的燃烧器124中，并且喷射到空气流中。燃料混合物被点燃以产生高温燃烧气体，所述燃烧气体随后被引至涡轮机部分118中。随着燃烧气体向涡轮机部分118和转子组件132注入转动能，涡轮机部分118将气体流的热能转换成机械转动能。由于燃料喷嘴组件126将燃料与空气、稀释剂和/或惰性气体一同注入，因此可以减少每个燃烧器124内的NOx排放物。
[0039]图2是沿第2区截取(图1所示)的示例性燃料喷嘴组件126的截面图。在示例性实施例中，燃烧器组件124包括外壳242，外壳242内形成腔244。端盖246连接到外壳242的外部248，使得腔244内形成空气室250。压缩机部分114 (图1所示)与腔244流体连通，以便能够将压缩机部分114中的压缩空气引至下游的空气室250中。
[0040]在示例性实施例中，每个燃烧器组件124包括燃烧器衬管252，所述燃烧器衬管252位于腔244内并经由过渡连接件(未图示)与涡轮机部分118 (图1所示)流体连通，并且与压缩机部分114流体连通。燃烧器衬管252包括在后部(未图示)与前部256之间延伸的大体呈圆柱形的内表面254。内表面254构成环状燃烧腔234，所述燃烧腔234沿中心线轴258轴向延伸，并且在后部与前部256之间延伸。燃烧器衬管252连接到燃料喷嘴组件126，以便组件126将燃料和空气引至燃烧腔234内。燃烧腔234构成从燃料喷嘴组件126向涡轮机部分118延伸的燃烧气体流动通道260。在示例性实施例中，燃料喷嘴组件126从空气室250接纳空气流，并且从燃料供应系统(未图示)接纳燃料流，随后将燃料/空气的混合物从空气室250引至燃烧腔234内，以产生燃烧气体。[0041]在示例性实施例中，端板270连接到衬管的前部256，使得端板270至少部分界定燃烧腔234。端板270包括多个开口 272，这些开口延伸穿过端板270，并且均经过大小和形状调整以接纳穿过其中的燃料喷嘴236。每个喷嘴236至少部分插入对应开口 272内，使得燃料喷嘴236与燃烧腔234流体连通。或者，燃料喷嘴236可以在不设置端板270的情况下连接到燃烧器衬管252。
[0042]在示例性实施例中，燃料喷嘴组件126包括多个燃料喷嘴236，这些燃料喷嘴各自至少部分安置在空气室250内。具体来说，燃料喷嘴组件126包括多个可被视作“长”燃料喷嘴的燃料喷嘴236。例如，燃料喷嘴236包括第一燃料喷嘴310、第二燃料喷嘴312、第三燃料喷嘴314和第四燃料喷嘴316 (各自如图3所示)。燃料喷嘴236相对于中心线258周向隔开。在一个示例性实施例中，燃料喷嘴236可以位于中心线258上，而多个其他燃料喷嘴236围绕中心线258周向隔开。燃料喷嘴236延伸到燃烧腔234内，使得燃料喷嘴236大体与中心线258平行。上述所用术语“长燃料喷嘴”是指长度约为27英寸的燃料喷嘴。
[0043]图3是沿线3-3截取的盖帽组件300的视图。在示例性实施例中，盖帽组件包括第一燃料喷嘴310、第二燃料喷嘴312、第三燃料喷嘴314和第四燃料喷嘴316。此外，盖帽206连接到每个燃料喷嘴310、312、314和316。例如，第一盖帽320连接到第一燃料喷嘴310 ;第二盖帽322连接到第二燃料喷嘴312 ;第三盖帽324连接到第三燃料喷嘴314 ;并且第四盖帽326连接到第四燃料喷嘴316。尽管示例性实施例包括四个燃料喷嘴和四个盖帽，但应了解，盖帽组件300可以包括任何合适数量的燃料喷嘴和盖帽。在替代性实施例中，多个盖帽206可以沿燃料喷嘴236的长度(未图示)连接。此外，在示例性实施例中，每个盖帽320、322、324和326包括拱形取向的外表面304，并且盖帽320、322、324和326经过布置以形成大体呈圆形的盖帽组件300。因此，当将盖帽组件300插入燃烧腔234内时，盖帽组件300大体上与大体呈圆柱形的内表面254同心。
[0044]此外，在示例性实施例中，盖帽320、322、324和326包括一个或多个阻尼机构208。例如，在示例性实施例中，三个阻尼机构208连接到每个盖帽320、322、324和326的外表面304。因此，阻尼机构208围绕每个燃料喷嘴236和盖帽组件300周向隔开。此外，应了解，可以使用任何合适数量的阻尼机构208，以帮助减少燃烧喷嘴310、312、314和316上产生的振动。此外，在示例性实施例中，阻尼机构208从外表面304延伸以与燃烧器外壳壁216接触。此外，在一个示例性实施例中，阻尼机构208延伸穿过形成于燃烧器衬管252内的开口(图3中未图示)以与外壳壁216接触。因此，阻尼机构208被配置成同时与外壳壁216接触。
[0045]图4是沿第4区截取的燃料喷嘴组件126的截面图。在示例性实施例中，阻尼机构208延伸穿过形成于燃烧器衬管252内的开口 262，并且与外壳壁216接触。此外，在示例性实施例中，阻尼机构208包括偏置机构(图4中未图示)，使得阻尼机构208在压向外壳臂216时部分受挤压。在运作过程中，燃料喷嘴236振动并且阻尼机构208与外壳壁216接触，以经由盖帽206使燃料喷嘴236大体稳定。在示例性实施例中，燃料喷嘴236上的振动使得阻尼机构208反复与外壳壁216接触，这可能造成阻尼机构208损坏。因此，在示例性实施例中，阻尼机构208包括涂敷在阻尼机构208的一部分上的耐磨涂层306。
[0046]此外，在示例性实施例中，阻尼机构208的至少一部分安置在气流通道212内。空气在气流通道212内流动，以用于在燃料喷嘴236内进行预混合。因此，在示例性实施例中，阻尼机构208被配置成帮助缓和通道212内的气流尾流，从而防止回流区内的火焰稳定问题。例如，在示例性实施例中，阻尼机构208可以具有气动截面形状(aerodynamiccross-sectional shape),例如椭圆形、圆柱形、泪珠形或者翼型。此外,在示例性实施方案中，阻尼机构包括轮廓有助于与外壳壁216充分接触的外表面304。例如,在例性实施例中，外表面304包括呈拱形轮廓的接触表面。
[0047]图5-9是阻尼机构208的透视图和截面图。在示例性实施例中，阻尼机构208包括底座600、外壳602以及端盖604和704中的一个。尽管下文将详细介绍端盖604，但应了解，也同样适用于端盖704。外壳602从底座600延伸并且大体呈圆柱形。此外，在示例性实施例中，外壳602包括串联的第一轴向凹槽614、径向凹槽612和第二轴向凹槽616，这些凹槽各自安置在外壳602的外表面620内。此外，在示例性实施例中，端盖604包括大小经过调整以接纳外壳602的端盖口 610，以及连接到端盖口 610的内表面630的连接器618。因此，端盖604通过使连接器618与凹槽612、614和616接合来连接到外壳602。例如，在示例性实施例中，连接器618插入第一轴向凹槽614内，在径向凹槽612内周向滑动，并且以可滑动方式与轴向凹槽616联锁。因此，当阻尼机构208压向外壳壁216时，连接器618促使端盖604相对于外壳602偏置。
[0048]此外，在示例性实施例中，外壳602包括外壳口 608，并且端盖604包括端盖口610。端盖口 610经过大小调整，以在其中接纳外壳602。此外，在示例性实施例中，端盖口610和外壳口 608各自经过大小调整，以接纳诸如弹簧802等偏置机构的至少一部分。弹簧802安置在外壳口 608和端盖口 610内，以在阻尼机构208压向燃烧器衬管252或导流套管212时促使端盖604偏置。因此，弹簧802促使端盖604偏置与轴向凹槽616的长度622相等的距离。此外，尽管示例性实施例中的阻尼机构208包括弹簧802，但阻尼机构208可以包括任何合适的偏置机构，以帮助减少燃料喷嘴236上产生的振动。例如，在可替代实施例中，偏置机构可以包括绞牙减振系统(coil-over system),所述绞牙减振系统包括环绕减振器的螺旋弹簧。因此，在所述可替代实施例中，减振器能够减小振幅，弹簧为减振器提供稳定性和支撑。
[0049]此外，在示例性实施例中，端盖604和704的截面各自被配置成有助于缓和气流通道212(图4所示)内的尾流。例如，在示例性实施例中，端盖604的截面大体呈椭圆形，并且端盖704的截面呈翼型。但应了解，端盖604和704可以拥有有助于缓和尾流的任何合适形状。例如，在替代性实施例中，端盖可以具有气动截面形状(aerodynamic cross-sectionalshape)，例如椭圆形、圆柱形、泪珠形或者翼型。此外，在示例性实施方案中，端盖604和704各自包括轮廓有助于与外壳壁216充分接触的第一表面606。例如,在例性实施例中,第一表面606包括呈拱形轮廓的接触表面。因此，第一表面606大体与燃烧器衬管252或导流套管212紧密配合。此外，在示例性实施例中，耐磨涂层306 (图4所示)涂敷在第一表面606上，以帮助减少对端盖604和704的损坏。
[0050]本说明书提供一种组装燃烧器组件的方法。所述方法包括将盖帽206连接在邻近燃料喷嘴236的出料端302 (图4所示)处；将至少一个阻尼机构208连接到盖帽206 ;并且将燃料喷嘴236安置在燃烧器组件124内。此外,安置在阻尼机构208内的偏置机构可以使阻尼机构208伸展到燃料喷嘴236无法位于燃烧器组件124内的程度。因此，在将燃料喷嘴236安置在燃烧器组件124内之前，阻尼机构208至少部分受挤压。随后，在燃料喷嘴236到达燃烧器组件124内的目标位置时释放阻尼机构208。释放之后，阻尼机构208与外壳壁216接触。
[0051]本说明书中所述的燃料喷嘴组件有助于减少燃料喷嘴上产生的振动。具体来说，本说明书中所述的阻尼机构连接到燃料喷嘴盖帽并从所述盖帽延伸，以与燃烧器外壳壁接触。因此，阻尼机构用作燃料喷嘴与燃烧器外壳壁之间的缓冲器。长燃料喷嘴越来越多地被用于促进空气与燃料的预混合，从而减少NOx排放物。但是，随着燃料喷嘴长度的增加，其基本振动特性也将随之改变，可能导致对燃烧色调、流体流动和/或转子谐波产生不合需要的动态响应。此类动态响应可能使燃料喷嘴反复与燃烧器部件接触，因此可能损坏燃烧器部件和燃料喷嘴。因此，本说明书中所述的阻尼机构吸收燃料喷嘴振动或者改变动态响应特性，以帮助减少对涡轮发动机部件的损坏。
[0052]本说明书使用各种实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域中的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并且可以包括所属领域中的技术人员想出的其他实例。如果此类其他实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也在权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种组装燃烧器组件的方法，所述方法包括: 将盖帽(206)连接在邻近燃料喷嘴(236)的出料端处； 将至少一个阻尼机构(208)连接到所述盖帽；以及 将所述燃料喷嘴设置在所述燃烧器组件内，使得所述至少一个阻尼机构帮助减少所述燃料喷嘴在燃烧器运作期间产生的振动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述燃料喷嘴设置在所述燃烧器组件内包括将所述阻尼机构设置成在所述盖帽与燃烧器外壳壁(216)之间延伸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将至少一个阻尼机构连接到所述盖帽包括将包括第一表面(606)的至少一个阻尼机构连接到所述盖帽，使得所述第一表面大体与燃烧器外壳壁充分紧密配合。
4.根据权利要I所述的方法，其中将至少一个阻尼机构连接到所述盖帽包括将至少一个阻尼机构与一个拱形盖帽相连接。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括在将所述燃料喷嘴设置在所述燃烧器组件内之前压缩所述阻尼机构。
6.根据权利要求1所述的方法，其中连接所述盖帽包括沿所述燃料喷嘴的长度安装多个盖帽。
7.一种用于燃烧器(124)的燃料喷嘴组件(126)，所述组件包括: 燃料喷嘴(236)，所述燃料喷嘴包括出料端； 盖帽(206)，所述盖帽连接在邻近所述燃料喷嘴的出料端处，所述盖帽包括外表面(304);以及 至少一个阻尼机构(208)，所述阻尼机构连接到所述盖帽的外表面，以帮助减少所述燃料喷嘴上产生的振动。
8.根据权利要求7所述的燃料喷嘴组件，其中所述阻尼机构包括偏置机构。
9.根据权利要求8所述的燃料喷嘴组件，其中所述偏置机构包括弹簧(802)。
10.根据权利要求7所述的燃料喷嘴组件，其中所述阻尼机构包括: 外壳，所述外壳经过大小调整以在其中至少部分接纳偏置机构；以及 端盖，所述端盖以可滑动方式与所述外壳联锁，所述端盖配置成在所述燃烧器与所述盖帽外表面之间延伸。
11.根据权利要求10所述的燃料喷嘴组件，其中所述偏置机构促使端盖在所述燃烧器与所述盖帽外表面之间偏置。
12.根据权利要求10所述的燃料喷嘴组件，其中所述端盖包括气动截面形状，该气动截面形状包括椭圆形、圆柱形、泪珠形或者翼型其中的一种。
13.根据权利要求10所述的燃料喷嘴组件，其中所述端盖与所述外壳联锁。
14.根据权利要求10所述的燃料喷嘴组件，其中所述阻尼机构包括至少部分地涂敷在所述端盖的第一表面的耐磨涂层。
15.根据权利要求7所述的燃料喷嘴组件，其中所述盖帽的外表面呈拱形。
16.一种燃气涡轮机组件包括: 燃烧器； 延伸到所述燃烧器内的燃料喷嘴，该燃料喷嘴包括出料端；以及至少一个与燃料喷嘴相连接的阻尼机构，该阻尼机构连接在邻近出料端处，使得所述至少一个阻尼机构帮助减少所述燃料喷嘴所产生的振动。
17.根据权利要求16所述的燃气涡轮机组件，其中所述阻尼机构帮助减少所述燃料喷嘴所产生的振动是在流体运作期间，该流体是流过所述燃料喷嘴的流体和来自燃烧器的流体中的至少之一。
18.根据权利要求16所述的燃气涡轮机组件，其中所述阻尼机构包括偏置机构。
19.根据权利要求16所述的燃气涡轮机组件，其中所述阻尼机构包括气动截面形状，该气动截面形状包括椭圆形、圆柱形、泪珠形或者翼型其中的一种。
20.根据权利要求16所述的燃气涡轮机组件，其中至少一个阻尼机构包括围绕燃料喷嘴周向隔开的多个阻尼机构。
【文档编号】F23D14/48GK103486589SQ201310225219
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月7日 优先权日:2012年6月8日
【发明者】B.T.奥弗比, D.J.厄勒 申请人:通用电气公司