燃料喷嘴、燃烧器及燃气涡轮的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及燃料喷嘴冷却方案。更具体而言，本发明涉及具有由燃料喷嘴的外护罩或喷烧管部分限定的冷却通道的燃料喷嘴，以及用于制造燃料喷嘴的至少一部分的方法。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮广泛用于工业、船舶、飞行器和发电操作。燃气涡轮大体上包括压缩机区段、设置在压缩机区段下游的燃烧器区段，以及设置在燃烧区段下游的涡轮区段。
[0003]为了降低排放并且/或者在燃气涡轮的操作期间保持低排放，特定的燃烧器包括连接于端盖的中心或主燃料喷嘴，以及也连接于端盖且布置成围绕中心燃料喷嘴的环形阵列的多个第二燃料喷嘴。各个燃料喷嘴经由端盖燃料和/或燃料筒与燃料供应源流体连通。当燃气涡轮上的负载或需求变化时，至各种燃料喷嘴的燃料流率可调节和/或开启或关闭，以增大或减小燃气涡轮的输出。该构造典型地提供了加强或变宽的下调范围，其中燃气涡轮可在低于全速状态下操作，同时保持在预先限定的排放生产范围内。
[0004]在常规构造中，各个燃料喷嘴的下游端或出口终止于盖或隙透板的热侧处或附近。盖板在燃烧器内沿径向和沿周向延伸，大致邻近限定在燃烧器内的燃烧室。典型地，盖板用作燃料喷嘴的热障层，具体是中心的下游端，以及第二燃料喷嘴，从而减小了由下游端邻近燃烧室中的燃烧火焰引起的热应力。
[0005]在特定燃烧器设计中，中心燃料喷嘴包括外护罩或喷烧管，其至少部分地限定预混流动通路，用于在引入到燃烧室中之前混合燃料和空气。已示出了下调范围可通过使外护罩或喷烧管从盖板的热侧沿轴向向下游朝燃烧室延伸来增强或加宽。一个挑战在于充分地冷却外护罩的下游端。因此，改进的燃料喷嘴将是有用的。
【发明内容】
[0006]本发明的方面和优点在下文在以下描述中阐明，或者可从描述清楚，或者可通过本发明的实践学习。
[0007]本发明的一个实施例为燃料喷嘴。燃料喷嘴包括中心体和与中心体沿径向间隔开的外护罩，因此限定了其间的预混流动通路。外护罩包括主体，其限定内侧部分、外侧部分和与后端部分轴向地分开的前端部分。主体限定冷却通道，其完全地界定在内侧部分与外侧部分之间，并且至少部分地在前端部分与后端部分之间延伸。主体还限定与冷却通道流体连通的至少一个冷却空气入口，以及在冷却空气入口下游与冷却通道流体连通的至少一个冷却空气出口。
[0008]本公开内容的另一个实施例为燃烧器。燃烧器包括外壳和具有中心体的主燃料喷嘴，该中心体在外壳内从端盖沿轴向向下游延伸。主燃料喷嘴还包括外护罩，其与中心体同轴对准，并且与中心体沿径向间隔开来限定其间的预混流动通路。至少一个第二燃料喷嘴在壳内大致平行于主燃料喷嘴延伸。第二燃料喷嘴终止于出口端处。外护罩包括环形主体，其限定内侧部分、外侧部分和与后端部分沿轴向分开的前端部分，其中后端部分沿轴向延伸越过第二燃料喷嘴的出口端。主体还限定完全界定在主体内的冷却通道、与冷却通道流体连通的冷却空气入口，以及在冷却空气入口下游与冷却通道流体连通的冷却空气出口。
[0009]本发明还包括燃气涡轮。燃气涡轮包括压缩机、设置在压缩机下游的燃烧器，以及设置在燃烧器下游的涡轮。燃烧器包括端盖，该端盖联接于外壳和燃料喷嘴。燃料喷嘴包括在外壳内从端盖沿轴向向下游延伸的中心体，以及与中心体同轴对准的外护罩。外护罩与中心体沿径向间隔开，以在其间限定预混流动通路。外护罩包括环形主体，其限定内侧部分、外侧部分，以及与后端部分沿轴向分开的前端部分。后端部分设置成邻近限定在燃烧器内的燃烧区。主体还限定完全界定在主体内的冷却通道、与冷却通道流体连通的冷却空气入口，以及在冷却空气入口下游与冷却通道流体连通的冷却空气出口。
[0010]本发明的另一个实施例包括一种用于制造燃料喷嘴的外护罩部分的主体的方法，其中主体限定完全界定在主体内的冷却通道。该方法包括以下步骤:确定包括冷却通道的主体的三维信息、将三维信息转换成多个片段，该多个片段限定主体的截面层，其中空隙限定在层中的至少一些内，因此限定冷却通道。该方法还包括通过使用激光能量或电子束能量中的至少一个熔化金属粉末来连续地形成主体的各层。
[0011]本发明的一个实施例包括燃料喷嘴。燃料喷嘴包括具有环形的主体的外护罩，以及完全界定在主体内的冷却通道，其中主体使用添加制造过程来制成。
[0012]本领域的普通技术人员将在查阅说明书时更好认识到此类实施例及其它实施例的特征和方面。
【附图说明】
[0013]包括对本领域的技术人员而言的最佳模式的发明的完整且实现的公开内容在包括参照附图的说明书的其余部分中更具体地阐明，在该附图中:
[0014]图1为可结合本发明的各种实施例的示例性燃气涡轮的功能框图；
[0015]图2为可结合在本发明中的示例性筒型燃烧器的一部分的截面侧视图；
[0016]图3为根据本发明的一个或更多个实施例的如图2中所示的燃烧器的一部分的上游视图，包括了示例性主燃料喷嘴，以及多个示例性第二燃料喷嘴；
[0017]图4为根据本发明的至少一个实施例的示例性主燃料喷嘴的放大截面侧视图；
[0018]图5为根据本发明的一个实施例的如图4中所示的主燃料喷嘴的上游视图；
[0019]图6为根据本发明的一个或更多个实施例的包括各种流动特征的示例性冷却通道的截面视图；
[0020]图7为根据本发明的各种实施例的包括多个冷却通道的主燃料喷嘴的外护罩部分的局部透视图；
[0021]图8为根据本发明的各种实施例的包括多个冷却通道的主燃料喷嘴的外护罩部分的局部透视图；
[0022]图9为根据本发明的一个或更多个实施例的包括如图4中所示的主燃料喷嘴的燃烧器的一部分的截面侧视图；
[0023]图10为根据本发明的一个或更多个实施例的包括主燃料喷嘴的示例性实施例的燃烧器的一部分的截面侧视图；以及
[0024]图11为示出用于制造如图4-10中的各种实施例所示的燃料喷嘴的外护罩的主体部分的方法的示例性实施例的流程图。
[0025]部件列表
[0026]10燃气涡轮
[0027]12入口区段
[0028]14工作流体
[0029]16压缩机
[0030]18压缩工作流体
[0031]20燃料
[0032]22燃料源
[0033]24燃烧器
[0034]26燃烧气体
[0035]28涡轮
[0036]30轴
[0037]32发电机/马达
[0038]34排出气体
[0039]36排气区段
[0040]38排气烟囱[0041 ]40外壳
[0042]42端盖
[0043]44尚压仓室
[0044]46燃料喷嘴
[0045]48主燃料喷嘴
[0046]50中心线
[0047]52第二燃料喷嘴
[0048]54管
[0049]56燃烧区
[0050]58出口端
[0051]60衬套
[0052]62热气体通路
[0053]64盖/隙透板
[0054]66主燃料喷嘴通路
[0055]68第二燃料喷嘴通路
[0056]70外套筒
[0057]72冷却空气仓室
[0058]74中心体
[0059]76外护罩
[0060]78预混流动通路
[0061]80转动/旋流器导叶
[0062]82前缘部分
[0063]84后缘部分
[0064]86 主体
[0065]88内侧部分
[0066]90外侧部分
[0067]92前端部分
[0068]94后端部分
[0069]96冷却通道
[0070]98冷却空气入口
[0071]100冷却空气出口
[0072]102 前壁
[0073]104 后壁