专利名称：具有带有尖端冷却的燃料喷射器的系统的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题涉及燃料喷射器，且更具体而言，涉及用于气化器的燃料喷射器。
背景技术：
多种燃烧系统采用燃料喷射器以将燃料喷入燃烧室。例如，整体气化联合循环(IGCC)发电设施包括带有一个或多个燃料喷射器的气化器。燃料喷射器将诸如有机原料的燃料与氧和蒸汽一起供应到气化器中以生成合成气。通常，燃烧发生在燃料喷射器下游。然而，紧邻燃料喷射器的燃烧所产生的火焰和/或热量可降低燃料喷射器的寿命，特别是在燃料喷射器超出一定温度时。例如，燃料喷射器可经受朝尖端和/或靠近火焰的其它位置的不断增加的更高温度。遗憾的是，燃料喷射器的寿命可被这样高的温度降低，甚至在使用现有冷却技术时。
发明内容
在范围方面与初始要求保护的发明相一致的某些实施例总结如下。这些实施例不意图限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例意图仅提供本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可包括可类似于或不同于下文所述实施例的各种形式。在第一实施例中，系统包括气化燃料喷射器。气化燃料喷射器包括围绕喷射通道的尖端部分，喷射通道构造成沿下游方向喷射流体。尖端部分包括:内壁，其围绕喷射通道且沿下游方向从颈部延伸至边沿； 外壁，其围绕内壁且从颈部延伸至边沿；以及冷却剂室，其在内壁与外壁之间。外壁包括沿下游方向远离边沿延伸的弯曲壁部分。在第二实施例中，系统包括燃料喷射器。燃料喷射器包括:燃料通道，其构造成沿下游方向喷射燃料；氧通道，其构造成沿下游方向喷射氧；以及尖端部分，其围绕燃料通道和氧通道。尖端部分包括:内壁，其围绕燃料通道和氧通道且沿下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕内壁且从颈部延伸至边沿；以及冷却剂室，其在内壁与外壁之间。外壁包括沿下游方向远离边沿延伸的弯曲壁部分。尖端部分包括径向通过外壁进入冷却剂室的冷却剂入口和冷却剂出口。在第三实施例中，系统包括燃烧室和联接到燃烧室的燃料喷射器。燃料喷射器包括构造成沿下游方向喷射燃料的燃料通道和围绕燃料通道的尖端部分。尖端部分包括:内壁，其围绕燃料通道且沿下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕内壁且从颈部延伸至边沿；以及冷却剂室，其在内壁与外壁之间。外壁包括沿下游方向远离边沿延伸的弯曲壁部分。外壁具有相对于燃料喷射器的纵向轴线的外壁直径，并且外壁直径从边沿到颈部逐渐地增加，并且然后逐渐地减小。
当参考附图阅读下面的具体实施方式
时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中相同的标记表示相同的部件，在附图中:
图1是带有冷却剂室的燃料喷射器的实施例的轴向剖视 图2是带有冷却剂室的燃料喷射器的实施例的底视 图3是具有两个曲率半径(radii)的燃料喷射器的尖端部分的实施例的轴向剖视图； 图4是具有两个曲率半径的燃料喷射器的尖端部分的实施例的轴向剖视 图5是具有一个曲率半径的燃料喷射器的尖端部分的实施例的轴向剖视图；以及 图6是示出屈曲特性的燃料喷射器的尖端部分的实施例的轴向剖视图。 部件列表 104 燃料喷射器 152 纵向轴线 154 上游侧 156 下游侧 158 氧
160 第一氧通道 162 燃料 164 燃料通道 166 预混合区 170 第二氧通道 172 尖 而部分 174 内壁 176 外壁 178 冷却剂室 180 冷却剂 182 冷却盘管(coil)
184 颈部 186 边沿 190 下游方向 192 热燃烧气体
200进口
201第一侧
202出口
203第二侧 216 上部
218下部
219交界面(interface)
220内壁厚度 222 外壁厚度 224 颈部厚度 226 第一弯曲部分228第二弯曲部分
230直部
232第一曲率半径
234第一中心
236第二曲率半径
238第二中心
240边沿角度
242颈部角度
244边沿曲率半径
246边沿中心
248颈部曲率半径
250颈部中 心
252轴向距离
253最外突起
254外壁直径 270氧侧关键位置 272尖端面关键位置 274上通道关键位置。
具体实施例方式下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要说明，可不在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应当理解，如在任意工程或设计项目中的任何这种实际实施方案的开发、大量的针对实施方案的决定都应实现开发者的具体目标，例如遵守在各个实施方案中均不同的与系统相关和与商业有关的限制。此外，应当理解，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的有益效果的本领域普通技术人员来说，这些都是设计、制作和制造中的常规任务。在介绍本发明的各种实施例的元素时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在这些元素中的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括性的并且意味着存在除了所列元件之外的额外的元件。燃烧系统可利用燃料喷射器将燃料和可选地其它流体喷入燃烧室内。例如，IGCC发电设施可具有包括一个或多个气化燃料喷射器的气化器。由于燃烧发生在燃料喷射器的尖端附近，所以尖端可能暴露于高达大约1，300摄氏度(C)的温度。此外，热燃烧气体可再循环回到燃料喷射器。这样的高温可过早地磨损燃料喷射器，即使喷射器由专门设计用于高温的材料制成。相应地，可使用不同的冷却方法来增加燃料喷射器的寿命。例如，燃料喷射器尖端可具有一体冷却剂室以流过冷却剂。此外，冷却盘管可围绕燃料喷射器的主体以将冷却剂运送到冷却剂室。因此，燃料喷射器的外表面可暴露于热再循环气体，同时燃料喷射器的内表面可接触冷却剂。例如，冷却剂的温度可为大约40°C，从而导致大约1，260°C的温差。这样大的温度梯度可导致燃料喷射器的尖端附近的裂缝。具体而言，高温和温度波动可在尖端附近造成径向裂缝。此外，由高温度梯度引起的高应变力可引起周向裂缝。而且，设计用于增加的强度的较厚的冷却剂室壁可抑制热传递，由此有助于大的温度梯度。此外，热燃烧气体中的硫化合物可趋于沉积在诸如厚冷却剂室壁的较热表面上，硫化合物接着在这里加速金属的腐蚀。由这些不同机制引起的裂缝和腐蚀可最终降低燃料喷射器的寿命。为了解决这些问题，在下文所述的各种实施例中，气化燃料喷射器包括围绕喷射通道的尖端部分，喷射通道沿下游方向喷射诸如燃料或另一种流体的流体。具体而言，尖端部分可包括内壁，其围绕喷射通道且沿下游方向从颈部延伸至边沿。尖端部分还可包括外壁，其围绕内壁且从颈部延伸至边沿。此外，尖端部分可包括设置在内壁与外壁之间的冷却齐IJ室。因此，冷却剂可流过冷却剂室以帮助降低尖端部分的温度。在某些实施例中，外壁包括沿下游方向远离边沿延伸的弯曲壁部分。弯曲壁部分可提高尖端部分的强度，由此减少由尖端部分所经历的应变。尖端部分中应变的减少可降低在尖端部分中形成径向和周向裂缝的可能性。此外，弯曲壁部分可足够坚固，以抵御由跨尖端部分的压差引起的屈曲。在其它实施例中，联接到冷却剂室的冷却剂入口可用来将冷却剂运送到冷却剂室中，并且联接至IJ冷却剂室的冷却剂出口可用来从冷却剂室移除受热的冷却剂。冷却剂入口和冷却剂出口可将冷却剂径向运送通过外壁进入冷却剂室。在另外的实施例中，外壁可通过相对于燃料喷射器的纵向轴线的外壁直径来表征。外壁直径可沿从边沿到颈部的方向逐渐地增加，并且然后逐渐地减小。这样的逐渐增加和减小的外壁直径可提高尖端部分的强度，由此减小裂缝的可能性。图1是根据实施例的燃料喷射器104的轴向剖视图。纵向轴线152纵长地穿过燃料喷射器104的中心。燃料喷射器104具有上游侧154，原料、氧和其它材料可源自上游侧154。燃料喷射器104还具有下游侧156，原料、氧和其它材料可离开下游侧156。因此，下游侧156是用于材料的出口。接下来转到燃料喷射器104的通道，虽然将描述通道的一种布置，但取决于特定的燃烧系统的要求，其它布置是可能的。具体而言，穿过燃料喷射器104的最内部材料为氧158,氧158被第一氧通道160导向至下游侧156。第一氧通道160供应氧158用于燃料喷射器104下游的燃烧。氧158可包括但不限于纯氧、氧混合物和空气。再外侧的材料为燃料162，燃料162被燃料通道164导向至下游侧156。因此，燃料通道164以同轴或同心布置围绕第一氧通道160。燃料162可包括干燃料、浆液燃料、液态燃料或它们的任何组合。燃料通道 164将燃料162导向至来自第一氧通道160的氧158的下游以促进燃料162和氧158的混合。来自第一氧通道160的氧158和燃料162混合的区域可被称为预混合区166。再外侧的材料为氧158，氧158被第二氧通道170导向至下游侧156。因此，第二氧通道170以同轴或同心布置围绕燃料通道164。第二氧通道170可将氧158导向至燃料162和来自第一氧通道160的氧158的混合物以产生用于有效燃烧的细喷雾。来自第二氧通道170的氧158也可包括但不限于纯氧、氧混合物和空气。邻近下游侧156的氧通道170的部分可被称为尖端部分172。具体而言，尖端部分172沿如箭头190所指的下游方向喷射燃料162和氧158的混合物。此外，尖端部分172围绕燃料喷射器104的其它喷射通道，例如第一氧通道160和燃料通道164。尖端部分172包括围绕第一氧通道160和燃料通道164的内壁174。尖端部分172还可包括围绕内壁174的外壁176。尖端部分172还可包括设置在内壁174与外壁176之间的冷却剂室178。冷却剂180可经由冷却盘管182输送到冷却剂室178。具体而言，冷却剂180可在燃料喷射器104的上游侧154附近进入冷却盘管182。冷却剂180接着循环通过冷却盘管182，直到冷却剂180进入冷却剂室178。冷却剂180的示例包括但不限于水、蒸汽、二氧化碳、氮、以及它们的组合。实际上，冷却剂180可包括任何合适的冷却剂气体、冷却剂液体、冷却剂混合物、或它们的任何组合。由于这些材料中的每一种具有不同的热传递特性，所以可基于燃料喷射器104的特定要求而选择特定的冷却剂180。随着冷却剂180穿过冷却剂室178，冷却剂180可增加温度，因为壁(例如，外壁176)暴露于热燃烧气体。然而，随着热的冷却剂180离开冷却剂室178，可从尖端部分172移除热量。热的冷却剂180可穿过热交换器以被冷却和循环回到燃料喷射器104。例如制冷剂或空气可用于在热交换器中冷却。通过从热燃烧气体吸收热量并将热量从燃料喷射器104带走，冷却剂室178可帮助保护燃料喷射器104免于热应力和磨损。此外，冷却盘管182、冷却剂室178和尖端部分172可由专门设计用于高温的材料制成，该材料例如但不限于奥氏体镍铬基超合金和钴铬铁耐热合金。如图1所示，内壁174和外壁176从燃料喷射器104的颈部184延伸至边沿186。颈部184可对应于内壁174和外壁176在冷却剂室178上方接合在一起的地方。边沿186可对应于内壁174和外壁176在下游侧156处接合在一起的地方。如下文详细描述地，内壁174具有大体上直的截面形状，并且外壁176具有大体上弯曲(例如，圆形、椭圆、抛物线、双曲线、凸形、向外弯曲)的截面形状。当在三维中观察时，内壁174可具有大体上锥形的形状，并且外壁176可具有大体上球形的形状。因此，当在三维中观察时，尖端部分172可具有大体上环型(toroidal)或环形室的形状。具体而言，外壁176的弯曲形状沿下游方向190远离边沿186延伸。因此，外壁176的向外弯曲形状可帮助保护边沿186不受再循环的热燃烧气体192的影响。具体而言，在燃料喷射器104的操作期间，热燃烧气体192可朝燃料喷射器104的尖端部分172再循环。如图1所示，外壁176的向外弯曲形状可帮助阻止热燃烧气体192的至少一 部分到达边沿186，由此有助于降低边沿186的温度和减小可引起裂缝和其它损坏的与温度有关的应变和应力。换言之，外壁176的向外弯曲形状填充本来可允许热燃烧气体192再循环的任何空间。在某些实施例中，内壁174为内环形壁，外壁176为外环形壁，并且外环形壁176与内环形壁174同轴。此外，冷却剂室178可以是设置在内环形壁与外环形壁之间的环形冷却剂室，边沿186可以是环形边沿，并且颈部184可以是环形颈部。为了示出上文描述的通道和冷却盘管182的构型，图2为燃料喷射器104的尖端部分172沿图1中标以2-2的线的底视图。对应地，图1的轴向截面沿图2中标以1-1的线指示。与图1所示的那些一样的元件被标以相同的附图标记。如图2所示，通道160和164以及尖端部分172为环形且彼此同轴，并且冷却盘管182环绕通向冷却室178的通道。在所示的特定实施例中，冷却盘管182的进口 200通过在燃料喷射器104的第一侧201上的外壁176联接到冷却剂室178，并且冷却盘管182的出口 202通过在冷却剂室178的第二侧203上的外壁176联接到冷却剂室178，第二侧203与第一侧201相对。冷却盘管182的出口 202将热的冷却剂180运送远离待被冷却的燃料喷射器104并且冷却剂180再循环回到燃料喷射器104，如上所述。如图2所示，冷却剂180相对于燃料喷射器104的纵向轴线152沿径向方向进入冷却剂室178。具体而言，进口 200和出口 202通过外壁176径向连接到冷却剂室178中。换言之，冷却剂180周向流过冷却剂室178。图3是尖端部分172沿图1中标以3-3的线的轴向剖视图。在图示实施例中，尖端部分172可由两种不同的金属制成。具体而言，尖端部分172的上部216可由第一金属制成，并且下部218可由第二金属制成。上部216和下部218可在交界面219处接合。上部216和下部218都可由专门为高温服务而选择的金属制成。然而，为下部218选择的金属可比为上部216而选择的金属适合在更高的温度下使用，因为下部218可暴露于比上部216更高的温度。换言之，下部218可更靠近热燃烧气体192。例如，上部216可由诸如Inconel 合金625的奥氏体镍铬基超合金制成，并且下部218可由诸如UMCo 50的耐热钴超合金制成。在其它实施例中，其它合适的金属或合金可用于上部216和下部218。在另外的实施例中，上部216和下部218可由相同材料或金属制成，诸如Inconel 合金625或UMCo 50。如图3所示，内壁174可通过内壁厚度220来表征,并且外壁176可通过外壁厚度222来表征，两者都可以是恒定的。换言之，内壁厚度220和外壁厚度222可不沿内壁174和外壁176的长度变化。在特定实施例中，内壁厚度220和外壁厚度222可大约相同。例如，在某些实施例中，内壁厚度220和外壁厚度222可在大约0.23至0.61cm、0.41至0.56cm、或0.46至0.51cm之间。内壁厚度220和外壁厚度222可被选择以提供内壁174和外壁176的合适的热传递特性。例如，更薄的壁可增加热传递，而更厚的壁可减少热传递。此外，内壁厚度220和外壁厚度222可被选择以提供合适的强度和屈曲特性，如下文详细描述地。此外，通过将内壁厚度220和外壁厚度222选择成大约相同，可降低与制作尖端部分172相关联的成本和复杂性。如图3所示，颈部184可通过颈部厚度224来表征，该厚度可以是沿第二氧通道170的长度从颈部184朝上游侧154大约恒定的。因此，第二氧通道170的热传递特性可从颈部184至上游侧154大约相同。换言之，可避免可由具有大于第二氧通道170的厚度的颈部厚度224的颈部184造成的腐蚀问题。例如，具有如此大的颈部厚度224的颈部184可受到减少的热传递和减少的冷却。在热燃烧气体192中的硫化合物可趋于以较高的速率沉积在这样的高温区域中，由此增加了与硫有关的金属腐蚀。当颈部厚度224沿第二氧通道170大体均匀时，可避免这样的高温区域，如图3所示。在图示实施例中，外壁 176可包括第一弯曲部分226、第二弯曲部分228和直部230。当在三维中观察时，第一弯曲部分226和第二弯曲部分228可具有大体上球形的形状，并且直部230可具有大体上锥形的形状。换言之，第一弯曲部分226和第二弯曲部分228可具有向外弯曲(例如，圆形、椭圆、抛物线、双曲线或凸形)的环形表面。第一弯曲部分226和第二弯曲部分228沿下游方向190远离边沿186延伸。如图3所示，第一弯曲部分226可直接从边沿186延伸，直部230可从颈部184延伸，并且第二弯曲部分228可位于第一弯曲部分226与直部230之间。具体而言，第一弯曲部分226可通过具有第一中心234的第一曲率半径232来表征。例如，第一曲率半径232的长度可在大约6.1至9.lcm、6.6至
8.6cm、或7.1至8.1cm之间。类似地，第二弯曲部分228可通过具有第二中心238的第二曲率半径236来表征。例如，第二曲率半径236的长度可在大约1.0至4.0cmU.5至3.6cm、或2.0至3.0cm之间。因此，第一曲率半径232可大于第二曲率半径236。因此，第二弯曲部分228可比第一弯曲部分226更弯曲。外壁176的这样的构型可具有提高的强度和因此减少的应变，如下文详细讨论地。通过提高强度和减少应变，可减小在尖端部分172中形成裂缝的可能性。图示实施例的尖端部分172可通过边沿角度240来表征，该角度构成在边沿186处的内壁174和外壁176之间的角度。如图3所示，第一弯曲部分226直接从边沿186延伸。换言之，邻近边沿186的外壁176不包括直部，而是直接从边沿186弯曲。由于第一弯曲部分226与内壁174在边沿186处的布置，边沿角度240可以是大约直角。例如，边沿角度240可在大约70至100度、75至95度、或80至90度之间。此外，邻近边沿186的外壁176初始地朝下游侧156远离边沿186成角度，并且然后朝上游侧154弯曲。换言之，夕卜壁176沿下游方向190从边沿186弯曲，并且然后沿与下游方向190相反的上游方向弯曲。因此，由于外壁176的弯曲和相对大的边沿角度240，所以外壁176有助于阻止热燃烧气体192到达边沿186。增加边沿角度240可有助于减少边沿186附近的外壁176中的应变。此夕卜，尖端部分172可通过颈部角度242来表征。例如，颈部角度242可在大约30至60度、35至55度、或40至50度之间。同样，较大的颈部角度242可与弯曲的外壁176相关联。从而有助于阻止边沿186免受热燃烧气体192的影响。换言之，较大的颈部角度242导致外壁176进一步远离边沿186移动。此外，冷却剂室178可被具有边沿中心246的边沿曲率半径244和具有颈部中心250的颈部曲率半径248限定。换言之，暴露于冷却剂180的冷却剂室178的内表面可具有在内壁174与外壁176之间的弯曲的交界面。例如，边沿曲率半径244的长度可在大约0.16至0.38cm、0.28至0.36cm、或0.30至0.33cm之间。类似地，颈部曲率半径248的长度可在大约0.64至0.89cm、0.71至0.81cm、或0.74至0.79cm之间。因此，由于边沿曲率半径244和颈部曲率半径248的小的值，冷却剂室178可具有在内壁174与外壁176之间的非常弯曲的交界面。图示实施例的尖端部分172也可通过在边沿186与外壁176的最外突起253之间的轴向距离252来表征。例如，轴向距离252可在大约0.64至0.89cm、0.71至0.81cm、或
0.74至0.79cm之间。因此,轴向距离252可限定外壁176远离边沿186的隆起(bulge)。外壁176的这种隆起可帮助阻止热燃烧气体192到达边沿176。此外，尖端部分172可通过在外壁176与纵向轴线152之间的外壁直径254来表征。如图3所示，外壁直径254在边沿186处和在边沿186与纵向轴线152之间的距离一致。在远离边沿186移动时，外壁直径254沿第一弯曲部分226和第二弯曲部分228逐渐增加。在第二弯曲部分228的端部附近，外壁直径254达到最大。外壁直径254接着沿直部230朝颈部184逐渐减小。换言之，外壁直径254从边沿186至颈部184逐渐增加，然后逐渐减小。外壁直径254的这种逐渐增加和减小产生可帮助阻止热燃烧气体192到达边沿176的尖端部分172的形状。
在某些实施例中，尖端部分172的形状可通过一个或多个无量纲比率来表征。例如，曲率的量度可被限定为第一曲率半径232对外壁直径254的比率或第二曲率半径236对外壁直径254的比率。在某些实施例中，基于第一曲率半径232的曲率的量度可在大约
1.05:1至1.65: 1、1.15:1至1.55: 1、或1.25:1至1.45:1之间。在其它实施例中，基于第二曲率半径236的曲率的量度可在大约0.05:1至0.75:1,0.15:1至0.65: 1、或0.25:1至
0.55:1之间。另一个无量纲比率可以是边沿186下游的距离的量度，其可被限定为轴向距离252与外壁直径254的比率。在某些实施例中，边沿186下游的距离的量度可在大约0.08:1至0.2:1,0.1:1至0.18: 1、或0.12:1至0.16:1之间。例如，这样的比率可用来在按比例放大或按比例缩小时确定尖端部分172的合适尺寸。图4是尖端部分172的另一个实施例的轴向剖视图。与图3所示的那些一样的图4中的元件被标以相同的附图标记。与图3所示的实施例一样，当在三维中观察时，图示实施例的第一弯曲部分226和第二弯曲部分228可具有大体球形的形状，并且直部230可具有大体柱形的形状。因此，尖端部分172可具有大体环型的形状。如图4所示，直部230长于第二弯曲部分228。在图3所示的实施例中，第二弯曲部分228长于直部230。由于在这两个实施例中第二弯曲部分228和直部230的不同长度，所以图4所示尖端部分172的柔性和强度可不同于图3所示尖端部分的柔性和强度。例如，在外壁176的较长部分中，应变可分布在更大的区域上。相应地，在外壁176的较短部分中，应变可集中在更小的区域中。当暴露于高温时，应变集中的区域可更可能开裂。例如，可预料，图4所示实施例的直部230的预计寿命可大于图3所示实施例的直部230的预计寿命，因为图4所示直部230长于图3所示的直部230。因此，对于图4所示直部230来说，应变可分布在更大的区域上，由此增加其预计寿命。此外，应变预计在第一弯曲部分226和第二弯曲部分228中可比在直部230中更小，因为第一弯曲部分226和第二弯曲部分228可比直部230更具柔性。图3和图4所示的实施例之间的另一个区别在于，图4所示的第二曲率半径236小于图3所示的曲率半径236。例如，图4所示的第二曲率半径236的长度可在大约1.91至
2.16cm、l.96至2.11cm、或2.01至2.06cm之间。图4所示较小的第二曲率半径236可对应于图示实施例的较短的第二弯曲部分228。通常，随着曲率半径的增加，在尖端部分172的对应部分中可使用更多材料，由此减少了在该部分中的应变。此外，图4所示颈部角度242可小于图3所示的颈部角度242。例如，图4所示颈部角度242可在大约15至45度、20至40度、或25至35度之间。通过减小颈部角度242，第二弯曲部分228的长度可减小，并且直部230的长度增加。此外，由于图示实施例的较小的颈部角度242，颈部184附近的应变可减少。此外，与图3所示实施例一样，外壁直径254从边沿186至颈部184逐渐增加，并且然后逐渐减小。然而，在图示实施例中外壁直径254的逐渐减小的量小于图3所示实施例中的量。图5是具有 单个弯曲部分226的尖端部分172的实施例的轴向剖视图。如图5所示，外壁176包括弯曲部分226和直部230，而没有此前的实施例的第二弯曲部分228。相应地，外壁176的曲率可仅被第一曲率半径232限定。因此，由于仅使用了第一曲率半径232，图5中所示的尖端部分172可成本更低且更不复杂地制作。此外，由于邻近边沿186处增加的曲率，图5中所示的尖端部分172可具有比图3和图4中示出的此前的实施例更多的应变。换言之，尖端部分172中的应变可预计在尖端部分172的较平直或较不弯曲部分中较低。然而，图5所示尖端部分172可具有比此前的实施例中更高的屈曲强度，如下文详细描述地。此外，图5所示的尖端部分172的轴向距离252大于此前的实施例的轴向距离252。图示实施例的轴向距离252可由于仅使用第一曲率半径232而较大。因此，外壁176的最外突起253可比此前的实施例更靠近热燃烧气体192且暴露于更高的温度。此外，仅仅由于使用了第一曲率半径232，所以图示实施例的边沿角度240可大于此前的实施例的边沿角度240。例如，图5所示边沿角度240可在大约95至125度、100至120度、或105至115度之间。如上所述，图示实施例可具有提高的屈曲特性。图6是示出就屈曲而言的关键位置的尖端部分172的轴向剖视图，屈曲可被限定为由高压引起的尖端部分172的壁的弯曲或失效。如图6所示，尖端部分172可包括氧侧关键位置270、尖端面关键位置272和上通道关键位置274。关键位置270、272和274表示高压更可能引起尖端部分172的弯曲或失效的区域。例如，当热燃烧气体192的压力增加时，尖端部分172的失效可在关键位置270、272和274中的一个处更有可能。这样的高压可预计在正常操作期间不发生，但承受这样的压力的燃料喷射器104的设计提供了安全系数。对于图示实施例来说，在热燃烧气体192的非常高的压力下，尖端部分172可预计优先地在外壁176的尖端面关键位置272处屈曲。尖端部分172的这样的失效可引起热燃烧气体192进入冷却剂室178，这可在冷却剂180中容易地检测到。例如，当被来自热燃烧气体192的有机材料污染时，冷却剂180的电气特性可变化并被各种电气传感器感测到。尖端面关键位置272的这样的屈曲可以是相比氧侧关键位置270的屈曲优选的，氧侧关键位置270的屈曲可引起氧158进入冷却剂180。相比检测冷却剂180中的热燃烧气体192，检测氧158可能非常困难。因此，图示实施例在尖端面关键位置272处的潜在屈曲可以是优选的。如上所述，相比不具有尖端部分172的其它燃料喷射器，具有尖端部分172的燃料喷射器104的实施例可具有提高的寿命和屈曲特性。此外，尖端部分172可能易于制作和移除以便修理。而且，尖端部分172的改善的热传递特性可有助于减少由局部热区所引起的腐蚀。在某些实施例中，尖端部分172包括设置在内壁174与外壁176之间的冷却剂室178。循环通过冷却剂室178的冷却剂180有助于从尖端部分172移除热量。在一些实施例中，冷却剂入口 200和冷却剂出口 202径向通过外壁176而进入冷却剂室178。在其它实施例中，尖端部分172的第一弯曲部分226和第二弯曲部分228可有助于阻止热燃烧气体192到达边沿186，由此保护边沿186并延长其寿命。在另外的实施例中，尖端部分172可仅包括第一弯曲部分226，其也可有助于阻止热燃烧气体192到达边沿186。在另外的实施例中，尖端部分172的外壁直径254可从边沿186至颈部184逐渐增加和逐渐减小，由此为尖端部分172提供有助于将热燃烧气体192从边沿186阻隔开的形状。本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能实践本发明，包括制备和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构 元件，则这种其它示例意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种系统，包括: 气化燃料喷射器，包括: 尖端部分，其围绕构造成沿下游方向喷射流体的喷射通道，其中，所述尖端部分包括:内壁，其围绕所述喷射通道且沿所述下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕所述内壁且从所述颈部延伸至所述边沿；和冷却剂室，其在所述内壁与外壁之间，其中，所述外壁包括沿所述下游方向远离所述边沿延伸的弯曲壁部分。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外壁的弯曲壁部分沿所述下游方向直接从所述边沿远离所述边沿延伸。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外壁具有相对于所述气化燃料喷射器的纵向轴线的外壁直径，并且所述外壁直径从所述边沿至所述颈部逐渐增加并且然后逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外壁的弯曲壁部分包括第一曲率半径和第二曲率半径，其中，所述第一曲率半径大于所述第二曲率半径。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外壁的弯曲壁部分包括单个曲率半径。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内壁具有第一恒定厚度，所述外壁具有第二恒定厚度，并且所述第一恒定厚度和第二恒定厚度彼此相等。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内壁为内环形壁，所述外壁为与所述内环形壁同轴的外环形壁，所述冷却剂室为设置在所述内环形壁与外环形壁之间的环形冷却剂室，所述边沿为环形边沿，并且所述颈部为环形颈部。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尖端部分包括径向通过所述外壁进入所述冷却剂室的冷却剂入口和冷却剂出口。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述弯曲壁部分沿所述下游方向远离所述边沿延伸以阻止热气体朝所述边沿再循环。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尖端部分构造成优先沿所述外壁屈曲。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括具有气化燃料喷射器的气化器。
12.一种系统,包括: 燃料喷射器，包括: 燃料通道，其构造成沿下游方向喷射燃料； 氧通道，其构造成沿所述下游方向喷射氧；以及 尖端部分，其围绕所述燃料通道和所述氧通道，其中，所述尖端部分包括:内壁，其围绕所述燃料通道和所述氧通道且沿所述下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕所述内壁且从所述颈部延伸至所述边沿；和冷却剂室，其在所述内壁与外壁之间，其中，所述外壁包括沿所述下游方向远离所述边沿延伸的弯曲壁部分，其中，所述尖端部分包括径向通过所述外壁进入所述冷却剂室的冷却剂入口和冷却剂出口。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述外壁的弯曲壁部分沿所述下游方向直接从所述边沿远离所述边沿延伸。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述外壁的弯曲壁部分包括第一曲率半径和第二曲率半径，其中，所述第一曲率半径大于所述第二曲率半径。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述弯曲壁部分沿所述下游方向远离所述边沿延伸以阻止热气体朝所述边沿再循环。
16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述尖端部分构造成优先沿所述外壁屈曲。
17.一种系统,包括: 燃烧室；以及 燃料喷射器，其联接到所述燃烧室，其中，所述燃料喷射器包括: 燃料通道，其构造成沿下游方向喷射燃料；和 尖端部分，其围绕所述燃料通道，其中，所述尖端部分包括:内壁，其围绕所述燃料通道且沿所述下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕所述内壁且从所述颈部延伸至所述边沿；和冷却剂室，其在所述内壁与外壁之间，其中，所述外壁包括沿所述下游方向远离所述边沿延伸的弯曲壁部分，其中，所述外壁具有相对于所述燃料喷射器的纵向轴线的外壁直径，并且所述外壁直径从所述边沿至所述颈部逐渐增加并且然后逐渐减小。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述外壁的弯曲壁部分沿所述下游方向直接从所述边沿远离所述边沿延伸。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述内壁具有第一恒定厚度，所述外壁具有第二恒定厚度，并且所述第一恒定厚度和第二恒定厚度彼此相等。
20.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述内壁为内环形壁，所述外壁为与所述内环形壁同轴的外环形壁 ，所述冷却剂室为设置在所述内环形壁与外环形壁之间的环形冷却剂室，所述边沿为环形边沿，并且所述颈部为环形颈部。
全文摘要
本发明涉及一种具有带有尖端冷却的燃料喷射器的系统。更具体而言，一种系统包括气化燃料喷射器。气化燃料喷射器包括围绕喷射通道的尖端部分，喷射通道构造成沿下游方向喷射流体。尖端部分包括内壁，其围绕喷射通道且沿下游方向从颈部延伸至边沿；外壁，其围绕内壁且从颈部延伸至边沿；以及冷却剂室，其在内壁与外壁之间。外壁包括沿下游方向远离边沿延伸的弯曲壁部分。
文档编号C10J3/50GK103087777SQ201210442429
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者A.N.基肖尔 申请人:通用电气公司