专利名称：提供用于燃料喷射器的牺牲性屏蔽件的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃烧装置，且更具体而言，涉及向燃料喷射器提供牺牲性屏蔽件的方 法和设备。
背景技术：
一般而言，利用一个或多个燃料喷射器将燃料引入到燃气涡轮机的燃烧室内。各 种燃料可包括天然气、煤浆和其它化石燃料基、碳基或氢基燃料。燃料喷射器由于其持续向 高温暴露而通常具有有限的寿命。高温是由于燃烧室内燃料与氧气的部分燃烧的辐射热造 成。当燃料喷射器由于过热开始出现热损坏或其它故障时，相关联的燃气涡轮必须停止以 允许维修或替换损坏的燃料喷射器。至少一个常规燃料喷射器使用水循环来冷却燃料喷射器的特定部分。在这种燃料 喷射器中，可通过在燃料喷射器顶端中的一个或多个腔内和/或在包围燃料喷射器主体的 某部分或全部的护套内的循环水来实现冷却。但是，使用水冷却的常规燃料喷射器需要操 作和维持相关联的水循环系统，这增加了操作燃气涡轮机的成本。因此，需要延长燃料喷射器寿命的方法和设备。还需要提供用于燃料喷射器的牺 牲性屏蔽件。还需要向与燃烧装置相关联的燃料喷射器提供屏蔽件。
发明内容
本发明的实施例可解决上文所述需要中的某些需要或全部需要。根据本发明的一 实施例，公开了用于向燃料喷射器提供牺牲性屏蔽件的方法。该方法可包括提供至少一个 屏蔽件支承装置，其能够操作以安装到燃料喷射器的顶端。该方法也可包括将多个屏蔽件 安装到至少一个支承装置，其中多个屏蔽件中的每一个由至少一个分段与每个相应的相邻 屏蔽件间隔开，且其中所述多个屏蔽件中的每一个能够操作以减少对燃料喷射器顶端的热 暴露。根据本发明的另一实施例，本发明公开了用于向与燃烧装置相关联的燃料喷射器 提供屏蔽的设备。该设备可包括至少一个屏蔽件支承装置，屏蔽件支承装置能够操作以安 装到燃料喷射器的顶端上。该设备还可包括在至少一个支承装置上的多个屏蔽件，其中所 述多个屏蔽件中的每一个由至少一个分段与每个相应的相邻屏蔽件间隔开，且其中多个屏 蔽件中的每一个能够操作以减少对燃料喷射器顶端的热暴露。根据本发明的又一实施例，本发明公开了用于燃烧系统的燃料喷射器。燃料喷射 器可包括顶端端部。燃料喷射器还可包括至少一个屏蔽件支承装置，屏蔽件支承装置能够 操作以邻近顶端端部安装。而且，燃料喷射器可包括在至少一个支承装置上的多个屏蔽件， 其中多个屏蔽件中的每一个由至少一个分段与每个相应的相邻屏蔽件间隔开，且其中多个 屏蔽件中的每一个能够操作以减少对燃料喷射器顶端的热暴露。通过下文的具体实施方式
、附图和所附的权利要求书，本发明的其它实施例、方面 和特征对于本领域技术人员将变得显而易见。
已概括地描述了本发明，现将参看附图，附图未必按照比例绘制，且在附图中图1示出了根据本发明实施例的示例性燃料喷射器和设备的透视图。图2示出了图1的示例性燃料喷射器和示例性设备的透视图，其中移除了屏蔽件外层。图3示出了图1的示例性燃料喷射器和示例性设备的透视图，其中移除了屏蔽件 的两个外层。图4示出了图1的示例性燃料喷射器和示例性设备的透视图，其中移除了屏蔽件 的所有层。图5示出了图1所示的示例性设备的剖视透视图。图6示出了图1所示的示例性设备的透视图。图7示出了图1所示的示例性燃料喷射器和示例性设备的剖视透视图。图8示出了图1所示的示例性设备的侧视图。图9示出了图1所示的示例性设备的剖视透视图。图10示出了根据本发明的实施例的示例性方法。
具体实施例方式现将参看附图在下文中更全面地描述本发明的说明性实施例。实际上，本发明可 以多种不同的形式实施且不应被理解为限于本文所述的实施例，而是提供这些实施例使得 本公开内容将满足适用的法律的要求。在所有附图中，相似的附图标记指代相似元件。本发明公开了用于向燃料喷射器提供牺牲性屏蔽件的方法和设备。图1示出了根 据本发明实施例的示例性燃料喷射器100和设备102的透视图。图2至图9示出了图1所 示的示例性燃料喷射器100和设备102中的任一个或二个的各种视图。图1示出了示例性 燃料喷射器100的特定构件，其包括主体104和邻近主体104的一端的顶端106。在图1至 图4和图7所示的实施例中，主体104可大体上为(例如)圆柱形管状部分，其连接到例如 形成顶端106的大体上锥形且端部开口的部分。图1所示的设备102可包括至少一个屏蔽 件支承装置108，屏蔽件116的多个层110、112、114，以及至少一个固持装置118。如在图 1、图5和图7中以举例说明的方式所示出的，屏蔽件支承装置108可为具有一个或多个槽 120、122、124的环形装置，槽能够操作以接纳相应的多个屏蔽件，例如116。如图4和图7 所示，屏蔽件支承装置108可大体上邻近燃料喷射器(例如100)的顶端106安装。多个屏蔽件116(例如，屏蔽件116A、116B……116N)中的每一个也可被称作“单个 叶片”或总体上称作“多个叶片”。总体上，叶片或多个屏蔽件116也大体上在周向围绕燃 料喷射器的顶端例如106的一部分而设置。在一实施例中，多个屏蔽件中的每一个可由以 下材料制成，包括但不限于陶瓷；烧结陶瓷；陶瓷复合物；陶瓷涂覆的金属；机械合金化氧 化物弥散强化的金属，例如PM 2000 ；不锈钢；超级合金；镍-铬-铝_铁合金，例如Haynes 214合金；镍-铬-钨-钼合金，例如Haynes 230合金；氧化材料、还原材料或其任何组合。 在所示实例中，多个屏蔽件116中的每一个可被成形为大体上符合燃料喷射器100的主体 104和/或顶端106的外表面轮廓。在图3和图7所示的实施例中，多个屏蔽件116的内层110可(例如)具有大体上符合主体104的外表面轮廓的第一部分126，和大体上符合顶 端106的外表面轮廓的第二部分128，以形成顶端开口的圆锥形。当多个屏蔽件116的内层 110中的每一个安装到最内部的槽120时，在燃料喷射器100和所安装的设备102插入与 燃气涡轮相关联的燃烧室内时，燃料喷射器100的顶端106部分的外表面可大体上受到屏 蔽避免向辐射热和/或对流热直接暴露。图5和图7所示的槽120、122、124中每一个围绕 屏蔽件支承装置108的外围在周向被机械加工或另外模制而成。如图3、图5和图7所示， 屏蔽件116的其它层112、114可与多个屏蔽件116的首层或内层110重叠。举例而言，屏 蔽件116的中间层112和外层114可分别安装于中间槽122和/或外槽124中，中间槽122 和/或外槽124提供屏蔽件116的每个连续层112、114到屏蔽件116的首层或内层110的 同心定位。取决于用于屏蔽支承装置108和屏蔽件116的材料类型，可使用多种安装装置和/ 或技术，包括但不限于焊接、点焊、平头焊接、缝焊、钎焊、螺栓接合、压力配合、型锻配合、防 旋转销和其任何组合。而且，取决于至少一个屏蔽件支承装置108中槽120、122、124的位 置、形状和/或长度，在相应层110、112、114中的任意多个屏蔽件116可被设计或另外成形 以向燃料喷射器100的顶端106和屏蔽件116的任何下面层中的一个或二个提供辐射热保 护。如图3和图5所示，多个屏蔽件110中的每一个可由至少一个分段130与相同层 的每个相应的相邻屏蔽件间隔开。一般而言，分段130可允许相同层的相邻屏蔽件116，例 如110、112、114，在燃料喷射器100操作期间和/或设备102使用期间热膨胀和/或振动。 在图3和图5所示的实例中，分段130是在相邻屏蔽件116之间相对较窄且一致的开放空 间或间隙。在其它实施例中，分段可包括但不限于断层线、穿孔、弱化部分、蚀刻线或蚀刻图 案。在任何情况下，当相邻屏蔽件变得过热或另外损坏时，分段130可便于相邻屏蔽件的 “脱落”或损耗，且安装到屏蔽件支承装置108上的任何其余屏蔽件可维持顶端106的相邻 部分的保护。关于屏蔽件116的每个连续层112、114，屏蔽件116的连续层112、114的长度可 大体上变得相对更大以对屏蔽件116的内层110提供热保护。在一实施例中，屏蔽件116 的每个连续层可覆盖相邻内部屏蔽件的大部分，且当从燃料喷射器100的顶端在轴向观察 时，每个内部屏蔽件的相对较小的同心形状部分是暴露的。在每个层110、112、114内的每 个屏蔽件116可大体上具有类似的宽度和形状。但在特定实施例中，屏蔽件116的每个连 续层112、114可具有比屏蔽件116的首层或内层110更少或更多的相应屏蔽件，且屏蔽件 116的每个层112、114可具有与屏蔽件116的首层或内层110的每个屏蔽件不同的宽度、长 度和形状。如图1、图6、图8和图9所示，屏蔽件116的全体的层110、112、114可保护燃料 喷射器100的顶端106避免辐射和对流热，且屏蔽件116的每个连续层112、114保护屏蔽 件116的相应的下面层110、112。因此，在所示实施例中，可利用屏蔽件116的三个层110、 112、114来保护燃料喷射器100的顶端106。在其它实施例中，可利用屏蔽层的更少或更多 的层。在图1、图5、图7和图8所示的实施例中，至少一个固持装置118可便于将至少一 个屏蔽件支承装置108安装到燃料喷射器100的顶端106。在此实施例中，至少一个固持装 置是环形的以大体上符合在至少一个屏蔽件支承装置108的外表面中机械加工的腔132。当至少一个屏蔽件支承装置108安装到燃料喷射器100的顶端106的外表面时，至少一个 固持装置118可安装到至少一个屏蔽件支承装置108的相应的腔132中，以由至少一个屏 蔽件支承装置在燃料喷射器100的顶端106的外表面上提供额外的夹紧力。如图5和图9所示，在至少一个屏蔽件支承装置108的边缘中的一系列凹口 134可 便于相对于顶端106来安装和/或定位屏蔽件支承装置108。任意多个相应的引导件可存 在于燃料喷射器100的主体104的外表面上，且当屏蔽件支承装置108的系列凹口 134与 引导件对准时，凹口 134可便于邻近顶端106安装屏蔽件支承装置108。因此，在所示实施 例中，可使用相应的引导件和凹口 134的组合来相对于顶端106安装屏蔽件支承装置108。 在其它实施例中，可使用多种其它装置和/或技术。在一实施例中，一个或多个屏蔽件116可钎焊到例如108的屏蔽件支承装置中的 相应的槽内。屏蔽件支承装置108的一部分然后可被型锻以维持屏蔽件116相对于屏蔽件 支承装置108的位置。在另一实施例中，例如108的屏蔽件支承装置108可由多个区段制 成，这些区段一起可形成相对较厚的圆形环。在此配置中，相对较薄和较小的第一环形区段 和安装到第一环形区段上的屏蔽件的第一层可角焊到燃料喷射器100的主体104和/或顶 端106上。中间和较大的第二环形区段和安装到第二环形区段上的屏蔽件的第二层可角焊 到燃料喷射器100的主体104和/或顶端106上。而外部第三环形区段和安装到第三环形 区段上的屏蔽件的第三层可角焊到燃料喷射器100的主体104和/或顶端106上。取决于与燃烧装置相关联的燃料喷射器的形状和大小，根据本发明的其它实施 例，可存在设备的其它配置。图1至图9所示的设备102仅以举例说明的方式示出，且设备 的其它实施例可提供对燃料喷射器的主体和/或顶端的牺牲性屏蔽。图10是说明用于屏蔽与燃烧装置相关联的燃料喷射器的示例性方法1000的流程 图。在图示的实施例中，可实施示例性方法1000以屏蔽与燃烧装置相关联的燃料喷射器， 例如图1至图9所示的燃料喷射器100和设备102。示例性方法始于方块1002。在方块1002，提供至少一个屏蔽件支承装置，其能够 操作以安装到燃料喷射器的顶端上，如参看图1至图9所述。在本发明的实施例的一个方面，提供能够操作以安装到燃料喷射器顶端的至少一 个屏蔽件支承装置可包括提供环形屏蔽件支承装置，环形屏蔽件支承装置包括多个槽，这 些槽能够操作以接纳相应的多个屏蔽件。在本发明的实施例的另一方面，多个屏蔽件可包括下列中的至少一种陶瓷；烧 结陶瓷；陶瓷复合物；陶瓷涂覆的金属；机械合金化氧化物弥散强化的金属，例如PM 2000 ； 不锈钢；超级合金；镍-铬-铝_铁合金，例如Haynes 214合金；镍-铬-钨-钼合金，例 如Haynes 230合金；氧化材料；还原材料或者其任何组合。在方块1002之后为方块1004，其中多个屏蔽件安装到至少一个支承装置上，其中 多个屏蔽件中的每一个由至少一个分段与每个相应的相邻屏蔽件间隔开，且其中多个屏蔽 件中的每一个能够操作以减少对燃料喷射器顶端的热暴露。在本发明的实施例的一个方面，将多个屏蔽件安装到至少一个支承装置可包括将 多个屏蔽件插入到设于至少一个支承装置中的相应的槽内。在本发明的实施例的另一方面，至少一个分段可包括下列中的至少一种相邻屏 蔽件之间的间隙、断层线、穿孔、弱化部分、蚀刻线或蚀刻图案。
在本发明的实施例中，该方法1000可包括将多个屏蔽件的多个层安装到至少一 个屏蔽件支承装置上，其中多个屏蔽件的多个层中的每个层能够操作以减少对燃料喷射器 顶端的热暴露。在本发明的实施例中，该方法1000可包括将至少一个屏蔽件支承装置安装到燃 料喷射器顶端。在本发明的实施例中，该方法1000可包括安装固持装置，固持装置能够操作以相 对于燃料喷射器的顶端来维持至少一个屏蔽件支承装置的至少一个位置。在方块1004后该方法结束。图10的示例性要素仅以举例说明的方式示出，且其它方法实施例可具有更多或 更少的要素，且根据本发明的其它实施例，这些要素可布置于替代配置中。虽然结合目前被认为是最实用的各种实施例的内容描述了本发明，应了解本发明 并不限于所公开的实施例，而是相反，本发明预期涵盖包括于所附权利要求书范围内的各 种修改和等效布置。这些书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳实施方式，且使得本领域技术人 员能实践本发明，包括做出和使用任何装置、设备或系统和执行任何合并的方法。本发明 的专利保护范围在权利要求书中限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这 些实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构元件或者如果这些实例包括与权利 要求书的字面语言并无实质不同的等效结构元件，这些其它实例预期在权利要求书的范围
内。
部件列表
100燃料喷射器
102设备
104主体
106顶端
108屏蔽件支承装置
110层
112层
114层
116A--N屏蔽件
118固持装置
120槽
122槽
124槽
126第一部分
128第二部分
130分段
132腔
134凹口
1000方法
8CN 101839199 A说明书6/6 页1002 方块1004 方块
权利要求
一种用于屏蔽与燃烧装置相关联的燃料喷射器的方法，所述方法包括提供至少一个屏蔽件支承装置，其能够操作以安装到燃料喷射器的顶端上；以及将多个屏蔽件安装到所述至少一个屏蔽件支承装置，其中所述多个屏蔽件中的每一个由至少一个分段与每个相应的相邻屏蔽件间隔开，且其中所述多个屏蔽件中的每一个能够操作以减少对所述燃料喷射器的顶端的热暴露。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述多个屏蔽件的多个层安装到至少一个支承装置，其中所述多个屏蔽件的所述多 个层中的每一个能够操作以减少对所述燃料喷射器的顶端的热暴露。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述至少一个屏蔽件支承装置安装到所述燃料喷射器的顶端。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括安装固持装置，固持装置能够操作以相对于所述燃料喷射器的所述顶端维持所述至少 一个屏蔽件支承装置的至少一个位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，提供能够操作以安装到燃料喷射器的顶端上的 至少一个屏蔽件支承装置包括提供环形屏蔽件支承装置，所述环形屏蔽件支承装置包括多 个槽，所述槽能够操作以接纳相应的多个屏蔽件。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将多个屏蔽件安装到所述至少一个支承装置包 括将所述多个屏蔽件插入到设于所述至少一个支承装置中的相应槽内。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个屏蔽件包括下列中的至少一种陶瓷、 烧结陶瓷、陶瓷复合物、陶瓷涂覆的金属、机械合金化氧化物弥散强化的金属、不锈钢、超级 合金、镍_铬-铝_铁合金、镍_铬-钨_钼合金、氧化材料、还原材料或者其任何组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个分段包括下列中的至少一种在相 邻屏蔽件之间的间隙、断层线、穿孔、弱化部分、蚀刻线或蚀刻图案。
9.一种用于向与燃烧装置相关联的燃料喷射器提供屏蔽的设备，包括至少一个屏蔽件支承装置，其能够操作以安装到燃料喷射器的顶端上；以及在至少一个支承装置上的多个屏蔽件，其中所述多个屏蔽件中的每一个由至少一个分 段与每个相应的相邻屏蔽件间隔开，且其中所述多个屏蔽件中的每一个能够操作以减少对 所述燃料喷射器的顶端的热暴露。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括在所述至少一个屏蔽件支承装置上的所述多个屏蔽件的多个层，其中所述多个屏蔽件 的所述多个层中的每一个能够操作以减少对所述燃料喷射器的顶端的热暴露。
11.根据权利要求9所述的设备，还包括固持装置，其能够操作以相对于所述燃料喷射器的所述顶端维持所述至少一个屏蔽件 支承装置的至少一个位置。
12.根据权利要求9所述的设备，其中，所述至少一个屏蔽件支承装置包括环形屏蔽件 支承装置，所述环形屏蔽件支承装置包括多个槽，所述槽能够操作以接纳多个屏蔽件。
13.根据权利要求9所述的设备，其中，所述多个屏蔽件包括下列中的至少一种陶瓷、 烧结陶瓷、陶瓷复合物、陶瓷涂覆的金属、机械合金化氧化物弥散强化的金属、不锈钢、超级 合金、镍_铬-铝_铁合金、镍_铬-钨_钼合金、氧化材料、还原材料或者其任何组合。
14.根据权利要求9所述的设备，其中，所述至少一个分段包括下列中的至少一种在 相邻屏蔽件之间的间隙、断层线、穿孔、弱化部分、蚀刻线或蚀刻图案。
15.一种用于燃烧系统的燃料喷射器，所述燃料喷射器包括顶端端部；至少一个屏蔽件支承装置，其能够操作以邻近顶端端部安装；以及在至少一个支承装置上的多个屏蔽件，其中多个屏蔽件中的每一个由至少一个分段与 每个相应的相邻屏蔽件间隔开，且其中多个屏蔽件中的每一个能够操作以减少对燃料喷射 器顶端的热暴露。
16.根据权利要求15所述的燃料喷射器，还包括在所述至少一个支承装置上的屏蔽件的多个层，其中所述屏蔽件的多个层中的每一个 能够操作以减少对多个屏蔽件的至少一部分的热暴露。
17.根据权利要求15所述的燃料喷射器，还包括固持装置，其能够操作以相对于所述燃料喷射器的所述顶端维持所述至少一个屏蔽件 支承装置的至少一个位置。
18.根据权利要求15所述的燃料喷射器，其中，所述至少一个屏蔽件支承装置包括环 形屏蔽件支承装置，所述环形屏蔽件支承装置包括多个槽，所述槽能够操作以接纳多个屏 蔽件。
19.根据权利要求15所述的燃料喷射器，其中，所述多个屏蔽件包括下列中的至少一 种陶瓷、烧结陶瓷、陶瓷复合物、陶瓷涂覆的金属、机械合金化氧化物弥散强化的金属、不 锈钢、超级合金、镍_铬-招_铁合金、镍_铬-鹤_钼合金、氧化材料、还原材料或者其任 何组合。
20.根据权利要求15所述的燃料喷射器，其中，所述至少一个分段包括下列中的至少 一种在相邻屏蔽件之间的间隙、断层线、穿孔、弱化部分、蚀刻线或蚀刻图案。
全文摘要
本发明提供用于向燃料喷射器提供牺牲性屏蔽件的方法和设备的实施例。根据一个示例性实施例，提供屏蔽与燃烧装置相关联的燃料喷射器(100)的方法(1000)。该方法(1000)可包括提供至少一个屏蔽件支承装置(108)，屏蔽件支承装置(108)能够操作以安装到燃料喷射器(100)的顶端(106)上。该方法(1000)还可包括将多个屏蔽件(116A-N)安装到至少一个屏蔽件支承装置(108)，其中多个屏蔽件(116A-N)中每一个由至少一个分段(130)与每个相应的相邻屏蔽件间隔开，且其中多个屏蔽件(116A-N)中的每一个能够操作以减少对燃料喷射器(100)的顶端(106)的热暴露。
文档编号F02M53/04GK101839199SQ20101014400
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者M·L·哈内德, P·S·迪马斯乔 申请人:通用电气公司