先导预混合喷嘴和燃料喷嘴组件制造技术

本实用新型专利技术公开了预混合先导喷嘴和燃料喷嘴组件。所述预混合先导喷嘴包括喷嘴主体，喷嘴主体具有与后壁轴向间隔开的前壁和在前壁与后壁之间轴向地延伸的外带。空气管在喷嘴主体内同轴地延伸并且限定在喷嘴主体内的冷却空气气室。燃料管在喷嘴主体内同轴地延伸并且周向地围绕空气管，以便限定在燃料管和空气管之间的燃料入口气室。燃料分布气室被限定在喷嘴主体内并且与燃料入口气室流体连通。喷嘴主体还包括多个预混合管。每个预混合管在燃料分布气室内围绕燃料管螺旋地延伸。预混合管中的一个或多个与燃料分布气室流体连通。

【技术实现步骤摘要】
先导预混合喷嘴和燃料喷嘴组件
本专利技术大体上涉及用于燃气涡轮机燃烧器的燃料喷嘴组件。更具体而言，本专利技术涉及用于燃料喷嘴组件的先导预混合喷嘴。专利技术背景随着对燃气涡轮机排放的要求变得更加严格，一种满足这样的要求的方法是从扩散火焰燃烧器发展至在完全预混合操作模式下使用贫燃料和空气混合物来减少例如NOx和CO的排放的燃烧器。这些燃烧器在本领域中通常被称为干式低NOx(DLN)、干式低排放(DLE)或贫燃料预混合(LPM)燃烧系统。某些DLN类型的燃烧器包括多个一级燃料喷嘴，其围绕二级或中心燃料喷嘴环形布置。燃料喷嘴被环形燃烧衬里周向地围绕。燃烧衬里限定燃烧器的上游燃烧室和下游燃烧室。上游燃烧室和下游燃烧室可以由燃烧衬里的喉部分离。在燃烧器操作期间，一级燃料喷嘴可以将燃料提供至上游燃烧室。根据操作模式，来自一级燃料喷嘴的燃料可以在上游燃烧室中燃烧，或者可以在上游燃烧室内与压缩空气预混合以在下游燃烧室中点燃。二级燃料喷嘴在燃烧器中用作几个功能，包括：将燃料和空气混合物供应至下游燃烧室以用于预混合模式操作；供应燃料和空气以用于支持一级喷嘴操作的先导火焰；以及提供转变燃料，以在操作模式之间变化期间使用。在某些燃烧器中，二级燃料喷嘴可包括设置在二级燃料喷嘴的下游端处的扩散先导喷嘴。扩散先导喷嘴将燃料和空气的流提供至第二燃烧室，并且被用于锚固二级火焰。然而，为了满足各种排放要求，可减少到先导燃料回路的燃料流量。结果，到先导燃料回路的减少的燃料流量可能影响燃烧动力学和/或贫燃料熄火极限。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点在下面的描述中提出，或者可由该描述显而易见，或者可通过实施本专利技术来了解。本专利技术的一个实施例是先导预混合喷嘴。先导预混合喷嘴包括喷嘴主体。喷嘴主体包括与后壁轴向间隔开的前壁和在前壁与后壁之间轴向地延伸的外带(outerband)。后壁包括与外表面轴向间隔开的内表面。空气管在喷嘴主体内同轴地延伸并且终止于后壁的内表面处。空气管至少部分地限定喷嘴主体内的冷却空气气室。燃料管在喷嘴主体内同轴地延伸，并且至少部分地周向地围绕空气管。燃料管和空气管限定在两者间的燃料入口气室。燃料分布气室被限定在喷嘴主体内，并且与燃料入口气室流体连通。喷嘴主体还包括多个预混合管。所述多个预混合管中的每个预混合管限定通过喷嘴主体的相应的预混合通道，并且包括沿着前壁限定的入口和沿着喷嘴主体的后壁限定的出口。每个相应的预混合管在燃料分布气室内围绕燃料管螺旋地延伸。所述多个预混合管中的一个或多个预混合管与燃料分布气室流体连通。本专利技术的另一个实施例是燃料喷嘴组件。燃料喷嘴组件包括：外管；内管，其在外管内同轴地延伸；中间管，其在外管内同轴地延伸并且周向地围绕内管且与内管径向地间隔开；以及预混合先导喷嘴，其经由喷嘴环联接到外管的下游端。预混合先导喷嘴包括喷嘴主体。喷嘴主体包括与后壁轴向间隔开的前壁和在前壁与后壁之间轴向地延伸的外带。后壁包括与外表面轴向间隔开的内表面。空气管在一端处联接到内管并且在喷嘴主体内同轴地延伸。空气管终止于后壁的内表面处，并且在喷嘴主体内至少部分地限定冷却空气气室。燃料管在一端处联接到中间管。燃料管在喷嘴主体内同轴地延伸，并且周向地围绕空气管的至少一部分。燃料管和空气管限定位于两者间的燃料入口气室。燃料分布气室被限定在喷嘴主体内，并且与燃料入口气室流体连通。喷嘴主体还包括多个预混合管。每个预混合管限定通过喷嘴主体的预混合通道，并且包括沿着前壁限定的相应的入口和沿着后壁限定的相应的出口。每个预混合管在燃料分布气室内围绕燃料管螺旋地延伸。所述多个预混合管中的一个或多个预混合管与燃料分布气室流体连通。通过阅读说明书，本领域的普通技术人员将更好地理解这些实施例和其它实施例的特征和方面。附图说明在说明书的其余部分中并参考附图更具体地描述了本专利技术全面并使之能够实施的公开内容，包括对于本领域技术人员来说的最佳模式，在附图中：图1示出燃气涡轮机的一个实施例的示意图；图2示出本领域已知的示例性燃烧器的简化剖视图，该燃烧器可以并入本专利技术的一个或多个实施例；图3是根据本专利技术的至少一个实施例的可以在如图2所示燃烧器中使用的示例性燃料喷嘴或燃料喷嘴组件的横截面侧视图；图4是根据本专利技术的至少一个实施例的如图3所示燃料喷嘴组件的预混合先导喷嘴的透视图；图5是根据本专利技术的至少一个实施例的如图4所示预混合先导喷嘴的透视剖视图；图6是根据本专利技术的至少一个实施例的预混合先导喷嘴的顶端部分的一部分沿着图4所示剖面线A-A截取的横截面透视图；图7是根据本专利技术的至少一个实施例的预混合先导喷嘴的一部分沿着图4所示剖面线B-B截取的横截面透视图；以及图8是根据本专利技术的至少一个实施例的如图4所示燃料喷嘴组件的预混合先导喷嘴的透视图；以及图9是根据本专利技术的至少一个实施例的如图4所示预混合先导喷嘴的上游视图。具体实施方式现在将详细参照本专利技术的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中相似或类似的标记用于指代本专利技术相同或相似的部件。如本说明书所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一部件与另一部件而并非意图表示各个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通道中的流体流的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流出的方向，而“下游”是指流体流到的方向。术语“径向地”是指基本上垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向，而术语“轴向地”是指基本上平行于和/或同轴地对齐于特定部件的轴向中心线的相对方向。本说明书所用的技术术语仅用来描述特定实施例，而并非旨在进行限制。如本说明书所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文明确表示不是这样。进一步应当理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。每个示例通过进行说明而不是限制的方式提供。事实上，对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可作出修改与变型。例如，作为一个实施例的部分而显示或描述的特征可用于另一实施例，以产生更进一步的实施例。因此，本专利技术意图包括这样落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改与变型。虽然本专利技术的示例性实施例将出于说明目的而大体上在用于陆基发电燃气涡轮机燃烧器的燃料喷嘴组件的语境中进行描述，但本领域的普通技术人员将容易理解，本专利技术的实施例可以应用于任何样式或类型的涡轮机械用燃烧器，并且不限于用于陆基发电燃气涡轮机的燃烧器或燃烧系统，除非权利要求中特别地叙述。参看附图，图1示出了燃气涡轮机10的实施例的示意图。燃气涡轮机10包括压缩机段12、燃烧段14和涡轮段16。压缩机段12和涡轮段16可以由轴18联接。轴18可以是单个轴或联接到一起形成轴18的多个轴段。在操作期间，压缩机段12将压缩空气供应到燃烧段14。压缩空气与燃料混合并在燃烧段14内燃烧以产生热的燃烧气体，燃烧气体从燃烧段14流至涡轮段16，在涡轮段中，能量被从热气体中抽出以做功。燃烧段14可包括围绕燃气涡轮机10的中心轴线定位成环形阵列的多个燃烧器20(其中一个在图2中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预混合先导喷嘴，包括：喷嘴主体，其中，所述喷嘴主体包括：与后壁轴向间隔开的前壁和在所述前壁与所述后壁之间轴向地延伸的外带，其中，所述后壁包括与外表面轴向间隔开的内表面；空气管，其在所述喷嘴主体内同轴地延伸并且终止于所述后壁的所述内表面处，其中，所述空气管限定在所述喷嘴主体内的冷却空气气室；燃料管，其在所述喷嘴主体内同轴地延伸并且周向地围绕所述空气管，其中，所述燃料管和所述空气管限定在所述燃料管和所述空气管之间的燃料入口气室；燃料分布气室，其被限定在所述喷嘴主体内并且与所述燃料入口气室流体连通；以及多个预混合管，其中，每个预混合管限定通过所述喷嘴主体的预混合通道、并且包括沿着所述前壁限定的入口和沿着所述后壁限定的出口，其中，每个预混合管在所述燃料分布气室内围绕所述燃料管螺旋延伸，其中，所述多个预混合管中的一个或多个所述预混合管与所述燃料分布气室流体连通。

【技术特征摘要】
2016.06.21 US 15/1881901.一种预混合先导喷嘴，包括：喷嘴主体，其中，所述喷嘴主体包括：与后壁轴向间隔开的前壁和在所述前壁与所述后壁之间轴向地延伸的外带，其中，所述后壁包括与外表面轴向间隔开的内表面；空气管，其在所述喷嘴主体内同轴地延伸并且终止于所述后壁的所述内表面处，其中，所述空气管限定在所述喷嘴主体内的冷却空气气室；燃料管，其在所述喷嘴主体内同轴地延伸并且周向地围绕所述空气管，其中，所述燃料管和所述空气管限定在所述燃料管和所述空气管之间的燃料入口气室；燃料分布气室，其被限定在所述喷嘴主体内并且与所述燃料入口气室流体连通；以及多个预混合管，其中，每个预混合管限定通过所述喷嘴主体的预混合通道、并且包括沿着所述前壁限定的入口和沿着所述后壁限定的出口，其中，每个预混合管在所述燃料分布气室内围绕所述燃料管螺旋延伸，其中，所述多个预混合管中的一个或多个所述预混合管与所述燃料分布气室流体连通。2.根据权利要求1所述的预混合先导喷嘴，其中，所述后壁限定从所述预混合管的所述相应的出口径向地向内定位的多个排气端口，其中，所述排气端口中的每一个与所述冷却空气气室流体连通。3.根据权利要求1所述的预混合先导喷嘴，其中，从所述预混合管的所述相应的出口径向地向内限定的所述后壁的一部分沿着所述喷嘴主体的轴向中心线朝所述前壁向内微凹。4.根据权利要求1所述的预混合先导喷嘴，其中，所述冷却空气气室部分地由所述后壁的所述内表面的一部分限定。5.根据权利要求1所述的预混合先导喷嘴，其中，所述预混合管的所述出口中的至少一个由凸台部分地围绕，所述凸台从所述后壁的所述外表面轴向向外延伸。6.根据权利要求1所述的预混合先导喷嘴，其中，所述喷嘴主体包括终止于所述后壁处的顶端部分，其中，所述顶端部分的径向外表面限定多个凹槽。7.根据权利要求6所述的预混合先导喷嘴，其中，所述多个凹槽围绕所述顶端部分的所述外表面螺旋延伸。8.根据权利要求1所述的预混合先导喷嘴，还包括喷嘴环，该喷嘴环具有上游壁、下游壁以及周向地围绕所述上游壁和所述下游壁的外部套管，其中，所述喷嘴主体同轴地延伸穿过所述喷嘴环。9.根据权利要求8所述的预混合先导喷嘴，其中，所述喷嘴环包括延伸穿过所述上游壁和所述下游壁的多个通孔，其中，所述多个通孔围绕所述喷嘴主体环形布置。10.根据权利要求1所述的预混合先导喷嘴，其中，所述喷嘴主体由单一主体形成。11.一种燃料喷嘴组件，包括：外管；内管，其在所述外管内同轴地延伸；中间管，...

【专利技术属性】
技术研发人员：NW格鲁姆斯，J哈珀，郑渊汉，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：新型
国别省市：美国,US