CN102563650A - 多用途燃气涡轮燃烧器二次燃料喷嘴凸缘 - Google Patents

多用途燃气涡轮燃烧器二次燃料喷嘴凸缘 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多用途燃气涡轮燃烧器二次燃料喷嘴凸缘。燃料喷嘴凸缘(44)的一个示范实施例包括细长凸缘主体(46)，其包括在其后端的径向安装凸缘(50)和在其前端的工作面。该凸缘主体(46)具有第一轴向定向通孔(54)，其适合于在前端接收第一燃料供给管道(70)；第二径向定向孔(60)，其与第一轴向定向孔相交并且适合于接收第二燃料供给管道(72)；和第三轴向定向通孔(62)，其适合于在前端接收火焰探测器装置(64)的一端。

Description

多用途燃气涡轮燃烧器二次燃料喷嘴凸缘
技术领域
本发明涉及燃气涡轮燃烧器技术，并且更具体地，涉及用于支承喷嘴、火焰探测器和供给燃料与空气至喷嘴的管道或歧管的燃料喷嘴凸缘结构。
背景技术
现有的二次燃料喷嘴凸缘设计由于与燃料流的相关问题造成各种现场问题和构件报废。这些问题中的许多是由于二次燃料喷嘴凸缘的复杂设计，其反过来规定直的和弯曲的两种同心燃料-供给管道以及焊接、斜孔钻制与涉及加工的松公差，所有这些都证明可造成问题。
一直期望不太复杂的二次燃料喷嘴凸缘结构，其不仅消除或减小迄今为止经历的与传统凸缘结构有关的问题，而且还在关于变换(transfer)与非变换的燃烧构造之间的切换能力的灵活性和用来支承火焰探测器的安装类型方面提供进一步的益处。
发明内容
根据示范而非限制的实施例，提供一种凸缘，其包括细长凸缘主体，该细长凸缘主体包括在其后端的径向安装凸缘和在其前端的工作面；所述凸缘主体具有适合于在所述前端接收第一燃料供给管道的第一轴向定向通孔、与所述第一轴向定向孔相交并且适合于接收第二燃料供给管道的第二径向定向孔和适合于在所述前端接收火焰探测器装置的一端的第三轴向定向通孔。
根据另一示范而非限制的实施例，燃料喷嘴凸缘包括细长凸缘主体，该细长凸缘主体包括在其后端的径向安装凸缘和在其前端的工作面；该凸缘主体具有适合于在前端接收第一燃料供给管道的第一轴向定向通孔，与第一轴向定向孔相交并且适合于接收第二燃料供给管道的第二径向定向孔，和适合于在前端接收火焰探测器装置的一端的第三轴向定向通孔，其中，凸缘主体在形状上为大致柱形但带有沿凸缘主体的弦段轴向延伸的平坦部，第二径向定向孔的进口设置在平坦部上，其中所述第一轴向定向通孔具有在凸缘主体的前端的进口和在安装凸缘内的凸缘主体的后端的出口，并且其中，埋头孔从出口延伸至邻接进口并且在第二径向定向孔的轴向前方的位置。
根据另一示范而非限制的实施例，本发明提供包括细长凸缘主体的喷嘴凸缘，该细长凸缘主体包括在其后端的径向安装凸缘和在其前端的工作面；该凸缘主体具有：第一轴向定向孔，其在凸缘主体的后端敞开并且邻接于前端关闭；第二径向定向孔，其与第一轴向定向孔相交并且适合于接收第一燃料供给管道；和第三径向延伸孔，其与第一轴向定向孔相交。
现将结合以下确定的附图详细描述本发明。
附图说明
图1示出传统的二次燃料喷嘴和相关燃料喷嘴凸缘结构；
图2为根据本发明的第一示范而非限制的实施例的二次燃料喷嘴凸缘的透视图；
图3为图2所示的二次燃料喷嘴凸缘的另一透视图；
图4为图2和3所示的二次燃料喷嘴凸缘的透视图，且还示出二次燃料喷嘴的连接件和相关燃料供给管道/歧管；
图5为图4所示的二次燃料喷嘴凸缘和喷嘴结构的部分地切除的透视图；
图6为类似于图4的透视图，但示出用于火焰探测器的传统凸缘型安装件；
图7为根据本发明的第二示范而非限制的实施例的二次燃料喷嘴凸缘的透视图；
图8为图7所示的二次燃料喷嘴凸缘的另一透视图；
图9为图7和8所示的二次燃料喷嘴凸缘的透视图，且还示出二次燃料喷嘴的连接件和相关燃料供给管道/歧管，连同直接螺纹连接到凸缘的火焰探测器；
图10为类似于图9的透视图，但示出用于火焰探测器的传统的凸缘型安装件；并且
图11为图10所示的二次燃料喷嘴凸缘和喷嘴结构的部分地切除的透视图，但忽略火焰探测器。
部件列表：
10，100       二次燃料喷嘴
12            外部套筒
14            中空芯部
16            预混合燃料通道
18            扩散燃料通道
20            空气通道
22            径向孔洞
24            外端
26            内端
28            安装凸缘
30，64，106   火焰探测器
32            喷射器管
34            孔口
36            空间
38            涡流器槽
40            先导孔
42            先导孔口
44，74        喷嘴凸缘
46                凸缘主体
48                平坦表面或平坦部
50                安装板或凸缘
52                孔
54                (第一)中央孔
56，63，61        埋头孔
58                径向肩部
60                第二径向定向孔
90，92            径向定向孔
62                第三轴向孔
86，94，96        轴向孔
55，66            凸缘块
70，72，82，84    歧管或供给管道
76                凸缘主体
78，80            平坦部
88                端面
98                中央管
102               外部通道
104               偏移孔
具体实施方式
首先参考图1，根据已知结构的二级(预混合/扩散)的、只用燃气的、二次燃料喷嘴组件10典型地设置在燃烧器中央主体(未示出)内，该燃烧器中央主体还容纳围绕居中设置的二次喷嘴的一次喷嘴的环形阵列。
对于在二级(或者变换)燃烧过程中具有二次燃料喷嘴(如在10中)的燃烧器，燃料由扩散管道P1供给以维持火焰，并且由管道P2供给以维持预混合火焰，扩散管道P1和管道P2在二次燃料喷嘴组件10的进口处彼此相对同心地布置。
二次燃料喷嘴组件10包括外部套筒12和内部同心地布置的中空芯部14，中空芯部14具有形成预混合燃料通道16的中央孔。芯部14与套筒12之间的径向缝隙提供在它们之间的扩散燃料通道18。多个轴向空气通道20以围绕预混合通道16的关系形成。相似数目的径向壁部(例如4个)围绕套筒部分12的端部布置并且各自包括倾斜径向孔洞22，用于允许衬套内的空气进入对应的空气通道20。
喷嘴10的前端包括放大的外端24和内端26，其分别适合于在燃料喷嘴安装凸缘(或简单地“燃料喷嘴凸缘”)28内接收燃料管道P1、P2，燃料喷嘴安装凸缘28也安装火焰探测器30。
多个径向孔围绕燃料喷嘴组件10的前部的圆周提供，从而允许在其中接收相似数目的径向燃气喷射器管32以由此建立与预混合燃料通道16的连通。每个管32具有多个孔口34以便来自预混合燃料通道16的燃料可排入喷嘴组件与衬套之间的区域用于与衬套内的燃烧空气混合。燃气喷射器30设计成均匀分配燃料进入空气流，特别地因为衬套内的燃料与空气的良好混合对降低NOx排放是必需的。
简要地，燃烧空气将经由孔22进入二次喷嘴组件10并且将流经通道20和空间36以通过涡流器槽38排出。更显然地，来自预混合管道P2的燃料将流经预混合通道16的先导孔40和先导孔口42。该燃料，连同来自涡流器槽38的空气提供扩散火焰的补充母火(subpilot)。同时，供给到预混合燃料通道16的大多数燃料将流入燃气喷射器30，用于从相应孔口34排入燃料与空气在此混合的衬套。上文描述的喷嘴结构提供经由扩散火焰到预混合运行模式的改进的变换，并且，一旦处在预混合模式，该喷嘴结构运行以关闭扩散火焰并且启动预混合火焰，从而使燃气涡轮能够在持续的时段内在它的设计点上运行。二次燃料喷嘴自身的更加详细的描述可在共有的美国专利号5,199,265中找到。
考虑此背景，现在参考图2和3，其示出二次燃料喷嘴凸缘44的第一示范而非限制的实施例，其示出相对于图1中的凸缘28的改进设计。燃料喷嘴凸缘44包括大致圆形或柱形的细长凸缘主体46，其形成为具有轴向延伸的平坦表面(或简单的“平坦部”)48。平坦部48可限定为沿主体46的弦段(chordal segment)延伸，从而截断大约90°的凸缘主体圆周。在凸缘主体46的一端，存在径向安装板或凸缘50，其具有螺栓(或其它适当的紧固件)孔52的阵列，用于将燃料喷嘴凸缘44附连到涡轮燃烧器的后壁。
中央孔(或第一轴向通孔)54延伸通过凸缘主体46，且与凸缘44的纵向轴线A(图2)对齐。如图5中最好地示出，凸缘主体46还形成有同心的盲埋头孔56，其在凸缘主体的后端在径向肩部58处关闭。
径向定向孔60从凸缘主体46的径向向内的平坦部48延伸并且与盲埋头孔56相交(如图3和5中最好地示出)。
第三轴向通孔62平行于中央孔54但偏离凸缘主体46的纵向轴线延伸。第三轴向通孔62适合于利用图5所示的直接螺纹连接，或者可选择地通过图6所示的传统的凸缘型安装件安装火焰探测器64(图4-6)，其中凸缘块55与孔62对齐地附连到凸缘主体46，并且适合于安装火焰探测器。
图4-5还示出二次燃料喷嘴66，其配合到凸缘44，以使二次燃料喷嘴的外部燃料通道与盲埋头孔56对齐并且二次燃料喷嘴的中央通道与中央孔54对齐。燃料歧管70、72分别连接到中央孔54和径向端口60，用于供给燃料到径向内部和外部燃料通道，如上所述。注意第一和第二轴向通孔54、62的前端以及径向孔60的进口可分别在55、63和61处扩孔，以利于燃料歧管和火焰探测器的附连(例如通过螺纹)。
可意识到歧管70、72两者都将用在扩散/预混合(或转换型)二次燃料喷嘴中。对于非转换燃烧过程，可简单地移除歧管70并且堵塞中央孔54。
图7-11示出二次燃料喷嘴凸缘74的可选示范实施例。在该实施例中，细长凸缘主体76形成为具有与凸缘44大致相同的形状但第一和第二平坦部78、80优选地彼此相对成90°的角。这允许燃料供给管或歧管82、84(图9-11)连接到反向的平坦部。
更特别地，且在图11中最好地示出，单个盲中心孔86沿燃料喷嘴凸缘主体74的纵向中心轴线A设置，通过前端面88在燃料喷嘴凸缘的前端处关闭。径向定向孔90、92从在平坦部78、80处的进口94、96延伸至中心孔86。供给管道或歧管84固定到燃料喷嘴凸缘孔96，以便仅仅与二次燃料喷嘴100的中央管98(对应图1中的芯部44)连通。孔94对中心孔86敞开并且与二次燃料喷嘴100中的径向外部通道102连通。偏移孔104(图7、8和10)保留以用于安装火焰探测器106，该安装同样利用直接螺纹连接或传统的凸缘型安装件(图10)，从而利用凸缘块66。否则，可选的二次燃料喷嘴凸缘所安装和利用的方式与关于图2-6示出的第一构造在上文中描述的基本相同。对于非变换的燃烧，可移除歧管84并且堵塞孔96，或者在其相对端堵塞歧管84。如同在第一示范实施例中，94、96可在它们相应的进口处扩孔以利于歧管82、84的附连，并且孔104也可扩孔以利于火焰探测器76的附连。
对于两个示范实施例，通过相对简单的凸缘主体设计确保平滑燃料流并且两者都可用于转换以及非转换型构造。两个实施例还支持可选的火焰探测器安装构造。进一步的简化通过提供带有相同的直径和螺纹的燃料进口来实现。
虽然本发明结合当前被认为是最实用的和优选的实施例进行了描述，但是应该认识到本发明不受限于公开的实施例，而相反，其意图涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等价布置。

Claims (15)

1.一种燃料喷嘴(44)凸缘，包括：
细长凸缘主体(46)，其包括在其后端的径向安装凸缘(50)和在其前端的工作面(51)；所述凸缘主体具有适合于在所述前端接收第一燃料供给管道(70)的第一轴向定向通孔(54)，与所述第一轴向定向孔(54)相交并且适合于接收第二燃料供给管道(72)的第二径向定向孔(60)和适合于在所述前端接收火焰探测器装置(64)的一端的第三轴向定向通孔(62)。
2.根据权利要求1所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述凸缘主体(46)在形状上大体为柱形，但带有沿所述凸缘主体的弦段轴向延伸的平坦部(48)，所述第二径向定向孔(60)的进口设置在所述平坦部上。
3.根据权利要求1所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述第一轴向定向通孔(54)具有在所述凸缘主体(46)的所述前端的所述工作面(51)上的进口和在所述安装凸缘(50)内的所述凸缘主体(46)的所述后端处的出口，并且其中，埋头孔从所述出口延伸至邻接所述进口并且在所述第二径向定向孔的轴向前方的位置。
4.根据权利要求2所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述第一轴向定向通孔(54)具有在所述凸缘主体(46)的所述前端的所述工作面(51)上的进口和在所述安装凸缘(50)内的所述凸缘主体(46)的所述后端处的出口，并且其中，埋头孔(56)从所述出口延伸至设置为邻接所述进口并且在所述第二径向定向孔(60)的轴向前方的径向肩部(58)。
5.根据权利要求1所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述第三轴向定向通孔(62)在所述前端具有螺纹。
6.根据权利要求1所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述第一轴向定向通孔(54)沿所述凸缘主体(46)的纵向中心轴线延伸。
7.根据权利要求6所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述第三轴向定向通孔(62)大致平行于所述第一轴向定向通孔(54)延伸。
8.根据权利要求1所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述径向安装凸缘(50)具有多个周向间隔开的紧固件孔(52)。
9.一种燃料喷嘴凸缘，包括：
细长凸缘主体(46)，其包括在其后端的径向安装凸缘(50)和在其前端的工作面(51)；所述凸缘主体(46)具有：第一轴向定向通孔(54)，其适合于在所述前端接收第一燃料供给管道(70)；第二径向定向孔(60)，其与所述第一轴向定向孔(54)相交并且适合于接收第二燃料供给管道(72)；和第三轴向定向通孔(62)，其适合于在所述前端接收火焰探测器装置(64)的一端，其中，所述凸缘主体(46)在形状上为大体柱形但带有沿所述凸缘主体的弦段轴向延伸的平坦部(48)，所述第二径向定向孔(60)的进口设置所述平坦部(48)上，其中，所述第一轴向定向通孔(54)具有在所述凸缘主体的所述前端的进口和在所述安装凸缘内的所述凸缘主体的所述后端的出口，并且其中，埋头孔(56)从所述出口延伸至邻接所述进口并且在所述第二径向定向孔(60)的轴向前方的位置。
10.根据权利要求9所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述第一轴向定向通孔(54)具有在所述凸缘主体(46)的所述前端的进口和在所述安装凸缘(50)内的所述凸缘主体的所述后端的出口，并且其中，所述位置包括径向肩部(58)。
11.根据权利要求9所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述第一轴向定向通孔(54)沿所述凸缘主体(46)的纵向中央轴线延伸，其中，所述第三轴向定向通孔(62)大致平行于所述第一轴向定向通孔(54)延伸。
12.一种喷嘴凸缘(74)，包括：
细长凸缘主体(76)，其包括在其后端的径向安装凸缘(50)和在其前端的工作面(88)；所述凸缘主体具有：第一轴向定向孔(86)，其在所述凸缘主体的后端敞开并且邻接于所述前端关闭；第二径向定向孔(90)，其与所述第一轴向定向孔(86)相交并且适合于接收第一燃料供给管道(84)；和第三径向延伸孔(92)，其与所述第一轴向定向孔(86)相交。
13.根据权利要求12所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述凸缘主体(76)还包括第四轴向定向通孔(104)，其适合于在所述凸缘主体的所述前端接收火焰探测器装置(106)的一端。
14.根据权利要求12所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述凸缘主体(76)在形状上为大致柱形，带有沿所述凸缘主体的邻接弦段轴向延伸的一对平坦部(78，80)，所述第二和第三径向定向孔(90，92)的进口设置在所述一对平坦部中的相应一个中。
15.根据权利要求14所述的喷嘴凸缘，其特征在于，所述一对平坦部(78，80)大致彼此垂直。
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