延遲稀薄噴射歧管的製作方法
2023-07-29 07:43:21 1
專利名稱：延遲稀薄噴射歧管的製作方法
延遲稀薄噴射歧管技術領域
本文公開的主題涉及一種延遲稀薄噴射(LLI)歧管。
技術背景
在燃氣渦輪發動機中，燃料和氣體的混合物在設置於過渡件和渦輪上遊的燃燒器中進行燃燒，以產生高能流體，從中可得到機械能以用於功率和電力的生產。高能流體被持續地重複使用，直至不能得到顯著的功率生產水平為止，在這一點上將它們排出到大氣中。 這種排氣時常包括在燃燒期間產生的汙染物，例如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。
已經付出了努力來減少燃燒過程所產生的汙染物的量，並且這些努力包括延遲稀薄噴射(LLI)的發展。LLI包括在燃燒器的正常燃燒區域下遊的位置將可燃材料噴射到高能流體的流中。這個下遊位置可被限定為燃燒器襯套的某個區段或過渡件的某個區段。在任何情況下，在這個位置噴射的可燃材料都會增加高能流體的溫度和能量，並且對於合理的LLI燃料流水平而言，會導致CO的消耗增加和在NOx方面從很少到沒有顯著的增加。
為了建造LLI燃燒器或為了針對LLI操作來改裝當前在操作的燃燒器，必須採用相對複雜的燃料和/或氣體管線，以便在燃燒器襯套和/或過渡件中形成LLI燃料可通過其來噴射的孔。然而，在以有效、牢靠且耐用的方式將燃料發送到熱的壓縮機排氣室中並將其傳送給燃燒器方面存在極大的機械挑戰。發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種延遲稀薄噴射(LLI)歧管，其包括定位在圍繞容器所限定的周向位置處的中心噴嘴和第一側噴嘴以及第二側噴嘴；連接器；第一支管，連接器連接在第一支管上，第一支管形成為限定了從中心噴嘴延伸至第一側噴嘴的管道，使得燃料可在連接器、中心噴嘴和第一側噴嘴之間傳送；以及第二支管，第二支管形成為限定了從中心噴嘴延伸至第二側噴嘴的管道，使得燃料可在中心噴嘴和第二側噴嘴之間傳送。
根據本發明的另一方面，提供了一種用以將延遲稀薄噴射(LLI)燃料噴射到燃氣渦輪發動機的容器中的噴嘴，其包括頭部，頭部形成為限定了接收LLI燃料的環形室、徑向噴射孔的徑向外部區段以及燃料孔，環形室和徑向噴射孔通過燃料孔而流體地連通；連接板(patch)，其可固定地附連在容器上並形成為限定了徑向噴射孔的徑向內部區段；以及頸部，其支承性地置於連接板和頭部之間，並形成為限定了徑向噴射孔的徑向中間區段， 徑向噴射孔的徑向外部區段和徑向內部區段通過該徑向中間區段而流體地連通。
根據本發明的又一方面，提供了一種用於燃氣渦輪發動機的容器的延遲稀薄噴射 (LLI)歧管組件，其包括將LLI燃料輸送至限定在容器處的孔位置的燃料導管；噴嘴，其分別在這些孔位置處固定在容器上，各個噴嘴形成為限定了徑向噴射孔、包圍徑向噴射孔的環形室、以及燃料孔，環形室和徑向噴射孔通過該燃料孔而流體地連通；以及歧管，其流體地(即以流體連通的方式)聯接在燃料導管上，以用於接收LLI燃料，並且流體地聯接在噴嘴上，以用於將LLI燃料傳送至相應的環形室中，該歧管包括可以通過繞著沿徑向可平移的軸線進行彎曲/撓曲而變形的支管。
根據以下結合附圖所做的描述，這些優勢和特徵以及其它優勢和特徵將變得更為明晰。
在說明書的結論部分的權利要求中特別指出並明確要求保護被視作本發明的主題。根據以下結合附圖所作的詳細說明，本發明的前述及其它特徵和優勢顯而易見，其中
圖1是燃氣渦輪發動機的過渡件的透視圖2是穿透構件和傳送構件的側視圖3是噴嘴和延遲稀薄噴射歧管的軸向視圖4是圖3的噴嘴中的一個的透視圖5是圖3的噴嘴中的另一個的徑向視圖；且
圖6是圖1的燃氣渦輪發動機的軸向視圖。
詳細說明參照附圖通過示例來解釋本發明的實施例，以及優勢和特徵。
部件清單
LLI歧管組件10;
包殼構件20;
流動套筒22 ；
過渡件23;
燃料導管30 ；
穿透構件31;
端部311;
管狀導管32 ；
分流器33 ；
傳送構件36 ；
傳送導管37 ；
連接模塊50 ；
LLI 歧管 70 ；
第一支管和第二支管71，72 ；
管狀側壁73，75;
管狀導管74，76;
中心噴嘴80;
第一側噴嘴和第二側噴嘴81，82 ；
頭部100 ；
環形室101 ；
徑向外部區段102 ；
徑向噴射孔103 ；
燃料孔104 ；
徑向內部區段105;
徑向中間區段106;
連接板120 ；
第一邊緣122 ；
側邊緣123 ；
彎曲的邊緣124;
輪廓125 ；
頸部130 ；具體實施方式
參照圖1，作為用於執行LLI操作的相對簡單的組件，提供了一種用於與例如燃氣渦輪發動機一起使用的延遲稀薄噴射(LLI)歧管組件10，其可建造於新的燃燒器中，或改裝到目前操作的燃燒器上。將理解，燃氣渦輪發動機包括燃燒器，燃燒器具有形成為限定了主燃燒區域的燃燒器襯套，在主燃燒區域中執行主燃燒操作，以便從燃料和/或氣體的燃燒中產生高能流體。然後將這些高能流體引導到過渡件中並引導它們穿過過渡件，過渡件通向渦輪，在渦輪中可從高能流體中得到機械能。另外，在主燃燒區域下遊所限定的位置處將LLI燃料噴射到燃燒襯套和/或過渡件中。在這個位置，噴射的LLI燃料燃燒，並從而增加高能流體的溫度和能量。
如上所述，LLI燃料可噴射到燃燒襯套或過渡件的任一個或這兩者中，以獲得LLI 相關的效應。然而，出於清晰和簡潔的目的，下面將只描述進入過渡件的LLI噴射。然而， 將理解，該說明可在從很少修改到沒有修改的條件下適用於燃燒器襯套噴射。
如圖1中所示，LLI歧管組件10設置在包殼構件20的附近。包殼構件20沿軸向相對於燃氣渦輪發動機的燃燒器區域界定了過渡件區域，使得在過渡件區域中和其周圍可包含例如壓縮機排氣箱(⑶C)空氣。流動套筒22在向後方向上從包殼構件20中突出來， 並與容器，例如過渡件23緊密配合，過渡件流體地聯接在設置於包殼構件20上遊的燃燒器上，從而接收由燃燒操作產生的高能流體。
在LLI歧管組件10設置於包殼構件20附近的條件下，提供了多個燃料導管30，以便通過包殼構件20朝著各個過渡件23的稀釋孔位置輸送LLI燃料。稀釋孔位置被限定在各個過渡件23的配合的邊緣之間。
參照圖2，該多個燃料導管30包括沿軸向穿過包殼構件20而延伸的穿透構件31、 可操作地設置在穿透構件31的端部處的分流器33、以及傳送構件36。穿透構件31沿軸向穿過包殼構件20而延伸，在其外壁周圍提供了密封件以防止洩漏，並且穿透構件31形成為限定了管狀導管32，沿著該導管可輸送LLI燃料。穿透構件31的端部311是沿軸向可調整的，以允許現場調整。
在許多情況下，燃氣渦輪發動機的燃燒器和過渡件23在數量上將是多個，其中多個燃燒器和過渡件均圍繞公共縱向軸線而排列，例如排列成罐式-環形燃燒器排列。例如， 如圖1和圖6中所示，10個燃燒器和10個過渡件23可設置成基本圓形或橢圓形的排列或一些其它相似的規則或不規則的排列。在這些情況下，可採用各個LLI歧管組件10來將 LLI燃料傳送至成對的過渡件23，其中穿透構件31沿周向設置在相鄰的過渡件23之間。也就是說，穿透構件31的端部311可聯接在分流器33上，分流器33則聯接在傳送構件36 上。根據另外的實施例，燃燒器和過渡件23的數量被增加或減少，且根據更多的另外的實施例，將理解，燃燒器和過渡件23的數量不需要是相同的。
傳送構件36是該多個燃料導管30的最前面的一些，並與穿透構件31形成T形連接。傳送構件36在數量上是多個，並且形成為限定了傳送導管37，且用於通過傳送導管37 而將LLI燃料從分流器33輸送至相鄰的LLI歧管10中。
根據另外的實施例，將理解，可排列更多或者更少的燃燒器和過渡件23，而且各個 LLI歧管組件10可裝備有與1、2或更多個燃燒器和過渡件23的關聯部，和/或與一個或多個其它LLI歧管組件10相連接。然而，在提供1 1關係的情況下，必須有比1 2關係的情況下更高數量的包殼構件20的穿孔。相反，對於1 4關係，需要傳送構件36相對較為複雜，因為一些傳送構件36將沿著相對較短的距離進行設置(例如通向相鄰過渡件23 的那些傳送構件)而其它傳送構件36將沿著相對較長的距離進行設置(例如通向遠側過渡件23的那些傳送構件)。這可能需要前面的傳送構件36設有鬆弛部分，使得所有傳送構件36的長度將是基本相似的。
在傳送構件36的端部可提供T形連接模塊50，使得傳送構件36可將LLI燃料傳送給各個過渡件23的LLI歧管70。
各個過渡件23可形成為限定3個或更多個孔位置，例如稀釋孔位置，它們沿周向彼此間隔開基本相似的周向距離，或者在一些情況下，間隔開不均勻的周向距離。因此，包含在過渡件區域中的CDC空氣可被噴射到過渡件23中。
參照圖3、圖4和圖5，在特定的過渡件23的稀釋孔位置處可將中心噴嘴80和第一側噴嘴及第二側噴嘴81和82密封到該特定過渡件23上。各個噴嘴80，81和82形成為限定了 徑向噴射孔，流體(例如CDC空氣)通過該徑向噴射孔噴射到過渡件23中；包圍徑向噴射孔的環形室；以及燃料孔，環形室和徑向噴射孔通過該燃料孔而流體地連通。各個LLI 歧管70通過T形連接模塊50而流體地聯接在相對應的傳送構件36上，以用於接收LLI燃料。LLI歧管進一步聯接在各個噴嘴80，81和82上，以用於將LLI燃料傳送給相應的環形室。
利用這種結構，當過渡件23在渦輪操作期間發生熱膨脹和熱收縮時，中心噴嘴 80(見圖3)會在徑向尺寸上隨著過渡件23的熱膨脹而轉變。同時，LLI歧管70的第一支管71和第二支管72通過圍繞公共軸線彎曲/撓曲而變形，即使中心噴嘴80沿徑向平移， 公共軸線也限定成穿過中心噴嘴80。
參照圖4，其特別顯示了第二側噴嘴82，各個噴嘴80，81和82包括相似的特徵，例如頭部100、連接板120和頸部130。頭部100形成為限定了環形室101、徑向噴射孔103的徑向外部區段102以及燃料孔104，環形室101從LLI歧管70的第一支管71和第二支管 72的相對應的其中一個支管或這兩個支管中接收LLI燃料，通過徑向噴射孔103的徑向外部區段102，⑶C空氣噴射到過渡件23中，且通過燃料孔104，環形室101和徑向噴射孔103 彼此流體地連通。
如圖4和圖5中所示，頭部100還包括整體凸起，第一支管71和第二支管72連接在整體凸起上。中心噴嘴80將因此包括兩個這種凸起，即頭部100的每側各一個。類似地， 第一和第二側噴嘴81，82將各自只在其相應的頭部100的一側包括單個這樣的凸起。在凸7起和第一支管71及第二支管72之間的連接可通過例如焊接(例如對接焊)來實現。
連接板120被密封在過渡件23的本體上，並形成為限定了徑向噴射孔103的徑向內部區段105。頸部130支承性地置於連接板120和頭部100之間。因此，頸部形成為限定了徑向噴射孔103的徑向中間區段106，通過該徑向中間區段106，徑向噴射孔103的徑向外部區段102和徑向內部區段105彼此流體地連通。
燃料孔104可被限定在圍繞徑向噴射孔103的環形排列中。這種環形排列可以是圓形的或橢圓形的、平直/平坦的或交錯的，其中燃料孔104彼此基本均勻地間隔開或彼此非均勻地間隔開。在燃料孔104彼此非均勻地間隔開的情況下，燃料孔104可通過重複變化的間隔而分隔開，或者集中於局部周向位置中。
當CDC空氣被噴射到過渡件23中時，空氣流的流強度或動量傾向於夾帶著LLI燃料流穿過燃料孔104。這樣，如圖4中所示，CDC空氣和LLI燃料可基本上與穿過過渡件23 的熱氣體流相混合。此外，可保持以及以其它方式控制LLI燃料104的連續流動，使得LLI 操作可在相對較高的控制程度下執行。
形成於過渡件23中的稀釋孔可在軸向方向上從過渡件23的邊緣進行機械加工， 從而形成凹穴。連接板120形成為緊緊地配合在這個凹穴中。為此，連接板120是大致平坦的部件，其聯接在具有與過渡件23的厚度基本相似的厚度的頸部130上。
連接板120具有基本上筆直的第一邊緣122、基本筆直的側邊緣123和彎曲的邊緣 124。側邊緣123和彎曲的邊緣IM與凹穴的相對應的邊緣緊密配合。另外，連接板120設有與過渡件23的相對應的輪廓基本相似的輪廓125，使得連接板120和過渡件23形成了大致環形的組合體，熱氣體流傳送通過該組合體。
連接板120可通過例如焊接(例如對接焊)而密封在過渡件23上，從而防止⑶C 空氣在過渡件23的邊緣和連接板120的相對應的邊緣之間進入過渡件23中。在備選實施例中，連接板120還可通過某些粘接劑和/或額外的結構支承件進行密封。由於在連接板 120和過渡件23之間的密封，連接板120被整體地連接到過渡件23上，並因此在過渡件23 的熱膨脹和熱收縮期間，連接板120將仍在稀釋孔的位置處被密封在過渡件23上。因而， 與熱變形相關聯的應力將基本上被限制在LLI歧管70的第一支管71和第二支管72中，並且將防止應變。
第一支管71包括管狀側壁73，其形成為限定了管狀導管74，通過該管狀導管，LLI 燃料從連接模塊50供給至中心噴嘴80和第二側噴嘴82中。類似地，第二支管72包括管狀側壁75，其形成為限定了管狀導管76，通過該管狀導管，LLI燃料從中心噴嘴供給至第一側噴嘴81中。
第一支管71和第二支管72各具有基本上類似(mimic)相對應的過渡件23的周向曲率的周向曲率。第一支管71和第二支管72還可包括徑向和軸向尺寸上的另外的曲率， 以考慮可能存在其它燃氣渦輪發動機構件，並增加或減少LLI歧管70的結構剛度。然而， 大體上，第一支管71和第二支管72構造為通過圍繞中心噴嘴80和第一側噴嘴81及第二側噴嘴82進行彎曲/撓曲而發生變形，即使中心噴嘴80和第一側噴嘴81及第二側噴嘴82 在過渡件23的熱膨脹和熱收縮期間發生徑向平移時也是如此。
根據本發明的各方面，如上所述，通過連接模塊50傳送給LLI歧管70的LLI燃料越過預置孔口呈現壓力降，並通過噴嘴80，81和82將LLI燃料分布至各個稀釋孔中。相對CN 102537968 A較高動量的CDC空氣夾帶著LLI燃料並將其驅動到核心燃燒熱氣體流中。同時，適應熱變形，而沒有形成相對較高的應變。大體上，燃燒襯套或過渡件23具有比LLI歧管70高得多的溫度，並從而希望相對於其自身的中心線比LLI歧管70沿徑向增長更多。然而，因為LLI 歧管70包括第一支管71和第二支管72的弧形管道，所以弧形管道會簡單地彎曲以適應變形的燃燒器襯套或過渡件23。
雖然已經結合僅僅有限數量的實施例詳細描述了本發明，但是應當容易理解，本發明並不局限於這種公開的實施例。相反，可修改本發明以結合此前還未描述過的但與本發明的精神和範圍相稱的任何數量的變體、改型、替代或等效裝置。另外，雖然已經描述了本發明的各種實施例，但是將理解本發明的方面可能只包括所述實施例中的一些。因此，本發明不應被視為由前面的描述限制，而只受到所附權利要求的範圍的限制。
權利要求
1.一種延遲稀薄噴射(LLI)歧管(70)，包括定位在限定於容器周圍的周向位置處的中心噴嘴(80)和第一側噴嘴以及第二側噴嘴 (81,82)；連接器(50)；第一支管(71)，所述連接器(50)連接在所述第一支管(71)上，該第一支管(71)形成為限定了從所述中心噴嘴(80)延伸至所述第一側噴嘴(81)的管道，使得燃料能夠在所述連接器(50)、所述中心噴嘴(80)和所述第一側噴嘴(81)之間進行傳送；和第二支管(72)，形成為限定了從所述中心噴嘴(80)延伸至所述第二側噴嘴(82)的管道，使得燃料能夠在所述中心噴嘴(80)和所述第二側噴嘴(8 之間進行傳送。
2.根據權利要求1所述的LLI歧管(70)，其特徵在於，所述中心噴嘴(80)和所述第一側噴嘴及所述第二側噴嘴(81，82)布置有均勻的間距。
3.根據權利要求1所述的LLI歧管(70)，其特徵在於，所述中心噴嘴(80)和所述第一側噴嘴及所述第二側噴嘴(81，82)布置有非均勻的間距。
4.根據權利要求1所述的LLI歧管，其特徵在於，所述中心噴嘴和所述第一側噴嘴及所述第二側噴嘴在所述容器的熱膨脹期間會沿徑向平移。
5.一種將延遲稀薄噴射(LLI)燃料噴射到燃氣渦輪發動機的容器中的噴嘴，所述噴嘴包括頭部(100)，形成為限定了接收LLI燃料的環形室(101)、徑向噴射孔(103)的徑向外部區段、以及燃料孔(104)，所述環形室(101)和所述徑向噴射孔(10 通過所述燃料孔 (104)而流體地連通；連接板(120)，能夠固定地附接在所述容器上，並形成為限定了所述徑向噴射孔(103) 的徑向內部區段；和頸部(130)，支承性地置於所述連接板(120)和所述頭部(100)之間，並形成為限定了所述徑向噴射孔(10 的徑向中間區段，所述徑向噴射孔的徑向外部區段和徑向內部區段通過所述徑向中間區段而流體地連通。
6.一種用於燃氣渦輪發動機的容器的延遲稀薄噴射(LLI)歧管組件(10)，所述LLI歧管組件(10)包括燃料導管(30)，其將LLI燃料輸送至限定於所述容器處的孔位置；噴嘴(80，81，82)，其分別在所述孔位置處固定在所述容器上，各個噴嘴形成為限定了徑向噴射孔(103)、包圍所述徑向噴射孔的環形室(101)以及燃料孔(104)，所述環形室和所述徑向噴射孔通過所述燃料孔(104)而流體地連通；以及歧管(70)，其流體地聯接在所述燃料導管上，以用於接收LLI燃料，並流體地聯接在所述噴嘴上，以用於將LLI燃料傳送到所述相應的環形室中，所述歧管(70)包括能夠通過繞著可沿徑向平移的軸線進行彎曲/撓曲而發生變形的支管(71，72)。
7.根據權利要求6所述的LLI歧管組件(10)，其特徵在於，所述容器包括燃燒器襯套和過渡件中的一個或兩者。
8.根據權利要求6所述的LLI歧管組件(10)，其特徵在於，所述燃料導管(30)包括具有可調整的長度的沿軸向延伸的穿透構件(31)；和可操作地設置在所述穿透構件的端部處的分流器(33)。
9.根據權利要求6所述的LLI歧管組件(10)，其特徵在於，通過所述徑向噴射孔(103) 噴射壓縮機排氣箱空氣。
10.根據權利要求6所述的LLI歧管組件(10)，其特徵在於，所述燃料孔(104)以環形排列的形式限定在所述徑向噴射孔(103)周圍。
全文摘要
本發明提供了一種延遲稀薄噴射(LLI)歧管(70)，其包括定位在限定於容器周圍的周向位置處的中心噴嘴(80)和第一側噴嘴以及第二側噴嘴(81，82)；連接器(50)；第一支管(71)，連接器(50)連接在第一支管(71)上，第一支管形成為限定了從中心噴嘴(80)延伸至第一側噴嘴(81)的管道，使得燃料可在連接器(50)、中心噴嘴(80)和第一側噴嘴(81)之間進行傳送；以及第二支管(72)。第二支管(72)形成為限定了從中心噴嘴(80)延伸至第二側噴嘴(82)的管道，使得燃料可在中心噴嘴(80)和第二側噴嘴(82)之間進行傳送。
文檔編號F23D14/58GK102537968SQ20111034634
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月28日 優先權日2010年10月28日
發明者B·W·羅米格, C·M·麥康瑙海, J·H·克利, L·J·斯託亞 申請人:通用電氣公司