燃料喷嘴燃烧器及燃气涡轮

申请号 CN201520205878.9 申请日 2015-04-08 公开(公告)号 CN204943566U 公开(公告)日 2016-01-06
申请人 通用电气公司; 发明人 R.M.迪钦蒂奥; P.B.梅尔顿;
摘要 一种 燃料 喷嘴 包括至少部分由外护罩包绕的中心体。外护罩与中心体沿径向间隔开,以在其间限定预混流动通路。外护罩包括主体,其限定内侧部分、外侧部分和与后端部分轴向地分开的前端部分。主体还限定冷却通道,其完全地界定在内侧部分与外侧部分之间,并且至少部分地在前端部分与后端部分之间延伸。主体还限定与冷却通道 流体 连通的冷却空气入口,以及在冷却空气入口下游与冷却通道流体连通的冷却空气出口,还公开了一种包括该燃料喷嘴的 燃烧器 及燃气 涡轮 。
权利要求

1.一种燃料喷嘴,包括:
中心体;
外护罩,其与所述中心体沿径向间隔开来在其间限定预混流动通路,所述外护罩包括环形主体,其具有内侧部分、外侧部分,以及与后端部分沿轴向分开的前端部分;并且其中所述主体限定冷却通道,所述冷却通道完全界定在所述内侧部分与所述外侧部分之间,并且至少部分地在所述前端部分与所述后端部分之间延伸,所述主体还限定与所述冷却通道流体连通的冷却空气入口,以及在所述冷却空气入口下游与所述冷却通道流体连通的冷却空气出口。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述冷却通道的至少一部分以蛇线图案和螺线图案中的至少一个在所述主体内延伸。
3.根据权利要求1所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述冷却通道的至少一部分大致在所述主体内沿轴向延伸。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述主体限定沿所述冷却通道设置的一个或更多个流动特征。
5.根据权利要求1所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述冷却通道的至少一部分在所述主体内至少部分地围绕所述后端部分延伸。
6.根据权利要求1所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述冷却空气入口提供穿过所述主体的外侧部分和所述主体的前端部分中的至少一个进入所述冷却通道的流体连通。
7.根据权利要求1所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述燃料喷嘴还包括多个转动导叶,其在所述主体的后端部分上游从所述中心体沿径向向外延伸,所述转动导叶中的各个具有前缘和后缘,其中所述冷却空气入口沿所述外侧部分设置在所述转动导叶的后缘与所述主体的后端部分之间的一点处。
8.根据权利要求1所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述冷却空气出口提供从所述冷却通道穿过内壁部分到所述预混通路中的流体连通。
9.根据权利要求1所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述主体的后端部分终止于后壁,其中所述冷却空气出口提供从所述冷却通道穿过所述后壁的流体连通。
10.一种燃烧器,包括:
外壳
具有在所述外壳内沿轴向延伸的中心体和与所述中心体同轴地对准的外护罩的主燃料喷嘴,其中所述外护罩与所述中心体沿径向间隔开,以在其间限定预混流动通路;
大致平行于所述主燃料喷嘴延伸的至少一个第二燃料喷嘴,所述第二燃料喷嘴终止于出口端处;
其中所述外护罩包括环形主体,其限定内侧部分、外侧部分和与后端部分沿轴向分开的前端部分,所述后端部分沿轴向延伸越过所述第二燃料喷嘴的出口端;并且其中所述主体还限定完全界定在所述主体内的冷却通道、与所述冷却通道流体连通的冷却空气入口,以及在所述冷却空气入口下游与所述冷却通道流体连通的冷却空气出口。
11.根据权利要求10所述的燃烧器,其特征在于,所述冷却通道的至少一部分以蛇线图案和螺线图案中的至少一个在所述主体内延伸。
12.根据权利要求10所述的燃烧器,其特征在于,所述冷却通道的至少一部分在所述主体内至少部分地围绕所述后端部分延伸。
13.根据权利要求10所述的燃烧器,其特征在于,所述冷却空气入口提供穿过所述主体的外侧部分和所述主体的前端部分中的至少一个进入所述冷却通道的流体连通。
14.根据权利要求10所述的燃烧器,其特征在于,所述燃烧器还包括多个转动导叶,其在所述主体的后端部分上游从所述中心体沿径向向外延伸,所述转动导叶中的各个具有前缘和后缘,其中所述冷却空气入口沿所述外侧部分设置在所述转动导叶的后缘与所述主体的后端部分之间的一点处。
15.根据权利要求10所述的燃烧器,其特征在于,所述主体的后端部分终止于后壁处,所述后壁在所述内侧部分与所述外侧部分之间延伸,其中所述冷却空气出口提供了从所述冷却通道穿过所述预混通路的径向外侧的所述后壁和内侧部分中的至少一个进入所述预混通路的流体连通。
16.根据权利要求10所述的燃烧器,其特征在于,所述燃烧器还包括盖板,所述盖板在所述外壳内沿径向和沿周向延伸,所述盖板限定与第二侧沿轴向分开的第一侧和至少一个燃料喷嘴通路,所述外护罩延伸穿过所述燃料喷嘴通路,所述下游端部分沿轴向定位成越过所述第二侧。
17.一种燃气涡轮,包括:
压缩机
设置在所述压缩机下游的燃烧器;
设置在所述燃烧器下游的涡轮;
其中所述燃烧器包括:
联接于外壳的端盖;
具有在所述外壳内从所述端盖沿轴向向下游延伸的中心体和与所述中心体同轴对准的外护罩的燃料喷嘴,其中所述外护罩与所述中心体沿径向间隔开,以限定其间的预混流动通路;
其中所述外护罩包括环形主体,其限定内侧部分、外侧部分和与后端部分沿轴向分开的前端部分,所述后端部分设置成邻近限定在所述燃烧器内的燃烧区;并且其中所述主体还限定完全界定在所述主体内的冷却通道、与所述冷却通道流体连通的冷却空气入口,以及在所述冷却空气入口下游与所述冷却通道流体连通的冷却空气出口。
18.根据权利要求17所述的燃气涡轮,其特征在于,所述冷却通道的至少一部分以蛇线图案和螺线图案中的至少一个在所述主体内延伸。
19.根据权利要求17所述的燃气涡轮,其特征在于,所述冷却通道的至少一部分在所述主体内至少部分地围绕所述后端部分延伸。
20.根据权利要求17所述的燃气涡轮,其特征在于,所述冷却空气入口:
提供穿过所述主体的外侧部分和所述主体的前端中的至少一个进入所述冷却通道的流体连通;并且
其中所述主体的后端部分终止于后壁处,其中所述冷却空气出口提供从所述冷却通道穿过所述后壁和所述内侧部分和所述外侧部分中的至少一个的流体连通。

说明书全文

燃料喷嘴燃烧器及燃气涡轮

技术领域

[0001] 本发明大体上涉及燃料喷嘴冷却方案。更具体而言,本发明涉及具有由燃料喷嘴的外护罩或喷烧管部分限定的冷却通道的燃料喷嘴,以及用于制造燃料喷嘴的至少一部分的方法。

背景技术

[0002] 燃气涡轮广泛用于工业、船舶飞行器和发电操作。燃气涡轮大体上包括压缩机区段、设置在压缩机区段下游的燃烧器区段,以及设置在燃烧区段下游的涡轮区段。
[0003] 为了降低排放并且/或者在燃气涡轮的操作期间保持低排放,特定的燃烧器包括连接于端盖的中心或主燃料喷嘴,以及也连接于端盖且布置成围绕中心燃料喷嘴的环形阵列的多个第二燃料喷嘴。各个燃料喷嘴经由端盖燃料和/或燃料筒与燃料供应源流体连通。当燃气涡轮上的负载或需求变化时,至各种燃料喷嘴的燃料流率可调节和/或开启或关闭,以增大或减小燃气涡轮的输出。该构造典型地提供了加强或变宽的下调范围,其中燃气涡轮可在低于全速状态下操作,同时保持在预先限定的排放生产范围内。
[0004] 在常规构造中,各个燃料喷嘴的下游端或出口终止于盖或隙透板的热侧处或附近。盖板在燃烧器内沿径向和沿周向延伸,大致邻近限定在燃烧器内的燃烧室。典型地,盖板用作燃料喷嘴的热障层,具体是中心的下游端,以及第二燃料喷嘴,从而减小了由下游端邻近燃烧室中的燃烧火焰引起的热应
[0005] 在特定燃烧器设计中,中心燃料喷嘴包括外护罩或喷烧管,其至少部分地限定预混流动通路,用于在引入到燃烧室中之前混合燃料和空气。已示出了下调范围可通过使外护罩或喷烧管从盖板的热侧沿轴向向下游朝燃烧室延伸来增强或加宽。一个挑战在于充分地冷却外护罩的下游端。因此,改进的燃料喷嘴将是有用的。

发明内容

[0006] 本发明的方面和优点在下文在以下描述中阐明,或者可从描述清楚,或者可通过本发明的实践学习。
[0007] 本发明的一个实施例为燃料喷嘴。燃料喷嘴包括中心体和与中心体沿径向间隔开的外护罩,因此限定了其间的预混流动通路。外护罩包括主体,其限定内侧部分、外侧部分和与后端部分轴向地分开的前端部分。主体限定冷却通道,其完全地界定在内侧部分与外侧部分之间,并且至少部分地在前端部分与后端部分之间延伸。主体还限定与冷却通道流体连通的至少一个冷却空气入口,以及在冷却空气入口下游与冷却通道流体连通的至少一个冷却空气出口。
[0008] 本公开内容的另一个实施例为燃烧器。燃烧器包括外壳和具有中心体的主燃料喷嘴,该中心体在外壳内从端盖沿轴向向下游延伸。主燃料喷嘴还包括外护罩,其与中心体同轴对准,并且与中心体沿径向间隔开来限定其间的预混流动通路。至少一个第二燃料喷嘴在壳内大致平行于主燃料喷嘴延伸。第二燃料喷嘴终止于出口端处。外护罩包括环形主体,其限定内侧部分、外侧部分和与后端部分沿轴向分开的前端部分,其中后端部分沿轴向延伸越过第二燃料喷嘴的出口端。主体还限定完全界定在主体内的冷却通道、与冷却通道流体连通的冷却空气入口,以及在冷却空气入口下游与冷却通道流体连通的冷却空气出口。
[0009] 本发明还包括燃气涡轮。燃气涡轮包括压缩机、设置在压缩机下游的燃烧器,以及设置在燃烧器下游的涡轮。燃烧器包括端盖,该端盖联接于外壳和燃料喷嘴。燃料喷嘴包括在外壳内从端盖沿轴向向下游延伸的中心体,以及与中心体同轴对准的外护罩。外护罩与中心体沿径向间隔开,以在其间限定预混流动通路。外护罩包括环形主体,其限定内侧部分、外侧部分,以及与后端部分沿轴向分开的前端部分。后端部分设置成邻近限定在燃烧器内的燃烧区。主体还限定完全界定在主体内的冷却通道、与冷却通道流体连通的冷却空气入口,以及在冷却空气入口下游与冷却通道流体连通的冷却空气出口。
[0010] 本发明的另一个实施例包括一种用于制造燃料喷嘴的外护罩部分的主体的方法,其中主体限定完全界定在主体内的冷却通道。该方法包括以下步骤:确定包括冷却通道的主体的三维信息、将三维信息转换成多个片段,该多个片段限定主体的截面层,其中空隙限定在层中的至少一些内,因此限定冷却通道。该方法还包括通过使用激光能量电子束能量中的至少一个熔化金属粉末来连续地形成主体的各层。
[0011] 本发明的一个实施例包括燃料喷嘴。燃料喷嘴包括具有环形的主体的外护罩,以及完全界定在主体内的冷却通道,其中主体使用添加制造过程来制成。
[0012] 本领域的普通技术人员将在查阅说明书时更好认识到此类实施例及其它实施例的特征和方面。附图说明
[0013] 包括对本领域的技术人员而言的最佳模式的发明的完整且实现的公开内容在包括参照附图的说明书的其余部分中更具体地阐明,在该附图中:
[0014] 图1为可结合本发明的各种实施例的示例性燃气涡轮的功能框图
[0015] 图2为可结合在本发明中的示例性筒型燃烧器的一部分的截面侧视图;
[0016] 图3为根据本发明的一个或更多个实施例的如图2中所示的燃烧器的一部分的上游视图,包括了示例性主燃料喷嘴,以及多个示例性第二燃料喷嘴;
[0017] 图4为根据本发明的至少一个实施例的示例性主燃料喷嘴的放大截面侧视图;
[0018] 图5为根据本发明的一个实施例的如图4中所示的主燃料喷嘴的上游视图;
[0019] 图6为根据本发明的一个或更多个实施例的包括各种流动特征的示例性冷却通道的截面视图;
[0020] 图7为根据本发明的各种实施例的包括多个冷却通道的主燃料喷嘴的外护罩部分的局部透视图;
[0021] 图8为根据本发明的各种实施例的包括多个冷却通道的主燃料喷嘴的外护罩部分的局部透视图;
[0022] 图9为根据本发明的一个或更多个实施例的包括如图4中所示的主燃料喷嘴的燃烧器的一部分的截面侧视图;
[0023] 图10为根据本发明的一个或更多个实施例的包括主燃料喷嘴的示例性实施例的燃烧器的一部分的截面侧视图;以及
[0024] 图11为示出用于制造如图4-10中的各种实施例所示的燃料喷嘴的外护罩的主体部分的方法的示例性实施例的流程图
[0025] 部件列表
[0026] 10 燃气涡轮
[0027] 12 入口区段
[0028] 14 工作流体
[0029] 16 压缩机
[0030] 18 压缩工作流体
[0031] 20 燃料
[0032] 22 燃料源
[0033] 24 燃烧器
[0034] 26 燃烧气体
[0035] 28 涡轮
[0036] 30 轴
[0037] 32 发电机/
[0038] 34 排出气体
[0039] 36 排气区段
[0040] 38 排气烟囱
[0041] 40 外壳
[0042] 42 端盖
[0043] 44 高压仓室
[0044] 46 燃料喷嘴
[0045] 48 主燃料喷嘴
[0046] 50 中心线
[0047] 52 第二燃料喷嘴
[0048] 54 管
[0049] 56 燃烧区
[0050] 58 出口端
[0051] 60 衬套
[0052] 62 热气体通路
[0053] 64 盖/隙透板
[0054] 66 主燃料喷嘴通路
[0055] 68 第二燃料喷嘴通路
[0056] 70 外套筒
[0057] 72 冷却空气仓室
[0058] 74 中心体
[0059] 76 外护罩
[0060] 78 预混流动通路
[0061] 80 转动/旋流器导叶
[0062] 82 前缘部分
[0063] 84 后缘部分
[0064] 86 主体
[0065] 88 内侧部分
[0066] 90 外侧部分
[0067] 92 前端部分
[0068] 94 后端部分
[0069] 96 冷却通道
[0070] 98 冷却空气入口
[0071] 100 冷却空气出口
[0072] 102 前壁
[0073] 104 后壁
[0074] 106 流动特征
[0075] 108 座
[0076] 110 肋条
[0077] 112 槽口
[0078] 114 凹槽
[0079] 116 前套筒
[0080] 118 喷烧管
[0081] 120 主体
[0082] 122 上游端
[0083] 124 内侧部分
[0084] 126 外侧部分
[0085] 128 后壁
[0086] 129-199 未使用
[0087] 200 方法
[0088] 202 步骤
[0089] 204 步骤
[0090] 206 步骤。

具体实施方式

[0091] 现在将进行对本发明的实施例的详细参照,其一个或更多个实例在附图中示出。详细描述使用了数字和字母标记来表示附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。如本文使用的,用语"第一"、"第二"和"第三"可互换使用,以将一个构件与另一个区分开,并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如,"上游"是指流体从其流动的方向,而"下游"是指流体流动至其的方向。
[0092] 各个实例经由本发明的阐释来提供,而不限制本发明。实际上,对本领域的技术人员将显而易见的是,在本发明中可产生改型和变型,而不脱离其范围或精神。例如,示为或描述为一个实施例的一部分的特征可在另一个实施例上使用来产生又一个实施例。因此,期望本发明覆盖落入所附权利要求及其等同方案的范围内的此类改型和变型。尽管本发明的示例性实施例将大体上出于示出的目的以陆基发电燃气涡轮燃烧器的燃料喷嘴为背景描述,但本领域的普通技术人员将容易认识到本发明的实施例可应用于任何类型的燃气涡轮如船舶或飞行器燃气涡轮的任何燃烧器,并且不限于陆基发电燃气涡轮的燃烧器或燃烧系统,除非在权利要求中明确地叙述。
[0093] 现在参照附图,其中相同的数字指示所有附图中的相同元件,图1提供了示例性燃气涡轮10的功能框图,其可结合本发明的各种实施例。如所示,燃气涡轮10大体上包括入口区段12,其可包括一系列过滤器、冷却盘管、分分离器和/或其它装置,其用以净化和以其它方式调节进入燃气涡轮10中的工作流体(例如,空气)14。工作流体14流至压缩机区段,其中,压缩机16将动能逐渐地给予工作流体14,以产生压缩的工作流体18。
[0094] 压缩工作流体18与来自燃料供应系统22的燃料20混合来在一个或更多个燃烧器24内形成可燃混合物。可燃混合物焚烧来产生具有高温、高压和高速的燃烧气体26。燃烧气体26流过涡轮区段的涡轮28来做功。例如,涡轮28可连接于轴30,以使涡轮28的旋转驱动压缩机16来产生压缩的工作流体18。作为备选或此外,轴30可将涡轮28连接于发电机32用于产生电。来自涡轮28的排出气体34流过排气区段36,排气区段36将涡轮28连接于涡轮28下游的排气烟囱38。例如,排气区段36可包括余热回收蒸汽发生器(未示出),用于在释放到环境之前清洁和从排气气体34抽取附加热。
[0095] 燃烧器24可为本领域中已知的任何类型的燃烧器,并且本发明不限于任何特定燃烧器设计,除非在权利要求中明确叙述。例如,燃烧器24可为筒型或筒环型燃烧器。图2提供了示例性筒型燃烧器24的一部分的截面侧视图。如图2中所示,外壳40包绕燃烧器24的至少一部分。端盖42在燃烧器24的一端处联接于外壳40。端盖42和外壳40大体上限定高压仓室44,其至少部分地包绕燃烧器24。在操作中,高压仓室44从压缩机16接收压缩的工作流体18。
[0096] 在特定实施例中,燃烧器24包括一个或更多个燃料喷嘴46。在一个实施例中,燃烧器包括主燃料喷嘴48,其相对于轴向中心线50大致在燃烧器24内沿轴向延伸。例如,在一个构造中,主燃料喷嘴48从端盖42的内表面向下游延伸。图3为根据本发明的一个或更多个实施例的包括主燃料喷嘴48和多个示例性第二燃料喷嘴52的燃烧器24的一部分的上游视图。在各种实施例中,如图2和3中所示,多个第二燃料喷嘴52围绕主燃料喷嘴48环形地布置。在一个实施例中,如图2中所示,第二燃料喷嘴52大致平行于燃烧器24内的主燃料喷嘴48延伸。
[0097] 如图2和3中所示,第二燃料喷嘴52可包括束管类型的燃料喷嘴,其具有多个管54用于将燃料和空气混合物提供至燃烧区56(图2),燃烧区56限定在燃烧器24内。在其它实施例中,第二燃料喷嘴52可包括常规预混器类型的燃料喷嘴(未示出),其可部分地类似于主燃料喷嘴50构造。然而,第二喷嘴52不限于束管或常规预混类型的燃料喷嘴,除非在权利要求中明确叙述。第二燃料喷嘴52和/或管54中的各个终止于出口端58处,出口端58提供第二燃料喷嘴52与燃烧区56之间的流体连通。
[0098] 如图2中所示,燃烧区56可至少部分地限定在环形衬套60内,环形衬套60从主燃料喷嘴48和第二燃料喷嘴52朝入口向下游延伸至涡轮28。衬套60至少部分地限定热气体通路62,用于将燃烧气体26发送穿过燃烧器24。
[0099] 如图2和3中所示,盖或隙透板64在燃烧器24内从端盖42(图2)向下游沿径向和沿周向延伸。盖板64可包括单个连续板,或者可分成弓形或其它形状的区段(图3)。盖板64可至少部分地限定主燃料喷嘴通路66。盖板64还可限定多个第二燃料喷嘴通路68。例如,如图3中所示,盖板64可限定束管型燃料喷嘴的管54中的各个的对应第二燃料喷嘴通路68。
[0100] 第二燃料喷嘴52和/或管54中的各个的出口端58大体上终止于盖板64处、近侧或附近,以便提供穿过盖板64且进入燃烧区56的流体连通。盖板64连接于外套筒70的端部。盖板64和外套筒70可为盖组件的构件。在特定实施例中,盖板64和/或外套筒70可至少部分地限定燃烧器24内的冷却空气仓室72(图2)。冷却空气仓室72可与高压仓室44(图2)和/或另一个冷却空气或冷却介质源(未示出)流体连通。
[0101] 图4提供了根据本发明的至少一个实施例的示例性主燃料喷嘴48的放大截面侧视图。在一个实施例中,如图4中所示,主燃料喷嘴48包括中心体74、与中心体74沿径向间隔开的外护罩76,以及至少部分地限定在中心体74与外护罩76之间的预混流动通路78。中心体74可构造成经由凸缘和螺钉或其它连接来安装于端盖42。中心体74可流体地连接于端盖42(图2)和/或流体供应源。在特定实施例中,如图4中所示,中心体74可构造成接收流体和/或稀释剂筒。
[0102] 在一个实施例中,如图4中所示,主燃料喷嘴48包括多个转动或旋流器导叶80,其在预混流动通路78内在中心体74与外护罩76之间延伸。如图4中所示,转动导叶80大体上包括前缘部分82和后缘部分84。前缘部分82大体上面朝压缩工作流体流18。
[0103] 如图4中所示,外护罩76包括环形主体86,其具有内侧88部分、外侧部分90和沿轴向与后端部分94分开的前端部分92。在至少一个实施例中,主体86限定至少一个冷却通道96。冷却通道96完全界定在内侧部分88与外侧部分90之间。冷却通道96至少部分地在主体86的前端部分92与后端部分94之间延伸。在特定实施例中,主体86限定多个冷却通道96。环形主体86在制造期间制作成单件。因此,主体86具有整体构造,并且不同于由多个构件制成的构件,该多个构件经由硬钎焊或其它连结过程连结在一起来形成单个构件。
[0104] 在特定实施例中,包括冷却通道96或多个冷却通道96的主体86可由添加制造方法或过程来形成。如本文使用的,用语"添加制造"或"添加制造技术或过程"包括但不限于各种已知的3D打印制造方法,如,挤出沉积、线、颗粒材料联结、粉末层和喷墨头3D打印、分层和光聚合。
[0105] 主体86还限定与冷却通道96流体连通的至少一个冷却空气入口98,以及在冷却空气入口98下游与冷却通道96流体连通的冷却空气出口100。冷却空气入口98可沿主体的任何壁、侧或部分限定或设置。例如,在各种实施例中,如图4中所示,冷却空气入口98限定在主体86的前端部分92近侧。在一个实施例中,冷却空气入口98设置或限定在主体86的前壁102内,因此提供了穿过前壁102且进入冷却通道96的流体连通。在一个实施例中,冷却空气入口98提供了穿过主体86的外侧部90进入冷却通道96的流体连通。
[0106] 在一个实施例中,冷却空气入口98在旋流器导叶80上游沿外侧部分90限定。在一个实施例中,冷却空气入口98在旋流器导叶80下游沿外侧部分90限定在转动导叶80的后缘84与主体86的后端部分94之间。在一个实施例中,冷却空气入口98限定或设置在旋流器导叶80的前缘部分82与后缘部分84之间。在特定实施例中,多个冷却空气入口98沿主体86的前壁102和外侧部分90中的一个或更多个限定或设置。
[0107] 图5为根据本发明的一个实施例的如图4中所示的主燃料喷嘴48的上游视图。冷却空气出口100或多个冷却空气出口100可限定或设置在沿主体86的任何位置。例如,在一个实施例中,如图4和5中所示,主体86的后端部分94终止于后壁104处,后壁104在内侧部分88与外侧部分90之间延伸,并且冷却空气出口100或冷却空气出口100中的至少一些限定或设置在后壁106上,因此提供了从冷却通道96穿过后壁106的流体连通。在各种实施例中,如图4中所示,冷却空气出口100或冷却空气出口100中的至少一些可限定或设置在主体86的外侧部分90上。此外或在备选方案中,冷却空气出口100或冷却空气出口100中的至少一些可限定或设置在主体86的内侧部分88上,因此提供了从冷却通道96穿过内壁88进入后壁106上游的预混流动通路78的流体连通。
[0108] 图6提供了根据本发明的一个或更多个实施例的示例性冷却通道96的截面视图。如图6中所示,一个或更多个流动特征106可限定在冷却通道96内。流动特征或多个流动特征106可包括凹座或凸座108、肋条110、槽口112、凹槽114或其它特征,用于在压缩工作流体18流过对应冷却通道96时提高压缩工作流体18的冷却有效性。在各种实施例中,流动特征106或多个特征经由前文所述的一个或更多个添加制造方法、技术或过程来形成,因此提供了冷却通道96内比先前能够通过常规制造过程产生的更准确和/或更复杂的细节。
[0109] 图7和8为根据本发明的各种实施例的外护罩76的局部透视图。如图4中所示,冷却通道96或多个冷却通道96的至少一部分在主体86内大致沿轴向延伸。在如图7中所示的一个实施例中,冷却通道96或冷却通道96中的至少一些在主体86内以大致螺线或周向图案延伸,因此增大了穿过主体86的冷却通道96的长度。在一个实施例中,冷却通道96或多个冷却通道96至少部分地围绕后端部分94延伸。
[0110] 在一个实施例中,如图8中所示,冷却通道96或冷却通道96中的至少一些在主体86内以大致蛇线或绕组图案延伸,因此增大了穿过主体86的冷却通道96的长度。蛇线或绕组和/或螺线和周向图案在压缩工作流体18流过由主体86限定的冷却通道96或多个冷却通道96时增大压缩工作流体18的停留或流动时间,因此提高了压缩工作流体18的冷却效率,并且减小了外护罩76上的热应力。冷却通道96或多个冷却通道可在外护罩76的主体86内以多个图案延伸,并且不限于任何单个或特定图案,除非在权利要求中明确叙述。
[0111] 图9为根据本发明的一个或更多个实施例的包括主燃料喷嘴48的燃烧器24的一部分的截面侧视图。如图9中所示,外护罩76延伸穿过限定在盖板64内的主燃料喷嘴通路66。如所示,后端部分94朝燃烧区56沿轴向延伸越过第二燃料喷嘴52的出口端58,使得后端部分94定位成比第二燃料喷嘴52的出口端58更接近燃烧区56。如所示,冷却空气入口98或冷却空气入口98中的至少一些可与冷却空气仓室72流体连通。
[0112] 在操作中,如所示,在图2-9中所示的各种实施例中,压缩工作流体18的一部分经由冷却空气入口98中的一个或更多个发送到冷却通道96中。在一个实施例中,压缩工作流体18可从高压仓室44发送到冷却空气仓室72中,并且接着发送到冷却空气入口98或多个冷却空气入口98中。压缩的工作流体18接着流过冷却通道96或多个冷却通道96,因此具体在外护罩76的后端部分94处或近侧向主体86的内侧部分88和/或外侧部分90提供对流冷却和冲击冷却中的至少一个。
[0113] 如前文所述,冷却通道96或多个冷却通道96的蛇线、周向、轴向和/或螺线图案增大了压缩工作流体18在冷却通道96或多个冷却通道96内的驻留或流动时间,因此提高了压缩工作流体18的总体冷却效率。在特定实施例中,流动特征106或多个流动特征106还可提高压缩工作流体18的冷却有效性,从而改进主燃料喷嘴48的总体机械性能。
[0114] 压缩工作流体18通过冷却空气出口100或多个冷却空气出口100离开冷却通道96或多个冷却通道96。当通过后壁104离开时,压缩工作流体18可流入燃烧区56中。当压缩工作流体18通过设置在内侧部分88上的冷却空气出口100或多个冷却空气出口100离开时,压缩工作流体18可提供内侧部分88的膜冷却。当压缩工作流体18通过设置在外侧部分90上的冷却空气出口100或多个冷却空气出口100离开时,压缩工作流体18可提供外侧部分90的膜冷却。
[0115] 图10为根据本发明的一个或更多个实施例的包括主燃料喷嘴48的示例性实施例的燃烧器24的一部分的截面侧视图。如图10中所示,外护罩76可包括前套筒部分116和从前套筒部分116沿轴向向下游延伸的同轴对准的喷烧管或延伸管部分118。前套筒部分116和喷烧管部分118限定预混流动通路78。喷烧管部分118包括主体120。喷烧管部分
118的主体120限定如前文所述和所示的冷却通道96。
[0116] 冷却通道96或多个通道96完全内接在主体120内。喷烧管部分118的主体120还限定喷烧管部分118的上游端122处或近侧的冷却空气入口98或多个冷却空气入口98。此外,主体120沿主体120的内侧部分124、外侧部分126或后壁128中的至少一个进一步限定冷却空气出口100或多个冷却空气出口100。如图10中所示,喷烧管部分118延伸穿过主燃料喷嘴通路66。冷却通道入口98可与冷却空气仓室72流体连通。
[0117] 如前文所述,外护罩76的环形主体86可使用添加制造过程制作。在一个实施例中,直接金属激光烧结DMLS的添加制造过程是制造本文所述的环形主体86的优选方法。
[0118] 图11为示出用于制造如本文所述和图4-10中所示的环形主体86的方法200的示例性实施例的流程图。方法200包括使用直接金属激光烧结(DMLS)过程制造至少环形的主体86。
[0119] DMLS为已知的制造过程,其使用三维信息制造金属构件,例如,构件的三维计算机模型。三维信息转换成多个片段,其中,各个片段针对片段的预定高度限定构件的截面。构件接着逐片段或逐层"建立",直到结束。构件的各层通过使用激光熔化金属粉末来形成。
[0120] 因此,方法200包括确定环形主体86的三维信息的步骤202,以及将三维信息转换成多个片段的步骤204,其中各个片段限定环形主体86的截面层。环形主体86接着使用DMLS制造,或更具体而言,各层通过使用激光能量熔化金属粉末来连续地形成206。各层具有大约0.0005英寸到大约0.001英寸之间的尺寸。结果,冷却通道96或多个冷却通道96可完全限定为界定在主体86内。此外,冷却通道96或多个冷却通道96可形成,并且/或者冷却特征106可以以复杂的之前不可产生的图案和/或形状形成。
[0121] 环形主体86可使用任何适合的激光烧结机器制成。适合的激光烧结机器的实例包括但不限于可从EOS of North America Inc.(Novi, Michigan)获得的EOSINT.RTM. M270 DMLS机器、PHENIX PM250机器和/或EOSINT.RTM. M 250 Xtended DMLS机器。用于制造环形主体86的金属粉末优选为包括钴铬的粉末,但可为任何其它适合的金属粉末,如,但不限于HS1888和INC0625。金属粉末可具有大约10微米到74微米之间的颗粒尺寸,优选大约15微米到大约30微米之间。
[0122] 尽管制造包括冷却通道96或多个冷却通道96的环形主体86和冷却特征的方法已经使用作为优选方法的DMLS在本文中描述,但制造领域的技术人员将认识,还可使用利用逐层构造或添加制造的任何其它适合的快速制造方法。这些备选的快速制造方法包括但不限于选择性激光烧结(SLS)、3D打印如通过喷墨和激光、Sterolithography(SLS)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔化(EBM)、激光工程化净成形(LENS)、激光净形状制造(LNSM)和直接金属沉积(DMD)。
[0123] 本文提供的各种实施例提供了优于现有的燃料喷嘴和/或燃烧器的各种技术优点。例如,完全内接在主体86和由主体86限定的冷却通道96或多个冷却通道96允许预混燃料和空气混合物在燃烧器的各种操作模式期间较深渗透到燃烧区56中,因此提高了操作灵活性,同时延长了主燃料喷嘴48的机械寿命。此外或作为备选,经由添加制造过程制造主体86允许了比能够由现有制造方法产生的更复杂和/或错综的冷却通道图案。此外,添加制造的主体86减小了将多个构件硬钎焊或以其它方式连结在一起来形成冷却通道96的潜在泄漏和其它潜在非合乎需要的效果。
[0124] 该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式),并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件,或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件,则这些其它实例意图在权利要求的范围内。
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