專利名稱：預(yù)混合噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題涉及用于低排放工業(yè)燃?xì)鉁u輪中的燃燒器的預(yù)混合噴嘴。
背景技術(shù)：
在低排放燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒系統(tǒng)(有時(shí)稱作干式低NOx (DLN)燃燒器)中，預(yù)混合空氣與燃料在安置于渦輪上游的燃燒器內(nèi)燃燒，在渦輪中，從燃燒所產(chǎn)生的高溫流體得到機(jī)械能。然后電能從機(jī)械能生成且傳輸?shù)诫娐贰Ｈ紵鞯湫偷匕ň哂蓄A(yù)混合通路的燃料噴嘴，在預(yù)混合通路中空氣與燃料彼此混合。進(jìn)行這種預(yù)混合以降低燃燒器中的峰值火焰溫度且減少廢氣流中氮氧化物(NOx)的形成。為了燃料靈活性和功率系統(tǒng)可用性，低排放燃?xì)鉁u輪常常配備有噴射油作為二次或備用燃料的系統(tǒng)，作為氣體預(yù)混合器的補(bǔ)充。這種油噴射器典型地通過氣體預(yù)混合器的中心插入，使得油噴射出口與燃燒器反應(yīng)區(qū)連通。由于油燃料在燃燒之前并不蒸發(fā)且并不與空氣混合，而是直接噴射到反應(yīng)區(qū)內(nèi)，故必須將大量水(在大型發(fā)電渦輪的情況下每天數(shù)十萬加侖)噴射到反應(yīng)區(qū)內(nèi)以降低火焰溫度和NOx排放到管理者所規(guī)定的水平。實(shí)際上，目前的方法常常需要直接噴射比燃料更多的水以達(dá)到接近當(dāng)油燃料點(diǎn)火時(shí)通常預(yù)期的 42ppm的NOx水平。而且，在目前后膛裝入(breech-loaded) /油盒/氣體預(yù)混合器組件中，全都在一端剛性地支承且在遠(yuǎn)端彼此相對自由移動的同心管彼此嵌套管。在渦輪操作期間，管的遠(yuǎn)端傾向于響應(yīng)于由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的寬譜噪音而振動且彼此接觸。管和噴嘴尖端構(gòu)件因此傾向于嚴(yán)重磨損且在配合零件之間微振磨損。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其包括氣體預(yù)混合器模塊；中央主體，其能夠在后膛裝入到氣體預(yù)混合器模塊內(nèi)；以及在氣體預(yù)混合器模塊與中央主體之間的可變形的順應(yīng)性界面(compliant interface)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種具有端蓋的燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其包括氣體預(yù)混合器模塊，其安裝到端蓋上；中央主體，其能夠通過端蓋在后膛裝入到氣體預(yù)混合器模塊內(nèi)；以及在氣體預(yù)混合器模塊與中央主體之間的可變形的順應(yīng)性界面。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種燃燒器的預(yù)混合噴嘴，其包括外部主體，其具有外環(huán)形護(hù)罩和內(nèi)環(huán)形壁，外環(huán)形護(hù)罩形成為限定預(yù)混合腔，內(nèi)環(huán)形壁形成為限定在預(yù)混合腔上游在內(nèi)環(huán)形壁的外表面與外環(huán)形護(hù)罩之間的預(yù)混合通路；中央主體，其裝入到由內(nèi)環(huán)形壁限定的后膛內(nèi)，以遞送燃料到預(yù)混合通路；以及密封元件，其安置成用于徑向地插置在內(nèi)環(huán)形壁的內(nèi)徑與中央主體的外徑之間，以在后膛內(nèi)支承中央主體。通過結(jié)合附圖的以下描述，這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更顯然。


被認(rèn)為是本發(fā)明的主題在說明書的所附的權(quán)利要求中特別地指出且明確地主張。 通過結(jié)合附圖的以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將顯然，在附圖中圖1是氣體預(yù)混合器模塊的側(cè)剖視圖；圖2是中央主體的側(cè)剖視圖；圖3是圖1的中央主體在后膛裝入到圖1的氣體預(yù)混合器模塊內(nèi)的側(cè)剖視圖；圖4是密封元件的透視圖；以及圖5至圖7是次密封元件的透視圖。詳細(xì)描述參看附圖以舉例說明的方式解釋本發(fā)明的實(shí)施例，以及優(yōu)點(diǎn)和特征。部件列表10預(yù)混合噴嘴20氣體預(yù)混合器模塊21外環(huán)形護(hù)罩22內(nèi)環(huán)形壁23上游端24中游部分25下游端26預(yù)混合腔27空氣入口28預(yù)混合通路30中央主體32安裝凸緣端部33擴(kuò)散尖端34中央部分35燃料入口40密封元件41蜂窩密封件50安裝凸緣51 結(jié)構(gòu)桿支承管(structural stem support tube)55 后膛60空氣旋流器65空氣噴射器66次密封元件67吹掃膜路徑70 c形密封件71 c形密封件主體72軸向c形密封件73軸向c形密封件主體74超c形密封件75超c形密封件主體
具體實(shí)施例方式燃燒器的預(yù)混合噴嘴的內(nèi)部構(gòu)件使用焊接、釬焊、螺紋連接、圓錐配合或簡單地增加的接觸表面尺寸而以懸臂方式支承，或者由密封元件沿著其長度額外地支承。允許在中央主體與氣體預(yù)混合器模塊之間的不同的熱生長，同時(shí)阻尼和減弱振動。密封元件不提供在模塊之間的強(qiáng)導(dǎo)熱路徑，并且因此幫助隔離中央主體中的液體-燃料濕潤表面。參看圖1至圖3，提供具有端蓋的燃燒器的預(yù)混合噴嘴10，該預(yù)混合噴嘴10包括外部主體，諸如氣體預(yù)混合器模塊20 ；中央主體30和密封元件40。如圖1所示，氣體預(yù)混合器模塊20具有外環(huán)形護(hù)罩21和內(nèi)環(huán)形壁22。外環(huán)形護(hù)罩21從上游端23延伸經(jīng)過中游部分M并到達(dá)下游端25。在下游端25，外環(huán)形護(hù)罩21形成為在其內(nèi)部限定預(yù)混合腔26。在上游端23，外環(huán)形護(hù)罩21和內(nèi)環(huán)形壁22協(xié)作地限定空氣入口 27，壓縮機(jī)排出空氣通過空氣入口 27進(jìn)入氣體預(yù)混合器模塊20。沿著中游部分M， 外環(huán)形護(hù)罩21和內(nèi)環(huán)形壁22協(xié)作地限定預(yù)混合通路觀，在預(yù)混合通路28中可燃流體在進(jìn)入預(yù)混合腔26之前預(yù)混合。在上游端23的上游，另外的構(gòu)件包括安裝凸緣50、結(jié)構(gòu)桿支承管51和空氣旋流器 60。安裝凸緣50在燃燒器中支承預(yù)混合噴嘴10的安裝，結(jié)構(gòu)桿支承管51從安裝凸緣50 延伸到上游端23。同心的燃料管和氣體管限定于安裝凸緣50和結(jié)構(gòu)桿支承管51內(nèi)。中央主體30可裝入到由安裝凸緣50、結(jié)構(gòu)桿支承管51和內(nèi)環(huán)形壁22限定的后膛 55內(nèi)，并且構(gòu)造為遞送燃料，諸如干性油、液體燃料、吹掃空氣和/或氣體燃料，至少到預(yù)混合通路觀?？山?jīng)由形成于中央主體30的外徑和內(nèi)環(huán)形壁22中的燃料噴射器孔，諸如液體燃料霧化器，來實(shí)現(xiàn)遞送。中央主體30大體上具有管狀形狀且為中空的，使得燃料能遞送到其內(nèi)部31。如圖2所示，中央主體包括安裝凸緣端部32、擴(kuò)散尖端33和中央部分34。中央部分34軸向地插置于安裝凸緣端部32與擴(kuò)散尖端33之間。中央主體30還包括在安裝凸緣端部32處的液體和吹掃空氣/氣體燃料入口 35，并且至少部分地在端蓋上在安裝凸緣端部32處以懸臂方式支承。此外，至少中央主體30的內(nèi)部31經(jīng)由形成于擴(kuò)散尖端33處的開口與燃燒器的燃燒區(qū)連通。在中央主體30至少部分地在端蓋處以懸臂方式支承的情況下，密封元件40安置成用于徑向地插置于內(nèi)環(huán)形壁22的內(nèi)徑與中央主體30的外徑之間。在此位置，密封元件 30向后膛55內(nèi)的中央主體30提供額外支承。密封元件40的較大接觸表面積和相對順應(yīng)性的性質(zhì)也充當(dāng)阻尼器來減少由氣體模塊與液體模塊組件所經(jīng)歷的相對移動、微振磨損和振動應(yīng)力水平，從而得到改進(jìn)的耐用性和延長的構(gòu)件壽命。如圖3所示，密封元件40通過焊接、釬焊、冶金結(jié)合或某種其它類型的結(jié)合過程而安裝于內(nèi)環(huán)形壁22內(nèi)。通過端蓋、后膛55和密封元件40插入中央主體30而將中央主體 30裝入到后膛55內(nèi)，其中擴(kuò)散尖端33為前端。在完全插入時(shí)，安裝凸緣端部32聯(lián)接到端蓋且中央主體30的中央部分34由密封元件40在氣體預(yù)混合器模塊20的中游部分M附近支承。參看圖4，密封元件40可包括限定迷宮密封件和/或蜂窩密封件41的可變形和/ 或順應(yīng)性材料。以此方式，可提供中央主體30的支承，而不會使得支承為剛性致使由巨大旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)或者由燃燒誘導(dǎo)動態(tài)壓力振蕩(常常被稱作燃燒噪音或燃燒動態(tài))所產(chǎn)生的正常振動能造成微振磨損、接觸表面磨損或由于疲勞而開裂。也就是說，密封元件40的順應(yīng)性和可變形性用于阻尼在中央主體30與氣體預(yù)混合器模塊20之間的相對振動，使得允許某些振動但避免可能會導(dǎo)致這些構(gòu)件損壞的中央主體30與氣體預(yù)混合器模塊20之間的接觸。密封元件40也可由具有低導(dǎo)熱率的材料形成，使得在氣體預(yù)混合器模塊20與中央主體30之間的傳熱受到限制并且使得中央主體30中的液體-燃料濕潤表面能與由氣體預(yù)混合器模塊20中的空氣旋流器吸收的對流隔離。參看圖1和圖3，外環(huán)形護(hù)罩21還可形成為在預(yù)混合通路28的軸向上游的位置處限定壓縮機(jī)排出空氣噴射器65。外環(huán)形護(hù)罩21的空氣旋流器60可安置于壓縮機(jī)排出空氣噴射器65的下游和預(yù)混合通路28的上游或預(yù)混合通路28內(nèi)。外環(huán)形護(hù)罩21還可包括次密封元件66。次密封元件66安置成用于徑向地插置于空氣旋流器60與中央主體30之間，以向后膛內(nèi)的中央主體30提供額外支承。如圖3所示，空氣旋流器60的內(nèi)徑向部分可與中央主體30的外徑徑向地移位，并且次密封元件66可與壓縮機(jī)排出空氣噴射器65軸向地移位。對于此布置，可形成吹掃膜路徑67用于壓縮機(jī)排出空氣(CPD)通過壓縮機(jī)排出空氣噴射器65進(jìn)入氣體預(yù)混合器模塊 20。并未經(jīng)由空氣旋流器60立即進(jìn)入預(yù)混合通路觀的壓縮機(jī)排出空氣的至少一部分沿著壓縮機(jī)排出空氣噴射器65徑向向內(nèi)流動，從而沖擊中央主體30，并且然后在允許它流到預(yù)混合通路觀之前沿著中央主體30的外徑朝向次密封元件66軸向流動。由吹掃膜路徑67提供的CPD膜避免了由尾跡、厚邊界層和其它弱二次流造成的火焰逆燃到預(yù)混合器內(nèi)，其中局部混合速度低于湍流火焰速度。當(dāng)試圖蒸發(fā)和預(yù)混合柴油燃料時(shí)，在無膜的情況下，這將特別困難，柴油燃料在其到達(dá)高于大約400華氏度至500華氏度的溫度時(shí)在大約數(shù)毫秒內(nèi)自動點(diǎn)燃。CPD膜掃走可能來到這些表面上的任何液體油，從而避免了固體碳形成，該固體碳可能會攔截預(yù)混合器空氣流，從而形成厚邊界層和固態(tài)碳沉積后的尾跡，其將造成預(yù)混合火焰蔓延到預(yù)混合環(huán)形空間內(nèi)且焚燒并不設(shè)計(jì)用于火焰的系統(tǒng)的部分。因此，對于預(yù)混合油燃燒，避免了原本要用于NOx控制的數(shù)百萬加侖的水的需要。額外地提供利用CPD膜吹掃邊界層以及將液體燃料噴射器直接安裝到中央主體30上的能力。參看圖5至圖7，次密封元件66可包括下列中的一個(gè)或多個(gè)c形密封件70，其具有c形密封件主體71，其中c形截面在下游方向上敞開(參看圖幻；軸向c形密封件72， 其具有軸向c形密封件主體73，其中c形截面徑向向外敞開(參看圖6)；以及超c形密封件74，其具有超c形密封件主體75，其中密封件的端部卷曲到彼此中且朝向上游方向(參看圖7)。雖然僅關(guān)于有限數(shù)目的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)易于了解本發(fā)明并不限于這些公開的實(shí)施例。而是，可修改本發(fā)明以合并之前未描述的任意目的的變型、更改、替代或等效布置，但這些仍與本發(fā)明的精神和范圍相符。此外，雖然描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，應(yīng)了解本發(fā)明的方面可僅包括所描述實(shí)施例中的某些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視作受前文的描述限制，而是僅受所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種燃燒器的預(yù)混合噴嘴(10)，包括 氣體預(yù)混合器模塊00)；中央主體(30)，其能夠在后膛裝入到所述氣體預(yù)混合器模塊00)內(nèi)；以及在所述氣體預(yù)混合器模塊00)與所述中央主體(30)之間的可變形的順應(yīng)性界面 00)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，還包括安裝凸緣(50)、結(jié)構(gòu)桿支承管(51)和空氣旋流器(60)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，所述可變形的順應(yīng)性界面安裝于所述氣體預(yù)混合器模塊00)的內(nèi)徑與所述中央主體(30)的外徑之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，所述中央主體(30)包括 安裝凸緣端部(32)；擴(kuò)散尖端(33)；以及中央部分(34)，其軸向地插置于所述安裝凸緣端部(32)與所述擴(kuò)散尖端(33)之間，并且與所述可變形的順應(yīng)性界面軸向?qū)?zhǔn)。
5.一種具有端蓋的燃燒器的預(yù)混合噴嘴(10)，所述預(yù)混合噴嘴(10)包括 氣體預(yù)混合器模塊(20)，其安裝到所述端蓋上；中央主體(30)，其能夠通過所述端蓋在后膛裝入到所述氣體預(yù)混合器模塊00)內(nèi)；以及在所述氣體預(yù)混合器模塊00)與所述中央主體(30)之間的可變形的順應(yīng)性界面 00)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)混合噴嘴，其特征在于，還包括安裝凸緣(50)、結(jié)構(gòu)桿支承管(51)和空氣旋流器(60)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)混合噴嘴(10)，其特征在于，所述中央主體(30)包括 安裝凸緣端部(32)；擴(kuò)散尖端(33)；以及中央部分(34)，其軸向地插置于所述安裝凸緣端部(32)與所述擴(kuò)散尖端(33)之間，并且與所述可變形的順應(yīng)性界面GO)軸向?qū)?zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)混合噴嘴(10)，其特征在于，所述中央主體(30)包括在所述安裝凸緣端部(3 處的液體和氣體燃料入口(35)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)混合噴嘴(10)，其特征在于，所述中央主體(30)在所述端蓋上在所述安裝凸緣端部(32)處以懸臂方式支承。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)混合噴嘴(10)，其特征在于，所述中央主體(30)的內(nèi)部經(jīng)由所述擴(kuò)散尖端(3 與所述燃燒器的燃燒區(qū)連通。
全文摘要
提供燃燒器的預(yù)混合噴嘴(10)，其包括氣體預(yù)混合器模塊(20)；中央主體(30)，其能夠在后膛裝入到該氣體預(yù)混合器模塊(20)內(nèi)；以及在氣體預(yù)混合器模塊(20)與中央主體(30)之間的可變形的順應(yīng)性界面(40)。
文檔編號F23R3/28GK102563701SQ20111036581
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者G·D·邁爾斯 申請人:通用電氣公司