用于冷卻燃料噴射器的系統(tǒng)及用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型大體涉及用于燃燒器的燃料噴射系統(tǒng)。具體地，本實(shí)用新型涉及用于冷卻延伸進(jìn)入燃燒氣體流場的燃料噴射器的系統(tǒng)和用于制作燃料噴射器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪機(jī)大體包括壓縮機(jī)區(qū)域、具有燃燒器的燃燒區(qū)域以及渦輪機(jī)區(qū)域。壓縮機(jī)區(qū)域逐漸地增加工作流體的壓力以提供壓縮工作流體至燃燒區(qū)域。壓縮工作流體被規(guī)定路線穿過和/或環(huán)繞在燃燒器內(nèi)軸向地延伸的燃料噴嘴。燃料被噴射進(jìn)入壓縮工作流體的流中以形成可燃混合物。
[0003]可燃混合物在燃燒室內(nèi)燃燒以生成具有高的溫度、壓力以及速度的燃燒氣體。燃燒氣體流動(dòng)穿過一個(gè)或更多限定熱氣路徑進(jìn)入渦輪機(jī)區(qū)域的內(nèi)襯或?qū)Ч堋Ｈ紵龤怏w隨著它們流動(dòng)穿過渦輪機(jī)區(qū)域而膨脹以做功。例如，燃燒氣體在渦輪機(jī)區(qū)域中的膨脹可旋轉(zhuǎn)連接至發(fā)電機(jī)的軸以產(chǎn)生電。
[0004]燃燒氣體的溫度直接地影響燃燒器的熱力學(xué)效率、設(shè)計(jì)余量、以及引起的排放。例如，較高的燃燒氣體溫度通常改善燃燒器的熱力學(xué)效率。然而，較高的燃燒氣體溫度可增加二原子氮的分離率，由此在燃燒器中特定的停留時(shí)間內(nèi)增加諸如氮氧化物(NOx)的不期望排放的產(chǎn)量。相反地，與減少的燃料流和/或部分負(fù)荷運(yùn)行(關(guān)閉)關(guān)聯(lián)的較低的燃燒氣體溫度通常減少燃燒氣體的化學(xué)反應(yīng)速率，由此在燃燒器中相同的停留時(shí)間內(nèi)增加一氧化碳(CO)和未燃燒的碳?xì)浠衔?UHC)的產(chǎn)量。
[0005]為了平衡總體的排放性能和燃燒器的熱效率，某些燃燒器設(shè)計(jì)包括圍繞內(nèi)襯布置并通常定位在主要燃燒區(qū)下游的多個(gè)燃料噴射器。燃料噴射器通常徑向地延伸穿過內(nèi)襯以提供進(jìn)入燃燒氣體流場的流體連通。這種類型的系統(tǒng)是在本領(lǐng)域和/或燃?xì)鉁u輪機(jī)產(chǎn)業(yè)中公知為延遲貧油發(fā)射(LLI)和/或軸向燃料分級(jí)。
[0006]在運(yùn)行中，壓縮工作流體的一部分被規(guī)定路線穿過和/或環(huán)繞燃料噴射器中的每一個(gè)并進(jìn)入燃燒氣體流場。來自燃料噴射器的液態(tài)或氣態(tài)的燃料噴射進(jìn)入壓縮工作流體的流中以提供貧油的或空氣充足的可燃混合物，其在它與熱的燃燒氣體混合后自發(fā)地燃燒，由此增加燃燒器的著火溫度而在燃燒室內(nèi)部的燃燒氣體的停留時(shí)間中不產(chǎn)生相應(yīng)的增加。因此，燃燒器的總體熱力學(xué)效率可增加而不犧牲總體排放性能。
[0007]為了克服在燃燒氣體流場內(nèi)燃燒氣體的高動(dòng)量，高體積的壓縮空氣必須被引導(dǎo)穿過燃料噴射器以充分地將燃料推入燃燒氣體流。另外或備選地，燃料必須以相對(duì)高壓來供給，以充分地將燃料推入燃燒氣體流場。
[0008]解決這些問題的當(dāng)前解決方案包括使燃料噴射器的至少一部分徑向向內(nèi)延伸穿過內(nèi)襯并進(jìn)入燃燒氣體流場。然而，該方法將燃料噴射器暴露至熱的燃燒氣體，其可影響構(gòu)件的機(jī)械壽命并導(dǎo)致燃料焦炭累積。因此，用于冷卻延伸進(jìn)入燃燒氣體流場的燃料噴射器的改善的系統(tǒng)將會(huì)是有用的?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型的各方面和優(yōu)點(diǎn)以下在下面的描述中陳述，或可從描述顯而易見的，或可通過本實(shí)用新型的實(shí)踐而認(rèn)識(shí)到。
[0010]本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例是用于冷卻延伸進(jìn)入燃燒氣體流場的燃料噴射器的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括在燃燒器內(nèi)至少部分地限定燃燒氣體流動(dòng)路徑的內(nèi)襯。燃料噴射器開口延伸穿過內(nèi)襯。系統(tǒng)進(jìn)一步包括具有主體的燃料噴射器。主體延伸穿過開口。主體包括部分地布置在開口內(nèi)并從內(nèi)襯向外延伸的環(huán)形的第一部分。主體還包括從第一部分向內(nèi)延伸并進(jìn)入燃燒氣體流動(dòng)路徑的第二部分。主體進(jìn)一步限定完全地限制在主體內(nèi)并至少部分地在第一部分和所述第二部分之間延伸的冷卻通道。冷卻空氣入口限定在環(huán)形的第一部分內(nèi)并與冷卻通道流體連通。冷卻空氣出口在冷卻空氣入口的下游與冷卻通道流體連通。
[0011]本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例是用于冷卻延伸進(jìn)入燃燒氣體流場的燃料噴射器的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括在燃燒器內(nèi)限定燃燒氣體流動(dòng)路徑的內(nèi)襯、延伸穿過內(nèi)襯的燃料噴射器開口以及燃料噴射器。燃料噴射器包括延伸穿過燃料噴射器開口的主體。主體包括部分地布置在開口內(nèi)并從內(nèi)襯向外延伸的環(huán)形的第一部分。主體還包括從第一部分向內(nèi)延伸進(jìn)入燃燒氣體流動(dòng)路徑的第二部分。第一部分和第二部分限定穿過內(nèi)襯的燃燒空氣流動(dòng)通路。燃料噴射器進(jìn)一步包括布置在燃燒空氣流動(dòng)通路內(nèi)的多個(gè)旋流葉片。主體進(jìn)一步限定完全地限制在主體內(nèi)并在環(huán)形的第一部分和第二部分之間延伸的冷卻通道。冷卻空氣入口限定在環(huán)形的第一部分內(nèi)。冷卻空氣入口與冷卻通道流體連通。冷卻空氣出口在冷卻空氣入口的下游與冷卻通道流體連通。
[0012]本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例包括燃燒器。燃燒器包括連接至外殼的端蓋、在端蓋的下游軸向地延伸的燃料噴嘴、在燃料噴嘴的下游延伸并至少部分地限定穿過燃燒器的內(nèi)襯的燃燒氣體流動(dòng)路徑。高壓氣室至少部分地由端蓋和/或外殼形成。高壓氣室至少部分地圍繞內(nèi)襯。燃燒器進(jìn)一步包括用于冷卻至少部分地延伸進(jìn)入燃燒氣體流場的燃料噴射器的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括延伸穿過內(nèi)襯的燃料噴射器。燃料噴射器包括延伸穿過內(nèi)襯的主體，并且主體包括從內(nèi)襯徑向向外延伸的環(huán)形的第一部分和從第一部分徑向向內(nèi)延伸進(jìn)入燃燒氣體流動(dòng)路徑的第二部分。主體進(jìn)一步包括完全地限制在主體內(nèi)的冷卻通道。冷卻通道至少部分地在環(huán)形的第一部分和第二部分之間延伸。冷卻空氣入口沿著環(huán)形的第一部分限定并提供在高壓氣室和冷卻通道之間的流體連通。冷卻空氣出口在冷卻空氣入口的下游與冷卻通道流體連通并定位在第二部分上。
[0013]本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例包括用于制作燃料噴射器的主體的方法，其中主體限定完全地限制在主體內(nèi)的冷卻通道，并且主體的一部分構(gòu)造為延伸穿過燃燒內(nèi)襯并延伸進(jìn)入燃燒氣體流場。方法包括以下步驟:確定包括冷卻通道的主體的三維信息；將三維信息轉(zhuǎn)化成限定主體的剖面層的多個(gè)切片；以及通過使用激光能熔化金屬粉末以接連地形成主體的每一層。
[0014]本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例包括用于冷卻至少部分地延伸進(jìn)入燃燒氣體流場的燃料噴射器的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括限定燃燒氣體流動(dòng)路徑穿過燃燒器的內(nèi)襯、延伸穿過內(nèi)襯的燃料噴射器開口以及燃料噴射器。燃料噴射器包括延伸穿過燃料噴射器開口的主體。主體包括部分地布置在開口內(nèi)并從內(nèi)襯向外延伸的環(huán)形的第一部分、從第一部分向內(nèi)延伸進(jìn)入燃燒氣體流動(dòng)路徑的第二部分。主體進(jìn)一步限定至少一個(gè)完全地限制在主體內(nèi)并在第一部分和第二部分之間延伸的冷卻通道、限定在環(huán)形的第一部分內(nèi)并與冷卻通道流體連通的冷卻空氣入口、以及在冷卻空氣入口下游與冷卻通道流體連通的冷卻空氣出口。主體通過附加的制造過程來形成。附加的制造過程包括:確定包括冷卻通道的主體的三維信息；將三維信息轉(zhuǎn)化成限定主體的剖面層的多個(gè)切片，其中空間限定在限定冷卻通道的層中的至少一些內(nèi)；以及通過使用激光能熔化金屬粉末以接連地形成主體的每一層。
[0015]存在以下方案:
[0016]1.一種系統(tǒng)，用于冷卻延伸進(jìn)入燃燒氣體流場的燃料噴射器，包括:
[0017]內(nèi)襯，其限定燃燒氣體流動(dòng)路徑；
[0018]燃料噴射器開口，其延伸穿過所述內(nèi)襯；
[0019]燃料噴射器，其具有延伸穿過所述燃料噴射器開口的主體，所述主體具有部分地布置在所述開口內(nèi)并從所述內(nèi)襯向外延伸的環(huán)形的第一部分、從所述第一部分向內(nèi)延伸進(jìn)入所述燃燒氣體流動(dòng)路徑的第二部分；以及
[0020]其中所述主體進(jìn)一步限定:
[0021]冷卻通道，其完全地限制在所述主體內(nèi)并在所述第一部分和所述第二部分之間延伸；
[0022]冷卻空氣入口，其限定在所述環(huán)形的第一部分內(nèi)，所述冷卻空氣入口與所述冷卻通道流體連通；以及
[0023]冷卻空氣出口，其在所述冷卻空氣入口的下游與所述冷卻通道流體連通。
[0024]2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻空氣入口定位在所述內(nèi)襯的外面。
[0025]3.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻空氣出口布置在所述第一部分或所述第二部分中的一個(gè)上。
[0026]4.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二部分包括內(nèi)壁、相反的外壁和端壁，其中所述冷卻空氣出口提供穿過所述內(nèi)壁、所述外壁和所述端壁中的至少一個(gè)的流體連通。
[0027]5.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻通道的至少一部分在所述主體內(nèi)以蜿蜒的樣式和螺旋狀的樣式中的至少一種來延伸。
[0028]6.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)形的第一部分和所述第二部分限定穿過所述燃料噴射器的燃燒空氣流動(dòng)通路。
[0029]7.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主體的所述第二部分是半環(huán)形的。
[0030]8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二部分包括朝著燃燒氣體流場的方向定向的外壁。
[0031]9.一種系統(tǒng)，用于冷卻延伸進(jìn)入燃燒氣體流場的燃料噴射器，包括:
[0032]內(nèi)襯，其限定燃燒氣體流動(dòng)路徑；<