[发明专利]燃料喷嘴歧管

说明书

技术领域

本文所公开的主题涉及燃料喷嘴，并且更具体地涉及一种在单个 构件中具有分立通路的燃料喷嘴歧管。

背景技术

燃气轮机燃烧常规碳氢燃料通常所产生的主要空气污染排放物 为氮氧化物、一氧化碳以及未燃的碳氢化合物。本领域中所公知的是， 喷气发动机中氮分子的氧化极大地取决于燃烧系统反应区中的最高 热气体温度。将热力发动机燃烧器的反应区温度控制在低于形成热 NOx的水平上的一种方法，是在燃烧之前将燃料和空气预混成贫燃料 混合物(lean mixture)，这通常称为干式低NOx(DLN)燃烧系统。存在 于贫燃料预混燃烧器反应区中的过量空气的热质量吸收热量且将燃 烧产物的温升降低至热NOx显著减少的水平。图1中示出了燃料喷嘴 的一个实例，该燃料喷嘴通过使用旋流器而实现了均匀的燃料/空气流 混合。

图1为具有输入流调节器10的燃料喷嘴1的透视图，该燃料喷 嘴1提供大部分的空气用于喷嘴的燃烧。输入流调节器包括环形流动 通路11，该通路11在内径处由结实的圆柱形内壁12、在外径处由有 孔的圆柱形外壁13以及在上游端处由有孔的端盖14所界定。在流动 通路11的中心是一个或多个环形转动叶片15。预混器空气从高压仓 室21经由端盖14和圆柱形外壁13中的穿孔(perforation)进入输入流 调节器10中，该高压仓室21包绕除排放端35以外的整个组件。

在燃烧空气流出输入流调节器10之后，其进入旋流器组件(有时 称为旋流喷嘴组件)22中。旋流器组件22包括由一系列翼片(air foil) 形转动叶片连接的套节(hub)23和管套(shroud)24，该转动叶片将旋流 给予穿过预混器的燃烧空气。各转动叶片均包含经由翼片核心的第一 流体供送通路25和第二流体供送通路26。这些流体供送通路将燃料 和/或空气分配给穿透翼片壁部的第一燃料喷射孔(未示出)和第二喷射 孔(也未示出)。这些燃料喷射孔可定位在转动叶片的压力侧、吸入侧， 或两侧上。燃料经由入口端口31和环形通路32，33进入旋流器组件 22，其向转动叶片内的流体供送通路25，26供给。燃料在旋流器组件 22中开始与燃烧空气混合，且燃料/空气的混合在环形通路34中完成。 在流出环形通路34之后，燃料/空气混合物进入发生燃烧的燃烧器反 应区35中。

在喷嘴组件的中心处是具有槽形气体末端42的常规扩散焰燃料 喷嘴41，其收容来自环形通路43的燃烧空气和穿过气体孔44的燃料。 该燃料喷嘴的本体包括波纹管45，用以补偿在该喷嘴与预混器之间的 差热膨胀。

通常用于在不同回路中传递燃料和空气的图1中的多同心管设计 十分良好地用于多个回路，但随着回路数目的增加，便难以封装和确 保耐久性。结果，回路的设计便变得受到限制。此外，由于流体在构 成大多数燃料喷嘴的多个薄的同心管的各侧上进行流动，故这些管的 金属处于不同的金属温度。分离的金属管的温度差造成在通常为铜焊 的管连接处的热应变。轴向应变也是一个问题。尽管可由诸如波纹管 或其它适合装置的膨胀接头减轻轴向应变，但这会增加喷嘴的成本和 造成封装限制。燃料喷嘴的薄金属管的径向应变也是喷嘴设计温度的 考虑因素，但径向应变通常难以减轻。

尽管薄的金属管路提供了一定的抗弯刚度，但由在其中使用喷嘴 的涡轮在弯曲共振下驱动通常是有风险的。最后，在燃料回路的出口 之间的轴向分离可严格地限制分离回路的接头的设计。所形成的接头 可能有损耐久性。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种燃料喷嘴。该喷嘴包括具有 喷嘴末端设置在其中的喷烧管(burner tube)。法兰连接到喷烧管上，且 具有分别流体地连接到第一流动通路和第二流动通路上的第一流体 入口和第二流体入口。还提供了芯柱(stem)，其至少具有大致沿轴向 延伸的第一流动通道和第二流动通道。芯柱的流动通道彼此沿周向设 置，且分别流体地连接到第一流动通路和第二流动通路上。还包括旋 流器。其至少具有沿径向延伸的第一预混通路和第二预混通路，各预 混通路分别流体地连接到第一流动通道和第二流动通道上，法兰和芯 柱包括单个构件。