[发明专利]高强度跨接歧管和连结方法

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及用于燃气轮机的次级燃料喷嘴，并且更具体而言涉及用于在燃气轮机燃料喷嘴中使用的高强度跨接歧管(crossover manifold)和连结方法。

背景技术

燃气轮机燃烧器是用于混合燃料和空气并且燃烧所产生的混合物的装置。燃气轮机压缩机对进入空气加压，然后通常使进入空气转向或反向流动到燃烧器，在燃烧器中，进入空气用来冷却燃烧器，而且还用来对燃烧过程提供空气。多个燃烧室组件可用来实现可靠且高效的涡轮操作。各个燃烧室组件通常包括圆柱形燃烧器衬套、燃料喷射系统，以及将热气流从燃烧器衬套引到涡轮区段的入口的过渡件。燃气轮机可包括一个燃烧器或绕着涡轮转子轴线以圆形阵列布置的若干个燃烧器。

燃气轮机通常包括对上游燃烧区提供燃料的多个初级燃料喷嘴。初级燃料喷嘴通常围绕中心次级燃料喷嘴布置成环形阵列。可通过使用与联焰管(crossfire tube)结合的火花塞来在各种燃烧器中实现点火。次级燃料喷嘴通常对下游燃烧区提供燃料输送。

次级燃料喷嘴通常具有三个燃料引入部位，包括多个次级喷嘴支柱(peg)、次级喷嘴引导顶部(pilot tip)及第三顶部。次级喷嘴引导顶部和第三顶部通常共同位于次级燃料喷嘴的轴向下游端部处，而多个次级喷嘴支柱位于朝向次级燃料喷嘴的轴向下游端部的距离的一部分处。各个次级喷嘴支柱对燃烧器的预混合反应区提供燃料，而次级喷嘴引导顶部/第三顶部对下游燃烧室提供燃料，燃料在该下游燃烧室中燃烧(扩散燃烧)。次级喷嘴是这样的燃料系统燃料输送装置，即，其可具有分开的且单独地受控制的燃料回路，该燃料回路允许能够单独地改变输送到三个燃料引入部位的燃料流率。例如，通过次级喷嘴引导顶部/第三顶部的燃料流率可独立于通过次级喷嘴支柱的燃料流率而变化，反之亦然。另外，次级喷嘴支柱、次级喷嘴引导顶部及第三顶部各自通常具有其本身的独立的燃料管道回路，其中，各个回路具有独立且专有的燃料源。

在次级喷嘴支柱的部位处，次级燃料喷嘴通常包括跨接歧管。歧管允许燃料径向向外运送到支柱，并且跨过最外部的第三燃料回路，该第三燃料回路轴向上供给第三顶部。因此，跨接歧管跨过外部第三或“传递”通道将燃料供给到支柱。子引导燃料通道位于供给支柱的次级燃料通道的径向内侧。因而，跨接歧管通常不跨越子引导通道。

普遍存在绕着次级燃料喷嘴的中心线隔开的多个燃料回路或通道。这些燃料回路或通道一般由例如不锈钢制成的同心管限定或约束。跨接歧管产生一阵列环形槽口，该环形槽口允许外部第三回路将燃料或空气从次级喷嘴支柱处的跨接歧管的部位的上游传送到下游。

已知的是通过使用将支柱管部分连接到燃料回路管上的焊接或其它连结过程(例如通过电子束焊接、钨极惰性气体(TIG)保护焊或铜焊)来将跨接歧管附连到适当的燃料回路管上(而且因此附连到适当的燃料回路上)。具体而言，已知的是使用间断的承插/对接焊缝来将若干个最外部的管连结或附连到跨接歧管上。对接焊缝通常是这样的焊缝：其中，两个部件或构件(例如，燃料回路管的端面和跨接歧管的对应的匹配部分的端面)连结在一起，以便产生完全穿透焊缝。承插焊缝通常是这样的焊缝：其中，一个部件或构件在另一个部件或构件上滑动，然后连结在一起(例如，支柱管部分和对应的燃料回路管的另一部分)。普遍认为承插焊缝是强度通常低于对接焊缝的部分穿透焊缝。

已知的跨接歧管间断结合式承插和对接焊缝可引起耐用性或产品寿命的问题。这是由于在次级燃料喷嘴的这个区域(即，跨接歧管在该区域中连结燃料回路管)中的通常的操作热量可促使焊缝在焊缝的内侧上受到相对高的应力，这可能会导致低循环疲劳破裂。这主要是由于在相对尖锐的拐角处的相对来说最大的或峰值应变或应力(这是这种类型的部分穿透或中断式结合承插和对接焊缝中固有的)引起的。在次级燃料喷嘴的这个部位中的流体(空气和燃料)具有不同的温度，而且因此可在此部位中产生热梯度和随后的热应变或应力。

发明内容

根据本发明的一方面，一种次级燃料喷嘴包括在次级燃料喷嘴内向下游轴向延伸的多个管，管限定通道，通道可操作成允许流体流流过各个通道，通道包括最外部的第三通道和径向内部次级燃料通道。次级燃料喷嘴还包括从轴向延伸的管径向向外延伸的燃料支柱，燃料支柱可操作成从其中径向向外射出流体。次级燃料喷嘴还包括附连到燃料支柱上且与径向内部次级燃料通道和燃料支柱流体连通的跨接歧管，其中，跨接歧管通过对接焊缝附连到对应的、限定第三通道和径向内部次级通道的管上。