燃料噴嘴、燃燒器及燃?xì)鉁u輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及燃料噴嘴冷卻方案。更具體而言，本發(fā)明涉及具有由燃料噴嘴的外護(hù)罩或噴燒管部分限定的冷卻通道的燃料噴嘴，以及用于制造燃料噴嘴的至少一部分的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪廣泛用于工業(yè)、船舶、飛行器和發(fā)電操作。燃?xì)鉁u輪大體上包括壓縮機(jī)區(qū)段、設(shè)置在壓縮機(jī)區(qū)段下游的燃燒器區(qū)段，以及設(shè)置在燃燒區(qū)段下游的渦輪區(qū)段。
[0003]為了降低排放并且/或者在燃?xì)鉁u輪的操作期間保持低排放，特定的燃燒器包括連接于端蓋的中心或主燃料噴嘴，以及也連接于端蓋且布置成圍繞中心燃料噴嘴的環(huán)形陣列的多個第二燃料噴嘴。各個燃料噴嘴經(jīng)由端蓋燃料和/或燃料筒與燃料供應(yīng)源流體連通。當(dāng)燃?xì)鉁u輪上的負(fù)載或需求變化時，至各種燃料噴嘴的燃料流率可調(diào)節(jié)和/或開啟或關(guān)閉，以增大或減小燃?xì)鉁u輪的輸出。該構(gòu)造典型地提供了加強(qiáng)或變寬的下調(diào)范圍，其中燃?xì)鉁u輪可在低于全速狀態(tài)下操作，同時保持在預(yù)先限定的排放生產(chǎn)范圍內(nèi)。
[0004]在常規(guī)構(gòu)造中，各個燃料噴嘴的下游端或出口終止于蓋或隙透板的熱側(cè)處或附近。蓋板在燃燒器內(nèi)沿徑向和沿周向延伸，大致鄰近限定在燃燒器內(nèi)的燃燒室。典型地，蓋板用作燃料噴嘴的熱障層，具體是中心的下游端，以及第二燃料噴嘴，從而減小了由下游端鄰近燃燒室中的燃燒火焰引起的熱應(yīng)力。
[0005]在特定燃燒器設(shè)計中，中心燃料噴嘴包括外護(hù)罩或噴燒管，其至少部分地限定預(yù)混流動通路，用于在引入到燃燒室中之前混合燃料和空氣。已示出了下調(diào)范圍可通過使外護(hù)罩或噴燒管從蓋板的熱側(cè)沿軸向向下游朝燃燒室延伸來增強(qiáng)或加寬。一個挑戰(zhàn)在于充分地冷卻外護(hù)罩的下游端。因此，改進(jìn)的燃料噴嘴將是有用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的方面和優(yōu)點在下文在以下描述中闡明，或者可從描述清楚，或者可通過本發(fā)明的實踐學(xué)習(xí)。
[0007]本發(fā)明的一個實施例為燃料噴嘴。燃料噴嘴包括中心體和與中心體沿徑向間隔開的外護(hù)罩，因此限定了其間的預(yù)混流動通路。外護(hù)罩包括主體，其限定內(nèi)側(cè)部分、外側(cè)部分和與后端部分軸向地分開的前端部分。主體限定冷卻通道，其完全地界定在內(nèi)側(cè)部分與外側(cè)部分之間，并且至少部分地在前端部分與后端部分之間延伸。主體還限定與冷卻通道流體連通的至少一個冷卻空氣入口，以及在冷卻空氣入口下游與冷卻通道流體連通的至少一個冷卻空氣出口。
[0008]本公開內(nèi)容的另一個實施例為燃燒器。燃燒器包括外殼和具有中心體的主燃料噴嘴，該中心體在外殼內(nèi)從端蓋沿軸向向下游延伸。主燃料噴嘴還包括外護(hù)罩，其與中心體同軸對準(zhǔn)，并且與中心體沿徑向間隔開來限定其間的預(yù)混流動通路。至少一個第二燃料噴嘴在殼內(nèi)大致平行于主燃料噴嘴延伸。第二燃料噴嘴終止于出口端處。外護(hù)罩包括環(huán)形主體，其限定內(nèi)側(cè)部分、外側(cè)部分和與后端部分沿軸向分開的前端部分，其中后端部分沿軸向延伸越過第二燃料噴嘴的出口端。主體還限定完全界定在主體內(nèi)的冷卻通道、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。
[0009]本發(fā)明還包括燃?xì)鉁u輪。燃?xì)鉁u輪包括壓縮機(jī)、設(shè)置在壓縮機(jī)下游的燃燒器，以及設(shè)置在燃燒器下游的渦輪。燃燒器包括端蓋，該端蓋聯(lián)接于外殼和燃料噴嘴。燃料噴嘴包括在外殼內(nèi)從端蓋沿軸向向下游延伸的中心體，以及與中心體同軸對準(zhǔn)的外護(hù)罩。外護(hù)罩與中心體沿徑向間隔開，以在其間限定預(yù)混流動通路。外護(hù)罩包括環(huán)形主體，其限定內(nèi)側(cè)部分、外側(cè)部分，以及與后端部分沿軸向分開的前端部分。后端部分設(shè)置成鄰近限定在燃燒器內(nèi)的燃燒區(qū)。主體還限定完全界定在主體內(nèi)的冷卻通道、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。
[0010]本發(fā)明的另一個實施例包括一種用于制造燃料噴嘴的外護(hù)罩部分的主體的方法，其中主體限定完全界定在主體內(nèi)的冷卻通道。該方法包括以下步驟:確定包括冷卻通道的主體的三維信息、將三維信息轉(zhuǎn)換成多個片段，該多個片段限定主體的截面層，其中空隙限定在層中的至少一些內(nèi)，因此限定冷卻通道。該方法還包括通過使用激光能量或電子束能量中的至少一個熔化金屬粉末來連續(xù)地形成主體的各層。
[0011]本發(fā)明的一個實施例包括燃料噴嘴。燃料噴嘴包括具有環(huán)形的主體的外護(hù)罩，以及完全界定在主體內(nèi)的冷卻通道，其中主體使用添加制造過程來制成。
[0012]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將在查閱說明書時更好認(rèn)識到此類實施例及其它實施例的特征和方面。
【附圖說明】
[0013]包括對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言的最佳模式的發(fā)明的完整且實現(xiàn)的公開內(nèi)容在包括參照附圖的說明書的其余部分中更具體地闡明，在該附圖中:
[0014]圖1為可結(jié)合本發(fā)明的各種實施例的示例性燃?xì)鉁u輪的功能框圖；
[0015]圖2為可結(jié)合在本發(fā)明中的示例性筒型燃燒器的一部分的截面?zhèn)纫晥D；
[0016]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個或更多個實施例的如圖2中所示的燃燒器的一部分的上游視圖，包括了示例性主燃料噴嘴，以及多個示例性第二燃料噴嘴；
[0017]圖4為根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的示例性主燃料噴嘴的放大截面?zhèn)纫晥D；
[0018]圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的如圖4中所示的主燃料噴嘴的上游視圖；
[0019]圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個或更多個實施例的包括各種流動特征的示例性冷卻通道的截面視圖；
[0020]圖7為根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的包括多個冷卻通道的主燃料噴嘴的外護(hù)罩部分的局部透視圖；
[0021]圖8為根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的包括多個冷卻通道的主燃料噴嘴的外護(hù)罩部分的局部透視圖；
[0022]圖9為根據(jù)本發(fā)明的一個或更多個實施例的包括如圖4中所示的主燃料噴嘴的燃燒器的一部分的截面?zhèn)纫晥D；
[0023]圖10為根據(jù)本發(fā)明的一個或更多個實施例的包括主燃料噴嘴的示例性實施例的燃燒器的一部分的截面?zhèn)纫晥D；以及
[0024]圖11為示出用于制造如圖4-10中的各種實施例所示的燃料噴嘴的外護(hù)罩的主體部分的方法的示例性實施例的流程圖。
[0025]部件列表
[0026]10燃?xì)鉁u輪
[0027]12入口區(qū)段
[0028]14工作流體
[0029]16壓縮機(jī)
[0030]18壓縮工作流體
[0031]20燃料
[0032]22燃料源
[0033]24燃燒器
[0034]26燃燒氣體
[0035]28渦輪
[0036]30軸
[0037]32發(fā)電機(jī)/馬達(dá)
[0038]34排出氣體
[0039]36排氣區(qū)段
[0040]38排氣煙囪[0041 ]40外殼
[0042]42端蓋
[0043]44尚壓倉室
[0044]46燃料噴嘴
[0045]48主燃料噴嘴
[0046]50中心線
[0047]52第二燃料噴嘴
[0048]54管
[0049]56燃燒區(qū)
[0050]58出口端
[0051]60襯套
[0052]62熱氣體通路
[0053]64蓋/隙透板
[0054]66主燃料噴嘴通路
[0055]68第二燃料噴嘴通路
[0056]70外套筒
[0057]72冷卻空氣倉室
[0058]74中心體
[0059]76外護(hù)罩
[0060]78預(yù)混流動通路
[0061]80轉(zhuǎn)動/旋流器導(dǎo)葉
[0062]82前緣部分
[0063]84后緣部分
[0064]86 主體
[0065]88內(nèi)側(cè)部分
[0066]90外側(cè)部分
[0067]92前端部分
[0068]94后端部分
[0069]96冷卻通道
[0070]98冷卻空氣入口
[0071]100冷卻空氣出口
[0072]102 前壁
[0073]104 后壁