[发明专利]减少燃气轮机中的热应力的方法和装置

说明书

本发明总体上涉及一种燃气轮机，特别是燃料分配系，该燃料分配系包括可热兼容的用于燃气轮机的燃料喷嘴。

使燃气轮机内安装的燃料喷嘴的服役期最大化有利于延长燃气轮机的寿命。在燃气轮机工作时，燃料喷嘴经受高温。这种高温在燃料喷嘴上产生热应力，这通常导致燃料喷嘴损坏，并最终导致燃气轮机的损坏。

已知的燃料分配系包括若干燃料喷嘴，这些燃料喷嘴包括一个分配系统和一个支撑系统。各分配系统向燃气轮机分配燃料，并由支撑系统支撑并屏蔽在燃气轮机内。支撑系统围绕着分配系统，因此，其所受到的温度高于提供系统。为了将高温的效应减至最小，支撑系统通常由一第一材料制造，该第一材料的材料特性包括膨胀系数使该支撑系统能够承受潜在的高温。

分配系统设置在支撑系统内，在分配系统内流动的流体对分配系统进行冷却。因此，分配系统受到的温度低得多。分配系统一般或者由相同的材料或者由一第二材料制造，该材料在较低的温度范围内富有弹性，其膨胀系数大致等于支撑系统的材料的膨胀系数。由于分配系统与支撑系统之间的工作温度的差别，当分配系统与支撑系统受热膨胀时，在两系统之间产生热应力。

在一实施例中，一种用于燃气轮机的燃料注入系包括若干可热兼容的燃料喷嘴。各燃料喷嘴包括一个用于分配供给到燃气轮机的流体的分配系统和一个用于支撑分配系统的支撑系统。各分配系统由一第一材料制造，该第一材料具有一第一膨胀系数，并设置在一相应的支撑系统内。各支撑系统将一相应的分配系统屏蔽，并由一第二材料制造，该第二材料具有一第二膨胀系数。第二膨胀系数大致为第一材料的膨胀系数的一半。一个滑动连接件设置在支撑系统与分配系统之间，并在支撑系统膨胀系数与分配系统膨胀系数之间进行补偿，使得两系统都与各相应的系统的材料的膨胀系数成比例地热膨胀。

在工作期间，分配系统承受的温度低于支撑系统的温度。由于制造支撑系统的材料的热膨胀系数低，而制造分配系统的材料的膨胀系数高，所以，膨胀差小于两系统采用同一种材料制造的情况。因此，当分配系统和支撑系统受热膨胀时，两系统之间的热膨胀效应被减至最小。

图1是一种燃气轮机的一简视图；和

图2是可以与图1所示的燃气轮机连用的一燃料喷嘴的一种实施例的一侧视图。

图1是一燃气轮机燃气轮机10的一简要的视图，该燃气轮机包括一低压压缩机12，一高压压缩机14、一燃烧器16、一高压涡轮18和一低压涡轮20。燃烧器16包括一燃料注入系(未示出)，该燃料注入系包括若干燃料喷嘴(在图1中未示出)，其注入向燃气轮机10供给的流体。在一实施例中，这种燃料喷嘴可以从Parker-Hannifin股份有限公司购得。

在工作中，空气穿过低压压缩机12流向高压压缩机14。然后，高压空气被分配到燃烧器16，同时分配燃料流体，并在燃烧器16内点火。热气体膨胀并驱动涡轮18和20。

图2是与一燃气轮机，例如燃气轮机10(在图1中示出)连用的一种燃料喷嘴50的一实施例的一横截面的侧视图。在一实施例中，燃料喷嘴50与在美国专利US5269468中的燃料喷嘴类似。燃料喷嘴50包括一种分配系统60和一个支撑系统62。分配系统60包括一个大致为管状的腔室64，该腔室从一第一端66延伸到一第二端68。分配系统60由一种合金材料(未示出)制造，该合金材料具有使分配系统60能够承受该系统60在工作时的环境温度范围内的温度的材料特性。在一实施例中，分配系统60由一种镍合金材料，制造，例如可从印第安那州、Kokomo的Haynes跨国公司购得的Hastelloy X^合金材料。

支撑系统62从分配系统的第一端66延伸到分配系统的第二端68。支撑系统62支撑并围绕着分配系统60，因此，从压缩机14(如图1所示)出来的高温气体使该系统暴露于比分配系统60的环境温度高得多的温度下。支撑系统62由一种金属合金材料(未示出)制造，该合金具有使支撑系统62能够承受其工作时的环境温度范围的温度的材料特性-支撑系统的合金材料的膨胀系数大致为用于制造分配系统60的合金材料的膨胀系数的一半。在一实施例中，支撑系统62由一种镍钴铁金属合金材料制造，例如可从加利福尼亚州Fullerton的SMC金属股份有限公司购得的Incoloy^合金900系列材料。