[发明专利]燃料喷嘴和用于燃料喷嘴的扩散尖端

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮中的燃料喷嘴的扩散尖端(diffusion tip)，更具体地讲，本发明涉及扩散尖端的构造和用于冷却该构造的改 进。

背景技术

在燃气涡轮中，燃料喷嘴用来为随后在下游的燃烧而使空气与燃 料进行混合。扩散模式用于在启动期间的稳定的燃烧，直到可利用预 混合模式来降低NOx排放。喷嘴的扩散尖端必须提供用于在启动期间 产生扩散火焰的机构，并保持足够地冷以防止在预混合模式期间被高 温燃烧气体毁坏。目前的设计使用从主通道转向的空气来冷却扩散尖 端，从而导致与主气流相比不确定的冷却空气比例以及复杂的流动通 路。

更具体地，常规的扩散尖端10显示在图1中。如图所示，目前 的设计使帘幕空气(curtain air)12分流成燃烧管冷却空气14、扩散空气 16和喷头空气(shower head air)18。如从20所示的虚线通道所理解的， 扩散吹扫空气(diffusion purge)并没有流动到喷头部22。流动分流以及 由此在三个回路14，16，18中的有效冷却可根据输入条件而变化， 并且不能独立地改变尖端的冷却(从喷头空气的溢出冷却(effusion cooling)开始)。如图所示，图1的构造使用了多个孔24以在扩散尖端 中实现溢出冷却。在较高的热载荷和/或结构载荷的情况下，这些孔可 成为应力集中的位置，从而由于裂纹萌生而降低寿命。另外，如果燃 烧气体的压力在局部高于扩散冷却回路中的压力，则这些孔可允许燃 烧气体进入扩散冷却回路中。

发明内容

本发明提出了使用专用的回路来冷却带有较少数目的部件及复 杂性降低的扩散尖端。更具体地讲，所提出的设计使用独立的回路来 利用扩散燃料或吹扫空气来冷却尖端。冲击板可设置为用于增强冷却 效果。因此，本发明可在燃料喷嘴中实施，该燃料喷嘴包括：燃烧管 构件；同心地布置在所述燃烧管构件中的中心主体组件；限定在所述 燃烧管构件与所述喷嘴中心主体之间的预混合流动通道；扩散尖端， 所述扩散尖端包括安装到所述中心主体组件上的周边壁，位于所述周 边壁的远侧轴向端的基本上无穿孔的端壁，邻近所述轴向端壁的限定 在所述周边壁中的至少一个孔口，和扩散尖端护罩，其与所述周边壁 成包围关系地布置，并且安装到所述中心主体上以在其间限定冷却空 气流动通道，所述至少一个孔口与所述冷却空气流动通道中的至少一 个和所述扩散尖端下游的再循环区处于流体连通；以及扩散燃料通 道，其限定在所述中心主体组件中并且在远侧终止于所述基本上无穿 孔的端壁的内表面。

本发明可在用于燃料喷嘴的扩散尖端中实施，该扩散尖端包括： 周边壁，位于所述周边壁的远侧轴向端的基本上无穿孔的端壁，邻近 所述轴向端壁的限定在所述周边壁中的至少一个孔口，扩散尖端护 罩，该护罩与所述周边壁成包围关系地布置以在其间限定冷却空气流 动通道，所述至少一个孔口与所述冷却空气流动通道中的至少一个和 位于所述扩散尖端下游的再循环区处于流体连通。

附图说明

通过仔细研究结合附图对本发明当前优选的示范性实施例所进 行的以下的更详细的说明，可更加全面地理解和认识本发明的这些及 其它目的和优点，其中：

图1是常规的扩散尖端的示意性截面图；

图2是实施本发明的扩散尖端的示意性截面图；

图3是扩散尖端和护罩的分解透视图；

图4是显示护罩的远端装配到扩散尖端的放大的透视图；以及

图5是显示已组装的护罩与扩散尖端组件的放大的透视图。

具体实施方式

本发明提供了机加工部件和铸造部件的组件，该组件允许燃料在 扩散期间喷射到燃气涡轮中。在预混合操作期间，发明的扩散尖端的 特征的独特布置允许其有效地被冷却，并因此保持高水平的可靠性。

参照图2，与图1相比，通常用于实现扩散尖端的溢出冷却的多 个孔根据本发明而被省去，使得所提出的设计不具有作为应力集中源 的这些孔，并且回流基本上被消除。相反，扩散尖端110的中心部122 是无穿孔的，并且孔口124设置成用于使扩散吹扫空气或扩散燃料根 据喷嘴的操作而流动，以与最初在扩散尖端护罩128中在112处以及 在扩散尖端中在116处流动的帘幕空气结合。应当注意的是，孔口124 与设置在图1的结构中用于使扩散吹扫空气与在16处的帘幕空气结 合的孔口基本上相同。