用于燃气轮机的燃料供给系统的制作方法
【专利说明】用于燃气轮机的燃料供给系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本非临时申请要求依据35U.S.C.§119(e)享有于2014年12月5日提交的题为“FUEL SUPPLY SYSTEM FOR A GAS TURBINE ENGINE(燃气轮机的燃料供给系统)”的美国临时专利申请号62/088108的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
[0003]本发明主题大体上涉及一种供给燃料到包含在燃气轮机的燃烧器内的各种燃料喷射器的系统，并且更特别地涉及一种燃料供给系统，其包括旁通燃料回路以及用于使流经燃料喷射器中的一个内部燃料回路的一部分燃料转向到燃料喷射器的另一个内部燃料回路的相关阀。
【背景技术】
[0004]燃气轮机典型地包括用于供给燃料到发动机的燃烧器的多个燃料喷射器。在该燃烧器的上游端以来自每个燃料喷射器的燃料喷嘴组件的高度雾化的喷雾引入燃料。压缩空气在燃料喷嘴组件周围流动并与燃料混合形成燃料-空气混合物，其然后在燃烧器的燃烧区内燃烧。
[0005]由于广泛范围的燃烧器操作条件以及相应的所需燃料流，许多燃料喷射器包括主喷嘴以及一个或更多个导向喷嘴。例如，燃料喷射器已知包括初级导向喷嘴和次级导向喷嘴。典型地，在启动期间使用导向喷嘴，在更高功率操作期间使用导向喷嘴和主喷嘴两者。例如，在启动和低功率操作期间可减少或切断到主喷嘴的流。这种燃料喷射器典型地比单个喷嘴燃料喷射器更有效率和更清洁地燃烧，这是由于能够更精确地控制燃料流以及对于特定燃烧器需求更精确地引导燃料喷雾。
[0006]在某些操作事件期间，经常需要供给浓缩燃料流到燃料喷射器中的一个或更多个以满足燃气轮机的操作需求。例如，为了在高功率燃料切断(HPFC)后对发动机再点火，常规的燃料控制系统构造成通过少量燃料喷射器的(多个)初级导向喷嘴引导浓缩燃料流。不幸地，初级导向喷嘴典型地构造成在相对较低的燃料流数下操作，以便提供低速开始所需的雾化。因此，经常需要极其大的压降以通过初级导向喷嘴注射对于HPFC再点火事件所需的燃料流。因此，发动机设计者必须现在在增加燃料栗的大小以提供对于这种事件所需的增加燃料压力(由此，显著地增加了系统的总重量)或修改初级导向喷嘴以在更高燃料流数下操作(其负面地影响用于低速启动以及接近怠速操作的雾化)之间选择。
[0007]因此，一种改进的燃料供给系统将在技术中受欢迎，该系统允许另外被供给到初级导向喷嘴的一部分燃料被转移到燃料喷射器的另一喷嘴，以便在HPFC再点火事件期间或在任何其它合适的事件期间减少用于燃料浓缩所需的所要求的压力(以及因此，栗的大小)。
【发明内容】
[0008]本发明的方面和优点将在以下描述中部分地提出并且可从该说明书中显而易见，或者可通过本发明的实践学习到。
[0009]在一个方面，本发明主题针对一种用于供给燃料至燃气轮机的燃烧器的燃料喷射器的系统。系统大体可包括:燃料喷射器，其具有与初级燃料回路流体连通的初级导向燃料喷嘴，与次级燃料回路流体连通的次级导向燃料喷嘴，以及与主燃料回路流体连通的主燃料喷嘴。燃料回路中的每一个至少部分地在燃料喷射器内延伸。另外，燃料喷射器还可限定流体地连接在初级燃料回路与次级燃料回路或主燃料回路中的至少一个之间的旁通燃料回路。系统还可包括初级燃料歧管，其构造成经由初级燃料回路流体地连接至初级导向燃料喷嘴。此外，系统可包括旁通阀，其在操作上与旁通燃料回路相关联地提供。旁通阀构造成是打开的，使得从初级燃料歧管流经初级燃料回路的燃料的一部分被引导至次级燃料回路和/或主燃料回路。
[0010]在本发明主题的这一方面中，旁通燃料回路可流体地连接在初级燃料回路和次级燃料回路之间。另外，旁通阀可构造成是打开的，使得流经初级燃料回路的燃料的一部分被引导至次级燃料回路并且随后被输送至次级导向燃料喷嘴。
[0011]还在本发明主题的这一方面中，系统可包括构造成经由次级燃料回路流体地连接至次级导向燃料喷嘴的次级燃料歧管，以及在燃料喷射器内部的次级导向阀，其在操作上与次级燃料回路相关联地提供，以便控制从次级燃料歧管供给至次级导向燃料喷嘴的燃料。在这样的实施例中，例如，旁通燃料回路可在次级导向阀下游的位置处流体地连接至次级燃料回路。
[0012]进一步在本发明主题的这一方面中，旁通燃料回路可流体地连接在初级燃料回路和主燃料回路之间。另外，旁通阀可构造成是打开的，使得流经初级燃料回路的燃料的一部分被引导至主燃料回路并且随后被输送至主燃料喷嘴。
[0013]在本发明主题的这一方面中，系统还包括构造成经由主燃料回路流体地连接至主燃料喷嘴的主燃料歧管，以及在燃料喷射器内部的主阀，其在操作上与主燃料回路相关联地提供，以便控制从主燃料歧管供给至主燃料喷嘴的燃料。在这样的实施例中，例如，旁通燃料回路可在主阀下游的位置处流体地连接至主燃料回路。
[0014]还在本发明主题的这一方面中，旁通阀可被容纳在燃料喷射器的阀壳体内。
[0015]进一步在本发明主题的这一方面中，旁通阀的操作可构造成是主动地或被动地控制的。例如，在一个实施例中，旁通阀可对应于构造成在接收到控制信号后打开的电子阀。备选地，旁通阀可对应于构造成当初级燃料回路内的流体压力超过预定破裂压力时打开的压力致动阀。
[0016]还在本发明主题的这一方面中，燃料喷射器可对应于浓缩燃料喷射器并且初级燃料歧管可对应于浓缩燃料歧管。
[0017]在另一方面，本发明主题针对于一种用于供给燃料到燃气轮机的燃烧器的浓缩燃料喷射器的系统。系统可大体上包括:浓缩燃料喷射器，其具有与初级燃料回路流体连通的初级导向燃料喷嘴，与次级燃料回路流体连通的次级导向燃料喷嘴以及与主燃料回路流体连通的主燃料喷嘴。初级、次级和主燃料回路中的每一个都至少部分地在浓缩燃料喷射器内延伸。另外，浓缩燃料喷射器可进一步限定流体地连接在初级燃料回路与次级燃料回路或主燃料回路中的至少一个之间的旁通燃料回路。系统还可包括浓缩燃料歧管，其构造成经由初级燃料回路流体地连接到初级导向燃料喷嘴;次级燃料歧管，其构造成经由次级燃料回路流体地连接到次级导向燃料喷嘴；以及主燃料歧管，其构造成经由主燃料回路流体地连接到主燃料喷嘴。此外，系统可包括旁通阀，其在操作上与旁通燃料回路相关联地提供。旁通阀可构造成是打开的，使得从浓缩燃料歧管流经初级燃料回路的燃料的一部分被引导到次级燃料回路和/或主燃料回路。
[0018]在本发明主题的这一方面中，系统还可包括标准燃料喷射器和标准燃料歧管。标准燃料喷射器可包括经由第二初级燃料回路与标准燃料歧管流体连通的第二初级导向燃料喷嘴，经由第二次级燃料回路与次级燃料歧管流体连通的第二次级导向燃料喷嘴，以及经由第二主燃料回路与主燃料歧管流体连通的主燃料喷嘴。
[0019]还在本发明主题的这一方面中，标准燃料喷射器可进一步限定第二旁通回路，其流体地连接在第二初级燃料回路与第二次级燃料回路或第二主燃料回路中的至少一个之间。
[0020]进一步在本发明主题的这一方面中，系统还可包括以在操作上与第二旁通燃料回路相关联地提供的第二旁通阀。第二旁通阀可构造成是打开的，使得从标准燃料歧管流经第二初级燃料回路的燃料的一部分被引导到第二次级燃料回路和/或第二主燃料回路。
[0021]在另一方面，本发明主题针对于一种用于燃气轮机的燃烧器的燃料喷射器。燃料喷射器可大体上包括:初级燃料回路，其与燃料喷射器的初级导向燃料喷嘴流体连通;次级燃料回路，其与燃料喷射器的次级导向燃料喷嘴流体连通；以及主燃料回路，其与燃料喷射器的主燃料喷嘴流体连通。初级燃料回路可包括在操作上与其相关联地提供的初级阀，以用于控制穿过初级燃料回路到初级导向燃料喷嘴的初级燃料流。次级燃料回路可包括在操作上与其相关联地提供的次级阀，以用于控制穿过次级燃料回路到次级导向燃料喷嘴的次级燃料流。主燃料回路可包括在操作上与其相关联地提供的主阀，以用于控制穿过主燃料回路到主燃料喷嘴的主燃料流。另外，燃料喷射器还可包括旁通燃料回路，其流体地连接在初级燃料回路与次级燃料回路或主燃料回路中的至少一个之间；以及旁通阀，其在操作上与旁通燃料回路相关联地提供。旁通阀可构造成是打开的，使得流经初级燃料回路的初级燃料流的一部分被引导到次级燃料回路和/或主燃料回路。
[0022]在本发明主题的这一方面中，旁通燃料回路可在次级阀下游的位置流体地连接到次级燃料回路。另外，旁通阀可构造成是打开的，使得流经初级燃料回路的燃料的一部分被引导到次级燃料回路并且随后被输送到次级导向燃料喷嘴。
[0023]还在本发明主题的这一方面中，旁通燃料回路可在主阀下游的位置流体地连接到主燃料回路。另外，旁通阀可构造成是打开的，使得流经初级燃料回路的燃料的一部分被引导到主燃料回路并且随后被输送到主燃料喷嘴。
[0024]进一步在本发明主题的这一方面中，旁通阀、初级阀、次级阀和主阀可被容纳在燃料喷射器的阀壳体内。
[0025]在本发明主题的这一方面中，旁通阀的操作可构造成是主动地或被动地控制的。例如，在一个实施例中，旁通阀可对应于构造成当在初级燃料回路内的流体压力超过预定破裂压力时打开的压力致动阀。
[0026]本发明的第一技术方案提供了一种用于供给燃料至燃气轮机的燃烧器的燃料喷射器的系统，系统包括:燃料喷射器，其包括与初级燃料回路流体连通的初级导向燃料喷嘴，与次级燃料回路流体连通的次级导向燃料喷嘴，以及与主燃料回路流体连通的主燃料喷嘴，初级、次级和主燃料回路中的每一个至少部分地在燃料喷射器内