专利名称：区域可变的燃料喷嘴的制作方法
技术领域：
本文公开的主题涉及区域可变的燃料喷嘴。
背景技术：
干式低NOx (DLN)燃烧器广泛地用于发电以及石油和燃气生产应用，并且主要设计为用来使用天然气燃料和/或液体燃料。但是，燃烧器的新应用开始要求燃烧器展现更宽泛的燃料柔性。例如，在许多情况下，当前运行的燃烧器必须具有以天然气燃料运行且然后转换到低英国热量单位(BTU)燃料(其中，燃料流率加倍且仍然满足排放和运行性能要求)的能力。在这些情况下，由于备选燃料的燃料流率可能显著地大于其它燃料的燃料流率， 需要安装额外的线路来保持燃料侧压力比，以满足燃料输送规范。这些额外的线路经常需要主动控制，因此吹扫线路和/或额外的装备昂贵且维护起来成本高。另外，由于线路内变化的压力水平而引起的动力学影响可能会有问题。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种喷嘴，且其包括燃料通过其输送到喷嘴部分的线路；以及阀，阀置于线路和喷嘴部分之间，并且燃料冲击阀，阀的打开和关闭被动地响应于线路中的燃料压力，使得阀因此调节对应的量的从线路到喷嘴部分的燃料流从中通过的区域的大小。根据本发明的另一方面，提供了一种喷嘴，且其包括选择性地被操作的线路，该线路包括形成为限定了孔口的主体，燃料通过该孔口输送到喷嘴部分；以及阀，阀置于线路和喷嘴部分之间，并且燃料冲击阀，阀响应于线路中的燃料压力而被动地打开和关闭孔口， 阀使孔口打开和关闭，从而调节对应的量的从线路到喷嘴部分的燃料流从中通过的区域的大小。根据本发明的又一方面，提供了一种喷嘴，且其包括选择性地被操作的线路，该线路包括形成为限定了一个或多个孔口的主体，燃料通过孔口输送到喷嘴部分；以及与各个孔口相关联的阀，各个阀置于线路和喷嘴部分之间，并且燃料冲击各个阀，阀响应于线路中的燃料压力而被动地打开和关闭相应的孔口，各个阀使相应的孔口打开和关闭，从而调节对应的量的从线路到喷嘴部分的燃料流从中通过的区域的大小。根据结合附图得到的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。
在说明书结论部分处的权利要求书中特别指出和明确要求保护被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的前述和其它特征以及优点是显而易见的，在图中图1是燃料喷嘴的侧面截面图2是根据实施例的燃料喷嘴的侧面截面图；图3是根据另外的实施例的燃料喷嘴的侧面截面图；图4是根据另外的实施例的燃料喷嘴的侧面截面图；图5是具有多个燃料喷嘴的端盖的透视图；以及图6是根据实施例的阀的透视图。参照附图，以实例的方式，详细描述阐明了本发明的实施例，以及优点和特征。部件列表10燃料喷嘴20第一燃料线路30第二燃料线路40喷嘴部分50 阀55 区域31线路主体21环形壳体60 孔口32 阀座140 端盖142径向组成部分143轴向组成部分81上游头部82下游头部84弹性部件100阶梯形轮廓101阶梯形轮廓110表面轮廓111表面轮廓120下游线路130 表面121 侧壁122端部部分123 通孔141燃料通道凹槽150 凸缘160阀主体161 表面170第二弹性部件171、172互补性表面轮廓180 嵌件
181螺旋顶190 第二凸缘
具体实施例方式双气体燃料喷嘴允许在硬件几何结构中使用范围相对广的分子沃泊(wobbe)指数的燃料。通过利用位于燃料喷嘴内的、被动地或主动地控制的多个内部燃料通路，这个双气体燃料喷嘴可燃烧高达大约100%天然气燃料至每标准立方英尺具有大约100至大约 400英国热量单位(BTU)的低英国热量单位(BTU)的燃料，例如高反应性合成气或低反应性的高度稀释的流。例如，可采用两个线路，并且两个线路在内部连结到燃料喷嘴上，在燃料喷嘴中，一个燃料流为另一个燃料流提供防护，并且防止其直接暴露于热的燃烧器火焰或燃烧产物，以及防止其直接吸入热的燃烧器火焰或燃烧产物，如果保持未被吹扫，其可导致硬件损害。这些线路中的至少一个提供被动地被调节或由燃料侧压力主动地促动的可变流动区域。当燃料线路中的压力由于质量流量增加而升高时，阀或相对于线路设置的一些其它适当的装置就打开，并且提供可变的燃料流动区域，以满足流动要求，同时保持合理的燃料供给流压力。可基于应用要求来对阀设置和特征进行定制式设计。参照图1，提供了燃料喷嘴10。燃料喷嘴10可用于各种应用，包括但不限于燃气轮机发动机的干式低NOx(DLN)燃烧器。燃料喷嘴10包括第一燃料线路20和第二燃料线路30，第一燃料和第二燃料通过第一燃料线路20和第二燃料线路30输送到喷嘴部分40。 第一燃料通过固定的槽口输送到喷嘴部分40，而第二燃料则经由阀50输送到喷嘴部分40。 阀50置于第二燃料线路30和喷嘴部分40之间，第二燃料以第二燃料压力冲击阀50。阀 50被动地响应于这个第二燃料压力，并且从而调节对应的量的从第二燃料线路30到喷嘴部分40的第二燃料流从中通过的区域55的大小。只要第二燃料线路30在运行，第二燃料流就使阀50保持基本平衡的状态。根据实施例，与第一燃料相比，第二燃料是相对低BTU的燃料。例如，第一燃料可包括天然气或天然气和合成气体(合成气)的组合，而第二燃料可包括仅合成气。第二燃料和第一燃料也可为相同的燃料，例如低BTU的合成气。第二燃料线路30可根据内部和外部条件(例如某些燃料的可用性，以及在燃料喷嘴10是燃气轮机发动机的构件的情况下， 要求从可用的燃料中产生给定水平的能量的涡轮负载)选择性地被操作。第一燃料线路20和第二燃料线路30的形状各自可为环形，第二燃料线路30设置在第一燃料线路20内。(第一燃料线路20和第二燃料线路30)各自可在紧邻喷嘴部分40 的类似的轴向位置处终止。第二燃料线路30可限定成通过线路主体31，而第一燃料线路 20限定成通过线路主体31和环形壳体21之间的环形空间。喷嘴部分40包括与环形壳体 21对准且部分地包围线路主体31的端部的区段41。阀50可为弹簧加载的且以线性的方式响应于第二燃料压力的变化。也就是说，阀 50可与第二燃料压力的升高或降低成正比地打开和关闭。在备选实施例中，阀50可以以非线性的方式响应于第二燃料压力变化。这里，在第二燃料压力显著升高或降低时，阀50或多或少作出响应而打开和关闭。在另外的其它实施例中，阀50可以以线性的方式响应于相对较小或较大的第二燃料压力变化，以及以非线性的方式响应于相对较大或较小的第二燃
5料压力变化。以类似的方式，弹簧加载的阀50可构造成以便被动地响应于第二燃料压力变化而以线性和非线性方式中的至少一种来调节区域的大小。现在参照图1-4，阀50可响应于第二线路30中的燃料压力变化而被动地打开和关闭孔口 60，从而调节对应的量的从第二线路30到喷嘴部分40的第二燃料流从中通过的区域的大小。线路主体31可包括阀座32，孔口 60限定成通过阀座32 (在一些情况下作为具有基本轴向的组成部分70的通路)。参照图5和6，线路主体31可包括端盖140，端盖140 形成为以便将孔口 60限定成具有径向组成部分142和轴向组成部分143的通路。参照图1，阀50可包括上游头部81和下游头部82，第二燃料冲击上游头部81和下游头部82中的各个；轴83，该轴83在上游头部81和下游头部82之间延伸，而且该轴83 由阀座32支承，以便可根据第二燃料压力和第一弹性部件84沿轴向运动。第一弹性部件 84可为弹簧，并且可以以线性和非线性的方式中的至少一种来响应于第二燃料压力。第一弹性部件84使下游头部82朝向阀座32的下游表面偏置，以促使孔口 60关闭。对于这种构造，阀50允许第二燃料以足以激励第一弹性部件84的预先限定的第二燃料压力进入喷嘴部分40，并且当第二燃料压力升高且下游头部82从阀座32回退时，阀 50继续允许量增加的第二燃料进入。如图2所示，阀座32和阀50可各自在孔口 60处包括互补性阶梯形轮廓100、101。 这样，在位置A处，轮廓100、101形成为使得阀座32和阀50彼此抵靠，并且不允许第二燃料进入喷嘴部分(即孔口 60是关闭的)。但是，当第二燃料压力升高且阀50接近位置B和 C时，阀座32和阀50在它们之间有一定空间，而且可允许第二燃料进入喷嘴部分40(即孔口 60是打开的)。此外，由于C位置的特征在于有更大的开口，使得B位置的更多燃料可通过C位置开口。因此，无论阀50是以线性还是非线性的方式响应于第二燃料压力，阀50均可允许不同量的第二燃料以升高的第二燃料压力进入。在一个备选实施例中，如图3所示， 阀座32和阀50可各自在孔口 60处包括互补性连续可变的表面轮廓110、111。参照图4，下游线路120可形成为从线路主体31沿轴向延伸，以将已经穿过孔口 60的第二燃料输送到喷嘴部分40的表面130，以对其进行冲击冷却。下游线路120因此部分地设置在喷嘴部分40的锥形区段41内，并且包括从阀座32延伸的侧壁121和邻近表面 130的端部部分122，端部部分122形成为限定了通孔123，通孔123朝向表面130引导第二燃料。如上所述且参照图5和6，线路主体31可包括端盖140，端盖140形成为限定燃料通道凹槽141，孔口 60被限定为在燃料通道凹槽141和喷嘴部分40之间的通路。孔口 60 因此包括从燃料通道凹槽141的侧壁沿径向向内延伸的径向组成部分142和与径向组成部分142连通且朝向喷嘴部分40沿轴向延伸的轴向组成部分143。阀50可包括沿着孔口 60设置的凸缘150、具有表面161 (第二燃料冲击该表面 161)的阀主体160以及第二弹性部件170，该第二弹性部件170可包括弹簧，并且其被动地响应于第二燃料压力。第二弹性部件170用来使阀主体160朝向凸缘150偏置，以便由此促使孔口 60关闭。由于这种构造，在不足以激励第二弹性部件170的预先限定的第二燃料压力处实现孔口 60的关闭，使得阀主体160和凸缘150的互补性表面轮廓171、172彼此抵靠。阀50 允许第二燃料以足以激励第二弹性部件170的预先限定的第二燃料压力进入喷嘴部分40，并且当第二燃料压力升高且阀主体160从凸缘150回退时，阀50继续允许增加量的第二燃料进入。虽然在图5和6示出了阀50设置在孔口 60的轴向组成部分143内，但是理解到， 这仅是示例性的，并且阀50也可设置在径向组成部分142内。进一步理解到，可成对地提供阀50，其中，一对中的各个阀50设置在径向组成部分142和轴向组成部分143中。在这种情况下，一对阀50中各个可在类似的或不同的第二燃料压力处打开和关闭。凸缘150可形成为可以可移除地插入径向组成部分142或轴向组成部分143中的嵌件180的构件。在这种情况下，嵌件180可包括螺旋顶181，而且嵌件和孔口 60的侧壁两者均可包括互补性螺纹，从而使得嵌件180可旋入孔口 60中以进行紧固。当然，这仅是示例性的，而且理解到可提供用于嵌件180的其它紧固系统。第二弹性部件170可在凸缘150的下游锚定到第二凸缘190上。这里，第二凸缘 190可形成为孔口 60的侧壁的一部分或形成为另外的单独的构件。在任何情况下，第二凸缘190都对抗第二燃料压力而支承第二弹性部件170和阀主体160。如图5所示，端盖140可具有一个或多个多喷嘴组件42。在这种情况下，阀50和孔口 60各自在数量上可为多个，并且相对于第二线路30排列在多个位置处。具体而言，阀 50和孔口 60可以以基本均勻的间距以及/或者互补性定向排列在线路主体31的周围。此外，阀50可各自在孔口 60内以沿径向和沿轴向中的至少一种方式来定向。以上提供的描述可应用于消除关于DLN和/或多喷嘴无噪声燃烧器(MNQC)、单喷嘴排列或在燃烧器中需要多个燃料线路的任何燃料喷嘴的空气吹扫要求。消除吹扫线路和装备可提供硬件和合同费用的很大的节省，其可飞速地倍增。另外，被动地控制的阀提供区域可变的几何，以用于在系统的整个运行范围中改变燃料沃泊指数，从而提高系统的燃料柔性。此外，区域可变的几何会减轻由于减小的燃料侧压力波动而造成的动力学影响。虽然结合了仅数量有限的实施例来对本发明进行详细描述，但是应当容易地理解，本发明不限于这种公开的实施例。相反，可对本发明作出修改，以结合此前未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变化、更改、替换或等效布置。另外，虽然已经描述了本发明的不同实施例，但是将理解到，本发明的各方面可包括所描述的实施例中的仅一些。因此，本发明不应视为受前述描述的限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。
权利要求
1.一种喷嘴(10)，包括线路(30)，燃料通过所述线路(30)被输送到喷嘴部分00)；以及阀(50)，置于所述线路(30)和所述喷嘴部分GO)之间，而且燃料冲击所述阀(50)，所述阀(50)的打开和关闭被动地响应于所述线路(30)中的燃料压力，使得所述阀(50)因此调节对应的量的从所述线路(30)到所述喷嘴部分GO)的燃料流从中通过的区域的大小。
2.根据权利要求1所述的喷嘴(10)，其特征在于，所述线路(30)选择性地被操作。
3.一种喷嘴(10)，包括选择性地被操作的线路(30)，包括形成为限定了孔口(60)的主体，燃料通过所述孔口 (60)被输送到喷嘴部分(40)；以及阀(50)，置于所述线路(30)和所述喷嘴部分GO)之间，并且所述燃料冲击所述阀 (50)，所述阀(50)响应于所述线路(30)中的燃料压力而被动地打开和关闭所述孔口(60)，所述阀(50)使所述孔口(60)打开和关闭，从而调节对应的量的从所述线路(30)到所述喷嘴部分GO)的燃料流从中通过的区域的大小。
4.根据权利要求3所述的喷嘴(10)，其特征在于，与输送到所述喷嘴部分00)的另一种燃料相比，所述燃料是相对低BTU的燃料。
5.根据权利要求3所述的喷嘴(10)，其特征在于，所述线路主体包括阀座(32)，所述阀座(3 形成为将所述孔口(60)限定为具有轴向组成部分的通路。
6.根据权利要求5所述的喷嘴(10)，其特征在于，所述阀(50)包括头部(81)，所述燃料冲击所述头部(81)；以及第一弹性部件(84)，响应于所述燃料压力而使所述头部(81)朝向所述阀座偏置，以促使所述孔口 (60)关闭。
7.根据权利要求5所述的喷嘴(10)，其特征在于，所述阀座(32)和所述阀(50)各自在所述孔口(60)处包括互补性阶梯形轮廓(100，101)。
8.根据权利要求5所述的喷嘴(10)，其特征在于，所述阀座(32)和所述阀(50)各自在所述孔口(60)处包括互补性连续可变的表面轮廓(110，111)。
9.根据权利要求5所述的喷嘴(10)，其特征在于，所述喷嘴(10)进一步包括下游线路 (120)，以将所述燃料从所述孔口(60)输送到所述喷嘴部分G0)的表面，以对其进行冲击冷却。
10.一种喷嘴(10)，包括:选择性地被操作的线路(30)，包括形成为限定了一个或多个孔口(60)的主体，燃料通过所述一个或多个孔口(60)被输送到喷嘴部分00)；以及与所述孔口(60)中的各个相关联的阀(50)，各个阀(50)置于所述线路(30)和所述喷嘴部分G0)之间，并且所述燃料冲击所述阀中的各个，所述阀响应于所述线路(30)中的燃料压力而被动地打开和关闭相应的孔口(60)，所述阀(50)中的各个使相应的孔口(60)打开和关闭，从而调节对应的量的从所述线路(30)到所述喷嘴部分G0)的燃料流从中通过的区域的大小。
全文摘要
本发明涉及区域可变的燃料喷嘴。提供了一种喷嘴(10)，且其包括线路(30)，燃料通过该线路(30)输送到喷嘴部分(40)，以及阀(50)，该阀(50)置于线路(30)和喷嘴部分(40)之间，并且燃料冲击阀(50)，阀(50)的打开和关闭被动地响应于线路(30)中的燃料压力，使得阀因此调节对应的量的从线路(30)到喷嘴部分(40)的燃料流从中通过的区域的大小。
文档编号F23D14/48GK102207288SQ20111009315
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者A·R·罕, C·X·斯蒂芬森, J·奇特诺, 左柏芳 申请人:通用电气公司