用于冷却燃料喷射器的系统及用于燃气涡轮机的燃烧器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型大体涉及用于燃烧器的燃料喷射系统。具体地，本实用新型涉及用于冷却延伸进入燃烧气体流场的燃料喷射器的系统和用于制作燃料喷射器的方法。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮机大体包括压缩机区域、具有燃烧器的燃烧区域以及涡轮机区域。压缩机区域逐渐地增加工作流体的压力以提供压缩工作流体至燃烧区域。压缩工作流体被规定路线穿过和/或环绕在燃烧器内轴向地延伸的燃料喷嘴。燃料被喷射进入压缩工作流体的流中以形成可燃混合物。
[0003]可燃混合物在燃烧室内燃烧以生成具有高的温度、压力以及速度的燃烧气体。燃烧气体流动穿过一个或更多限定热气路径进入涡轮机区域的内衬或导管。燃烧气体随着它们流动穿过涡轮机区域而膨胀以做功。例如，燃烧气体在涡轮机区域中的膨胀可旋转连接至发电机的轴以产生电。
[0004]燃烧气体的温度直接地影响燃烧器的热力学效率、设计余量、以及引起的排放。例如，较高的燃烧气体温度通常改善燃烧器的热力学效率。然而，较高的燃烧气体温度可增加二原子氮的分离率，由此在燃烧器中特定的停留时间内增加诸如氮氧化物(NOx)的不期望排放的产量。相反地，与减少的燃料流和/或部分负荷运行(关闭)关联的较低的燃烧气体温度通常减少燃烧气体的化学反应速率，由此在燃烧器中相同的停留时间内增加一氧化碳(CO)和未燃烧的碳氢化合物(UHC)的产量。
[0005]为了平衡总体的排放性能和燃烧器的热效率，某些燃烧器设计包括围绕内衬布置并通常定位在主要燃烧区下游的多个燃料喷射器。燃料喷射器通常径向地延伸穿过内衬以提供进入燃烧气体流场的流体连通。这种类型的系统是在本领域和/或燃气涡轮机产业中公知为延迟贫油发射(LLI)和/或轴向燃料分级。
[0006]在运行中，压缩工作流体的一部分被规定路线穿过和/或环绕燃料喷射器中的每一个并进入燃烧气体流场。来自燃料喷射器的液态或气态的燃料喷射进入压缩工作流体的流中以提供贫油的或空气充足的可燃混合物，其在它与热的燃烧气体混合后自发地燃烧，由此增加燃烧器的着火温度而在燃烧室内部的燃烧气体的停留时间中不产生相应的增加。因此，燃烧器的总体热力学效率可增加而不牺牲总体排放性能。
[0007]为了克服在燃烧气体流场内燃烧气体的高动量，高体积的压缩空气必须被引导穿过燃料喷射器以充分地将燃料推入燃烧气体流。另外或备选地，燃料必须以相对高压来供给，以充分地将燃料推入燃烧气体流场。
[0008]解决这些问题的当前解决方案包括使燃料喷射器的至少一部分径向向内延伸穿过内衬并进入燃烧气体流场。然而，该方法将燃料喷射器暴露至热的燃烧气体，其可影响构件的机械寿命并导致燃料焦炭累积。因此，用于冷却延伸进入燃烧气体流场的燃料喷射器的改善的系统将会是有用的。【实用新型内容】
[0009]本实用新型的各方面和优点以下在下面的描述中陈述，或可从描述显而易见的，或可通过本实用新型的实践而认识到。
[0010]本实用新型的一个实施例是用于冷却延伸进入燃烧气体流场的燃料喷射器的系统。系统包括在燃烧器内至少部分地限定燃烧气体流动路径的内衬。燃料喷射器开口延伸穿过内衬。系统进一步包括具有主体的燃料喷射器。主体延伸穿过开口。主体包括部分地布置在开口内并从内衬向外延伸的环形的第一部分。主体还包括从第一部分向内延伸并进入燃烧气体流动路径的第二部分。主体进一步限定完全地限制在主体内并至少部分地在第一部分和所述第二部分之间延伸的冷却通道。冷却空气入口限定在环形的第一部分内并与冷却通道流体连通。冷却空气出口在冷却空气入口的下游与冷却通道流体连通。
[0011]本实用新型的另一个实施例是用于冷却延伸进入燃烧气体流场的燃料喷射器的系统。系统包括在燃烧器内限定燃烧气体流动路径的内衬、延伸穿过内衬的燃料喷射器开口以及燃料喷射器。燃料喷射器包括延伸穿过燃料喷射器开口的主体。主体包括部分地布置在开口内并从内衬向外延伸的环形的第一部分。主体还包括从第一部分向内延伸进入燃烧气体流动路径的第二部分。第一部分和第二部分限定穿过内衬的燃烧空气流动通路。燃料喷射器进一步包括布置在燃烧空气流动通路内的多个旋流叶片。主体进一步限定完全地限制在主体内并在环形的第一部分和第二部分之间延伸的冷却通道。冷却空气入口限定在环形的第一部分内。冷却空气入口与冷却通道流体连通。冷却空气出口在冷却空气入口的下游与冷却通道流体连通。
[0012]本实用新型的另一个实施例包括燃烧器。燃烧器包括连接至外壳的端盖、在端盖的下游轴向地延伸的燃料喷嘴、在燃料喷嘴的下游延伸并至少部分地限定穿过燃烧器的内衬的燃烧气体流动路径。高压气室至少部分地由端盖和/或外壳形成。高压气室至少部分地围绕内衬。燃烧器进一步包括用于冷却至少部分地延伸进入燃烧气体流场的燃料喷射器的系统。系统包括延伸穿过内衬的燃料喷射器。燃料喷射器包括延伸穿过内衬的主体，并且主体包括从内衬径向向外延伸的环形的第一部分和从第一部分径向向内延伸进入燃烧气体流动路径的第二部分。主体进一步包括完全地限制在主体内的冷却通道。冷却通道至少部分地在环形的第一部分和第二部分之间延伸。冷却空气入口沿着环形的第一部分限定并提供在高压气室和冷却通道之间的流体连通。冷却空气出口在冷却空气入口的下游与冷却通道流体连通并定位在第二部分上。
[0013]本实用新型的一个实施例包括用于制作燃料喷射器的主体的方法，其中主体限定完全地限制在主体内的冷却通道，并且主体的一部分构造为延伸穿过燃烧内衬并延伸进入燃烧气体流场。方法包括以下步骤:确定包括冷却通道的主体的三维信息；将三维信息转化成限定主体的剖面层的多个切片；以及通过使用激光能熔化金属粉末以接连地形成主体的每一层。
[0014]本实用新型的另一个实施例包括用于冷却至少部分地延伸进入燃烧气体流场的燃料喷射器的系统。系统包括限定燃烧气体流动路径穿过燃烧器的内衬、延伸穿过内衬的燃料喷射器开口以及燃料喷射器。燃料喷射器包括延伸穿过燃料喷射器开口的主体。主体包括部分地布置在开口内并从内衬向外延伸的环形的第一部分、从第一部分向内延伸进入燃烧气体流动路径的第二部分。主体进一步限定至少一个完全地限制在主体内并在第一部分和第二部分之间延伸的冷却通道、限定在环形的第一部分内并与冷却通道流体连通的冷却空气入口、以及在冷却空气入口下游与冷却通道流体连通的冷却空气出口。主体通过附加的制造过程来形成。附加的制造过程包括:确定包括冷却通道的主体的三维信息；将三维信息转化成限定主体的剖面层的多个切片，其中空间限定在限定冷却通道的层中的至少一些内；以及通过使用激光能熔化金属粉末以接连地形成主体的每一层。
[0015]存在以下方案:
[0016]1.一种系统，用于冷却延伸进入燃烧气体流场的燃料喷射器，包括:
[0017]内衬，其限定燃烧气体流动路径；
[0018]燃料喷射器开口，其延伸穿过所述内衬；
[0019]燃料喷射器，其具有延伸穿过所述燃料喷射器开口的主体，所述主体具有部分地布置在所述开口内并从所述内衬向外延伸的环形的第一部分、从所述第一部分向内延伸进入所述燃烧气体流动路径的第二部分；以及
[0020]其中所述主体进一步限定:
[0021]冷却通道，其完全地限制在所述主体内并在所述第一部分和所述第二部分之间延伸；
[0022]冷却空气入口，其限定在所述环形的第一部分内，所述冷却空气入口与所述冷却通道流体连通；以及
[0023]冷却空气出口，其在所述冷却空气入口的下游与所述冷却通道流体连通。
[0024]2.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述冷却空气入口定位在所述内衬的外面。
[0025]3.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述冷却空气出口布置在所述第一部分或所述第二部分中的一个上。
[0026]4.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述第二部分包括内壁、相反的外壁和端壁，其中所述冷却空气出口提供穿过所述内壁、所述外壁和所述端壁中的至少一个的流体连通。
[0027]5.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述冷却通道的至少一部分在所述主体内以蜿蜒的样式和螺旋状的样式中的至少一种来延伸。
[0028]6.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述环形的第一部分和所述第二部分限定穿过所述燃料喷射器的燃烧空气流动通路。
[0029]7.根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述主体的所述第二部分是半环形的。
[0030]8.根据技术方案7所述的系统，其特征在于，所述第二部分包括朝着燃烧气体流场的方向定向的外壁。
[0031]9.一种系统，用于冷却延伸进入燃烧气体流场的燃料喷射器，包括:
[0032]内衬，其限定燃烧气体流动路径；<