专利名称：可控压的燃料喷嘴喷射器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及燃气轮机燃烧室的燃料喷射器，尤其是涉及用于分级的燃料供给系统中的燃料喷射器。
背景技术：
为了降低排放量，燃气轮机采用稀薄燃烧的燃烧器，此燃烧器需要在一定范围的运行条件下打开和关闭独立的燃料管路，此运行条件包括发动机功率水平和环境因素。这通常称为燃料分级并且它需要保持发动机的局部空燃比在一较窄的范围内，此范围的上限由NOx排放确定，下限由熄火边界确定。
现有的发动机采用了多根燃料供给岐管的多个独立控制的集中分级阀(centralized staging valves)，此燃料供给岐管输送燃料到燃料喷嘴中。每级使用一根燃料供给岐管，因此，每个燃料喷嘴具有多个燃料供给接口，每级采用了一个接口。为了防止结焦，燃料必须从未分级的岐管中排出或者在此岐管中进行持续的循环。这种多岐管的燃料系统是复杂的并且需要多种形状和尺寸的环状的或者弯曲的燃料供给管，以供给燃料到不同级的燃料喷嘴中。理想的是采用一种燃料系统，它具有单根燃料岐管和包含不同级的燃料喷嘴的燃料喷射器。
具有多个集中分级阀的燃料系统是昂贵的，并且发动机设计者总是致力于设计一种具有更好的操作响应性和更可靠的燃料系统。集中分级燃料系统在加速阶段速度降低，这是因为在此系统中，在管路中流入燃料之前未分级的燃料岐管必须被加压并且对空体积进行填充。非常理想的是使速度的降低减少。
例如燃气轮机中的燃料喷射器将来自岐管中加压的燃料导入到一个或者多个的燃烧室中。在燃烧之前燃料喷射器也准备将燃料与空气相混合。每个喷射器通常具有与岐管相连的入口装置、与此装置一端相连的管状延伸部分或者杆，以及一个或者多个与杆的另一端相连的喷射喷嘴用于将喷射燃料导入到燃烧室中。燃料管或通道(例如，软管，导管，或者圆筒状通道)延伸穿过杆，从而将燃料从入口装置中供给到喷嘴中。提供合适的阀和/或分流器以引导和控制通过喷嘴的燃料流动。燃料喷射器通常设置在一均匀间隔开的环形装置中，从而能以均匀的方式分配(喷射)燃料到燃烧室中。
发明内容
多级燃气轮机燃料供给系统的燃料喷射器包括至少第一和第二级燃料喷射管路。每个第一和第二级燃料喷射管路分别具有第一和第二燃料喷射点和至少第一和第二燃料喷嘴阀，这些燃料喷嘴阀与第一和第二级燃料喷射管路分别可控地地相连。第一和第二燃料喷嘴阀分别在不同的第一和第二打开压力的条件下运行打开。第一和第二燃料喷嘴阀设置在喷射器的阀套内，此喷射器包括以燃料供给关系与第一和第二喷嘴阀相连的单个燃料供给连接器，以及以压力供给关系与第一和第二燃料喷嘴阀相连的单个燃料信号连接器。
在燃料喷射器的一个实施例中，第一级燃料喷射器管路的第一燃料喷射点为燃料喷射器的引燃喷嘴的燃料喷射器顶端中的顶部喷孔。第二级燃料喷射器管路的第二燃料喷射点为燃料喷射器主喷嘴的喷孔。系统还包括在燃料喷射器中具有第三燃料喷射点的第三级燃料喷射管路。第三燃料喷射点也位于燃料喷射器的主喷嘴中。
图1表示只具有单根燃料供给岐管和单根燃料信号歧管的多级燃气轮机的燃料供给系统的示意图。
图2表示只具有单根燃料供给岐管和单根燃料信号歧管的三级燃气轮机的燃料供给系统的示意图。
图3表示仅具有单根燃料供给岐管的双重二级燃料喷射器的燃气轮机的燃料供给系统的示意图。
图4表示仅具有单根燃料供给岐管的双重三级燃料喷射器的燃气轮机的燃料供给系统的示意图。
图5表示具有本发明示范性实施例的三级燃料喷射器的燃气轮机燃烧室的横截面图。
图6表示具有在图5中示出的燃料喷嘴组件的燃料喷射器的放大的横截面图。
图7表示在图6中所示出的燃料喷嘴组件的放大的横截面图。
图8表示在图6中所示出的燃料喷射器的透视图。
图9表示沿图6中所示的9-9剖开的燃料带的横截面图。
图10表示在图5中所示出的用来形成燃料带的平板的顶视图。
图11表示在图5中所示出的燃料喷射器的燃料管路的示意图。
图12表示在图11中所示出的具有燃料管路的燃料带的透视图。
图13-16为两个阀的示意图，它示出了所采用的表示仅仅具有单根燃料供应岐管和单根燃料信号歧管的两阀三级燃气轮机燃料供给系统的运行情况。
具体实施例方式
在图1中表示的是多级燃气轮机燃料供给系统8的一个示范性实施例，此燃料供给系统提供燃料到多个燃料喷射器10的每一个中的第一级燃料喷射管路411和第二级燃料喷射管路412中。第一级燃料喷射管路411和第二级燃料喷射管路412中的每一个都具有第一燃料喷射点413和第二燃料喷射点414。第一燃料喷嘴阀415和第二燃料喷嘴阀416分别与第一级燃料喷射管路411和第二级燃料喷射管路412可控地相连。燃料供给管路431包括以燃料供给关系与所有的燃料喷嘴阀415和416相连的单根燃料供给岐管409。第一燃料喷嘴阀415和第二燃料喷嘴阀416分别在不同的第一打开压力419和第二打开压力420的情况下运行打开，正如表示不同的张开压力的不同的箭头长度所示。所有的第一燃料喷嘴阀415和第二燃料喷嘴阀416都与在信号管路433中的单根燃料信号岐管16可控地相连。
图1中表示了燃料喷射器10的一个更特殊的示范性实施例，它包括第一级燃料喷射管路411的第一燃料喷射点413，其中第一燃料喷射点413为在图5和图7所示出的燃料喷射器10的引燃喷嘴58的燃料喷射器顶部57中的顶部喷孔55。第二级燃料喷射管路412的第二燃料喷射点414为图5和图7所示出的燃料喷射器10的主喷嘴59中的喷孔106。如图2所示，系统8还包括具有位于燃料喷射器10中的第三燃料喷射点462的第三级燃料喷射管路460。具有第三打开压力482的第三燃料喷嘴阀480位于第三级燃料喷射管路460中。系统可以具有位于燃料喷射器10中的超过三级的燃料喷射管路460以及超过三级的燃料喷射点462。
如图1和图2所示的系统8的示范性实施例还包括压差测量装置418，此装置是用来检测信号管路433中的信号压力417与燃料供给管路431中的燃料供给压力427之间的压差DCPFN。与压差测量装置418成反馈信号关系的燃料控制器421控制着压力调节器422，并且此压力调节器和燃料控制器421可控地相连。燃料控制器421通过控制压力调节器422来控制和调整通过信号管路433的压力，从而控制从信号管路433中的单个燃料信号歧管16中送入燃料喷嘴阀的打开压力。当信号管路433中的压力等于或者超过第一打开压力419时，第一燃料喷嘴阀415打开并且保持打开状态。当信号管路433中的压力等于或者超过第二打开压力420时，第二燃料喷嘴阀416打开并且保持打开状态。这样消除了用于每级中的每个喷射器的多根燃料和信号管路的需要。
燃料泵441以燃料供给关系与燃料计量阀437相连，此燃料计量阀437以燃料供给关系与燃料供给岐管409相连。燃料计量阀437与燃料控制器421可控地相连。第一压力输入线路435在压力调节器422和信号管路433之间，并通向压差测量装置418。第二压力输入线路436从燃料计量阀437和燃料供给岐管409之间的燃料供给管路431上的某点处通向压差测量装置418。压差测量装置418通常为压力传感器。此压力传感器可为机械的或电的。
燃料泵441具有一泵出口443，此出口以燃料压力供给关系与压力调节器422相连并且也以燃料供给关系与燃料计量阀437相连。压力调节器422使用在过渡工况或者运行中，它也以压力降的关系通过压力调节器返回线路450与增压泵入口452和增压泵451相连。压力调节器422是三通伺服机构并且当压力调节器422处于关闭或者断开位置时，压力调节器可运转地将压力调节器返回线路450打开。注意的是压力调节器422的关闭或者断开位置并不是说完全关闭了燃料信号岐管16的通路。泵旁通管路439从泵出口443通向泵旁通管路入口440和燃料泵441，并且在其间具有旁通阀445。燃料信号返回线路447从燃料信号歧管16通向燃料信号返回入口442和燃料泵441。返回线路管口449设置在燃料信号返回线路447中。在发动机运行过程中，返回线路管口449允许燃料在信号岐管409中保持流动，并且避免在喷嘴中的结焦，并且降低了通过压力调节器422的压力增益。燃料泵441包括增压泵451，此增压泵在主泵453的上游并且与主泵成连续流动的关系。泵旁通管路入口440设置在增压泵451和主泵453之间。燃料信号返回线路447从燃料信号岐管16通向燃料信号返回入口442和位于增压泵入口452处的燃料泵441，然后再通到增压泵451上。
图3和图4所示的是多级燃气轮机可控压燃料供给系统8的一个示范性实施例，此燃料供给系统具有两组或者多组燃料喷射器10。图示的系统8分别提供燃料到燃料喷射器10的第一组(pluralities)406和第二组408的每组中的第一级燃料喷射管路411和第二级燃料喷射管路412中。第一和第二组中的每一组，或者是如果提供更多的话，可在其它组或者其它多组打开的情况下打开或者关闭。这可用于圆周上的分级(circumferential staging)。图3所示的系统8用于双重二级系统，图4所示的系统8用于双重三级系统。如图3和图4中所示，可用于双重二级和三级系统的燃油供给管路431包括单根燃料供给岐管409，此岐管以燃料供给关系与所有的燃料喷嘴阀415和416相连，此燃料喷嘴阀是用于控制第一组406和第二组408燃料喷射器10的第一燃料喷射点413和第二燃料喷射点414。第一组406燃料喷射器10与第二组408燃料喷射器10相互交叉，以便于周向邻接的燃料喷射器10由第一组406和第二组408燃料喷射器10中的不同的燃料喷射器10形成。
第一燃料喷嘴阀415和第二燃料喷嘴阀416分别在不同的第一打开压力419和第二打开压力420运行打开，其中不同的张开压力正如由图3中所示的在双重二级系统中的不同的箭头长度表示。用于第一组406和第二组408燃料喷射器10的第一喷嘴阀415和第二喷嘴阀416的打开压力可以相同或者不同。可替换的，就第一和第二组406和408而言，可以将其打开和关闭时间设置成相同或者不同。
在第一组406燃料喷射器10中，用于第一组406燃料喷射器10的第一燃料喷嘴阀415和第二燃料喷嘴阀416以燃料供给关系分别与第一燃料喷射点413和第二燃料喷射点414可控地相连。第一组406燃料喷射器10的第一燃料喷嘴阀415和第二燃料喷嘴阀416与用于第一组406燃料喷射器10的第一信号管路464中的第一燃料信号岐管456可控地相连。第二组408燃料喷射器10的第一燃料喷射阀415和第二燃料喷射阀416以燃料供给关系分别与燃料喷射器10的第二组408中的第一燃料喷射点413和第二燃料喷射点414可控地相连。用于第二组408燃料喷射器10的第一燃料喷射阀415和第二燃料喷射阀416与第二组408燃料喷射器10的第二信号管路478中的第二燃料信号岐管458可控地相连。燃料泵441以燃料供给关系与燃料计量阀437相连，此燃料计量阀437以燃料供给关系与燃料供给岐管409相连。此实施例中的燃料计量阀437设置在燃料控制器421中，并且由燃料控制器421控制。此燃料控制器421也包含并控制着泵旁通管路439中的阀旁通阀445，此泵旁通管路439是从泵出口443通向泵旁通管路入口440以及燃料泵441。第一信号燃料返回线路347和第二信号燃料返回线路348分别从第一燃料信号岐管456和第二燃料信号岐管458通向燃料泵441的燃料信号返回入口442和燃料泵441上。第一返回线路孔349和第二返回线路孔350分别设置在第一信号燃料返回线路347和第二信号燃料返回线路348中。
在图3和图4所示的系统8还包括第一压差测量装置468，此装置用来检测第一信号线路464中的第一信号压力472与燃料供给管路431中的燃料供给压力427之间的第一压差DCPFN1。第二压差测量装置470用来检测第二信号线路478中的第二信号压力474与燃料供给管路431中的燃料供给压力427之间的第二压差DCPFN2。与第一压差测量装置468和第二压差测量装置470成反馈信号关系的燃料喷嘴控制器423分别控制着第一压力调节器492和第二压力调节器494，并且这些压力调节器和燃料喷嘴控制器423可控地结合。燃料喷嘴控制器423通过控制第一压力调节器492和第二压力调节器494来控制和调整通过第一信号线路464和第二信号线路478的压力，因此控制送入燃料喷嘴阀的压力，从而使之打开和关闭。当信号管路433中的压力等于或者超过第一打开压力419时，第一燃料喷嘴阀415打开并且保持打开状态。当信号管路433中的压力等于或者超过第二打开压力420时，第二燃料喷嘴阀416打开并且保持打开状态。图4所示的系统8包括第三级燃料喷射管路460，此喷射管路在燃料喷射器10中具有第三燃料喷射点462。具有第三打开压力482的第三燃料喷嘴阀480位于第三级燃料喷射管路460中。系统可具有超过三级燃料喷射管路460以及在燃料喷射器10中具有超过三级燃料喷射点462。
图5所示的是燃烧器15的一个示范性实施例，此燃烧器包括一个分别定义在环形的、径向外部衬套20和径向内部衬套22之间的燃烧区域18。外部衬套20和内部衬套22位于一环形燃烧器壳体26的径向内部，此燃烧器壳体围绕着外部衬套20和内部衬套22周向地延伸。燃烧器15还包括设置在外部衬套20和内部衬套22上游的环形盖34。此盖34定义了燃烧区域18的上游端36，并且若干混合器装置40(图中只示出了一个)围绕着盖34沿圆周方向设置。每个混合器装置40分别支持着一个燃料喷射器10的引燃喷嘴58和主喷嘴59。混合器装置40与引燃喷嘴和主喷嘴一起输送燃料和空气的混合物到燃烧区域18中。每个混合器装置40具有喷嘴轴线52，引燃喷嘴58和主喷嘴59绕此轴线位于其周围。
如图5所示的示范性燃料喷射器10，其具有三个燃料阀座19，此阀座设计成用于容纳第一燃料喷嘴阀415，第二燃料喷嘴阀416和第三燃料喷嘴阀480，此三个燃料喷嘴阀位于燃料喷射器10的阀套43内。第一，第二和第三级燃料喷射管路411，412，460更特殊地是可分别作为图5，图6和图7中所示出的用于引燃喷嘴58的引燃燃料管路288以及用于燃料喷射器10的主喷嘴59的第一和第二燃料管路280和282。第一，第二和第三燃料喷嘴阀415，416和480(在图5-7中未示出)可控地从单个燃料供给岐管409分别供给燃料到引燃燃料管路288、主喷嘴第一燃料管路280和主喷嘴第二燃料管路282中。第一级燃料喷射管路411的第一燃料喷射点413为在燃料喷射器10中的引燃喷嘴58的燃料喷射器顶端57内的顶部喷孔55。第二和第三燃料喷射点414和462为在燃料喷射器10的主喷嘴59中的主喷嘴第一和第二燃料管路280和282中的喷孔106。
图13-16表示的是两阀三级燃气轮机燃料供给系统8的示意图。第一和第二燃料喷嘴阀415和416用于分别可控地供给燃料到引燃喷嘴58的燃料喷射器顶端57内的顶部喷孔55中以及燃料喷射器10的主喷嘴59中的喷孔106中。第二燃料喷嘴阀416包括主燃料入口502和辅助引燃入口500，其中主燃料入口以燃料供给关系与主燃料出口506相连，辅助引燃入口以燃料供给关系与辅助引燃出口504相连。第二线圈508滑动的设置在第二燃料喷嘴阀416中，并且包括围绕着第二线圈508的上部外围通道509和下部外围通道511。
单根燃料供给岐管409以燃料供给关系与主燃料入口502和辅助引燃入口500相连。主燃料入口502以燃料供给关系通过围绕着第二线圈508的下部外围通道511与主燃料出口506相连。辅助燃料入口500以燃料供给关系通过围绕着第二线圈508的上部外围通道509与辅助燃料出口504相连。辅助引燃入口500在第二阀416上提供了引燃减少的功能(pilot cutback)，从而减少了到第一阀的燃料流量以及随后到引燃喷嘴58的燃料流量。第二线圈508被第二弹簧507偏压，并且在信号管路433中的信号压力417与燃料供给管路431中的燃料供给压力427之间的压差DCPFN的作用下产生移动。
具有第三外围通道515的第一线圈514可滑动地设置在第一燃料喷嘴阀415的内部。第一燃料喷嘴阀415包括引燃燃料入口510，此引燃燃料入口以燃料供给关系通过第三外围通道515与引燃燃料出口512相连。单根燃料供给岐管409和第二阀416的辅助引燃出口504以燃料供给关系与引燃燃料入口510相连。第一线圈514被第一弹簧517偏压并且在信号管路433中的信号压力417与燃料供给管路431中的燃料供给压力427之间的压差DCPFN的作用下产生移动。第一和第二弹簧517和507具有不同的阻力，因此能提供不同的打开压力给第一和第二燃料喷嘴阀415和416。
图13表示的是第一和第二燃料喷嘴阀415和416都处于关闭位置，这是由于信号管路433中的信号压力417与燃料供给管路431中的燃料供给压力427之间的压差DCPFN为0。在位于第一燃料喷嘴阀415和燃料信号歧管16之间的信号线路433中的回流孔(cutback orifice)524能防止信号线路433和燃料信号歧管16中的冲击或者不希望的高压振动。第二燃料喷嘴阀416中的第二线圈508阻止燃料流经主燃料入口502和流到主喷嘴59上。在第一燃料喷嘴阀415中的第一线圈514阻止燃料流经引燃燃料入口510和流到引燃喷嘴58上。
图14表示第一和第二燃料喷嘴阀415和416，其设置为无主燃料喷嘴燃料流入主喷嘴59和相对高的或者充足的引燃燃料流动到引燃喷嘴58中。第二线圈508位于第二燃料喷嘴阀416中从而能阻止燃料流经主燃料入口502和流到主喷嘴59上。第二线圈508的这个位置允许燃料通过辅助引燃入口500和围绕着第二线圈508的外围通道509，再流入辅助引燃出口504和辅助喷嘴58中。在第一燃料喷嘴阀415中的第一线圈514设置为能允许燃料通过回流孔524直接从单根燃料信号管16中以及通过辅助燃料入口510从辅助引燃出口504流入到引燃喷嘴58中。这种运行模式或者阶段使充足的燃料流经引燃喷嘴58并且无燃料流经主喷嘴59。
图15表示第一和第二燃料喷嘴阀415和416，其设置为充足的主喷嘴燃料流入主喷嘴59中和相对高的引燃燃料流到引燃喷嘴58中。第二线圈508位于第二燃料喷嘴阀416中，从而能允许燃料流经主燃料入口502再流入主喷嘴59中，并且通过辅助引燃入口500，再通过围绕着第二线圈508的外围通道509流入到辅助引燃出口504和引燃喷嘴58中。第一燃料喷嘴阀415中的第一线圈514设置为能允许燃料通过回流孔524直接从单根燃料信号管16中以及通过辅助引燃燃料入口510从辅助引燃燃料出口504流入到引燃喷嘴58中。这种运行模式或者阶段使充足的燃料流经引燃喷嘴58，并且充足的燃料也流经主喷嘴59。
图16表示第一和第二燃料喷嘴阀415和416，其设置为充足的主喷嘴燃料流入主喷嘴59中和相对低或者部分的引燃燃料流入引燃喷嘴58。这种模式也称为引燃减少模式。第二线圈511设置在第二燃料喷嘴阀416中从而允许燃料通过主燃料入口502并流入主喷嘴59中。第二燃料喷嘴阀416中的第二线圈511的位置也能阻止燃料通过辅助引燃入口500流到辅助引燃出口504中并最终流到引燃喷嘴58。第一燃料喷嘴阀415中的第一线圈515的位置能允许燃料通过回流孔524直接从单根燃料信号管16中以及通过辅助燃料入口510流到引燃喷嘴58。因此，引燃喷嘴58不能达到系统8所能得到的可能最充足的燃料流量。
如图5和图6所示的燃料喷射器10的示范性实施例，其具有燃料喷嘴组件12(可能采用超过一个的径向隔开的喷嘴组件)，此燃料喷嘴组件包括引燃喷嘴58和主喷嘴59，它们能分别将燃料导入到燃气轮机燃烧室的燃烧区域中。燃烧喷射器10包括一个喷嘴支座或者法兰30，喷嘴支座或法兰适用于固定和密封到燃烧器壳体26。空心杆32与法兰30成一整体或者固定到法兰上(例如通过钎焊或者焊接)，并且支撑着燃料喷嘴装置12和混合器装置40。
如图6和图8所示，空心杆32具有入口组件41，此入口组件设置在室39的开口上端的上部或者内部，并且与法兰成一整体或者以诸如钎焊的方式固定到法兰30上。入口组件41是阀套43的一部分，并且空心杆32垂挂在阀套上。阀套43包括单个燃料信号连接器484，此连接器用于连接单个燃料供应管路409与第一，第二和第三燃料喷嘴阀415，416和480。如图2和图11所示，阀套43还包括单个燃料供应连接器486，此连接器用于连接单根燃料信号歧管16与第一，第二，第三燃料喷嘴阀415，416和480。
入口组件41可操作地接收用于燃烧的燃料，并且分别从燃料供应岐管409和燃料信号岐管16中接收压力信号以打开喷嘴阀。第一，第二和第三燃料喷嘴阀415，416和480控制通过主喷嘴第一和第二燃料管路280和282中的燃料流量，从而供给燃料到通向喷孔106的主喷嘴燃料管路102。如图6和图7所示，第二级燃料喷射管路412的第二燃料喷射点414为燃料喷射器10的引燃喷嘴58的喷射器顶端57中的顶部喷孔55。
喷嘴组件12分别包括引燃喷嘴58和主喷嘴59。通常来说，在正常和极限功率情况下采用引燃喷嘴58和主喷嘴59，而在起始阶段和部分功率阶段仅使用引燃喷嘴。具有至少一个加长的供给带62的柔性燃料喷射器管路60用来从入口装置41提供燃料到喷嘴装置12中。供给带62是柔性的供给带，并且由一种暴露于燃烧室中燃烧器温度中也不会产生不利影响的材料形成。
如图9和图10所示，供给带62具有一对结合在一起的并且纵向延伸的第一和第二平板76和78。第一和第二平板76和78中的每一个具有一排80横向隔开并且纵向延伸的平行槽84。平板结合在一起使得每个平板中相对的槽84对齐，从而能形成从一供给带62入口端66到出口端69并通过供给带62的内部燃料流通通道90。如图6和图7还示出了，引燃喷嘴延伸部分54从主喷嘴59向后延伸，并且通过引燃供给管56与引燃喷嘴58的燃料喷射器顶端57流体地相连。燃料喷射器顶端57具有顶端喷孔55，此喷孔为引燃燃料管路288的燃料喷射点。引燃燃料管路288，主喷嘴第一燃料管路280和主喷嘴第二燃料管路282由通过供给带62的内部燃料流通通道90形成。如图6和图7所示，供给带62供给燃料到主喷嘴59和引燃喷嘴58中。
如图6所示，供给带62具有一个大体上笔直的并且径向延伸的中间部分64，此中间部分在入口端66和出口端69之间。燃料喷射器管路60的笔直的集管104横向延伸(以轴向向后的方向)，并且远离中间部分64的出口端69并通向一环形的主喷嘴59，该主喷嘴被固定，从而防止了其发生移位。入口端66固定在阀套43的内部。顶盖104通常与喷嘴轴线52平行并且通向主喷嘴59。如图9所示，供给带62为拉伸的并基本上为平面形状，并且具有充分平行的第一和第二侧面70和71以及矩形横截面形状74。
如图6和图12所示，在供给带62的入口端66处的入口63分别与第一和第二燃料入口46和47流体流动地相通或者流体地相连，在入口组件41中直接导入燃料到主喷嘴管路102和引燃燃料管路288中。入口通过供给带62中的多个内部燃料流通通道90供给燃料到喷嘴装置12中的引燃喷嘴58和主喷嘴59中，同时也提供了冷却管路以用于喷嘴组件中的热控制。如图11和图12所示，喷嘴装置12的顶盖104从供给带62中接收燃料并且传输燃料到主喷嘴59中，并在结合处，通过主喷嘴燃料管路102输送燃料到引燃喷嘴58中。
如图5、6和12所示，供给带62、主喷嘴59和位于其间的集管104整体地由纵向延伸的第一和第二平板76和78制成。主喷嘴59和集管104可以被认为是供给带62的元件。主喷嘴燃料管路102的燃料流道90延伸穿过供给带62、集管104和主喷嘴59。主喷嘴燃料管路102的燃料通道90通到喷孔106中并且通过引燃喷嘴的延伸部分54将燃料供给到引燃喷嘴58中，其中引燃喷嘴延伸部分在运行中流体地连接到引燃供给管路56上，如图9和10所示。主喷嘴燃料供给管路102的燃料流道90中的平行凹槽84被蚀刻于第一和第二平板76和78相邻表面210内。
如图9-12所示，在主喷嘴59中，主喷嘴的第一和第二燃料管路280和282中的每一个都分别包括顺时针和逆时针环延伸的环形支管(legs)284和286。喷孔106穿过第一和第二平板76和78的一个或者两个并从环形支管284和286延伸。喷孔106通过主喷嘴59的第一平板76径向向外延伸，主喷嘴在第一和第二平板76和78其中一个的径向外部。顺时针和逆时针环延伸的环形支管284和286分别具有平行的第一波纹件(wave)290和第二波纹件292。喷孔106交替地位于第一和第二波纹件290和292中的一个上，以便于沿着圆300大致环形地排列。第一和第二燃料喷嘴阀415和416控制着在主喷嘴59中的主喷嘴的第一和第二燃料管路280和282中的顺时针和逆时针环延伸的环形支管284和286的燃料供给。因此，当位于第一和第二波纹件290和292中另一个内的喷孔106喷射燃料时，可以关闭位于第一和第二波纹件290和292中一个内的喷孔106，从而使位于另一个波纹件内的圆300周围的喷孔106或者是位于两个波纹件内的喷孔106交替地供给用于燃烧的燃料。主喷嘴燃料管路102也包括环形的引燃燃料管路288，此管路供给燃料给引燃喷嘴延伸部分54。环形引燃燃料管路288分别包括在主喷嘴59中的顺时针和逆时针环延伸的环形引燃支管294和296。美国专利No.6,321,541中提供了位于粘合板之间的喷嘴装置和燃料管路的信息。
如图11和12所示，沿着供给带62的长度向下延伸的内部燃料流通通道90用于供给燃料到主喷嘴燃料管路102中。进入供给带62以及顶盖104中的每个内部燃料流通通道90并流入到引燃喷嘴58和主喷嘴59内的燃料由第一，第二和第三燃料喷嘴阀415，416和480控制。喷嘴装置12的顶盖104从供给带62中接收燃料，并且传送燃料到主喷嘴59中。主喷嘴59为环形的并且具有圆筒形状或结构。
如图9和图10所示，在平板76和78中的喷射装置的流动通道，开口和各种组件可由任意合适的方式形成，例如蚀刻法，更具体的，化学侵蚀法。这种平板的化学侵蚀法对于本领域技术人员来说是公知的，并且例如在美国专利No.5,435,884中也进行了描述。平板的蚀刻法可形成非常精细、轮廓分明并且复杂的开口和通道，这样就能允许在保持这些部件的较小的横截面的同时，在供给带62和主喷嘴59中提供多条燃料管路。平板76和78以面对面接触的方式并采用诸如钎焊或者扩散粘结的结合过程结合在一起。这些结合过程对于本领域技术人员来说是公知的，并且在不同的平板之间提供了一非常安全的连接。扩散粘结是特别有效的，因为它在相邻的层之间导致了边界交迭(原子交换)。
如图5和图7所示，每个混合器组件40包括一引燃混合器142，主混合器144，和一个在引燃混合器和主混合器两者之间延伸的中心体143。中心体143定义了腔150，此腔与引燃混合器142流动地相连并位于其下游。引燃喷嘴58由在腔150内部的中心体143支撑。引燃喷嘴58设计用来将燃料液滴从下游喷射到腔150中。主混合器144包括位于主径向涡旋式喷嘴182上游的主轴向涡旋式喷嘴180，此主径向涡旋式喷嘴182位于自喷孔106的上游位置。引燃混合器142包括一对同心设置的引燃涡旋式喷嘴160。引燃涡旋式喷嘴160图示为轴向涡旋式喷嘴并且包括内部引燃涡旋式喷嘴162和一外部引燃涡旋式喷嘴164。内部引燃涡旋式喷嘴162是环形的并且周向地设置在引燃喷嘴58的周围。每一内部引燃涡旋式喷嘴162和外部引燃涡旋式喷嘴164分别包括许多的内部引燃涡旋式喷嘴叶片166和外部引燃涡旋式喷嘴叶片168，这些叶片设置在引燃喷嘴58的上游位置。
更特殊地是如图7所示，环形引燃分流器170径向设置在内部和外部引燃涡旋式喷嘴162和164之间，并且自内部和外部引燃涡旋式喷嘴162和164向下游延伸。引燃分流器170设计用来使流经内部引燃涡旋式喷嘴162的引燃混合空气流154与流经外部引燃涡旋式喷嘴164的气流相分离。分流器170具有缩放形内部表面174，此内部表面在发动机低功率时提供了燃料膜表面。分流器170也减少了流经引燃混合器142的引燃混合器气流154的轴向速度，从而能允许热燃气的再循环。内部引燃涡旋式喷嘴叶片166设置为使空气流动在其间产生旋涡，并与流经外部引燃涡旋式喷嘴叶片168的气流方向一致，或者以第一圆周方向流动，此方向与外部引燃涡旋式喷嘴叶片168使空气在其间流动产生旋涡的第二圆周方向相反。
更特殊地是如图5所示，主混合器144包括环形的主喷嘴外壳190，此主喷嘴外壳定义了环形空腔192。主混合器144为径向入流的混合器，它相对于引燃混合器142同心的对齐，并且在引燃混合器142周围沿圆周方向延伸。主混合器144沿着喷嘴外壳190产生涡旋的主混合器气流156。环形主喷嘴59沿着圆周方向设置在引燃混合器142和主混合器144之间。更特殊地是，主喷嘴59在引燃混合器142周围沿周向方向延伸，并且径向的位于中心体143的外部以及喷嘴外壳190的环形腔192的内部。
更特殊地是如图7所示，喷嘴外壳190包括喷射井孔220，通过此喷射井孔燃料从主喷嘴59的喷孔106喷射到主混合器气流156中。环形径向的内部和外部挡热板194和196径向的设置在喷嘴外壳190的主喷嘴59和外部环形喷嘴壁172之间。内部和外部挡热板194和196分别包括径向内壁202和外壁204，并且在其间有360度的环形间隙200。内部和外部挡热板194和196的每个都包括若干与喷孔106和喷射井孔220对齐的开口206。内部和外部挡热板194和196以例如焊接或者钎焊的合适的方式固定到空心杆32上。
主喷嘴59和喷孔106通过在内部和外部挡热板194和196中的开口206径向相外地喷射燃料到腔192中。环形伸缩结合式密封208设置在与每个喷孔106对齐的内部挡热板194中的每组开口206中，从而能防止通过环形间隙200的横流。环形伸缩接合式密封208(slip joint seal)可以通过钎焊或者其它的方法固定到内部挡热板194的内壁202上。
参见2002年6月4日申请的、标题为“燃料喷射器的层压式燃料带”的美国专利申请No.10/161,911；2003年4月24日申请的、标题为“具有非对称旋流器的压差诱导清洗燃料喷射器”的美国专利申请10/422,265。以及2003年1月31日申请的、标题为“被冷却的清洗燃料喷射器”的美国专利申请No.10/356,009，些申请作为位于粘接平板之间的喷嘴装置和燃料管路的背景信息。
这里所描述的是本发明的优选和示范性实施例，从本发明的教导得出的其它修改对于本领域技术人员的是显而易见的，因此，在所附的权利要求中要求保护的所有的这些修改都落在本发明的真实精神和范围之内。因此，美国专利所要保护的内容在下面的权利要求内所定义和区分的本发明。
权利要求
1.燃料喷射器(10)，其包括阀套(43)，垂挂于所述阀套(43)上的中空杆(32)，至少一个由所述杆支撑的燃料喷嘴组件(12)，在燃料喷射器(10)中的至少第一和第二级燃料喷射管路(411和412)，所述第一和第二级燃料喷射管路(411和412)的每一个都具有第一和第二燃料喷射点(413和414)，分别与所述第一和第二级燃料喷射管路(411和412)可控地相连的至少第一和第二燃料喷嘴阀(415和416)，所述第一和第二燃料喷嘴阀(415和416)可分别在不同的第一和第二打开压力(419和420)下操作打开，所述阀套(43)包括单个的燃料供给连接器(484)和单个的燃料信号连接器(486)，所述燃料供给连接器(484)以燃料供给关系与所述第一和第二燃料喷嘴阀(415和416)相连，所述燃料信号连接器(486)以压力供给关系与所述第一和第二燃料喷嘴阀(415和416)相连。
2.如权利要求1所述的燃料喷射器(10)还包括所述第一级燃料喷射器管路(411)的第一燃料喷射点(413)是在所述燃料喷射器(10)的引燃喷嘴(58)的燃料喷射器顶部(57)上的顶端喷孔(55)，所述第二级燃料喷射管路(412)的第二燃料喷射点(414)位于每个燃料喷射器(10)的主喷嘴(59)中。
3.如权利要求2所述的燃料喷射器(10)，其中所述主喷嘴(50)为环形并且具有位于第二级燃料喷射管路(412)处的径向延伸的喷孔(106)。
4.如权利要求3所述的燃料喷射器(10)还包括延伸穿过所述环形主喷嘴(59)的第一和第二级燃料喷射管路(411和412)的内部燃料流通通道(90)，周向地从穿过所述主喷嘴(59)的所述内部燃料流通通道(90)中的至少第一个处延伸的顺时针和逆时针延伸的环状支脚(284和286)，以及所述第一级燃料喷射管路(411)的第一喷射点(413)位于从环形支脚延伸穿过至少一个平板(76和78)的喷孔(106)处。
5.如权利要求4所述的燃料喷射器(10)，其中所述环形支管(284和286)具有平行的第一和第二波纹(290和292)，并且所述喷孔(106)交替地位于第一和第二波纹件(290和292)中的一个上，以便基本上沿着圆(300)排齐。
6.如权利要求2所述的燃料喷射器(10)还包括所述第一和第二级燃料喷射管路(411和412)至少部分地延伸穿过燃料喷射器管路(60)，所述燃料喷射管路(60)在阀套(43)之间延伸穿过所述杆(32)到所述喷嘴组件(12)，所述燃料喷射管路(60)还包括至少一个供给带(62)，此供给带具有至少一对结合在一起的纵长延伸平板(76和78)，每个平板具有横向间隔开并且在长度方向上延伸的平行凹槽(84)，以及所述平板结合在一起使得在每个平板中相对的槽(84)相对齐，从而形成从入口端(66)到出口端(69)通过所述供给带(62)长度的所述第一和第二级燃料喷射管路(411和412)的内部燃料流通通道(90)。
7.如权利要求6所述的燃料喷射器(10)还包括所述内部燃料流通通道(90)延伸穿过所述供给带(62)和所述环形主喷嘴(59)，周向地从穿过所述主喷嘴(59)的所述内部燃料通道(90)中的至少第一个处延伸的顺时针和逆时针环形延伸支管(284和286)，和所述第一级燃料喷射管路(411)的第一喷射点(413)位于从所述环形支管延伸穿过平板(76和78)中的至少一个的喷孔(106)处。
8.燃料喷射器(10)，其包括阀套(43)，垂挂于所述阀套(43)的中空杆(32)，至少一个由所述杆支撑的燃料喷嘴组件(12)，在燃料喷射器(10)中的第一、第二、第三级燃料喷射管路(411、412和460)，所述第一、第二、第三级燃料喷射管路(411、412和460)至少部分延伸穿过燃油喷射器管路(60)，所述燃料喷射管路(60)在所述阀套(43)之间延伸穿过所述杆(32)到所述喷嘴组件(12)，所述第一、第二、第三级燃料喷射管路(411、412和460)的每个具有第一、第二、第三燃料喷射点(413、414和462)，第一、第二和第三燃料喷嘴阀(415、416和480)分别与第一、第二和第三级燃料喷射管路(411、412和460)可控地相连，所述第一、第二和第三燃料喷嘴阀(415、416和480)可分别在不同的第一、第二和第三打开压力(419、420和482)下操作打开，所述阀套(43)包括单个燃料供给连接器(484)和单个燃料信号连接器(486)，所述燃料供给连接器(484)以燃料供给关系与所述第一和第二燃料喷嘴阀(415和416)相连，所述燃料信号连接器(486)以压力供给关系与第一和第二燃料喷嘴阀(415和416)相连，所述燃料喷射管路(60)包括单个供给带(62)，此供给带具有一件结合在一起的纵长延伸的平板(76和78)单板，每个平板具有横向隔开并且在长度方向延伸的平行槽(84)，平板结合在一起使得在每个平板中相对的槽(84)相对齐，形成从入口端(66)到出口端(69)通过供给带长度的第一、第二和第三级燃料喷射管路(411，412和460)的内部燃料流通通道(90)。
9.如权利要求8所述的燃料喷射器(10)还包括第一级燃料喷射管路(411)，它为位于环形主喷嘴(59)中的引燃燃料管路(288)，第二级燃料喷射管路(412)，它为位于环形主喷嘴(59)中的主喷嘴第一燃料管路(280)，第三级燃料喷射管路(460)，它为位于环形主喷嘴(59)中的主喷嘴第二燃料管路(282)。
10.如权利要求9所述的燃料喷射器(10)还包括第一级燃料喷射管路(411)的第一燃料喷射点(413)为位于燃料喷射器(10)的引燃喷嘴(58)的燃料喷射器顶部(57)内的顶端喷孔(55)，第二和第三燃料喷射点(414和462)分别为位于燃料喷射器(10)的主喷嘴(59)内的主喷嘴第一和第二燃料管路(280和282)中的喷孔(106)。
全文摘要
多级燃气轮机燃料供给燃料系统的燃料喷射器(10)至少包括具有第一和第二燃料喷射点(413和414)的第一和第二级燃料喷射管路(411和412)，至少第一和第二燃料喷嘴阀(415和416)分别在不同的第一和第二打开压力(419和420)的条件下运行打开，这些燃料喷嘴阀与第一和第二级燃料喷射管路(411和412)分别可控地相连。单根燃料供给岐管(409)与所有的燃料喷嘴阀(415和416)相连。单个燃料信号岐管(16)与所有的第一和第二燃料喷嘴阀(415和416)可控地相连。燃料喷射器(10)包括容纳有燃料喷嘴阀(415和416)的阀套(43)。
文档编号F02C7/22GK1676902SQ200510054199
公开日2005年10月5日 申请日期2005年1月15日 优先权日2004年3月15日
发明者W·J·小迈尔斯, T·V·吴, A·A·曼斯尼, J·N·库珀 申请人:通用电气公司