具有计量腔的燃气轮机燃料喷射器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器，具体而言，涉及具有计量腔的燃气轮机燃料喷射器。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机(GTE)通过从由燃料在压缩空气流中燃烧所产生的热气流中提取能量而产生动力。在GTE中，压缩空气和燃料的混合物在涡轮发动机的燃烧室中燃烧。产生的热气使轮机的叶片旋转以产生机械动力。在典型的GTE中，燃料喷射器将液体或气体烃类燃料引入燃烧室。燃料在燃烧室中的燃烧可以产生超过2000° F(1093.3°C)的温度。燃料喷射器附近的高温可以在GTE的液体燃料管道中导致焦化和积炭。随着时间推移，焦化可以导致不利于GTE操作的限流。在一些燃料喷射器中，隔热燃烧室或保护罩可以设置于易受焦化的液体燃料管道的周围。
[0003]转让给本申请的受让人的于2012年5月22日提交的标题为“具有净化隔热气腔的燃料喷射器”的美国专利申请N0.13/477，819描述了一种在液体燃料通道周围具有隔热气腔的燃料喷射器。在’819申请的燃料喷射器中设有净化孔，以用于保持气腔内的正压并且因此减少气腔内燃料-空气混合物的积累。
【发明内容】
[0004]在一个方面，公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器。该燃料喷射器可以包括用于使燃料-空气混合物纵向延伸通过燃料喷射器的流道，以及围绕所述流道周向延伸的燃料通道。燃料通道可以适于注射液体燃料到所述流道。燃料喷射器还可以包括环形壳体，其围绕燃料通道周向设置以在通道周围限定隔热室。燃料喷射器还可以包括围绕燃料喷射器延伸的用以限定计量腔的环状盖。燃料喷射器可以进一步包括将计量室流体地耦接到隔热室的一个或多个净化孔，以及将计量室流体地耦接到燃料喷射器外部的腔的一个或多个计量孔。
[0005]在另一个方面，公开了一种用于操作包括燃料喷射器的燃气涡轮发动机的方法。所述燃料喷射器可以包括在燃料喷射器周围周向地延伸穿过隔热室的液体燃料通道，以及与隔热室间隔开并且在燃料喷射器周围周向地延伸的计量室。隔热室和计量室可以通过一个或多个净化孔流体地耦接在一起，并且计量室可以通过一个或多个计量孔流体地耦接到燃料喷射器外部的压缩空气腔。所述方法可以包括将燃料与压缩空气混合，并且沿着燃料喷射器的燃料流道引导产生的燃料-空气混合物。所述方法还可以包括通过一个或多个计量孔以第一速度将从压缩空气腔内出来的压缩空气引导至计量室。所述方法还可以包括通过一个或多个净化孔以低于第一速度的第二速度将从计量室出来的压缩空气引导至隔热室。所述方法可以进一步包括将从隔热室出来的压缩空气排放至燃料喷射器的燃料流道。
[0006]在又一个方面，公开了一种燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机可以包括压缩机、位于压缩机下游的燃烧室以及将压缩机和燃烧室流体地耦接的燃料喷射器。燃料喷射器可以被配置为通过纵向延伸穿过燃料喷射器的流道将燃料-空气混合物引导至压缩机。燃料喷射器可以包括至少部分地包围所述流道的液体燃料通道，以及将所述液体燃料通道流体地耦接至所述流道的一个或多个轮辐。燃料喷射器还可以包括围绕燃料注射室周向延伸以在所述通道周围限定隔热室的环形壳体。燃料喷射器还可以包括围绕燃料喷射器周向延伸以限定与隔热室间隔开的计量室的环形盖。一个或多个净化孔可以流体地耦接隔热室与计量室，并且一个或多个计量孔可以将计量室流体地耦接到燃料喷射器周围的压缩空气腔。
【附图说明】
[0007]图1是公开的示例性燃气涡轮发动机系统的示意图。
[0008]图2是用于图1的燃气涡轮发动机的示例性燃料喷射器的示意图；
[0009]图3是沿着纵向平面截取的图2的燃料喷射器的横截面视图；
[0010]图4是图2的燃料喷射器的燃料通道的一部分的透视图；以及
[0011]图5是沿着纵向平面截取的燃料喷射器的另一实施例的横截面视图；
【具体实施方式】
[0012]图1显示了示例性燃气涡轮发动机(GTE) 10。除了其他系统，GTE 10可以具有压缩机系统12、燃烧室系统14、涡轮机系统16，以及沿着发动机轴98设置的排气系统18。压缩机系统12将空气压缩到高压和高温(分别为约200psi和800° F(426.7°C ))，并且将压缩空气输送至燃烧室系统14的外壳20。然后压缩空气从外壳20被导入位于其中的一个或多个燃料喷射器50。压缩空气在燃料喷射器50中与燃料混合，并且该混合物被导入燃烧室22。燃料-空气混合物点燃并在燃烧室22中燃烧生成燃烧气体。这些燃烧气体被导入涡轮机系统16。涡轮机系统16从燃烧气体中提取能量，并通过排气系统18将废气排放到大气中。如上所述，图1所示的GTE 10的配置只是示例性的，并且本发明的燃料喷射器50可以与具有任意构造和布置的GTE 10 一起使用。
[0013]图2是燃料喷射器50的实施例的示意图，燃料喷射器可耦接到GTE10的燃烧室22。燃料喷射器50沿着纵向轴线88从第一端32延伸到第二端34。第一端32与燃烧室22流体地耦接，并且第二端34设置在外壳20中。从外壳20出来的压缩空气通过第二端34上的开口(在图2不可见)进入燃料喷射器50。液体燃料也通过液体燃料管线24(和引燃燃料供应管线28)在第二端34被导入燃料喷射器50。该燃料与流过燃料喷射器50的压缩空气混合，并且生成的燃料-空气混合物通过第一端32被导入燃烧室22。燃料喷射器50的一些实施例(例如图2所示的燃料喷射器50的实施例)可以是双燃料喷射器，其被配置为选择性地向燃烧室22输送气体燃料和液体燃料。在双燃料喷射器中，被输送到燃料喷射器50的燃料可以在气体燃料和液体燃料之间进行切换以适应GTE 10的操作条件。例如，在具有丰富天然气供给的工作场地，燃料喷射器50可以在启动过程中向燃烧室22输送液体燃料，随后切换成天然气燃料以利用本地可得到的燃料供给。在双燃料喷射器中，除了输送液体燃料的燃料管线之外，燃料管线还可以向燃料喷射器输送气体燃料。例如，在图2所不的燃料喷射器50中，气体燃料管线26可以将气体燃料导入燃料喷射器50。
[0014]为了降低大气污染物(例如NOx)的排放且同时维持燃烧室22中稳定的火焰，燃料喷射器50通过位于中央的引导组件94将充足的燃料-空气混合物导入燃烧室22。引燃燃料供应管线28向引导组件94供应液体和/或气体燃料。燃料喷射器50还包括围绕引导组件94的外罩54周向设置的管状预混筒52，以在引导组件94周围限定环形管道56。贫油预混燃料-空气混合物通过该环形管道56被导入燃烧室22。液体燃料(和在双燃料喷射器的情况下的气体燃料)和压缩空气被导入引导组件94和环形管道56两者中，以分别形成引燃燃料-空气混合物和预混合的燃料-空气混合物。这些燃料-空气混合物(引燃和预混合的燃料-空气混合物)形成单独的燃料-空气流，其通过燃料喷射器50的第一端32被导入燃烧室22。
[0015]图3是图2所示燃料喷射器50沿着平面3-3的横截面示意图。引导组件94包括相互合作将引导燃料-空气的混合物传送至燃烧室22的多个部件。由于燃料喷射器和引导组件的操作都是本领域已知的，所以为了简洁起，将引导组件94的细节省略。环形管道56接近第二端34，并且包括空气旋流器58，其配置为使从外壳20进入环形管道56的压缩空气形成涡流。来自液体燃料管线24 (见图2)的燃料被引导至绕空气旋流器58环形设置的液体燃料歧管(歧管60)。歧管60包括围绕所述歧管60周向布置的包含液体燃料的液体燃料通道(燃料通道62)。多个轮辐64 (也见图5)将液体燃料从燃料通道62传送至流经空气旋流器58的压缩空气。此燃料与打旋的空气流相混合以形成通过环形管道56进入燃烧室22内的预混燃料-空气混合物。虽然图2和图3显示了耦接到空气旋流器58的轮辐64，但这不是必须的，并且在某些实施例中，轮辐64可以设置在空气旋流器58的上游或下游。在双燃料喷射器中，空气旋流器58也包括多个孔66，其配置成将气体燃料喷射进打旋的空气流。根据燃料注射器运行时所使用的燃料类型，液体燃料或气体燃料，即二者中的一种，被传送至流经空气旋流器58的压缩空气。此燃料(液体或气体)将与压缩空气混合以形成燃料-空气混合物。
[0016]图4为在燃料通道62(图3中标示)周围的燃料喷射器50的区域的透视图。从液体燃料管线24出来的液体燃料被引进入口(未示出)处的液体燃料通道62内。液体燃料通道62环绕在纵向轴线88周