[发明专利]用于在涡轮发动机中使用的燃料喷射组件及其组装方法

说明书

联邦政府研究申明

本发明是根据能源部(DOE)授予的合同号DE-FC26-05NT42643利用政府资助作出，且政府对本发明拥有一定的权利。

技术领域

本文所公开的主题大体上涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及一种用于在涡轮发动机中使用的燃料喷射组件。

背景技术

至少一些已知的涡轮发动机在联合发电设施和发电厂中使用。此类发动机可具有较高的每单位质量流的比功和比功率要求。为了提高操作效率，至少一些已知的涡轮发动机，如燃气涡轮发动机可以以升高的燃烧温度操作。大体上，在至少一些已知的燃气涡轮发动机中，发动机效率随燃烧气体温度升高而提高。

然而，以较高的温度操作已知的涡轮发动机还可增加污染排放物如氮氧化物(NO_X)的生成。为了减少此类排放物的生成，至少一些已知的涡轮发动机包括改进的燃烧系统设计。例如，许多燃烧系统可使用预混技术，预混技术包括管组件或微混合器，管组件或微混合器便于将物质如稀释剂、气体和/或空气与燃料相混合来生成燃料混合物以用于燃烧。预混技术还可允许氢掺杂。在氢掺杂过程中，在将燃料混合物导送到燃料喷嘴中之前，氢气(H₂)与燃料混合。氢掺杂已显示出降低了排放水平且有助于减小燃烧器贫燃熄火(LBO)的可能性。然而，氢掺杂的使用可受限。

在至少一些已知的燃烧系统中，燃料喷射组件的下游端和/或后板暴露于燃烧室。燃烧室中的燃料混合物的燃烧可将热应变给予燃料喷射组件的下游端和/或后板上。此外，带有氢掺杂使用的燃料喷射组件内的导管和/或管也暴露于高温。在一定时间内，继续暴露于高温和热应变可损害和/或缩短燃料喷射组件中的一个或多个构件的寿命。

发明内容

一方面，提供了一种用于在涡轮发动机中使用的燃料喷射组件。燃料喷射组件包括端罩、端罩下游的端盖组件、从端罩延伸至端盖组件的流体供应室，以及定位在端盖组件处的多个管组件。多个管组件中的每一个均包括：具有限定于其中的燃料压室和冷却流体压室的壳体，冷却流体压室在燃料压室下游且由中间壁与其分开；通过壳体延伸的多个管，多个管中的每一个均与流体供应室和管组件下游的燃烧室流连通；以及冷却流体压室下游端处的后板，后板包括限定为穿过其间的至少一个孔口，以便于将来自于冷却流体压室和多个管的流体混合且便于后板的冷却和温度保持中的至少一个。燃料喷射组件还包括至少一个燃料输送管道，其联接到多个管组件中的至少一个上以用于将燃料供应给燃料压室。

在另一方面，提供了一种用于结合涡轮发动机使用的燃烧器组件。燃烧器组件包括燃烧室和与所述燃烧室定位在一起的燃料喷射组件。燃料喷射组件包括端罩、端罩下游的端盖组件、从端罩延伸至端盖组件的流体供应室，以及定位在端盖组件处的多个管组件。多个管组件中的每一个均包括：具有限定于其中的燃料压室和冷却流体压室的壳体，冷却流体压室在燃料压室下游且由中间壁与其分开；从壳体延伸的多个管，多个管中的每一个均与流体供应室和管组件下游的燃烧室流连通；以及冷却流体压室下游端处的后板，后板包括限定为穿过其间的至少一个孔口，以便于将来自于冷却流体压室和多个管的流体混合且便于后板的冷却和温度保持中的至少一个。燃料喷射组件还包括至少一个燃料输送管道，其联接到多个管组件中的至少一个上以用于将燃料供应给燃料压室。

在又一方面，提供了一种用于组装结合涡轮发动机使用的燃料喷射组件的方法。该方法包括提供端罩和端罩下游的端盖组件、在端罩与端盖组件之间延伸的流体供应室。该方法还包括将多个管组件联接在端盖组件处，其中多个管组件中的每一个均包括具有限定于其中的燃料压室和冷却流体压室的壳体，冷却流体压室在燃料压室的下游且由中间壁与其分开；延伸穿过壳体的多个管，多个管中的每一个均与燃料供应室和管组件下游的燃烧室流连通；以及在冷却流体压室的下游端处的后板，后板包括限定为穿过其间的至少一个孔口，以便于来自于冷却流体压室和多个管的流体混合且便于后板的冷却和温度保持中的至少一个。该方法还包括将至少一个燃料输送管道联接到多个管组件中的至少一个上以将燃料输送至燃料压室。

附图说明

图1为示例性涡轮发动机的示意性截面视图。

图2为结合图1中所示的涡轮发动机使用的示例性燃料喷射组件的一部分的示意性截面视图。

图3为可结合图2中所示的燃料喷射组件使用的示例性管组件的一部分的放大示意性截面视图。

图4为可结合图2中所示的燃料喷射组件使用的备选管组件的一部分的示意性截面视图。