[發明專利]高強度跨接歧管和連結方法

無效

• 申請號: 201010521836.8
• 申請日: 2010-10-14
• 公開（公告）號: CN102042594A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: L·J·斯托亞
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D14/48
• 分類號: F23D14/48
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本文公開的主題涉及用于燃氣輪機的次級燃料噴嘴，并且更具體而言涉及用于在燃氣輪機燃料噴嘴中使用的高強度跨接歧管(crossover?manifold)和連結方法。

背景技術

燃氣輪機燃燒器是用于混合燃料和空氣并且燃燒所產生的混合物的裝置。燃氣輪機壓縮機對進入空氣加壓，然后通常使進入空氣轉向或反向流動到燃燒器，在燃燒器中，進入空氣用來冷卻燃燒器，而且還用來對燃燒過程提供空氣。多個燃燒室組件可用來實現可靠且高效的渦輪操作。各個燃燒室組件通常包括圓柱形燃燒器襯套、燃料噴射系統，以及將熱氣流從燃燒器襯套引到渦輪區段的入口的過渡件。燃氣輪機可包括一個燃燒器或繞著渦輪轉子軸線以圓形陣列布置的若干個燃燒器。

燃氣輪機通常包括對上游燃燒區提供燃料的多個初級燃料噴嘴。初級燃料噴嘴通常圍繞中心次級燃料噴嘴布置成環形陣列。可通過使用與聯焰管(crossfire?tube)結合的火花塞來在各種燃燒器中實現點火。次級燃料噴嘴通常對下游燃燒區提供燃料輸送。

次級燃料噴嘴通常具有三個燃料引入部位，包括多個次級噴嘴支柱(peg)、次級噴嘴引導頂部(pilot?tip)及第三頂部。次級噴嘴引導頂部和第三頂部通常共同位于次級燃料噴嘴的軸向下游端部處，而多個次級噴嘴支柱位于朝向次級燃料噴嘴的軸向下游端部的距離的一部分處。各個次級噴嘴支柱對燃燒器的預混合反應區提供燃料，而次級噴嘴引導頂部/第三頂部對下游燃燒室提供燃料，燃料在該下游燃燒室中燃燒(擴散燃燒)。次級噴嘴是這樣的燃料系統燃料輸送裝置，即，其可具有分開的且單獨地受控制的燃料回路，該燃料回路允許能夠單獨地改變輸送到三個燃料引入部位的燃料流率。例如，通過次級噴嘴引導頂部/第三頂部的燃料流率可獨立于通過次級噴嘴支柱的燃料流率而變化，反之亦然。另外，次級噴嘴支柱、次級噴嘴引導頂部及第三頂部各自通常具有其本身的獨立的燃料管道回路，其中，各個回路具有獨立且專有的燃料源。

在次級噴嘴支柱的部位處，次級燃料噴嘴通常包括跨接歧管。歧管允許燃料徑向向外運送到支柱，并且跨過最外部的第三燃料回路，該第三燃料回路軸向上供給第三頂部。因此，跨接歧管跨過外部第三或“傳遞”通道將燃料供給到支柱。子引導燃料通道位于供給支柱的次級燃料通道的徑向內側。因而，跨接歧管通常不跨越子引導通道。

普遍存在繞著次級燃料噴嘴的中心線隔開的多個燃料回路或通道。這些燃料回路或通道一般由例如不銹鋼制成的同心管限定或約束。跨接歧管產生一陣列環形槽口，該環形槽口允許外部第三回路將燃料或空氣從次級噴嘴支柱處的跨接歧管的部位的上游傳送到下游。

已知的是通過使用將支柱管部分連接到燃料回路管上的焊接或其它連結過程(例如通過電子束焊接、鎢極惰性氣體(TIG)保護焊或銅焊)來將跨接歧管附連到適當的燃料回路管上(而且因此附連到適當的燃料回路上)。具體而言，已知的是使用間斷的承插/對接焊縫來將若干個最外部的管連結或附連到跨接歧管上。對接焊縫通常是這樣的焊縫：其中，兩個部件或構件(例如，燃料回路管的端面和跨接歧管的對應的匹配部分的端面)連結在一起，以便產生完全穿透焊縫。承插焊縫通常是這樣的焊縫：其中，一個部件或構件在另一個部件或構件上滑動，然后連結在一起(例如，支柱管部分和對應的燃料回路管的另一部分)。普遍認為承插焊縫是強度通常低于對接焊縫的部分穿透焊縫。

已知的跨接歧管間斷結合式承插和對接焊縫可引起耐用性或產品壽命的問題。這是由于在次級燃料噴嘴的這個區域(即，跨接歧管在該區域中連結燃料回路管)中的通常的操作熱量可促使焊縫在焊縫的內側上受到相對高的應力，這可能會導致低循環疲勞破裂。這主要是由于在相對尖銳的拐角處的相對來說最大的或峰值應變或應力(這是這種類型的部分穿透或中斷式結合承插和對接焊縫中固有的)引起的。在次級燃料噴嘴的這個部位中的流體(空氣和燃料)具有不同的溫度，而且因此可在此部位中產生熱梯度和隨后的熱應變或應力。

發明內容

根據本發明的一方面，一種次級燃料噴嘴包括在次級燃料噴嘴內向下游軸向延伸的多個管，管限定通道，通道可操作成允許流體流流過各個通道，通道包括最外部的第三通道和徑向內部次級燃料通道。次級燃料噴嘴還包括從軸向延伸的管徑向向外延伸的燃料支柱，燃料支柱可操作成從其中徑向向外射出流體。次級燃料噴嘴還包括附連到燃料支柱上且與徑向內部次級燃料通道和燃料支柱流體連通的跨接歧管，其中，跨接歧管通過對接焊縫附連到對應的、限定第三通道和徑向內部次級通道的管上。