CN101963103A - 用于涡轮发动机中的燃料喷射的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于涡轮发动机中的燃料喷射的设备。在一个实施例中，一种系统(10)包括燃料喷射器(61，70)，该燃料喷射器(61，70)包括延伸到尖端部分(92，99)中的第一端口(128)的液体燃料通道(112)。该燃料喷射器(61，70)还包括延伸到尖端部分(92，99)中的第二端口(94)的可选的流动通道(114)。可选的流动通道(114)包围通向尖端部分(92，99)的液体燃料通道(112)，该可选的流动通道(114)构造成以便选择性地接收气体燃料(14)流和空气流，且该可选的流动通道(114)具有配置成以便冷却流过液体燃料通道(112)的液体燃料(15)以降低焦化的流动温度。

Description

用于涡轮发动机中的燃料喷射的设备

技术领域

本文所公开的主题涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及燃料喷嘴。

背景技术

燃气涡轮发动机包括接收并且燃烧压缩空气与燃料以产生热燃烧气体的一个或多个燃烧器。例如，燃气涡轮发动机可包括沿周向定位在旋转轴线周围的多个燃烧器。燃烧器可经由定位在燃烧器的基部处的燃料喷射器喷射液体燃料、气体燃料或者这两种燃料的组合。不幸的是，由于与燃烧相关联的高温，液体燃料可在离开燃料喷射器之前经历焦化。焦化是其中燃料开始裂解而形成碳颗粒的状态。这些颗粒可变得附连到液体燃料喷射器的内壁上。随着时间过去，颗粒可从壁上脱离且阻塞液体燃料喷射器的尖端，从而干扰液体燃料流动。

发明内容

下面概述在范围方面与初始要求保护的发明相称的某些实施例。这些实施例不意图限制所要求保护的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供对本发明的可能形式的简要概述。事实上，本发明可包括可类似于或不同于以下所阐述的实施例的各种各样的形式。

在第一实施例中，一种系统包括燃料喷射器，该燃料喷射器包括通向液体燃料端口的液体燃料通道和通向气体燃料端口的气体燃料通道。该系统还包括构造成以便在液体燃料流过液体燃料通道的同时将空气流供应到气体燃料通道的空气压缩机。此外，该系统包括构造成以便冷却空气流的热交换器。

在第二实施例中，一种系统包括燃料喷射器，该燃料喷射器包括延伸到尖端部分中的第一端口的液体燃料通道。该燃料喷射器还包括延伸到尖端部分中的第二端口的可选的流动通道。该可选的流动通道包围通向尖端部分的液体燃料通道，该可选的流动通道构造成以便选择性地接收气体燃料流和空气流，且该可选的流动通道具有配置成以便冷却流过液体燃料通道的液体燃料以降低焦化的流动温度。

在第三实施例中，一种系统包括燃料喷射器，该燃料喷射器包括延伸到第一端口的液体燃料通道。该燃料喷射器还包括延伸到第二端口的可选的流动通道。该可选的流动通道构造成以便选择性地在气体燃料模式期间接收气体燃料流以及在液体燃料模式期间接收空气流，且第二端口构造成以便引导空气流，以在液体燃料模式期间雾化来自第一端口的液体燃料流。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将得到更好的理解，在附图中，同样的符号在所有图中表示同样的部件，其中：

图1是具有联接到燃烧器上的燃料喷嘴的涡轮机系统的框图，其中，根据本技术的某些实施例，该燃料喷嘴构造成以便降低液体燃料喷射器内的焦化；

图2是根据本技术的某些实施例的如图1所示的涡轮机系统的剖面侧视图；

图3是根据本技术的某些实施例的具有联接到燃烧器的端盖上的燃料喷嘴的、如图1所示的燃烧器的剖面侧视图；

图4是根据本技术的某些实施例的具有一组预混合器管的、如图3所示的燃料喷嘴的透视图；

图5是根据本技术的某些实施例的如图4所示的燃料喷嘴的剖面透视图；

图6是根据本技术的某些实施例的如图4所示的燃料喷嘴的分解透视图；

图7是根据本技术的某些实施例的如图4所示的燃料喷嘴的截面侧视图；

图8是根据本技术的某些实施例的如图7所示的预混合器管的侧视图；

图9是根据本技术的某些实施例的沿着图8的线9-9得到的预混合器管的截面侧视图；

图10是根据本技术的某些实施例的沿着图8的线10-10得到的预混合器管的截面侧视图；

图11是根据本技术的某些实施例的沿着图8的线11-11得到的预混合器管的截面侧视图；

图12是根据本技术的某些实施例的如图7所示的设置在气体燃料喷射器内的液体燃料筒的透视图；

图13是根据本技术的某些实施例的图12的设置在气体燃料喷射器中的液体燃料筒的俯视图；

图14是根据本技术的某些实施例的沿着图13的线14-14得到的设置在气体燃料喷射器内的液体燃料筒的截面侧视图；

图15是根据本技术的某些实施例的在图14的线15-15内得到的设置在气体燃料喷射器内的液体燃料筒的详细截面侧视图；

图16是根据本技术的某些实施例的沿着图13的线16-16得到的设置在气体燃料喷射器内的液体燃料筒的截面侧视图；

图17是根据本技术的某些实施例的如图12所示的液体燃料筒的尖端部分的透视图；以及

图18是根据本技术的某些实施例的设置在端盖内的如图7所示的气体燃料喷射器的截面侧视图。

部件列表：

10	燃气涡轮机系统
		12	燃料喷嘴
14	气体燃料供应
		15	液体燃料供应

16	燃烧器
		18	涡轮
19	轴
		20	排气口
22	压缩机
		24	进气口
26	负载
		28	--
30	空气
		32	加压空气
34	燃料/空气混合物
		35	辅助压缩机
36	--
		37	热交换器
38	端盖
		39	燃烧器的首端
40	壳体
		42	衬套
44	流动套管
		46	--
48	过渡件
		50	小型喷嘴帽
52	预混合器管

54	第一窗口
		55	小型喷嘴帽的下游部分
56	第二窗口
		57	小型喷嘴帽的上游部分
58	预混合器管中的穿孔
		59	上游方向
60	气体喷射器板
		61	气体燃料喷射器
62	端盖中的廊道
		63	下游方向
64	端盖中的第一廊道
		66	端盖中的第二廊道
68	端盖中的第三廊道
		70	液体燃料筒
72	冷却板
		74	预混合器管的穿孔区段
76	预混合器管的非穿孔区段
		77	泪滴形的穿孔
78	火焰
		79	槽口式穿孔
80	穿孔与径向轴线之间的角度
		81	径向轴线
82	穿孔与径向轴线之间的角度

83	径向轴线
		84	纵向轴线
86	气体燃料喷射器的基部
		88	气体燃料喷射器的凸缘
90	气体燃料喷射器的主体
		92	主体的尖端部分
94	中心气体/空气端口
		96	压缩机空气端口
98	径向气体/空气端口
		99	液体燃料筒的尖端
100	纵向凹槽
		102	液体燃料筒的外径
104	中心气体/空气端口的内径
		106	液体燃料筒与中心气体/空气端口之间的间隙
108	纵向凹槽的径向尺寸
		110	纵向凹槽的周向尺寸
112	液体燃料通道
		114	可选的流动通道
116	中间流动通道
		118	中间流动通道与纵向轴线之间的角度
119	中间流动通道的直径
		120	液体燃料通道的会聚区段
122	燃料分配节点

124	液体燃料通道的直径
		126	燃料分配节点的直径
128	液体燃料端口
		130	液体燃料端口的直径
132	液体燃料端口与纵向轴线之间的角度
		134	液体燃料筒与主体的尖端部分之间的距离
136	压缩机空气通道
		138	压缩机空气入口
140	压缩机空气通道与纵向轴线之间的角度
		142	液体燃料筒的尖端的端帽
144	紧固件
		146	螺栓

具体实施方式

下文将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中描述实际实现的所有特征。将了解的是，例如在任何工程或者设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多实现专有的决定来实现开发者的具体目标，诸如符合系统相关的以及商业相关的约束，具体目标可在一个实现与另一实现之间彼此有所不同。此外，将了解的是，这种开发努力可能复杂和耗时，但尽管如此，对于受益于本公开的普通技术人员而言，其仍将是设计、制造和加工的例行工作。

在介绍本发明的各实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包括性的，且表示可存在除了所列举的元件之外的另外的元件。

本公开的实施例可通过利用冷却空气和/或气体燃料包围液体燃料通道以便提供与热燃烧气体的(热)隔离来显著地降低或者消除液体燃料通道内的焦化。具体而言，一种涡轮机系统可包括具有设置在气体燃料喷射器内的液体燃料筒的燃料喷嘴。该液体燃料筒和气体燃料喷射器可构造成以便将液体和/或气体燃料喷射到预混合器管中，以便随后在燃烧之前与空气混合。在气体燃料操作时期期间，涡轮机系统可使气体燃料流过气体燃料喷射器内的可选的流动通道。因为液体燃料筒可基本设置在可选的流动通道内，气体燃料流可起到对液体燃料筒隔热的作用，从而显著地降低或者消除焦化。在液体燃料操作时期期间，涡轮机系统可使来自热交换器的冷却空气流过可选的流动通道，以便使液体燃料筒与热燃烧气体绝热隔离。在这种布置中，冷却空气可显著地降低或消除液体燃料筒内的液体燃料的焦化，从而降低阻挡液体燃料流入预混合器管的可能性。此外，冷却空气可沿着从液体燃料筒流出的液体燃料的流动路径被引导，从而增强雾化。此外，冷却空气可降低燃烧反应的温度。降低的温度可起到将排气排放降低到低于法规水平而不用采用复杂且昂贵的喷水系统的作用。在某些实施例中，液体燃料筒可为可容易地从燃料喷嘴上移除的。这样的实施例可降低维护成本，并且使得能够选择具有针对特定的液体燃料构造的特征的液体燃料筒。

现在转到附图且首先参照图1，示出了燃气涡轮机系统10的一个实施例的框图。该图包括燃料喷嘴12、气体燃料供应14、液体燃料供应15以及燃烧器16。如所描绘的，气体燃料供应14将气体燃料(诸如天然气)传递到涡轮机系统10、通过燃料喷嘴12进入燃烧器16。类似地，液体燃料供应15将液体燃料(诸如煤油或柴油燃料)传递到涡轮机系统10。该涡轮机系统10可以液体燃料模式、气体燃料模式或者组合模式(例如，液体/气体过渡模式)来操作。如以下论述的，燃料喷嘴12构造成以便喷射燃料和压缩空气且使燃料和压缩空气混合，同时显著地降低或消除液体燃料喷射器内的焦化。燃烧器16点燃及燃烧燃料空气混合物，且然后将热加压排气传送到涡轮18中。该排气穿过涡轮18中的涡轮叶片，从而驱动涡轮18旋转。转而，涡轮18中的叶片与轴19之间的联接将使得轴19旋转，轴19还联接到整个涡轮机系统10的若干构件上，如图所示。最后，燃烧过程的排气可经由排气口20离开涡轮机系统10。

在涡轮机系统10的一个实施例中，作为压缩机22的构件包括了压缩机导叶或叶片。压缩机22内的叶片可联接到轴19上，且将随着轴19被涡轮18驱动旋转而旋转。压缩机22可经由进气口24将空气吸入到涡轮机系统10。另外，轴19可联接到负载26上，负载26可经由轴19的旋转提供动力。如所了解的，负载26可为可经由涡轮机系统10的旋转输出产生动力的任何合适的装置，诸如动力发生设备或外部机械负载。例如，负载26可包括发电机，飞机的推进器等等。进气口24经由合适的机构(诸如冷气进气口)将空气30汲取到涡轮机系统10，以便于随后空气30与经由燃料喷嘴12供应的气体燃料供应14和/或液体燃料供应15混合。如将在以下详细地论述的，可供给由涡轮机系统10取入的空气30且由压缩机22内的旋转叶片将该空气30压缩成加压空气。然后可将该加压空气供给到燃料喷嘴12中，如由箭头32所示。然后燃料喷嘴12可混合加压空气与燃料(由标号34示出)，以便产生对于燃烧(例如，使得燃料更完全地燃烧以便不浪费燃料或者导致过量排放的燃烧)而言合适的混合比率。涡轮机系统10的一个实施例在燃料喷嘴12内包括某些结构和构件，以便显著地降低或消除液体燃料喷射器内的焦化，从而产生液体燃料进入燃烧区的合适的流动。

如以下详细地论述的，在涡轮机系统10以液体燃料模式操作时的时期期间，空气可传送经过燃料喷嘴12中的液体燃料喷射器以防止焦化。焦化是其中燃料开始裂解而形成碳颗粒的状态。这些颗粒可变得附连到液体燃料喷射器的内壁上。随着时间过去，颗粒可从该壁上脱离且阻塞液体燃料喷射器的尖端。可通过保持液体燃料喷射器内的燃料处于低于燃料的焦化温度的温度来显著地降低或者消除焦化。具体而言，燃料喷嘴12可构造成以便使空气以低于燃料焦化温度的温度沿着液体燃料喷射器流动。在某些构造中，可将来自压缩机22的中间级的空气的一部分输送到辅助压缩机35以便提高空气压力。然后该空气可穿过热交换器37以便将空气温度降低到低于液体燃料的焦化温度的水平。例如，来自压缩机22的中间级的空气可处于大约300至700、350至650、400至600或者大约500度华氏温度。压缩机35中的进一步的压缩可将空气温度提高到约500至1000、600至900、700至800或者约750度华氏温度。焦化发生时所处的温度取决于燃料而不同。然而，对于典型的基于石油的液体燃料(其中，没有用防焦化剂对该燃料进行处理或者尚未移除氧)，焦化可在大约280度华氏温度的温度时开始发生。通过另外的实例，基于石油的液体燃料可在大于大约280、380、480、580、680或者780度华氏温度的温度处焦化。因此，热交换器37可构造成以便将来自压缩机35的空气的温度降低到低于液体燃料的焦化温度的温度。这样，可显著地降低或消除液体燃料喷射器内的焦化。在备选的实施例中，来自压缩机22的空气可在流到燃料喷嘴12之前被直接传递到热交换器37。此外，燃料喷嘴12可构造成使得冷却空气流过在气体燃料操作时期期间用来喷射气体燃料的同样的通道。在该构造中，邻近液体燃料喷射器可采用仅一组气体/空气通道。这种构造可降低与燃料喷嘴构造相关联的制造成本。此外，在通过燃料喷嘴12喷射液体燃料和气体燃料两者时的过渡时期期间，气体燃料邻近液体燃料的流动也可起降低焦化的作用，从而避免喷射冷却空气流。

图2显示了涡轮机系统10的一个实施例的剖面侧视图。如所描绘的，该实施例包括压缩机22，压缩机22联接至燃烧器16的环形阵列，例如六个、八个、十个或者十二个燃烧器16。各个燃烧器16包括至少一个燃料喷嘴12(例如5、10、15、20、25个或者更多)，燃料喷嘴12将空气燃料混合物供给到位于各个燃烧器16内的燃烧区。空气燃料混合物在燃烧器16内的燃烧将使得涡轮18内的导叶或者叶片随着排气朝向排气口20传送而旋转。如将在以下详细地论述的，燃料喷嘴12的某些实施例包括用来降低液体燃料喷射器内的焦化的各种各样的独特的特征，从而将基本不受限制的液体燃料流提供到燃烧区中。

图3中示出了如图2所示的燃烧器16的一个实施例的详细视图。在该图中，燃料喷嘴12在燃烧器16的基部或者首端39处附连到端盖38上。压缩空气和燃料通过端盖38被引导到燃料喷嘴12，燃料喷嘴12将空气燃料混合物分配到燃烧器16中。燃料喷嘴12经由从燃烧器16的下游端到上游端(例如，首端39)、在燃烧器16周围且部分地通过燃烧器16的流动路径接收来自压缩机22的压缩空气。特别地，涡轮机系统10包括壳体40，壳体40包围燃烧器16的衬套42和流动套管44。压缩空气在壳体40与燃烧器16之间穿过，直到其到达流动套管44。在到达流动套管44之后，压缩空气穿过流动套管44中的穿孔，进入流动套管44与衬套42之间的空心的环形空间，并且朝向首端39向上游流动。这样，压缩空气就在与燃料混合以便燃烧之前有效地对燃烧器16进行冷却。在到达首端39后，压缩空气就流入燃料喷嘴12以便与燃料混合。转而，燃料喷嘴12可将加压空气燃料混合物分配到燃烧器16中，其中发生混合物的燃烧。所得到的排气通过过渡件48流动至涡轮18，使得涡轮18的叶片与轴19一起旋转。大体上，空气燃料混合物在燃烧器16内、燃料喷嘴12的下游燃烧。空气流与燃料流的混合可取决于各个流的属性，诸如燃料热值、流率以及温度。特别地，加压空气可处于大约650-900°F的温度，且燃料可为大约70-500°F。如以下详细地论述的，燃料喷嘴12包括构造成以便通过利用冷却空气和/或气体燃料对液体燃料流隔热来显著地降低或消除焦化的各种特征。

图4显示了可用于图3的燃烧器16中的燃料喷嘴12的透视图。燃料喷嘴12包括具有多个预混合器管52的小型喷嘴帽50。第一窗口54可定位在小型喷嘴帽50的周边周围，以有利于空气流在帽50的下游部分55附近进入帽50。第二窗口56也可位于小型喷嘴帽50的周边周围、更接近端盖38，以便在帽50的上游部分57附近提供另外的空气流。然而，如以下进一步详细论述的，燃料喷嘴12可构造成以便以在上游部分57处比在下游部分55处量更大的方式将空气流从两个窗口54和56引导到预混合器管52中。第一窗口54和第二窗口56的数量可基于期望的进入小型喷嘴帽50的空气流而不同。例如，第一窗口54和第二窗口56各自可包括分布在小型喷嘴帽50的周边周围的一组大约2、4、6、8、10、12、14、16、18或20个窗口；当前实施例具有10个窗口。然而，这些窗口的大小和形状可构造成符合特定的燃烧器16设计考虑。小型喷嘴帽50可固定到端盖38上，从而形成完整的燃料喷嘴组件12。

如将在以下详细地论述的，在喷射到燃烧器16中之前，燃料和空气可以降低压力振荡的方式在预混合器管52内混合。来自窗口54和56的空气可流入预混合器管52中，且与流过端盖38的燃料结合。燃料与空气可在它们沿着预混合器管52的长度行进时混合。例如，各个预混合器管52可包括增大的长度、用来引起旋涡的成角度的穿孔和/或穿孔区段下游的非穿孔区段。这些特征可显著地提高燃料和空气的驻留时间，且抑制预混合器管52内的压力振荡。在离开管52后，燃料空气混合物可被点燃，从而产生为涡轮18提供动力的热气体。

图5呈现了图4中所描绘的燃料喷嘴12的截面。该截面显示了小型喷嘴帽50内的预混合器管52。如可在图5中看到，各个预混合器管52沿着管52的纵向轴线包括多个穿孔58。这些穿孔58将来自窗口54和56的空气引导到预混合器管52。穿孔的数量和各个穿孔的大小可基于期望的进入各个预混合器管52的空气流而不同。燃料可通过端盖38喷射，并且与通过穿孔58进入的空气混合。再次，穿孔58的位置、定向和大体布置可构造成以便显著地提高燃料和空气的驻留时间且抑制燃料和空气中的压力振荡，从而又显著地降低了在燃料喷嘴12的下游、燃烧器16内发生的燃烧过程中的振荡。例如，穿孔58的百分比在各个预混合器管52的上游部分57中可比在各个预混合器管52的下游部分55中更高。通过穿孔58进入的空气进一步向上游57通过预混合器管52行进较大的距离，而通过穿孔58进入的空气进一步向下游55通过预混合器管52行进较短的距离。在某些实施例中，穿孔58可大小设置成在预混合器管52的上游部分57中相对较大而在预混合器管52的下游部分55中相对较小，或反之亦然。例如，上游部分57中的较大的穿孔58可导致较大百分比的空气流通过预混合器管52的上游部分57进入，这转而导致在预混合器管52中的较长的驻留时间。在一些实施例中，穿孔58可成角度，以便引起旋涡，以在通过预混合器管52的空气流和燃料流中增强混合、提高驻留时间以及抑制压力振荡。最后，在基本抑制了燃料流和空气流中的压力振荡之后，预混合器管52将燃料空气混合物喷射到燃烧器16中以便进行燃烧。

图6是图4中描绘的燃料喷嘴12的分解图。该图进一步显示了小型喷嘴帽50内的预混合器管52的构造。图6还呈现了第一窗口54和第二窗口56的另一个透视。此外，该图示出了用于将燃料供应到各个预混合器管52的基部中的路径和结构。

涡轮发动机可以液体燃料、气体燃料或者两者的组合来操作。图6中所呈现的燃料喷嘴12有利于液体燃料流和气体燃料流两者进入预混合器管52。然而，其它实施例可构造成以便仅以液体燃料或者气体燃料来操作。气体燃料可通过气体喷射器板60进入预混合器管52。该板60(如图所示)包括将气体供应到预混合器管52的多个锥形的气体燃料喷射器61。气体可通过端盖38供应到气体喷射器板60。端盖38可包括将来自气体燃料供应14的气体引导到气体喷射器板60的多个廊道62(例如，环形或者弓形的凹部)。所示的实施例包括三个廊道62，例如第一廊道64、第二廊道66以及第三廊道68。第二廊道66和第三廊道68分成多个区段。然而，在备选的实施例中可采用连续的环形廊道66和68。廊道的数量可基于燃料喷嘴12的构造而不同。如可在该图中看出，气体燃料喷射器61布置在包围中心喷射器61的两个同心圆中。在该构造中，第一廊道64可将气体供应到中心喷射器61，第二廊道66可将气体供应到喷射器61的内圆，而第三廊道68可将气体供应到喷射器61的外圆。这样，就可将气体燃料供应到各个预混合器管52。

液体燃料可通过多个液体雾化器棒或液体燃料筒70供应到预混合器管52。各个液体燃料筒70可穿过端盖38和气体喷射器板60。如以下将论述的，各个液体燃料筒70的尖端可位于各个气体燃料喷射器61内。在该构造中，液体燃料和气体燃料两者可进入预混合器管52。例如，液体燃料筒70可将雾化液体燃料喷射到各个预混合器管52。该雾化液体可在预混合器管52内与喷射的气体和空气结合。然后该混合物可在其离开燃料喷嘴12时被点燃。如以下详细地论述的，流过液体燃料筒70的液体燃料可通过流过气体燃料喷射器61的、来自热交换器37的气体燃料和/或冷却空气与热燃烧气体绝热隔离。该构造可显著地降低或消除关于液体燃料筒70的焦化，由此维持进入预混合器管52的液体燃料流。

图7显示了图4中描绘的燃料喷嘴12的截面。如之前所论述的，空气可通过第一窗口54和第二窗口56进入小型喷嘴帽50。该图显示了通过窗口54和56而到达穿孔58，通过穿孔58，且沿长度方向沿着预混合器管52的空气的路径。第一窗口54引导空气进入小型喷嘴帽50的下游部分55，以有利于空气在上游部分57处传入预混合器管52之前进行冷却。换言之，空气流在穿过穿孔58进入预混合器管52之前沿着预混合器管52的外部沿上游方向59从下游部分55传送到上游部分57。这样，空气流59就基本冷却了燃料喷嘴12，且特别地冷却了预混合器管52，其中在离燃烧器16中的燃烧的热产物最近的下游部分55中更加有效。第二窗口56有利于进入预混合器管52的空气流更靠近或者直接地进入预混合器管52的上游部分57处的穿孔58。在图7中呈现了仅仅两个第一窗口54和第二窗口56。然而，如在图4中最佳地看到的，这些窗口54和56可沿着小型喷嘴帽50的整个周边布置。

进入第一窗口54的空气可通过导引件或冷却板72被引导到小型喷嘴帽50的下游部分55。如可在图7中看到的，燃料喷嘴12既沿横向又平行于燃料喷嘴12的纵向轴线分布来自第一窗口54的空气流，例如，沿横向在所有预混合器管52周围且在长度方向上沿上游方向59朝向穿孔58来分布空气流。来自窗口54的空气流59最后与来自窗口56的空气流在这些空气流穿过预混合器管52中的穿孔58时结合。如上所述，来自窗口54的空气流59基本上在下游部分55中冷却了燃料喷嘴12。因此，由于下游部分55附近的燃烧的热产物，来自窗口54的空气流59将比来自第二窗口56的空气流更热。

当前实施例中的第一窗口54大约是第二窗口56的两倍大。此构造可确保小型喷嘴帽50的后侧被充分地冷却，同时降低进入预混合器管52的空气温度。然而，窗口大小比率可基于燃料喷嘴12的特定的设计考虑而不同。此外，在其它实施例中可采用另外的窗口组。

结合的空气流通过沿着管52的穿孔区段74定位的穿孔58(以箭头显示)进入预混合器管52。如之前所论述的，燃料喷射器可将气体燃料、液体燃料或者它们的组合喷射到预混合器管52中。图7中所示的构造喷射气体燃料和液体燃料两者。气体可通过位于喷射器板60的正下方、端盖38中的廊道62来提供。在此实施例中采用图6中所呈现的同样的三廊道构造。第一廊道64位于中心预混合器管52下方。第二廊道66以同轴或同心布置包围第一廊道64，并且将气体提供给接下来的外部预混合器管52。第三廊道68以同轴或同心布置包围第二廊道66，并且将气体提供给外部预混合器管52。气体可通过气体燃料喷射器61喷射到预混合器管52中。类似地，液体可由液体燃料筒70喷射。液体燃料筒70可以足以引起雾化或者液体燃料滴形成的压力来喷射液体燃料。液体燃料可在预混合器管52的穿孔区段74内与气体燃料和空气结合。燃料和空气的另外的混合可在穿孔区段74下游的非穿孔区段76中继续。

这两个区段74和76的组合可确保在燃烧之前发生燃料与空气的充分混合。例如，非穿孔区段76迫使空气流59进一步向上游流到上游部分57，从而增大穿过预混合器管52的所有空气流的流动路径和驻留时间。在上游部分57处，来自下游窗口54和上游窗口56两者的空气流穿过穿孔区段74中的穿孔58，且然后沿下游方向63行进通过预混合器管52，直到离开而进入燃烧器16。再次，非穿孔区段76中对穿孔58的排除构造成以便增大空气流在预混合器管52中的驻留时间，因为非穿孔区段76基本上阻挡了空气流进入预混合器管52中，并且将空气流导引到上游穿孔区段74中的穿孔58中。此外，穿孔58的上游定位增强了更上游57的燃料-空气混合，从而在喷射到燃烧器16中之前为燃料与空气混合提供更长的时间。类似地，穿孔58的上游定位显著地降低了流体流(例如空气流、气体流以及液体燃料流)中的压力振荡，因为穿孔产生了横向流来增强以更长的驻留时间进行混合，以便使压力均衡。

流过廊道62的气体燃料也可起到对液体燃料筒70隔热以及确保液体燃料温度保持足够低以降低焦化的可能性的作用。焦化是其中燃料开始裂解而形成碳颗粒的状态。这些颗粒可变得附连到液体燃料筒70的内壁上。随着时间过去，颗粒可从该壁上脱离并且阻塞液体燃料筒70的尖端。焦化发生所处的温度取决于燃料而不同。然而，对于典型的液体燃料，焦化可在大于大约200、220、240、260、280或300度华氏温度的温度处发生。如可在图7中看出，液体燃料筒70设置在廊道62和气体燃料喷射器61内。因此，液体燃料筒70可由流动气体完全包围。类似地，当涡轮机系统10以液体燃料模式操作时，涡轮机系统10可将来自热交换器37的冷却空气供应到廊道62，从而利用隔热空气流包围液体燃料筒70。气体燃料和/或空气可起到保持液体燃料筒70内的液体燃料冷却、从而降低焦化的可能性的作用。

在燃料与空气已在预混合器管52中恰当地混合之后，可点燃混合物，从而在各个预混合器管52的下游部分55的下游引起火焰78。如以上所论述的，火焰78由于比较靠近小型喷嘴帽50的下游部分55的位置而加热燃料喷嘴12。因此，如之前所论述的，来自第一窗口54的空气流过小型喷嘴帽50的下游部分55，以便基本冷却燃料喷嘴12的帽50。

操作中的预混合器管52的数量可基于期望的涡轮机系统输出而不同。例如，在正常操作期间，小型喷嘴帽50内的每个预混合器管52都可操作，以便针对特定的涡轮机功率水平提供燃料与空气的足够的混合。然而，当涡轮机系统10进入操作的停机模式时，起作用的预混合器管52的数量可减少。当涡轮发动机进入停机或者低功率操作时，流向燃烧器16的燃料流可减少到火焰78熄灭的点。类似地，在低负载状态下，火焰78的温度可降低，从而导致氮氧化物(NOx)以及一氧化碳(CO)的排放增大。为了保持火焰78以及确保涡轮机系统10在可接受的排放限值内操作，可减少在燃料喷嘴12内操作的预混合器管52的数量。例如，可通过中断流向外部液体燃料筒70的燃料流来停用预混合器管52的外环。类似地，可中断气体燃料到第三廊道68的流动。这样，可减少操作中的预混合器管52的数量。结果，由剩余的预混合器管52产生的火焰78可被保持在足够的温度，以确保该火焰不熄灭且排放水平在可接受的参数内。

此外，各个小型喷嘴帽50内的预混合器管52的数量可基于涡轮机系统10设计考虑而不同。例如，较大的涡轮机系统10可在各个燃料喷嘴12内采用较大数量的预混合器管52。虽然预混合器管52的数量可不同，但是小型喷嘴帽50的大小和形状对于各种应用可为相同的。换言之，使用较高燃料流率的涡轮机系统10可采用具有较高的预混合器管52密度的小型喷嘴帽50。这样，可以降低涡轮机系统10构建成本，因为通用的小型喷嘴帽50可用于大多数涡轮机系统10，同时各个帽50内的预混合器管52的数量可不同。该制造方法可比针对各种应用设计独特的燃料喷嘴12更加便宜。

图8是可在图4的燃料喷嘴12中使用的预混合器管52的侧视图。如可在图8中看到，预混合器管52分成穿孔区段74和非穿孔区段76。在所示的实施例中，穿孔区段74定位在非穿孔区段76的上游。在该构造中，流入穿孔58的空气可与经由燃料喷射器(未显示)通过预混合器管52的基部进入的燃料混合。然后正在混合的燃料和空气可传送到非穿孔部分76，此处可发生另外的混合。

空气和燃料压力典型地在燃气涡轮发动机内波动。这些波动可驱动特定的频率的燃烧器振荡。如果该频率对应于涡轮发动机内的一部分或者子系统的固有频率，则可导致对那部分或者整个发动机的损坏。提高空气和燃料在燃烧器16的混合部分内的驻留时间可降低燃烧器驱动的振荡。例如，如果空气压力随着时间而波动，则更长的燃料滴驻留时间可允许空气压力波动得到平衡。具体而言，如果液滴在燃烧之前经历至少一个完整的空气压力波动循环，则那个液滴的混合比率可基本上类似于燃料流中的其它液滴。保持基本恒定的混合比率可降低燃烧器驱动的振荡。

可通过增大燃烧器16的混合部分的长度来增大驻留时间。在当前实施例中，燃烧器16的混合部分对应于预混合器管52。因此，预混合器管52越长，空气和燃料两者的驻留时间就越长。例如，各个管52的长度与直径的比率可为大约介于5至20之间、10至15之间，或者为约10。

非穿孔区段76可起到增大预混合器管52长度而不允许另外的空气与燃料混合的作用。在该构造中，空气和燃料可在已经通过穿孔58喷射了空气之后继续混合，且因此降低燃烧器驱动的振荡。在某些实施例中，相对于非穿孔区段76的长度，穿孔区段74的长度可至少大于大约2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或者10倍。在一个实施例中，穿孔区段74的长度可为预混合器管52长度的大约80％(例如，8英寸)，而非穿孔区段76的长度可为管52长度的大约20％(例如，2英寸)。然而，长度比率或者这些区段74和76之间的百分比可取决于流率和其它设计考虑(例如期望的混合和/或期望的可操作性)而不同。

也可通过延伸流体流(例如，燃料滴)穿过预混合器管52的有效的路径长度来增大驻留时间。具体而言，可以旋涡运动将空气喷射到预混合器管52中。该旋涡运动可引起液滴沿着非线性路径(例如随机路径或螺旋路径)通过预混合器管52行进，从而有效地提高液滴路径长度。旋涡的量可基于期望的驻留时间而不同。

径向流入物旋涡也可起到保持液体燃料滴离开预混合器管52的内壁的作用。如果液滴变得附连到壁上，则它们可保留在管52中更长的时间段，从而延迟燃烧。因此，确保液滴恰当地离开预混合器管52可提高涡轮机系统10的效率。

此外，预混合器管52内的旋涡空气可改进液体燃料滴的雾化。旋涡空气可增强液滴形成并且在整个预混合器管52上大体均匀地分散液滴。结果，可进一步提高涡轮机系统10的效率。

如之前所论述的，空气可通过穿孔58进入预混合器管52。这些穿孔58可沿着预混合器管52的长度在不同的轴向位置处布置成一系列同心圆。在某些实施例中，各个同心圆可具有24个穿孔，其中各个穿孔的直径为大约0.05英寸。穿孔58的数量和大小可不同。例如，预混合器管52可包括构造成以便提供增强的空气穿透与混合的大的泪滴形的穿孔77。此外，中间大小的槽口式穿孔79可朝向预混合器管52的下游端定位，以便产生高程度的旋涡。穿孔58可沿着垂直于预混合器管52的纵向轴线的平面成角度。成角度的穿孔58可引起旋涡，旋涡的大小可取决于各个穿孔58的角度。

图9、10和11是沿着图8的线9-9、10-10和11-11得到的预混合器管52的简化的截面图，其进一步示出了沿着管52的长度在不同的轴向位置处的穿孔58的成角度的定向。例如，图9中示出了穿孔58与径向轴线81之间的角度80。类似地，图10中示出了穿孔58与径向轴线83之间的角度82。角度80和82的范围可介于约0至90度、0至60度、0至45度、0至30度或者0至15度之间。通过另外的实例，角度80和82可为约5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度或45度，或者它们之间的任何角度。

在某些实施例中，穿孔58的角度在由线9-9、10-10以及11-11表示的各个轴向位置处以及沿着管52的长度的其它轴向位置处可相同。然而，在所示的实施例中，穿孔58的角度可沿着管52的长度不同。例如，角度可逐渐增大、减小、方向变化，或者是它们的组合。例如，图9中所示的穿孔58的角度80大于图10中所示的穿孔58的角度82。因此，由图9中的穿孔58引起的旋涡的程度可大于图10中的穿孔58引起的旋涡的程度。

旋涡的程度可沿着预混合器管52的穿孔部分74的长度不同。图8中描绘的预混合器管52在穿孔区段74的下部部分中不具有旋涡，在中间部分中具有适量的旋涡，且在上部部分中具有高程度的旋涡。旋涡的这些程度可分别见于图11、10和9中。在此实施例中，旋涡的程度随着燃料沿下游方向通过预混合器管52流动而增大。

在其它实施例中，旋涡的程度可沿着预混合器管52的长度降低。在另外的实施例中，预混合器管52的部分可沿一个方向旋动空气，而其它部分可沿着基本相反的方向旋动空气。类似地，旋涡的程度和旋涡的方向两者都可沿着预混合器管52的长度不同。

在又一实施例中，可沿径向以及轴向方向两者引导空气。例如，穿孔58可在预混合器管52内形成复合角度。换言之，穿孔58可沿径向和轴向方向两者成角度。例如，轴向角度(即，穿孔58与纵向轴线84之间的角度)的范围可介于约0至90度、0至60度、0至45度、0至30度或0至15度之间。通过另外的实例，轴向角度可为约5、10、15、20、25、30、35、40或45度，或者它们之间的任何角度。成复合角度的穿孔58可引起空气既在垂直于预混合器管52的纵向轴线的平面中旋动又沿轴向方向流动。可沿着燃料流动方向的下游或者上游引导空气。下游流动可改进雾化，而上游流动可提供燃料与空气的更好的混合。空气流的轴向分量的大小和方向可基于沿着预混合器管52的长度的轴向位置而不同。

图12是设置在气体燃料喷射器61内的液体燃料筒70的透视图。如之前所论述的，液体燃料筒70/气体燃料喷射器61组件设置在相应的预混合器管52内且构造成以便提供液体和/或气体燃料以用于燃烧。气体燃料喷射器61包括基部86、凸缘88以及锥形主体90。基部86构造成以便分别从燃料供应14和/或15接收液体和/或气体燃料。凸缘88构造成以便将气体燃料喷射器61固定到端盖38上，并且在气体燃料喷射器61和相应的廊道62之间提供密封。主体90包括具有用于空气和燃料喷射的各端口的尖端部分92。例如，某些实施例可包括用于液体燃料喷射的第一端口，设置在第一端口周围且构造成以便喷射气体燃料和/或空气的第二端口，以及自第一端口和第二端口沿径向偏置且构造成以便喷射气体燃料和/或空气的第三端口。如图所示，尖端92包括第二或中心气体/空气端口94、压缩机空气端口96以及第三或径向气体/空气端口98。所示的实施例包括八个压缩机空气端口96。备选实施例可包括更多或更少端口96。例如，某些实施例可包括12、14、16、18或者更多个压缩机空气端口96。如以下详细地论述的，主体90包括构造成以便接收来自压缩机22的空气并且将该空气引导到端口96的通道。流过端口96的空气可与穿过预混合器管52中的穿孔58的空气结合，且与喷射的气体和/或液体燃料混合。因为来自压缩机空气端口96的空气基本沿着纵向轴线84喷射，空气可产生基本沿着下游方向63的流动。

端口94和98构造成以便将气体燃料和/或空气供应到预混合器管52中。如以下详细地论述的，可选的流动通道延伸至端口94和98。可选的流动通道构造成以便在涡轮机系统10以气体燃料模式操作时将气体燃料运送到端口94和98，在涡轮机系统10以液体燃料模式操作时将空气运送到端口94和98，以及在涡轮机系统10以过渡模式操作时将空气与气体燃料的组合运送到端口94和98。如之前所论述的，空气可经由压缩机35和热交换器37供应到可选的流动通道。气体燃料和/或空气通过可选的流动通道的流动可起到使液体燃料筒70内的液体燃料与热燃烧气体热隔离的作用。此外，在液体燃料操作时期期间空气通过中心端口94的流动可起到增强从液体燃料筒70流出的液体燃料的雾化的作用。具体而言，液体燃料与周围的高压空气之间的相互作用可导致液体分解成液滴。此外，来自空气的一些能量可被传递到液体燃料，从而提高液滴速度。因为液滴速度是空气流率的函数，所以此雾化构造可使得涡轮机系统10能够独立于液体燃料流率来改变液滴速度。因此，可贯穿一定的涡轮机操作状态范围实现合适的雾化。此外，液体燃料筒的尖端99可包括构造成以便引导空气通过端口94的流动的周向地隔开的纵向凹槽100，从而增强液体燃料滴雾化。

图13是设置在气体燃料喷射器61内的液体燃料筒70的俯视图。如图所示，压缩机空气端口96自中心气体/空气端口94径向地偏置且以第一周向布置绕着尖端92间隔开。径向气体/空气端口98也自中心气体/空气端口94径向地偏置且以第二周向布置绕着尖端92间隔开。当前实施例包括八个气体/空气端口98，各个气体/空气端口98周向地定位在压缩机空气端口96之间的大约中点处。备选的实施例可包括更多或更少的端口98。例如，某些实施例可包括12、14、16、18或者更多个气体/空气端口98。此外，在另外的实施例中，压缩机空气端口96和/或径向气体/空气端口98的周向布置可不同。此外，液体燃料筒70的外径102小于中心气体/空气端口94的内径104。因为液体燃料筒70在端口94内基本居中，在液体燃料筒70与端口94之间产生了间隙106(例如，环形空间)。来自热交换器37的空气和/或流到端口94的气体燃料可通过该间隙106离开气体燃料喷射器61。如所了解的，该间隙106的宽度可影响流过中心端口94的空气和/或气体燃料的流率和/或速度。因此，可通过改变端口94的直径104和/或液体燃料筒70的直径102来调节气体燃料和/或空气的流动属性。例如，液体燃料筒70可选自这样一组筒70：各个筒70具有不同的直径102，以提供合适的空气流，以针对特定的液体燃料(例如，具有特定的粘度的液体燃料)实现有效的雾化。

类似地，可基于期望的空气和/或气体燃料流动属性来调节凹槽100的数量和/或构造。例如，可通过改变凹槽100的数量来调节在液体燃料操作时期期间流过中心端口94的空气的量。虽然在当前实施例中包括四个凹槽100，但是在备选的实施例中可采用更多或更少的凹槽100。例如，某些实施例可包括6、8、10、12或者更多个凹槽100。此外，凹槽100的径向尺寸108和/或凹槽100的周向尺寸110可在备选的实施例中不同，以便产生进入预混合器管52的期望的气体燃料和/或空气流动。在某些实施例中，特定的液体燃料筒70可选自这样一组液体燃料筒：各个燃料筒具有不同的凹槽100数量和/或构造。

图14是沿着图13的线14-14得到的设置在气体燃料喷射器61内的液体燃料筒70的截面侧视图。如图所示，液体燃料筒70包括构造成以便使液体燃料流到尖端99的液体燃料通道112。如以下详细地论述的，尖端99包括构造成以便将液体燃料供应到预混合器管52的液体燃料端口。气体燃料喷射器61包括构造成以便使空气和/或气体燃料流动到一系列中间流动通道116的可选的流动通道114。中间流动通道116各自延伸到构造成以便将气体燃料和/或空气供应到预混合器管52的相应的端口98。此外，可选的流动通道114延伸到中心端口94(例如，环形空间或间隙106)，以便在液体燃料操作时期期间将雾化空气提供到液体燃料流，以及在气体燃料操作时期期间将气体燃料提供到预混合器管52。因此，来自可选的流动通道114的雾化空气和/或气体燃料流在端口98与中心端口94(例如，间隙106)之间分开。如图所示，各个中间流动通道116相对于纵向轴线84以角度118定向。角度118可特别地构造成以便在预混合器管52内产生有利于燃料与空气的合适的混合的流动型式。例如，角度118可为大约0至90度之间、10至80度之间、20至70度之间、30至60度之间、40至50度之间或者约45度。在另外的实施例中，角度118可大于大约60度。此外，各个中间流动通道116的直径119可构造成以便产生进入预混合器管52的气体燃料和/或空气的期望的流率。此外，可调节中间流动通道116的直径119，以改变来自中心端口94的气体燃料和/或空气流量。例如，减小直径119可限制通过径向端口98的流量，并且提高通过中心端口94的流量。在当前实施例中，直径119为中心气体/空气端口94的直径104的大约50％。在另外的实施例中，直径119可为中心端口94的直径104的大于大约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％或者更大。

如图所示，液体燃料通道112设置在可选的燃料通道114内。此外，液体燃料筒70的尖端99设置在气体燃料喷射器61的中心端口94内。在该构造中，筒70内的液体燃料由通向液体燃料筒70的尖端99的气体燃料和/或空气包围。此构造可在热燃烧气体与液体燃料之间提供有效的隔热(即，绝热或者冷却)，从而显著地降低或消除焦化。例如，在液体燃料操作时期期间，来自热交换器37的经冷却的空气可流过可选的流动通道114并且离开中心端口94(例如，环形空间或间隙106)，从而利用隔热的空气包围液体燃料。类似地，在过渡时期期间，气体燃料和/或空气可提供隔热。例如，如果涡轮机系统10以液体燃料模式操作，并且期望它过渡到气体燃料模式，则可减少通过可选的流动通道114的空气流，同时逐渐增大气体燃料的流率。在此时期期间，气体燃料与空气的组合可为液体燃料提供足够的隔热以显著地降低或消除焦化。一旦实现了期望的气体燃料流率，并且已终止了通过可选的流动通道114的空气流，就可逐渐降低液体流率，直到终止液体流。在液体燃料流减少时期期间，气体燃料可提供有效的隔热以显著地降低或消除液体燃料的焦化。相反，如果涡轮机系统10以气体燃料模式操作并且期望它过渡到液体燃料模式，则可逐渐增大通过液体流动通道112的液体燃料的流率，直到液体燃料以期望的速率流动。在此时期期间，气体燃料可提供隔热。一旦实现了期望的液体流率，就可降低气体燃料流率，同时增大通过可选的流动通道114的空气流，直到终止气体燃料流。空气的流动可起到从可选的流动通道114和中间流动通道116中基本吹扫气体燃料的作用。在此过渡时期期间，气体燃料和空气的组合可起到使液体燃料与热燃烧气体热隔离的作用。因此，可选的流动通道114可在涡轮机系统操作的各个阶段期间为液体燃料提供有效的隔热，从而显著地降低或者消除焦化。

此外，在液体燃料操作时期期间提供的来自热交换器37的冷却空气流可起到减少排放的作用。在某些构造中，该冷却空气流可将排气的排放降低到低于法规限值的水平而不采用昂贵和复杂的喷水系统。某些涡轮机系统10可在液体燃料操作时期期间操作喷水系统，以便降低硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)和/或一氧化碳(CO)(除了其它排气排放之外)的排放。喷水系统典型地通过燃料喷嘴12将水喷射到燃烧器16中，以便降低燃烧温度。降低的温度可降低受管制的排气的排放。然而，喷水系统典型地采用各种泵、阀、控制器和歧管来将水输送到涡轮机系统10。这样的构造生产和维护起来大体复杂且昂贵。此外，为涡轮机系统10提供大量的水可增大操作成本。

当前实施例可通过喷射来自热交换器37的冷却空气流降低燃烧温度。如之前所论述的，来自热交换器37的空气的温度可比液体燃料的焦化温度(例如约280度华氏温度)更低。喷射该冷却空气可降低燃烧过程的温度，使得在不使用喷水系统的情况下将排气排放降低到低于法规限值。此外，另外的空气可产生稀薄燃料/空气混合物。如所了解的，与理想的(即，理论配比的(stoichiometric))燃料/空气比率相比较，更稀薄的混合物可提供更冷的燃烧产物。更稀薄的混合比率与冷却空气的喷射的组合可降低燃烧温度且减少排放，从而避免使用喷水系统。

图15是在图14的线15-15内得到的、设置在气体燃料喷射器61内的液体燃料筒70的详细截面侧视图。如图所示，液体燃料通道112包括会聚区段120(即，相对于下游方向63会聚)以及燃料分配节点122。液体燃料通道112的直径124大于燃料分配节点122的直径126。因此，如所了解的，流过液体燃料通道112的燃料的速度可通过会聚区段120而增大，从而为燃料分配节点122提供用于雾化的更高速度的燃料。在当前实施例中，液体燃料通道112的直径124大约是燃料分配节点122的直径126的两倍大。在备选的实施例中，直径124与直径126的比率可大于大约1、1.2、1.4、1.6、1.8、2.2、2.4、2.6、2.8、3或者更多。在某些实施例中，具有直径124与直径126的特定比率的液体燃料筒70可选自具有不同的比率的一组筒70。这样，可基于由液体燃料供应15提供的特定的液体燃料的属性(例如粘度)选择合适的液体燃料筒70来实现分配节点122内的期望的液体燃料速度。

燃料分配节点122使液体燃料流向液体燃料筒70的尖端99内的第一或液体燃料端口128。当前实施例包括沿下游方向63发散的四个液体燃料端口128。然而，备选的实施例可包括更多或更少的液体燃料端口128。例如，某些实施例可包括6、7、8、9、10或者更多个液体燃料端口128。在某些实施例中，具有特定的数量的液体燃料端口128的液体燃料筒70可选自具有不同数量的液体燃料端口128的一组筒70，从而针对给定的燃料产生合适的液体燃料流。在另外的实施例中，液体燃料端口128可形成构造成以便为液体燃料赋予旋涡的螺旋型式。如图所示，各个液体燃料端口128的出口设置成邻近相应的凹槽100。在该构造中，当涡轮机系统10以液体燃料模式操作时，沿着凹槽100的空气流可邻近液体燃料端口128产生低压区，从而提高液体燃料速度并且增强液体燃料滴的雾化。在备选的构造中，液体燃料端口128可沿周向自凹槽100偏置。在另外的构造中，液体燃料端口128可基本与纵向轴线84对准，且构造成以便使液体燃料滴从尖端99基本沿下游方向63流出。备选的实施例可采用形成构造成以便为沿着凹槽100的空气流和液体燃料赋予旋涡的螺旋型式的凹槽100。

可基于由液体燃料供应15提供的燃料针对特定的应用来构造各个液体燃料端口128。具体而言，各个液体燃料端口128的直径130可特别地构造成以便产生进入预混合器管52的液体燃料的期望的流率。在当前实施例中，各个液体燃料端口128的直径130为液体燃料分配节点122的直径126的大约25％。液体燃料端口128的直径130在备选的实施例中可不同。例如，直径130可大于液体燃料分配节点122的直径126的大约10％、15％、20％、30％、35％、40％、45％、50％或者更多。此外，各个液体燃料端口128可相对于纵向轴线84以角度132定向。在当前实施例，液体燃料端口128的角度132为大约12度。备选的实施例可采用以更大或者更小的角度132定向的液体燃料端口128。例如，某些实施例可包括介于大约0至90度之间、10至80度之间、20至70度之间、30至60度之间、40至50度之间或者约45度的角度132。通过另外的实例，角度132可为大约0、6、12、18、24或者30度。角度132可特别地构造成以便实现预混合器管52内的液体燃料滴的合适的雾化。在某些实施例中，液体燃料筒70可选自这样一组筒70：各个筒采用以不同的角度132定向的液体燃料端口128。这样，可基于由液体燃料供应15所供应的液体燃料的属性选择适当的液体燃料筒70来实现期望的雾化型式。

此外，液体燃料筒70的尖端99可越过气体燃料喷射器61的尖端92的下游端沿轴向延伸距离134。在当前实施例中，距离134大约等于液体燃料端口128的直径130。在另外的实施例中，距离134可大于或者小于直径130。例如，距离134可大于液体燃料端口128的直径130的大约0.25倍、0.5倍、0.75倍、1.25倍、1.5倍、1.75倍、2倍或者更多倍。在备选的实施例中，尖端99可与尖端92基本齐平。在另外的实施例中，尖端99可凹入中心端口94内。液体燃料筒70的尖端99相对于气体燃料喷射器61的尖端92的位置可影响预混合器管52内的液体燃料滴的雾化。因此，可选择液体燃料筒70的长度以便实现尖端99与尖端92之间的期望的偏距134。

可选择液体燃料筒70，以便针对特定的燃料实现合适的雾化。具体而言，液体燃料筒70可构造成以便产生特定的大小的液体燃料滴。如所了解的，更小的液体燃料滴提供增大的表面积，从而导致更完全的燃烧反应。因此，液体燃料筒70可构造成以便提供具有小于大约50微米的直径的液体燃料滴。例如，液体燃料筒70可产生具有小于约15、20、25、30、35、40、45或者50微米的直径的液滴。这种构造可增强燃烧过程且导致增大的效率和减少的排放。类似地，可将来自液体燃料筒70的喷雾型式限制为沿着下游方向63具有特定的发散角度的基本锥形。具体而言，发散角度可构造成以便保持预混合器管52内的液体燃料滴的喷雾。例如，可将喷雾锥限制到大约在0°至40°之间、5°至35°之间、10°至30°之间、15°至25之间°或者约20°的角度。这样，燃料滴可保留在预混合器管52中，使得可实现燃料与空气的合适的混合。如之前所论述的，可影响雾化的液体燃料筒70和/或气体燃料喷射器61的属性包括液体燃料筒70与中心端口94之间的间隙106、凹槽100的数量、凹槽100的径向尺寸108、凹槽100的周向尺寸110、分配节点122的直径126(相对于液体燃料通道112的直径124)、液体燃料端口128的数量、各个液体燃料端口128的直径130、各个液体燃料端口128的角度132以及尖端99越过尖端92的下游距离134。可特别地选择这些属性以实现合适的雾化。此外，液体燃料筒70可选自各自具有一个或多个不同的属性的一组筒70。这样，涡轮机系统10可针对特定的燃料容易地构造或者重构造。

图16是沿着图13的线16-16得到的设置在气体燃料喷射器61内的液体燃料筒70的截面侧视图。该截面示出了沿基本下游方向63将空气从主体90的上游部分处的入口138运送到压缩机空气端口96的压缩机空气通道136。具体而言，如图5中最佳地示出，来自压缩机22的空气通过第二窗口56被引导到入口138。如所了解的，入口138的数量可对应于气体燃料喷射器61的主体90内的压缩机空气端口96的数量。该压缩机空气通道136可相对于纵向轴线84以角度140定向。在当前实施例中，角度140可为大约5°。备选的实施例可包括更大或者更小的角度140。例如，某些实施例可包括大约为介于0°至20°之间、2°至18°之间、4°至16°之间、6°至14°之间、8°至12°之间或者约10°的角度140。当涡轮机系统10以液体燃料模式操作时，压缩机空气通道136相对于纵向轴线84的角度140可影响液体燃料滴的雾化。类似地，在气体燃料操作时期期间，角度140可影响气体燃料通过预混合器管52的流动。如之前所论述的，可针对特定的涡轮机系统应用来配置端口96的数量。

图17是液体燃料筒70的尖端99的透视图。如之前所论述的，尖端99包括具有周向尺寸110的纵向凹槽100。如该图中最佳地示出的，液体燃料端口128邻近凹槽100终止。该构造可通过由于空气沿着凹槽100的流动而邻近端口128产生低压区来提供增强的雾化。较低压力区可起到增大液体燃料从端口128离开的离开速度的作用，从而产生减小的液滴大小和增大的液滴速度。在备选的构造中，液体燃料端口128可在尖端99的端帽142处终止。此构造可基本沿着下游方向63散发液滴。

图18是设置在端盖38(见图3至7)内的气体燃料喷射器61的截面侧视图。如图所示，气体喷射器61通过固定到气体喷射器61的基部部分86上的紧固件144联接到端盖38上。紧固件144阻挡气体燃料喷射器61沿下游方向63的运动，而凸缘88阻挡喷射器61沿上游方向59的运动。在某些实施例中，紧固件144与基部部分86可包括匹配的螺纹。液体燃料筒70通过螺栓146固定到端盖38上。在某些实施例中，1、2、3、4、5、6、7、8或者更多个螺栓146可将液体燃料筒70固定到端盖38上。然而，液体燃料筒70并未直接联接到气体燃料喷射器61上。在该构造中，液体燃料筒70可通过脱开螺栓146从端盖38上移除。因此，液体燃料筒70可容易地替换，以便有利于燃料喷嘴维护并且为涡轮机系统10提供针对给定的应用特别地构造的液体燃料筒70。例如，可基于由液体燃料供应15所供应的液体燃料的类型来选择以上描述的液体燃料筒70的属性。因此，可对于特定的燃料调整涡轮机系统10的操作而不需要燃料喷嘴12的全部的重构造。

此外，各个廊道62可构造成以便在气体燃料操作时期期间将气体燃料提供到可选的流动通道114，在液体燃料操作时期期间提供冷却空气，或者在过渡时期期间提供气体与空气的组合。例如，来自气体燃料供应14的气体燃料和来自热交换器37的空气两者可通过一个或多个阀被传递到廊道62。可基于涡轮机系统10的特定的操作模式调节这些阀以提供空气和/或气体燃料到廊道62的合适的流动。气体燃料和/或冷却空气可通过各个廊道62流动到相应的可选的流动通道114。这样，流过液体燃料通道112的液体燃料可通过周围的气体燃料和/或冷却空气与热燃烧气体绝热隔离，从而显著地降低或者消除液体燃料通道112内的焦化。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使得本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明的可授予专利权的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有无异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元素，则这样的其它实例意图处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种系统(10)，包括：

燃料喷射器(61，70)，包括：

通向液体燃料端口(128)的液体燃料通道(112)；和

通向气体燃料端口(94，98)的气体燃料通道(114)；

构造成以便在液体燃料(15)流过所述液体燃料通道(112)的同时将空气流供应到所述气体燃料通道(114)的空气压缩机(35)；以及

构造成以便冷却所述空气流的热交换器(37)。

2.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述空气流被冷却到配置成以便在热学上隔离流过所述液体燃料通道(112)的液体燃料(15)以降低焦化的温度。

3.根据权利要求2所述的系统(10)，其特征在于，所述温度至少小于280度华氏温度。

4.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述燃料喷射器(61，70)包括气体燃料模式、液体燃料模式以及在所述气体燃料模式与所述液体燃料模式之间切换的过渡模式，其中，所述气体燃料模式提供通过所述气体燃料通道(114)的气体燃料(14)流以及通过所述液体燃料通道(112)的空气流，且所述液体燃料模式提供通过所述液体燃料通道(112)的液体燃料(15)流和通过所述气体燃料通道(114)的空气流。

5.根据权利要求4所述的系统(10)，其特征在于，所述过渡模式通过所述气体燃料通道(114)在所述气体燃料(14)流与所述空气流之间切换，且所述气体燃料(14)流与所述空气流两者处于配置成以便在热学上隔离通过所述液体燃料通道(112)的液体燃料(15)流以降低焦化的温度。

6.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述液体燃料通道(112)和所述气体燃料通道(114)彼此同心，且所述液体燃料端口(128)和所述气体燃料端口(94，98)两者设置在所述燃料喷射器(61，70)的尖端部分(92，99)处。

7.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)包括设置在所述燃料喷射器(61，70)周围的预混合器管(52)，其中所述预混合器管(52)包括构造成以便接收另一空气流的穿孔环形壁(74)。

8.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述气体燃料端口(94，98)构造成以便引导所述空气流来雾化从所述液体燃料通道(112)输出的液体燃料(15)。

9.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述空气流被冷却到配置成以便降低受管制的排气产物的排放的温度。

10.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)包括具有所述燃料喷射器(61，70)的涡轮发动机(10)。

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