CN102644917A - 燃烧器和用于将二次流体导入燃料喷嘴中的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃烧器和用于将二次流体导入燃料喷嘴中的方法，所述燃烧器包括挡板和穿过所述挡板延伸的燃料喷嘴。所述燃烧器还可以包括护罩，所述护罩自所述挡板延伸并且包绕所述燃料喷嘴的至少一部分。所述护罩与所述燃料喷嘴的外表面之间限定了通路以用于接收第一流体。此外，可以相对于邻近所述护罩流动的第二流体对所述通路进行密封。

Description

燃烧器和用于将二次流体导入燃料喷嘴中的方法
技术领域
本发明总体涉及燃气涡轮机，并且更具体地，涉及用于将二次流体导入燃料喷嘴中而不会被流经燃烧器的压缩机排放流体稀释二次流体的燃烧器布置。
背景技术
燃气涡轮机典型地包括压缩机分段、燃烧分段和涡轮分段。在传统的涡轮机应用中，压缩机分段对流入燃气涡轮机中的空气进行加压。从压缩机分段排出的加压空气流入燃烧分段中，燃烧分段的总体特征在于，多个燃烧器围绕发动机的轴线设置在环形阵列中。具体而言，加压空气沿各个燃烧器的燃烧衬套流动并且穿过限定在喷嘴中的一个或更多个进口或者开口导入燃烧器的燃料喷嘴。接着，空气与燃料进行混合并且混合物注入各个燃烧器的燃烧室中，且在各个燃烧器的燃烧室内燃烧。接着，热燃烧气体从燃烧分段流向涡轮分段，在涡轮分段中，从气体中提取能量以驱动涡轮和发电。
在其它的涡轮机应用中，压缩机排放流体或燃烧器的工作流体可以包括除空气之外的流体。例如，在燃料增氧(oxy-fuel)或化学计量废气再循环(stoichiometric exhaust gas recirculation，SEGR)应用中，压缩机排放流体可以包括缺氧流体。这样一来，经常期望将具有相比压缩机排放流体具有较高含氧量的一个或更多个二次流体导入各个燃烧器中以提高燃烧效率。但是，由于传统的燃烧器的布置，通常必须在除燃料喷嘴之外的位置将二次流体注入燃烧室中(例如像穿过燃烧衬套注入一个或更多个交叉混合流那样)，以防止这种流体被邻近燃料喷嘴流动的压缩机排放流体稀释。因此，相当一部分包括在二次流体内的氧气以未燃烧的状态离开燃烧分段，从而增加了燃气涡轮机产生的有害排放物的量。
因此，用于将二次流体导入燃料喷嘴中而不会被流经燃烧器的压缩机排放流体稀释二次流体的燃烧器布置在技术上将是受欢迎的。
发明内容
本发明的各个方面以及优点将会在以下的说明书中进行部分阐述，或者是通过说明书可以显而易见的，或者是可以通过实施本发明而学到。
在一个方面中，本发明公开了一种燃烧器，该燃烧器包括挡板和穿过挡板延伸的燃料喷嘴。该燃烧器还可以包括护罩，该护罩自挡板延伸并且包绕燃料喷嘴的至少一部分。护罩与燃料喷嘴的外表面之间可以限定通路以用于接收第一流体。此外，该燃烧器可以包括用于相对于邻近护罩流动的第二流体对通路进行密封的装置。
所述燃烧器进一步包括与所述挡板隔开的燃烧衬套帽，所述用于相对于所述第二流体对所述通路进行密封的装置包括设置在所述护罩与所述燃烧衬套帽之间的密封件。所述燃烧器进一步包括由所述护罩和所述燃烧衬套帽中的一个限定的通道，所述密封件包括浮动轴环，所述浮动轴环包括构造成接收在所述通道内的轴环部。所述密封件包括在所述护罩与所述燃烧衬套帽之间径向延伸的环和设置在由所述环限定的凹槽内的环形密封件。所述用于相对于所述第二流体对所述通路进行密封的装置包括设置在所述护罩与所述燃料喷嘴之间的密封件。所述密封件包括浮动轴环。
所述燃烧器进一步包括由所述护罩限定的通道，所述浮动轴环包括构造成接收在所述通道内的轴环部。所述浮动轴环包括与所述护罩的表面相配合的第一凸缘部和与所述燃料喷嘴的所述外表面相配合的第二凸缘部。所述燃烧器进一步包括限定在所述燃料喷嘴中的多个流体开口，所述第一流体被引导穿过所述多个流体开口。所述多个流体开口限定在所述燃料喷嘴中，使得所述第一流体导入所述燃料喷嘴的混合室和所述燃烧器的燃烧室中的至少一个中。所述第二流体包括压缩机排放流体。
在另一个方面中，本发明公开了一种燃烧器，该燃烧器包括挡板和穿过挡板延伸的燃料喷嘴。该燃烧器还可以包括护罩，该护罩自挡板延伸并且包绕燃料喷嘴的至少一部分。护罩与燃料喷嘴的外表面之间可以限定通路以用于接收第一流体。此外，该燃烧器可以包括密封件，该密封件与护罩相配合并且构造成相对于邻近护罩流动的第二流体对通路进行密封。
所述燃烧器进一步包括与所述挡板隔开的燃烧衬套帽，所述密封件设置在所述护罩与所述燃料喷嘴和所述燃烧衬套帽中的至少一个之间。所述燃烧器进一步包括由所述护罩和所述燃烧衬套帽中的一个限定的通道，所述密封件包括浮动轴环，所述浮动轴环包括构造成接收在所述通道内的轴环部。所述浮动轴环包括与所述护罩的表面相配合的第一凸缘部和与所述燃料喷嘴的所述外表面相配合的第二凸缘部。所述密封件包括径向延伸的环和设置在由所述环限定的凹槽内的环形密封件。所述第二流体包括压缩机排放流体。
在又一个方面中，本发明公开一种用于将未稀释的流体导入燃烧器的燃料喷嘴中的方法。该方法通常包括以下步骤：穿过限定于燃料喷嘴的外表面与包绕燃料喷嘴的至少一部分的护罩之间的通路供给第一流体；以及防止邻近护罩流动的第二流体进入通路。
防止邻近所述护罩流动的所述第二流体进入所述通路的步骤包括将所述护罩密封至所述燃料喷嘴和所述燃烧器的燃烧衬套帽中的至少一个的步骤。使用浮动轴环和连接至径向延伸的环的环形密封件中的至少一个对所述通路进行密封。
参照下文的说明书以及所附权利要求，本发明的这些和其它的特征、方面以及优点将得到更好的理解。结合在本说明书中并且构成本说明书一部分的附图显示了本发明的实施例并且与说明书一起用于对本发明的原理进行解释。
附图说明
参照附图，说明书中阐述了面向本领域普通技术人员的本发明的完整公开，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本发明，包括本发明的最佳模式，在附图中：
图1示出了根据本发明的各个方面的燃气涡轮机的一个实施例的简化方框图；
图2示出了根据本发明的各个方面的燃烧器的一个实施例的横截面侧视图；
图3示出了图2所示的燃烧器的端盖组件的一个实施例的透视图；
图4示出了根据本发明的各个方面的图2所示的燃烧器的局部横截面图，尤其是示出了用于相对于压缩机排放流体的流动对燃烧器的流体通路进行密封的密封机构的一个实施例；
图5示出了沿燃烧器的燃料喷嘴的中心线截取的图4所示的燃烧器的一部分的横截面图；
图6示出了根据本发明的各个方面的沿燃烧器的燃料喷嘴的中心线截取的图2所示的燃烧器的局部横截面图，尤其是示出了用于相对于压缩机排放流体的流动对燃烧器的流体通路进行密封的密封机构的另一个实施例；
图7示出了根据本发明的各个方面的沿燃烧器的燃料喷嘴的中心线截取的图2所示的燃烧器的局部横截面图，尤其是示出了用于相对于压缩机排放流体的流动对燃烧器的流体通路进行密封的密封机构的又一个实施例；
图8示出了根据本发明的各个方面的沿燃烧器的燃料喷嘴的中心线截取的图2所示的燃烧器的局部横截面图，尤其是示出了用于相对于压缩机排放流体的流动对燃烧器的流体通路进行密封的密封机构的再一个实施例；以及
图9示出了根据本发明的各个方面的沿燃烧器的燃料喷嘴的中心线截取的图2所示的燃烧器的局部横截面示意图，尤其是示出了用于相对于压缩机排放流体的流动对燃烧器的流体通路进行密封的密封机构的再一个实施例。
附图标记列表：
  10   涡轮机系统
  12   压缩机分段
  14   燃烧分段
  16   涡轮分段
  18   轴
  20   燃烧器
  22   燃烧壳体
  24   涡轮机壳体
  26   端盖组件
  28   端盖
  30   燃料喷嘴
  31   中心线
  32   流动套筒
  34   衬套
  36   径向间隔
  38   压缩机排放流体
  40   增压室(燃烧器)
  41   流动套筒中的孔
  42   外表面(衬套)
  44   燃烧室
  46   过渡件
  48   衬套帽
  50   内表面(端盖)
  52   挡板
  54   挡板开口
  56   流体通路
  58   基部
  60   径向轴环
  62   喷嘴尖端
  64   内流体室
  66   外流体室
  68   第一流体
  70   第二流体
  72   尖端开口
  74   混合室
  75   壁或板(帽)
  76   开口(帽)
  77   浮动轴环(传统)
  78   轴环部
  79   凸缘部
  80   通道
  81   外表面(燃料喷嘴)
  82   增压室(挡板)
  83   二次流体
  84   护罩
  85   内表面(护罩)
  86   流体开口
  87   浮动轴环(新)
  88   轴环部
  89   凸缘部
  90   通道
  187   密封机构/浮动轴环
  188   轴环部
  189   凸缘部
  190   通道
  287   密封机构
  288   轴环部
  290   通道
  291   第一凸缘部
  292   第二凸缘部
  387   密封机构
  393   环
  394   环形密封件
  395   第一端
  396   第二端
  397   密封件凹槽
  486   流体开口
  487   密封机构
  488   轴环部
  489   凸缘部
  490   通道
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或更多的示例示于附图中。每个示例都以对发明进行解释的方式给出，并不对本发明构成限制。实际上，对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，能够在不偏离本发明的范围或者精神的前提下对本发明进行多种改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或者进行描述的特征能够用于另一个实施例，从而产生又一个实施例。因此，期望的是，本发明覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些改型以及变型。
总体而言，本发明涉及一种允许围绕燃烧器的一个或更多个燃料喷嘴对二次流体进行引导、并且将二次流体导入燃烧器的一个或更多个燃料喷嘴而不会被流经燃烧器的压缩机排放流体(例如，空气或缺氧流体)稀释这种二次流体的燃烧器布置。具体而言，燃烧器可以包括包绕各个燃料喷嘴的至少一部分的护罩，以便限定位于护罩与燃料喷嘴的外周之间的通路。此外，燃烧器可以包括用于相对于围绕护罩和/或邻近护罩流动的压缩机排放流体对通路进行密封的装置。例如，在若干实施例中，例如浮动轴环密封件的密封机构可以设置在护罩与燃烧器的另一个部件(例如，燃料喷嘴或燃烧衬套帽)之间，以便防止压缩机排放流体进入通路。这样一来，可以沿燃料喷嘴的外部设置密封通路，以用于将未稀释的二次流体导入穿过燃料喷嘴供给的并且/或者离开燃料喷嘴的燃料和其它流体。
在本发明的若干实施例中，二次流体可以包括相比压缩机排放流体具有不同的含氧量的含氧流体(例如，纯氧气流)。这样一来，在一个实施例中，所公开的涡轮机可以包括燃料增氧(oxy-fue1)燃烧系统，在该系统中，围绕燃料喷嘴的外周流动的含氧流体导入穿过燃料喷嘴进行引导的燃料(例如，天然气)和/或其它流体(例如，含惰性二氧化碳流体)中。通过在燃料喷嘴处将氧气导入燃料和其它流体中，已经发现，从涡轮机排出的未燃烧的氧气的量可能减少，从而降低了涡轮机产生的排放物的量。因此，本发明对于低氧排放应用而言尤其可以是有利的，例如在压缩机排放流体按体积可能小于1％氧气的化学计量废气再循环(SEGR)附近。但是，应当理解，本发明不一定限于这样的应用，而是通常可以应用于任何合适的燃烧系统。
现在参照图1，其中示出了燃气涡轮机10的一个实施例的简化方框图。燃气涡轮机10包括压缩机分段12、燃烧分段14和涡轮分段16。燃烧分段14可以包括围绕燃气涡轮机10的轴线设置在环形阵列周围的多个燃烧器20(其中的一个示于图2中)。压缩机分段12和涡轮分段16可以通过轴18连接。轴18可以是单个的轴或者是连接在一起以形成轴18的多个轴段。在燃气涡轮机10的运行过程中，压缩机分段12对流体进行加压并且朝向燃烧分段14对加压流体进行引导。在燃烧分段14的各个燃烧器20(图2)内，燃料与加压流体混合并且进行燃烧。接着，热燃烧气体从燃烧分段14流向涡轮分段16，在涡轮分段16中，从热气体中提取能量以作功。
参照图2，示出了燃烧器20的一个实施例的横截面侧视图。燃烧器20通常包括固定至例如压缩机排放壳体或燃烧包裹(wrapper)壳体的燃气涡轮机壳体24的一部分的基本成圆柱形的燃烧壳体22。此外，端盖组件26可以固定至燃烧壳体22的上游端。端盖组件26可以包括端盖28和固定至端盖28的多个燃料喷嘴30。各个燃料喷嘴30可以构造成从燃料源(未示出)吸入燃料、将燃料与外部合适的流体混合并且向下游分配混合物用于燃烧。端盖组件26还可以包括多个管、歧管、相关联的阀等用于将燃料(例如，气体燃料和/或液体燃料)空气、水以及/或者其它合适的流体供给至燃料喷嘴30中。
每个燃烧器20都可以还包括流动套筒32和基本同心地布置在流动套筒32内的燃烧衬套34。这样一来，径向间隔36可以大致限定在流动套筒32与燃烧衬套34之间，以用于对沿燃烧衬套34在由涡轮机壳体24限定的环形增压室40内流动的压缩机排放流体38进行引导(箭头所示)。例如，流动套筒32可以限定多个孔41，多个孔41构造成允许压缩机排放流体38进入径向间隔36并且朝向燃料喷嘴30沿燃烧衬套34向上游流动。此外，燃烧衬套34可以在燃料喷嘴30的下游大致限定基本成圆柱形的燃烧室44(图4)，在燃料喷嘴30内混合的燃料和其它流体注入燃烧室44中并且进行燃烧以产生热燃烧气体。此外，燃烧衬套34的下游端通常可以连接至过渡件46，过渡件46延伸至涡轮分段16(图1)的第一级喷嘴(未示出)。这样一来，燃烧衬套34和过渡件46可以大致限定用于从燃烧器20流向涡轮分段16的热燃烧气体的流路。
燃烧器20还可以包括连接至燃烧衬套34的上游端的燃烧衬套帽48。例如，在若干实施例中，燃烧衬套帽48可以沿燃烧衬套34的内周进行固定，以便将热燃烧气体密封在衬套34内。这样一来，燃烧衬套帽48可以大致用于遮蔽或保护燃烧器20的上游部件(例如，端盖组件26)不受燃烧室44内产生的热燃烧气体的影响。此外，如将在下文中进行描述的，各个燃料喷嘴30的一部分可以延伸穿过燃烧衬套帽48(例如，穿过由衬套帽48限定的多个开口76(其中的一个示于图4中))，以允许穿过燃料喷嘴30进行引导的燃料和其它流体注入燃烧室44中。
现在参照图3，其中示出了燃烧器20的端盖组件26的一个实施例的透视图。如图所示，端盖组件26通常包括燃烧器20的端盖28，燃烧器的燃料喷嘴30连接至燃烧器20的端盖28。例如，在所示实施例中，六个燃料喷嘴30可以自端盖28的内表面50延伸，喷嘴30围绕端盖28的中心轴线设置在圆形阵列中。但是，任何合适的数目和布置的燃料喷嘴30可以连接至端盖28并且可以从内表面50向外延伸。
端盖组件26还可以包括连接至端盖28的挡板52。例如，挡板52可以使用多个螺栓和立管(riser)连接至端盖28。但是，在其它实施例中，挡板52可以使用任何其它合适的方法连接至端盖28。挡板52通常可以限定用于接收燃料喷嘴30的多个挡板开口54。例如，在所示实施例中，挡板52包括六个挡板开口54，以允许连接至端盖28的燃料喷嘴30中的每一个都延伸穿过挡板52。
现在参照图4和图5，其中示出了根据本发明的各个方面的燃烧器20的一个实施例，该燃烧器20具有相对于流经燃烧器20的压缩机排放流体38进行密封的流体通路56。具体而言，图4示出了图2所示的燃烧器20的局部横截面图。此外，图5示出了具体而言沿燃烧器20的燃料喷嘴30中的一个的中心线31截取的图4所示的燃烧器的一部分的横截面图。
如图所示，燃烧器20的各个燃料喷嘴30通常可以包括圆柱形的基部58和自基部58延伸的径向轴环60。基部58可以大致构造成在一端处连接至端盖组件26的一部分(例如，端盖28)并且可以在相对端处包括喷嘴尖端62。此外，基部58可以包括构造成接收穿过端盖28供给至燃料喷嘴30的燃料、空气和/或其它流体的一个或更多个流体室64、66。例如，在若干实施例中，基部58可以包括大致同心地布置在外流体室66内的内流体室64。如箭头所示，内流体室64可以构造成接收第一流体68而外室66构造成接收第二流体70。基部58还可以包括限定在喷嘴尖端62中(例如，在两个或更多个围绕喷嘴尖端62的环形阵列中)的多个尖端开口72，以用于将第一流体68和第二流体70注入到由径向轴环60限定的混合室74中。接着，注入到混合室74中的流体68、70可以进行混合并且从燃料喷嘴30排放到燃烧室44中以用于在其中燃烧。
应当理解，供给至燃料喷嘴30的流体68、70通常可以包括任何合适的流体和/或本领域内公知的流体的组合。例如，流体68、70可以包括任何合适的燃料(例如，气体燃料、液体燃料以及/或者气体燃料和/或液体燃料的组合)、空气、水、蒸汽以及/或者其它合适的气体和/或液体。但是，在本发明的若干实施例中，第一流体68可以包括天然气，而第二流体70可以包括例如空气和其它合适的气体的含惰性二氧化碳的气体。
如图4和图5所示，各个燃料喷嘴30的下游端可以大致构造成接收在燃烧衬套帽48的一部分内。例如，燃烧衬套帽48可以包括从燃烧衬套34的内周大致径向和轴向地延伸的一个或更多个壁和/或板75(例如，帽板和防溅板)，壁和/或板75限定了用于接收各个燃料喷嘴30的径向轴环60的开口76。此外，在若干实施例中，燃烧衬套帽48可以构造成与各个燃料喷嘴30密封配合。因此，应当理解，合适的密封机构可以设置在燃烧衬套帽48与各个燃料喷嘴30之间，以提供这些部件之间合适的密封。例如，在所示实施例中，浮动轴环77可以连接在燃烧衬套帽48与径向轴环60之间。如图5中具体所示的，浮动轴环77可以包括限定了总体径向延伸的轴环部78的第一端和限定了总体轴向延伸的凸缘部79的第二端。轴环部78可以大致构造成接收在由燃烧衬套帽48的一部分限定的径向延伸通道80内。例如，燃烧衬套帽48的壁和/或板75中的一个的上游端可以包括限定了环形通道80的径向向外延伸的凸出部。通道80可以大致具有这样的尺寸或者通过其它方式构造成：使得轴环部78可以在通道80内径向移动或滑动。这样一来，可以对浮动轴环77相对于燃烧衬套帽48的径向定位进行调节，以适应衬套帽48与燃料喷嘴30之间的任何不对齐。此外，由于燃烧器20的运行过程中作用在浮动轴环77上的压力，可以将轴环部78挤压成与通道80的侧壁中的一个密封配合，从而提供浮动轴环77与燃烧衬套帽48之间的密封。类似地，浮动轴环77的凸缘部79可以大致构造成与燃料喷嘴30密封配合。例如，在一个实施例中，凸缘部79可以构造成围绕径向轴环60的外周摩擦配合(例如，通过使用例如压入配合或过盈配合的径向轴环60与凸缘部79之间的摩擦配合)，以将凸缘部79密封至燃料喷嘴30。因此，浮动轴环77通常可以用作密封机构，以用于密封燃烧衬套帽48与燃料喷嘴30之间限定的间隙。
本领域普通技术人员应当易于理解，浮动轴环77不必精确地具有上述构造，而是通常可以具有提供燃烧衬套帽48与各个燃料喷嘴30之间的密封的任何合适的构造。此外，应当理解，在备选实施例中，可以利用本领域内公知的任何其它合适的密封机构来提供燃烧衬套帽48与各个燃料喷嘴30之间的密封。例如，合适的密封机构可以包括但不限于活塞环密封件、O形环密封件、端面密封件、刷式密封件、迷宫式密封件、摩擦密封件、浮动密封件、滑动接头、压缩密封件、垫片密封件以及其它合适的密封件和密封装置。此外，可以利用多种其它的连接方法提供燃烧衬套帽48与各个燃料喷嘴30之间的密封。例如，可以利用例如压入配合或过盈配合的摩擦配合围绕各个燃料喷嘴30的外周连接燃烧衬套帽48。类似地，可以围绕各个燃料喷嘴30的外周焊接燃烧衬套帽48，以便提供衬套帽48与燃料喷嘴30之间的密封配合。
此外，如上所述，各个燃料喷嘴30的一部分可以大致延伸穿过连接至端盖28的挡板52。例如，在所示实施例中，燃料喷嘴30可以延伸穿过挡板52中限定的挡板开口54中的一个，燃料喷嘴30的外表面81与挡板开口54的外周径向隔开，使得燃料喷嘴20与挡板52之间限定了径向间隔或间隙。此外，如图4所示，挡板52可以大致与端盖28隔开，使得端盖28和挡板52之间限定了增压室82。增压室82可以大致与流体源(未示出)流动连通，以允许二次流体83供给至增压室82中。因此，如箭头所示，二次流体83可以接收在增压室82内，并且可以穿过挡板52与燃料喷嘴30之间限定的间隙对二次流体83进行引导。
应当理解，二次流体83通常可以包括任何合适的流体和/或本领域内公知的流体的组合。例如，二次流体83可以包括任何合适的燃料(例如，气体燃料、液体燃料以及/或者气体燃料和/或液体燃料的任何组合)、空气、水、蒸汽以及/或者任何其它合适的气体和/或液体。但是，在本发明的若干实施例中，二次流体83可以包括相比压缩机排放流体38具有不同成分的含氧气体。例如，在具体实施例中，二次流体83可以包括纯氧气或者具有相比压缩机排放流体38的含氧量更大的含氧量的任何其它合适的流体。在备选实施例中，二次流体83可以包括具有相比压缩机排放流体38的含氧量更小的含氧量的流体。
仍然参照图4，在若干实施例中，燃烧器20还可以包括在各个挡板开口54处或邻近各个挡板开口54处从挡板52延伸的环形护罩84。总体而言，护罩84的上游端可以构造成刚性连接至挡板52的一部分。例如，护罩84可以通过焊接、钎焊、使用一个或更多个机械紧固件(例如，螺栓、螺钉、销、夹子、支架等)以及/或者使用任何其它合适的连接装置和/或方法固定至挡板52。此外，护罩84可以在燃烧衬套帽48的方向上向挡板52的下游延伸。这样一来，护罩84可以大致围绕或包绕燃料喷嘴30的至少一部分。例如，如图所示，护罩84可以与燃料喷嘴30径向隔开，使得护罩84的内表面85与燃料喷嘴30的外表面81之间限定了流体通路56。因此，供给至增压室82的二次流体83可以导入流体通路56，以用于随后导入流经和/或离开燃料喷嘴30的流体68、70中。
例如，在本发明的若干实施例中，燃料喷嘴30可以包括多个流体开口86，以用于将流经通路56的二次流体83注入离开燃料喷嘴30的流体68、70的蒸汽中。因此，如图示实施例所示，多个流体开口86可以沿燃料喷嘴30的径向轴环60的一部分(例如，径向轴环60的环形壁或圆周部分)形成。这样一来，流体开口86可以大致限定用于将二次流体83注入从燃料喷嘴30排出的流体68、70中的环形布置。但是，应当理解，在备选实施例中，流体开口83可以在任何其它合适的位置限定在燃料喷嘴30中，并且可以具有允许二次流体83导入流体68、70中的一个或更多个中、并且/或者与流体68、70中的一个或更多个进行混合的任何合适的布置，流体68、70中的一个或更多个穿过燃料喷嘴30进行供给、并且/或者离开燃料喷嘴30。例如，在另一个实施例中，流体开口83可以限定在燃料喷嘴30中(例如，穿过燃料喷嘴30的基部58)，使得二次流体83导入由径向轴环60限定的混合室74中。在其它实施例中，流体开口83可以限定在燃料喷嘴30中，使得二次流体83导入燃料喷嘴30的外流体室66中。
本领域普通技术人员应当理解，通过将流体开口86定位在燃料喷嘴30的下游端，可以降低由于导入二次流体83而发生的逆燃(flashback)和火焰稳定事件的可能性。例如，在所示实施例中，流体通路86限定在燃料喷嘴30中，使得二次流体83像流体68、70进入燃烧室44那样地导入流经燃料喷嘴30的流体68、70中。因此，二次流体83可以在燃料喷嘴30外部的位置进行燃烧，从而保持燃料喷嘴出口的下游的燃烧器的火焰。
仍然参照图4和图5，为了防止二次流体83被在燃烧器20内流动的压缩机排放流体38稀释，燃烧器20还可以包括用于相对于压缩机排放流体38对流体通路56进行密封的装置。具体而言，如上所述，压缩机排放流体38可以大致导入流动套筒32与燃烧衬套34之间限定的径向间隔36，从而朝向燃料喷嘴30向上游流动。因此，如图4和图5中的箭头所示，大致沿燃烧衬套34的外表面42向上游对压缩机排放流体38进行引导，并且压缩机排放流体38可以在燃料喷嘴30、燃烧衬套帽48和护罩84的方向上围绕衬套34流动。因此，在本发明的若干实施例中，燃烧器20可以包括这样的密封机构：该密封机构构造成将所公开的护罩84密封至燃烧器20的部件，以便防止沿燃烧衬套34和围绕燃烧衬套34流动的压缩机排放流体38进入流体通路56并且因此而稀释二次流体83。
例如，如图5具体所示的，密封机构可以包括连接在护罩84与燃烧衬套帽48的一部分之间的第二浮动轴环87。类似于上述的浮动轴环77，额外的浮动轴环87可以包括限定了总体径向延伸的轴环部88的第一端和限定了总体轴向延伸的凸缘部89的第二端。轴环部88可以大致构造成接收在由护罩84的一部分限定的径向延伸的通道90内。例如，如图所示，护罩84的下游端可以包括限定了环形通道90的径向凸出部。通道90可以大致具有这样的尺寸或者通过其它方式构造成：使得轴环部88可以在通道90内径向移动或滑动。这样一来，可以对浮动轴环87相对于护罩84的径向定位进行调节，以适应挡板52/护罩84与燃烧衬套帽48之间的任何不对齐。此外，由于燃烧器20内的运行压力，可以将轴环部88挤压成与通道90的侧壁中的一个密封配合，从而提供轴环部88与护罩84之间的密封。类似地，浮动轴环87的凸缘部89可以大致构造成与燃烧衬套帽48密封配合。例如，在一个实施例中，凸缘部89可以构造成围绕由燃烧衬套帽48限定的环形通道90的外周摩擦配合，以便将凸缘部89密封至衬套帽48。因此，浮动轴环87可以大致对护罩84与燃烧衬套帽48之间限定的间隙进行密封，从而防止压缩机排放流体38进入流体通路56。这样一来，可以穿过流体开口86对所有未稀释的二次流体83进行引导，并且所有未稀释的二次流体83可以导入流经和/或离开燃料喷嘴30的流体68、70中。
现在参照图6，其中示出了根据本发明的各个方面的适于与所公开的燃烧器20一起使用的密封机构187的另一个实施例的局部横截面图(沿燃料喷嘴30中的一个的中心线31截取)。类似于上述实施例，密封机构187可以包括连接在护罩84与燃烧衬套帽48的一部分之间的浮动轴环187，浮动轴环187包括限定了总体径向延伸的轴环部188的第一端和限定了总体轴向延伸的凸缘部189的第二端。但是，与上文参照图4和图5进行描述的轴环部88不同，轴环部188可以构造成接收在由燃烧衬套帽48限定的径向延伸的通道190内。例如，如图所示，轴环部188(在下文中称作“第一轴环部188”)可以构造成与被用于对燃烧衬套帽48与燃料喷嘴30之间的间隙进行密封的浮动轴环77的轴环部78(在下文中称作“第二轴环部78”)一样接收在环形通道190内。这样一来，第一轴环部188可以大致构造成相对于通道190和/或第二轴环部78径向移动或滑动，以便适应挡板52/护罩84与燃烧衬套帽48之间的不对齐。此外，由于燃烧器20的运行压力，可以将第一轴环部188挤压成与通道190的侧壁以及/或者第二轴环部78密封配合，从而提供第一轴环部188与燃烧衬套帽48之间的密封。类似地，与上文所述的凸缘部89不同，凸缘部189可以构造成与护罩84的一部分密封配合。例如，凸缘部189可以与护罩84的内表面85摩擦配合。因此，可以提供护罩84与燃烧衬套帽48之间的密封，以防止压缩机排放流体38进入流体通路56。
应当理解，在备选实施例中，第一轴环部188和第二轴环部78不必设置在相同的环形通道190内。例如，在一个实施例中，燃烧衬套帽48可以限定两个环形通道(未示出)，以允许各个轴环部188、78在其各自的通道内径向移动或滑动。
现在参照图7，其中示出了根据本发明的各个方面的适于与所公开的燃烧器20一起使用的密封机构287的又一个实施例的局部横截面图(沿燃料喷嘴30中的一个的中心线31截取)。与上文所述的实施例不同，密封机构287可以包括连接在护罩84与燃料喷嘴30的一部分之间的浮动轴环287。总体而言，浮动轴环287可以包括上文参照图4至图6进行描述的浮动轴环187、77的组合，并且因此可以构造成对护罩84与燃烧衬套帽48之间限定的间隙以及燃烧衬套帽48与燃料喷嘴30之间限定的间隙进行密封。如图所示，浮动轴环287可以包括限定了总体轴向延伸的第一凸缘部291的第一端和限定了总体轴向延伸的第二凸缘部292的第二端，径向延伸的轴环部288设置在第一凸缘部291与第二凸缘部292之间。凸缘部291、292可以大致构造成分别与护罩83和燃料喷嘴30的部分密封配合。例如，在所示实施例中，第一凸缘部281可以与护罩84的内表面85密封配合(例如，通过使用摩擦配合)，而第二凸缘部292可以与燃料喷嘴30的径向轴环60密封配合(例如，通过使用摩擦配合)。此外，浮动轴环287的轴环部288可以构造成接收在由燃烧衬套帽48限定的径向延伸的通道290内。这样一来，轴环部288可以在通道290内径向移动或滑动，以便适应隔板52/护罩84、燃烧衬套帽48以及/或者燃料喷嘴30之间的不对齐，并且还可以在燃烧器20的运行过程中相对于通道290侧壁中的一个进行密封。
现在参照图8，其中示出了根据本发明的各个方面的适于与所公开的燃烧器20一起使用的密封机构387的再一个实施例的局部横截面图(沿燃料喷嘴30中的一个的中心线31截取)。如图所示，密封机构387通常包括环形体或环393以及例如活塞环形密封件、O形环密封件等的相应的环形密封件394，以用于提供环393与燃烧器20的部件之间的密封。总体而言，环393可以构造成在护罩84与燃烧衬套帽48的一部分之间径向延伸。例如，在所示实施例中，环393可以包括刚性连接(例如，通过焊接)至由燃烧衬套帽48限定的环形通道80的外周的第一端395和与护罩84的内表面85相配合的第二端396。此外，为了容纳环形密封件394，环形密封件凹槽397可以限定在环393的第二端396中。这样一来，环形密封件394可以构造成对环393与护罩84之间限定的界面进行密封，从而相对于邻近护罩84的外周流动的压缩机排放流体38对流体通路56进行密封。
应当理解，在备选实施例中，所公开的环393和环形密封件394可以具有允许相对于压缩机排放流体38对流体通路56进行密封的任何其它合适的构造。因此，在一个实施例中，环形密封件394可以设置在环393与燃烧衬套帽48之间。例如，环393的第二端396可以刚性连接至护罩84的内表面85，而环393的第一端395可以限定环形密封件凹槽397以用于将环形密封件394容纳在环393与燃烧衬套帽48之间的界面。在另一个实施例中，环形密封件凹槽397可以限定在环393的各端395、396中，使得环形密封件394可以设置在环393与护罩84之间的界面以及环393与燃烧衬套帽48的界面处。在又一个实施例中，环393可以刚性连接在燃烧衬套帽48与护罩84之间，以便对流体通路56进行密封。例如，环393的第一端395可以焊接至燃烧衬套帽48，而环393的第二端396可以焊接至护罩84，以提供燃烧衬套帽48与护罩84之间的密封配合。
现在参照图9，其中示出了根据本发明的各个方面的适于与所公开的燃烧器20一起使用的密封机构487的再一个实施例的局部横截面图(沿燃料喷嘴30中的一个的中心线31截取)。如图所示，密封机构487包括连接在护罩84与燃料喷嘴30的一部分之间的浮动轴环487。类似于上文所述的实施例，浮动轴环487可以包括限定了总体径向延伸的轴环部488的第一端和限定了总体轴向延伸的凸缘部489的第二端。轴环部488可以大致构造成接收在由护罩84限定的径向延伸的通道490内，并且可以构造成在环形通道490内径向移动或滑动以便适应挡板52/护罩84与燃料喷嘴30之间的不对齐。此外，在燃烧器20的运行过程中，可以将轴环部488挤压成与通道490的侧壁中的一个密封配合。类似地，浮动轴环487的凸缘部489可以大致构造成与燃料喷嘴30的一部分密封配合。例如，凸缘部489可以与燃料喷嘴30的基部58密封配合。但是，在另一个实施例中，凸缘部489可以与径向轴环60的一部分密封配合。例如，类似于上文参照图7进行描述的第二凸缘部292，凸缘部489可以与径向轴环60的下游端相配合。
在备选实施例中，密封机构487可以包括与上文参照图8进行描述的环393和环形密封件394相同或相类似地构造的环和环形密封件(未示出)。例如，径向延伸的环可以在一端处连接至护罩84或燃料喷嘴30，并且可以在相对端处限定环形密封件凹槽(未示出)以容纳用于将环密封至护罩84或燃料喷嘴30的环形密封件。在另一个实施例中，环可以在其各端处限定环形密封件凹槽，以允许环密封件设置在护罩84与环之间的界面以及环与燃料喷嘴30之间的界面处。
应当理解，当密封机构487设置在护罩84与燃料喷嘴30之间时，二次流体83导入其中的流体开口486可以大致限定在处于密封机构487与燃料喷嘴30相配合的位置上游的任何合适的位置。例如，在所示实施例中，流体通路486限定在处于浮动轴环487的凸缘部489上游的燃料喷嘴30的基部58中。这样一来，二次流体83可以导入燃料喷嘴30的混合室74中，并且可以在第一流体68和第二流体70离开燃料喷嘴30之前与这些流体68、70进行预混合。但是，在另一个实施例中，流体通路486可以限定在燃料喷嘴30中，使得二次流体83导入外流体室66、并且在注入混合室74之前与第二流体70进行混合。在又一个实施例中，密封机构487可以沿燃料喷嘴30进一步设置在下游。例如，密封机构487可以构造成在径向轴环60的下游端与燃料喷嘴30相配合。在这样的实施例中，类似于上文参照图4和图5进行描述的流体通路86，可以沿径向轴环60的外周限定流体通路486，以允许二次流体83注入离开燃料喷嘴30的流体68、70中。
此外，本领域技术人员应当易于理解，所公开的浮动轴环密封件87、187、287、487，环形密封件394以及相应的燃烧器部件不必精确地具有像上文参照图4至图9进行描述的那样的构造，而是通常可以具有允许相对于压缩机排放流体38对护罩84与燃料喷嘴30之间限定的流体通路56进行密封的任何合适的构造。还应当理解，可以利用各种其它合适的装置相对于压缩机排放流体38的流动对所公开的通路56进行密封。例如，除了浮动轴环密封件87、187、287、487和环形密封件394，可以利用各种其它的密封机构对流体通路56进行密封。例如，合适的密封机构可以包括但不限于活塞环密封件、O形环密封件、端面密封件、刷式密封件、迷宫式密封件、摩擦密封件、浮动密封件、滑动接头、压缩密封件、垫片密封件以及其它合适的密封件和密封装置。此外，可以利用各种其它的连接方法提供护罩84与燃烧器20的各个部件之间的密封。例如，可以利用例如压入配合或过盈配合的摩擦配合将护罩84连接至燃料喷嘴30的一部分、燃烧衬套帽48、自燃料喷嘴30和/或燃烧衬套帽48延伸的任何部件以及/或者燃烧器20的任何其它的部件，以便提供护罩84与这些部件之间的密封配合。类似地，护罩84可以焊接至燃料喷嘴30的一部分、燃烧衬套帽48、自燃料喷嘴30和/或燃烧衬套帽48延伸的任何部件以及/或者燃烧器20的任何其它的部件，以便允许相对于压缩机排放流体38的流动对流体通路56进行密封。例如，在图7所示的实施例中，浮动轴环287的第一凸缘部291和第二凸缘部292可以仅仅分别焊接至护罩84和燃料喷嘴30，以提供浮动轴环287与这些部件之间的密封。
还应当理解，尽管已经将本发明描述成相对于流经燃烧器20的压缩机排放流体38对流体通路56进行密封，但是本发明还可以用于相对于可能围绕并且/或者邻近护罩84、燃烧衬套帽48和/或燃料喷嘴30流动的任何其它的流体对流体通路56进行密封。
本说明书使用示例对本发明进行了公开，其中包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法。本发明的专利范围通过权利要求进行限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其他示例。如果这些其它的示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这些其它的示例包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则期望这些其它的示例落入权利要求的范围中。

Claims (15)

1.一种燃烧器(20)，其包括：
挡板(52)，所述挡板(52)限定了开口(54)；
燃料喷嘴(30)，所述燃料喷嘴(30)延伸穿过所述开口(54)，所述燃料喷嘴(30)限定了外表面(81)；
护罩(84)，所述护罩(84)自所述挡板(52)延伸并且包绕所述燃料喷嘴(30)的至少一部分，所述护罩(84)以及所述燃料喷嘴(30)的所述外表面(81)限定了用于接收第一流体(68)的通路(56)；以及
装置，所述装置用于相对于邻近所述护罩(84)流动的第二流体(70)对所述通路(56)进行密封。
2.根据权利要求1所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述燃烧器(20)进一步包括与所述挡板(52)隔开的燃烧衬套帽(48)，所述用于相对于所述第二流体(70)对所述通路进行密封的装置包括设置在所述护罩(84)与所述燃烧衬套帽(48)之间的密封件。
3.根据权利要求2所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述燃烧器(20)进一步包括由所述护罩(84)和所述燃烧衬套帽(48)中的一个限定的通道(90)，所述密封件包括浮动轴环(87)，所述浮动轴环(87)包括构造成接收在所述通道(90)内的轴环部(88)。
4.根据权利要求2所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述密封件包括在所述护罩(84)与所述燃烧衬套帽(48)之间径向延伸的环(393)和设置在由所述环(394)限定的凹槽(397)内的环形密封件(394)。
5.根据权利要求1所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述用于相对于所述第二流体(70)对所述通路(56)进行密封的装置包括设置在所述护罩(84)与所述燃料喷嘴(30)之间的密封件。
6.根据权利要求5所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述密封件包括浮动轴环(487)。
7.根据权利要求6所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器进一步包括由所述护罩(84)限定的通道(490)，所述浮动轴环(487)包括构造成接收在所述通道(490)内的轴环部(488)。
8.根据权利要求6所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述浮动轴环(487)包括与所述护罩(84)的表面相配合的第一凸缘(291)部和与所述燃料喷嘴(30)的所述外表面(81)相配合的第二凸缘(292)部。
9.根据权利要求1所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述燃烧器(20)进一步包括限定在所述燃料喷嘴(30)中的多个流体开口(86)，所述第一流体(68)被引导穿过所述多个流体开口(86)。
10.根据权利要求9所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述多个流体开口(86)限定在所述燃料喷嘴(30)中，使得所述第一流体(68)导入所述燃料喷嘴(30)的混合室(74)和所述燃烧器(20)的燃烧室(44)中的至少一个中。
11.一种燃烧器(20)，其包括：
挡板(52)，所述挡板(52)限定了开口(54)；
燃料喷嘴(30)，所述燃料喷嘴(30)延伸穿过所述开口(54)，所述燃料喷嘴(30)限定了外表面(81)；
护罩(84)，所述护罩(84)自所述挡板(52)延伸并且包绕所述燃料喷嘴(30)的至少一部分，所述护罩(84)以及所述燃料喷嘴(30)的所述外表面(81)限定了用于接收第一流体(68)的通路(56)；以及
密封件，所述密封件与所述护罩(84)相配合、并且相对于邻近所述护罩(84)流动的第二流体(70)对所述通路(56)进行密封。
12.根据权利要求11所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述燃烧器(20)进一步包括与所述挡板(52)隔开的燃烧衬套帽(48)，所述密封件设置在所述护罩(84)与所述燃料喷嘴(81)和所述燃烧衬套帽(48)中的至少一个之间。
13.根据权利要求12所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述燃烧器(20)进一步包括由所述护罩(84)和所述燃烧衬套帽(48)中的一个限定的通道(90)，所述密封件包括浮动轴环(87)，所述浮动轴环(87)包括构造成接收在所述通道(90)内的轴环部(88)。
14.根据权利要求13所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述浮动轴环(87)包括与所述护罩(84)的表面相配合的第一凸缘部(291)和与所述燃料喷嘴(30)的所述外表面(81)相配合的第二凸缘部
(292)。
15.根据权利要求11所述的燃烧器(20)，其特征在于，所述密封件包括径向延伸的环(393)和设置在由所述环(394)限定的凹槽(397)内的环形密封件(394)。
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