CN105627364A

CN105627364A - 束管燃料喷嘴及对应的燃烧器

Info

Publication number: CN105627364A
Application number: CN201510836448.1A
Authority: CN
Inventors: K.M.伦; D.W.齐拉
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2016-06-01
Also published as: JP2016099106A; US9631816B2; DE102015119750A1; US20160146469A1

Abstract

本发明提供一种束管燃料喷嘴及对应的燃烧器。该束管燃料喷嘴包括燃料分配主体，该燃料分配主体包括：基本平坦的后壁，该基本平坦的后壁具有与外表面轴向地间隔开的内表面；燃料柄圈，该燃料柄圈与后壁的内表面轴向地间隔开；和波状前壁，该波状前壁在燃料柄圈与后壁之间延伸。该波状前壁和后壁在燃料分配主体内限定了燃料增压室。该束管燃料喷嘴还包括多个喷射管，该多个喷射管与燃料增压室流体连通。每个喷射管都从波状前壁延伸到燃料分配主体内的后壁并且限定了通过波状前壁、燃料增压室和后壁的预混通道。

Description

束管燃料喷嘴及对应的燃烧器

技术领域

本发明总体涉及具有束管燃料喷嘴(bundledtubefuelnozzle)的燃烧器。更具体地，本发明涉及用于束管燃料喷嘴的燃料分配主体，该燃料分配主体被配置成缓解燃烧器内的燃烧动态(dynamics)。

背景技术

燃烧器在工业和商业操作中通常用于点燃燃料，以产生具有高温和高压的燃烧气体。例如，燃气涡轮机以及其它的涡轮机通常包括一个或多个燃烧器以产生动态或推力。典型的用于产生电力的燃气涡轮机包括位于前部的轴向压缩机、围绕中部的多个燃烧器、和位于后部的涡轮。环境空气作为工作流体进入压缩机，并且压缩机逐步向工作流体提供动能，以产生处于高能量状态的压缩工作流体。

压缩工作流体离开压缩机并且流过燃烧器中的一个或多个燃料喷嘴和/或管，在燃烧器处，压缩工作流体与燃料混合，之后点燃，以产生具有高温和高压的燃烧气体。在特定配置中，每个燃烧器都包括多个束管或微混合器型燃料喷嘴。多个束管或微混合器型燃料喷嘴被配置成允许燃烧之前在燃烧室的上游对燃料和工作流体(即空气)进行预混。燃烧气体流向涡轮，在涡轮处，燃烧气体膨胀以做功。例如，燃烧气体在涡轮中的膨胀可以使连接到发电机的轴旋转以产生电力。

在特定的操作条件下，一些燃烧器可能由于燃烧过程或火焰动态与燃烧器的一个或多个声共振频率的相互作用或耦合而产生燃烧不稳定性。例如，一种燃烧不稳定性机制可能在声压脉动造成燃料端口处的质量流量波动时发生，从而造成火焰中的空燃比波动。当所获得的燃料/空气比波动和声压脉动具有特定的相行为(phasebehavior)(例如，同相或大致同相)时，会造成自激反馈回路。该机制、以及所获得的燃烧动态的大小取决于燃料喷射与燃料到达火焰区域中间的延迟时间(在本领域内被称为“对流时间(convectivetime)”(Tau))。总体而言，对流时间与频率之间存在反比关系：即，当对流时间增加时，燃烧不稳定性的频率减小；并且当对流时间减少时，燃烧不稳定性的频率增大。在束管燃料喷嘴的情况下，对流时间大体作为由每个管内喷射燃料的点所确定的燃料和空气到达管的出口处花费的时间被测量到。

已经观察到，在一些情况下，燃烧动态可能减少一个或多个燃烧器以及/或者下游部件的使用寿命。例如，燃烧动态可能在燃料喷嘴和/或燃烧室内侧产生压力脉动，从而可能不利地影响这些部件的高循环疲劳寿命、燃烧火焰的稳定性、火焰保持的设计余量、和/或不期望的排放物。备选地或者除此之外，处于特定频率下并且具有同相和相干的足够大小的燃烧动态可能在涡轮和/或其它的下游部件中产生不期望的共振。

当前用于消除燃烧动态的系统和/或方法包括阻尼系统，所述阻尼系统被设计成缓解一个特定频率和/或有限的频率范围。与束管燃料喷嘴相关的其它系统包括改变位于束管燃料喷嘴的燃料增压部分下游的单个管的长度，从而影响对流时间，以缓解或防止燃烧器内出现特定的频率。然而，当前的系统通常是复杂的并且制造和维护成本可能较高。因此，被配置成缓解燃烧器内的燃烧动态的经过改进的束管燃料喷嘴将是有用的。

发明内容

发明的方面和优点在下文的描述中有所阐述，或者可以是通过描述显而易见的，或者可以通过实施本发明而习得。

本发明的一个实施例是一种束管燃料喷嘴。该束管燃料喷嘴包括燃料分配主体(fueldistributionbody)。该燃料分配主体包括并且/或者限定：基本平坦(substantiallyflat)的后壁，该基本平坦的后壁具有与外表面轴向地间隔开的内表面；燃料柄圈(fuelstemcollar)，该燃料柄圈与后壁的内表面轴向地间隔开；和波状(contoured)前壁，该波状前壁在燃料柄圈与后壁之间延伸。波状前壁和后壁在燃料分配主体内限定了燃料增压室(fuelplenum)。该束管燃料喷嘴还包括多个喷射管，该多个喷射管与燃料增压室流体连通。每个喷射管都从波状前壁延伸到燃料分配主体的后壁并且限定了通过波状前壁、燃料增压室和后壁的预混通道(premixpassage)。

其中，所述波状前壁相对于所述束管燃料喷嘴的轴向中心线从所述燃料柄圈径向地向外发散(diverge)到所述后壁(未被外周壁包绕)。

其中，所述波状前壁在所述燃料柄圈与所述后壁之间波动(undulate)。

其中，每个喷射管(injectortube)都包括提供所述燃料增压室与所述预混通道之间的流体连通的燃料端口(fuelport)。

其中，所述多个喷射管中的第一喷射管的第一燃料端口相对于所述多个喷射管中的第二喷射管的第二燃料端口轴向地偏置(offset)，其中所述第一燃料端口和所述第二燃料端口提供所述燃料增压室与所述多个喷射管中的第一喷射管和第二喷射管之间的流体连通。

其中，所述多个喷射管中的第三喷射管的第三燃料端口相对于所述第一燃料端口和所述第二燃料端口中的至少一个轴向地偏置。

所述束管燃料喷嘴还包括在一端处联接到所述燃料柄圈的燃料柄(fuelstem)，其中所述燃料柄与燃料源流体连通。

所述束管燃料喷嘴还包括成束平行布置的多个管，每个管都具有与出口端轴向地分开的入口端，其中每个管都与相应的混合通道同心地对准，其中所述多个管中的每个管都与相应的预混通道流体连通。

本发明的另一个实施例是一种束管燃料喷嘴。该束管燃料喷嘴包括燃料分配主体，该燃料分配主体具有并且/或者限定基本平坦后壁，该基本平坦后壁包括与外表面轴向地间隔开的内表面。外周壁(perimeterwall)包绕后壁的外周并且燃料柄圈与后壁的内表面轴向地间隔开。波状前壁在燃料柄圈与外周壁之间延伸。波状前壁、外周壁和后壁限定了燃料分配主体内的燃料增压室。多个喷射管从波状前壁轴向地延伸到后壁。每个喷射管都终止于或者沿着波状前壁的外表面。每个喷射管都限定通过波状前壁、燃料增压室和后壁的预混通道。每个喷射管还包括在燃料增压室与预混通道之间提供流体连通的至少一个燃料端口。

其中，所述波状前壁相对于所述束管燃料喷嘴的轴向中心线从所述燃料柄圈径向向外地发散到所述外周壁。

其中，所述波状前壁在所述燃料柄圈与所述外周壁之间波动。

其中，所述多个喷射管中的第一喷射管的第一燃料端口相对于所述多个喷射管中的第二喷射管的第二燃料端口轴向地偏置。

其中，所述束管燃料喷嘴还包括在一端处联接到所述燃料柄圈的燃料柄，其中所述燃料柄与燃料源流体连通。

其中，所述束管燃料喷嘴还包括成束平行布置的多个管，每个管都具有与出口端轴向地分开的入口端，其中每个管都与相应的预混通道同心地(concentrically)对准。

其中，所述多个管中的每个管都与所述燃料分配主体的多个预混通道的相应的预混通道流体连通。

本发明还包括一种燃烧器。该燃烧器包括联接到外壳的端盖和束管燃料喷嘴。该束管燃料喷嘴包括通过燃料柄流体地联接到端盖的燃料分配主体和成束平行布置的多个管。每个管都包括与出口端轴向地分开的入口端。该燃料分配主体包括：基本平坦后壁，该基本平坦后壁具有与外表面轴向地间隔开的内表面；燃料柄圈，该燃料柄圈与后壁的内表面轴向地间隔开并且联接到燃料柄圈；和波状前壁，该波状前壁在燃料柄圈与后壁之间延伸。该波状前壁和后壁至少部分地限定了燃料分配主体内的燃料增压室。该燃料分配主体还包括多个喷射管，该多个喷射管与燃料增压室流体连通。每个喷射管都从波状前壁延伸到后壁并且限定了通过波状前壁、燃料增压室和后壁的预混通道。每个喷射管都包括燃料端口，该燃料端口提供燃料增压室与预混通道之间的流体连通。多个管中的每个管都从燃料分配主体的相应的预混通道向下游延伸。

其中，所述波状前壁相对于所述束管燃料喷嘴的轴向中心线从所述燃料柄圈朝向所述后壁径向向外地发散。

其中，所述波状前壁在所述燃料柄圈与所述后壁之间波动。

其中，所述多个喷射管中的第一喷射管的第一燃料端口从所述多个喷射管中的第二喷射管的第二燃料端口轴向地偏置。

其中，所述多个喷射管中的第三喷射器的第三燃料端口从所述第一燃料端口和所述第二燃料端口中的至少一个轴向地偏置。

其中所述燃料分配主体还包括外周壁，所述外周壁包绕所述后壁的外周，其中所述波状前壁在所述燃料柄圈与所述外周壁之间延伸，其中所述波状前壁、所述外周壁和所述后壁限定了所述燃料分配主体内的燃料增压室，其中每个喷射管都包括在所述燃料增压室与所述预混通道之间提供流体连通的燃料端口。阅览本说明书之后，本领域普通技术人员将更好地领会这些以及其它实施例的特征和方面。

附图说明

参照附图，说明书的其余部分中更具体地阐述了包括对本领域技术人员而言是最佳模式的本发明的完整和能够实现的公开，在附图中：

图1是可以结合本发明的各个实施例的示例性燃气涡轮机的功能方框图；

图2是如可以结合本发明的各个实施例的示例性燃烧器的侧透视图；

图3是根据本发明的一个实施例的如图2中所示的燃烧器的一部分的上游视图；

图4是根据本发明的各个实施例的示例性束管燃料喷嘴的下游透视图；

图5是根据至少一个实施例的如图4中所示的束管燃料喷嘴的放大剖面侧视图；

图6是根据本发明的各个实施例的如图4和图5中所示的燃料分配主体的剖面侧视图；以及

图7是根据本发明的一个实施例的示例性燃料分配主体的剖面侧视图。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个例子示于附图中。详细的描述使用数字和字母名称来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的名称用于表示本发明的相似或类似的部件。当在本发明中使用时，术语“第一”、“第二”、和“第三”可以互换使用，以区分一个部件与另一个部件，并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”指的是关于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体从其流动的方向，并且“下游”指的是流体向具流动的方向。

每个例子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精神的前提下对本发明进行改型和变型。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形式的范围内的这些改型和变型。尽管为了说明的目的，本发明的示例性实施例将大体在用于陆上发电燃气涡轮机燃烧器的束管燃料喷嘴的背景下进行描述，但是本领域普通技术人员将易于领会，除非权利要求中另有具体陈述，否则本发明的实施例可以适用于任何风格或类型的涡轮机的燃烧器并且不限于用于陆上发电燃气涡轮机的燃烧器或燃烧系统。

如本专利申请中所提供的发明结合了改变束管燃料喷嘴的波状燃料分配主体部分内的管长度，以允许用于缓解燃烧动态的多对流时间方法。该燃料分配主体可以对现有的束管燃料喷嘴进行改进而无需改型或只需很少改型。对喷射管高度的变化允许燃料端口相对于燃料分配主体的轴向中心线定位在燃料增压室内的相同平面或不同平面中。燃料分配主体的波状前壁部分需要的材料比传统的燃料分配主体少，因此降低了束管燃料喷嘴的总体重量，由此降低了成本并且提高了组装之后的束管燃料喷嘴的鲁棒性(robustness)。此外，燃料分配主体内不同的喷射管长度可以缓解并且/或者防止潜在的燃烧动态间题。此外，改变燃料端口沿燃料增压器内的喷射管的位置可以提供期望的对流时间，因此使用不均匀、多对流时间动态方法来缓解燃烧动态。此外，与需要在喷射器管前壁接口处建造用于平坦前面的锥形或圆角(由此增加了成本和重量)的传统的平面前壁相反，燃料分配主体的波状前壁允许35度或更大的造斜(buildangle)。

现在参照附图，其中相同的附图标记在全部附图中表示相同元件，图1提供了可以结合本发明的各个实施例的示例性燃气涡轮机10的功能方框图。如图所示，燃气涡轮机10大体包括入口部段12，该入口部段12可以包括一系列过滤器、冷却盘管、水分分离器、和/或净化并且以其它方式调节进入燃气涡轮机10的空气14或其它工作流体的其它装置。空气14流向压缩机部段，在该压缩机部段处，压缩机16逐渐向空气14提供动能，以产生压缩空气18。

压缩空气18与来自燃料供给系统22的燃料20混合，以在一个或多个燃烧器24内形成可燃混合物。该可燃混合物燃烧，以产生具有高温、高压和高速的燃烧气体26。燃烧气体26流过涡轮部段的涡轮28以做功。例如，涡轮28可以连接到轴30，使得涡轮28的旋转驱动压缩机16产生压缩空气18。备选地或者除此之外，轴30可以将涡轮28连接到发电机32以用于产生电力。来自涡轮28的排放气体34流过排放部段36，该排放部段36将涡轮28连接到位于涡轮28下游的排气烟囱(exhauststack)38。排放部段36例如可以包括余热蒸汽发生器(HRSG未示出)，以用于在释放到环境之前清洁并且从排放气体34提取额外的热。

燃烧器24可以是本领域内已知的任何类型的燃烧器，并且除非权利要求中另有具体陈述，否则本发明并不限于任何特定的燃烧器设计。例如，燃烧器24可以是环管或环形燃烧器。图2提供了如可以结合到图1中所示的燃气涡轮机10中并且如可以结合本发明的一个或多个实施例的示例性燃烧器24的一部分的透侧视图。图3提供了根据一个实施例的燃烧器的一部分的上游俯视图。

在如图2中所示的示例性实施例中，燃烧器24至少部分地由外壳40包绕。外壳40与诸如压缩机16之类的压缩空气源流体连通。燃烧器可以包括至少部分地限定外壳内的燃烧室44的一个或多个内衬42(例如燃烧内衬和/或过渡管道)。内衬(多个内衬)42还可以至少部分地限定热气体路径46，以用于将燃烧气体26引导到涡轮28中。在特定构型中，一个或多个外部套筒48(诸如流套筒或冲击套筒)可以至少部分地包绕内衬(多个内衬)42。外部套筒(多个外部套筒)48与内衬(多个内衬)42径向地间隔开，以便限定环形流动路径50，以用于将压缩空气18的一部分引向燃烧器24的头部端部分52。头部端部分52可以至少部分地由固定连接到外壳40的端盖54来限定。

在各个实施例中，燃烧器24包括被布置在或封装在外壳40内的多个束管燃料喷嘴100。如图2和图3中所示，该多个束管燃料喷嘴100可以围绕公共的轴向中心线102环形地布置。在各个实施例中，每个束管燃料喷嘴100都通过燃料柄56连接到端盖54。燃料柄56与诸如燃料滑橇(fuelskid)和/或端盖54之类的燃料源(未示出)流体连通。

在特定实施例中，如图3中所示，束管燃料喷嘴100可以围绕中心燃料喷嘴104环形地布置，该中心燃料喷嘴104与中心线102基本共轴地对准。在特定构型中，中心燃料喷嘴104可以是如图3中所示的旋流型喷嘴(swozzle)或预混燃料喷嘴或者可以是束管或微混合器型燃料喷嘴。

图4提供了根据本发明的各个实施例的示例性束管燃料喷嘴100的下游透视图，该束管燃料喷嘴包括燃料柄56。图5提供了根据至少一个实施例的如图4中所示的束管燃料喷嘴100的放大剖面侧视图。在如图4和图5中所示的特定实施例中，束管燃料喷嘴100包括流体连接到燃料柄56的燃料分配主体106。在特定实施例中，束管燃料喷嘴100包括成束布置的多个管108。该多个管108中的每个管108彼此平行地延伸并且延伸到燃料分配主体106的下游。

如图5中所示，每个管108都包括入口端110，该入口端110与出口端112轴向地分开。如图3中所示，每个管108的出口端112都可以延伸穿过或者至少部分地延伸穿过端盖或板。当被安装在燃烧器24中时，如图2中所示，燃料柄56从端盖54轴向地向下游延伸，燃料分配主体106从燃料柄56轴向地向下游延伸，并且多个管108从燃料分配主体106向下游延伸，如图4中所示。管108的出口端112大体终止于燃烧室44(图2)的上游并且/或者邻近该燃烧室。

图6提供了根据本发明的各个实施例的如图4和图5中所示的燃料分配主体106的剖面侧视图。图7是根据本发明的另一个实施例的如图4和图5中所示的燃料分配主体106的剖面侧视图。在各个实施例中，如图6中所示，燃料分配主体106包括基本平坦后壁116。后壁116包括并且/或者限定内侧或内表面118，该内侧或内表面118相对于燃料分配主体106的轴向中心线122与外侧或外表面120轴向地间隔开。在特定实施例中，如图4和图6中所示，燃料分配主体106包括并且/或者限定了外周壁124，该外周壁124包绕后壁116的外周。

在各个实施例中，如图6中所示，燃料分配主体106还包括并且/或者限定燃料柄圈126，该燃料柄圈126相对于中心线122与后壁116的内表面118轴向地间隔开。燃料柄圈126大体定位于燃料分配主体106的上游端或上游部分128处。在特定实施例中，如图5中所示，燃料柄56通过燃料柄圈126连接到或联接到燃料分配主体106。

在各个实施例中，如图4至图6中所示，燃料分配主体106包括并且/或者限定波状前壁130。当在本发明中使用时，术语“波状(contoured)”包括基本不平坦的表面或壁(例如但不限于弓形(arcuate)、扫掠(swept)或波浪形(undulating)表面或壁)。如图5和图6中最清楚地示出的那样，波状前壁130在燃料柄圈126与后壁116之间延伸。在特定实施例中，波状前壁130在燃料柄圈126与外周壁124之间延伸。尽管外周壁124在各个附图中示出，但是除非权利要求中另有明确陈述，否则本发明不应当限于具有外周壁124的燃料分配主体106。例如，波状前壁130可以从燃料柄圈126延伸到后壁116。在如图6中所示的特定实施例中，波状前壁130相对于中心线122朝向后壁116从燃料柄圈126径向向外地发散。在特定实施例中，如图4和图7中所示，波状前壁130可以关于燃料分配主体106波动或者周向地(图4)和/或轴向地(图7)上升和下降。

如图5和图6中所示，波状前壁130和后壁116至少部分地在燃料分配主体106内限定燃料增压室132。在特定实施例中，波状前壁130、外周壁124和后壁116至少部分地限定燃料分配主体106内的燃料增压室132。

在各个实施例中，如图5和图6中所示，燃料分配主体106包括并且/或者限定多个喷射管134，该多个喷射管134与燃料增压室132流体连通。每个喷射管134都通过燃料增压室132朝向燃料柄圈126从后壁116和/或后壁116的内表面118轴向地延伸。每个喷射管134都可以终止于并且/或者融入(blend)波状前壁130。多个喷射管134中的每个单个的喷射管134的期望或所需的轴向长度A_L都大体确定波状前壁130的形状或轮廓。

尽管图6中的喷射管134以使得喷射管134的轴向长度A_L从最靠近燃料分配主体106的外周或外周壁124的喷射管134朝向轴向中心线122径向向内增大的模式布置，但是在本发明中完全能够构想，喷射管134可以以喷射管134的轴向长度A_L发生变化的任何模式布置。例如，最靠近中心线122的喷射管134的至少一部分可以具有小于径向向外地间隔开的喷射管134的轴向长度A_L。因此，波状前壁130将具有与各个喷射管134的轴向长度A_L相对应的不同的轮廓或形状。

如图6中所示，每个喷射管134都至少部分地限定提供通过波状前壁130、燃料增压室132和后壁116的流体连通的预混通道136。例如，在各个实施例中，如图4和图6中所示，每个预混通道136的入口部分138都沿波状前壁130的外表面140被限定。入口部分138与外表面140齐平或基本齐平。因此，入口部分成大体椭圆形(oblong)形状。

如图6中所示，每个预混通道136的出口部分142都沿后壁116的外表面120被限定。在特定实施例中，如图5中所示，多个管108中的每个管108的入口端或入口部分110都在出口部分142处与相应的喷射管134的预混通道136同心地对准。多个管108中的每个管108都与相应的预混通道136流体连通。

如图6中所示，喷射管134的至少一部分可以包括一个或多个燃料端口144。燃料端口(多个燃料端口)144大体被沿燃料增压室132内相应的喷射管134限定并且每个燃料端口144都可以限定燃料增压室132与预混通道136之间的流动路径。在特定实施例中，各个管的燃料端口144相对于中心线122关于彼此轴向地偏置。例如，在一个实施例中，多个喷射管134中的第一喷射管148的第一燃料端口146相对于中心线122关于多个喷射管134中的第二喷射管152的第二燃料端口150轴向地偏置，其中第一燃料端口146和第二燃料端口150分别提供燃料增压室132与第一喷射管148和第二喷射管152之间的流体连通。在一个实施例中，多个喷射管134中的第三喷射管156的第三燃料端口154相对于第一燃料端口146和第二燃料端口150中的至少一个轴向地偏置。在特定实施例中，基于在燃烧器24内得以缓解和/或消除的期望的对流时间和/或特定频率来确定各个燃料端口(多个燃料端口)144的精确轴向位置和/或偏置距离。

在操作中，一部分压缩空气18流向头部端52和/或端盖54，在该头部端和/或端盖处，其逆转方向并且流入每个预混通道136的入口部分140中。燃料通过燃料柄56被提供给燃料增压室132。燃料通过每个相应的喷射管134的燃料端口(多个燃料端口)144从燃料增压室132被喷射到预混通道136中的每一个中。燃料在朝向每个预混通道136的出口部分142相对于中心线122行进轴向距离A_D时与每个预混通道136内的压缩空气18预混。燃料和空气混合物离开每个预混通道136的出口部分并且在离开而进入燃烧室44之前相对于多个管108中的相应的管108向下行进，在该燃烧室处，燃料和空气混合物燃烧以产生燃烧气体26。

燃料被喷射到单个预混通道136中与燃料到达燃烧室时之间的时间在本领域内通常被称为“对流时间(convectivetime)”和/或(Tau)。已示出，造成燃烧不稳定性的机制以及所获得的燃烧动态(dynamics)的大小至少部分地取决于对流时间。总体而言，对流时间与频率之间存在反比关系。例如，当对流时间增加时，燃烧不稳定性的频率减小，并且当对流时间减少时，燃烧不稳定性的频率增加。已示出，在多频率的一些情况下，可以通过改变对流时间来影响或缓解燃烧动态。这被称为用于缓解燃烧动态的多对流时间动态方法。

在特定实施例中，每个喷射管134的轴向长度A_L都可以被确定或选择成影响流过束管燃料喷嘴100的燃料和空气的对流时间，从而通过多对流时间动态方法来缓解燃烧动态的潜在影响。例如，喷射管134的第一部分可以具有比喷射管134的第二、第三、第四或更大部分长的轴向长度A_L。除此之外或备选地，各个喷射管134的燃料端口144之间的轴向偏置可以被调节或确定成增加和/或减少流过束管燃料喷嘴100的燃料和空气的对流时间，从而通过多对流时间动态方法来缓解或减少多频率燃烧动态的潜在有害的影响。

为了降低成本、重量并且提供如所描述的复杂(intricately)成形的波状前壁130和/或轴向长度A_L不同的喷射管134和/或燃料分配主体106的燃料端口(多个燃料端口)144的精确轴向定位，燃料分配主体106可以至少部分地或完全地通过一种或多种增材制造技术或过程制造或形成，从而相比先前能够通过传统的制造过程制造提供燃料分配主体106内更大的准确性和/或更多的复杂细节。当在本发明中使用时，术语“增材制造(additivelymanufactured)”或“增材制造计划或过程”包括但不限于多种已知的3D打印制造方法，例如挤压沉积、布线、颗粒材料结合、粉末层和喷墨头3D打印、层压和光聚合。

在一个实施例中，直接金属激光烧结(DirectMetalLaserSintering；简称DMLS)的增材制造过程是制造本发明中所描述的燃料分配主体106的优选方法。DMLS是使用三维信息(例如燃料分配主体106的三维计算机模型)来制造金属部件的已知制造过程。三维信息被转化成多片，其中每片都限定了部件对于片的预定高度的剖面。燃料分配主体106随后逐片、或逐层“建立”，直到完成为止。燃料分配主体106的每层都通过使用激光熔融金属粉末来形成。

尽管本发明中已使用DMLS作为优选方法描述了包括波状前壁130和/或轴向长度A_L不同的喷射管134的燃料分配主体106的制造方法以及/或者燃料端口(多个燃料端口)144的精确轴向定位，但是本制造领域技术人员应当认识到，还能够使用利用逐层构建或增材制造的任何其它合适的快速制造方法。这些备选的快速制造方法包括但不限于选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering；简称SLS)、3D打印(例如通过喷墨和激光打印机)、光固化立体造型术(Sterolithography；SLS)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔炼(EBM)、激光工程化净成形(LENS)、激光净成形制造(LNSM)和直接金属沉积(DMD)。

本发明中所提供的用于燃烧动态缓解(mitigation)的束管燃料喷嘴100相对于现有的用于具有束管燃料喷嘴的燃烧器的燃烧动态缓解系统具有若干技术优点。例如，本发明中所提供的束管燃料喷嘴100、特别是燃料分配主体106通过利用燃料分配主体106的多对流时间方法而不是通过对位于燃料分配主体106下游的部件进行改型来优化了燃料体积、对流时间、和管长度。

该构型还可以允许成本有效地改进现有的束管燃料喷嘴以缓解或调整现有的燃烧器中的燃烧动态频率。例如，通常期望保持相对于燃料喷嘴主体106向下游延伸的多个管108中的管108的恒定长度，原因是那些管108结合到若干件其它的燃烧硬件中，例如但不限于盖板114。然而，通过修改喷射管134的轴向长度A_L，对流时间可以根据需要增加或减少，以解决燃烧器内的特定频率，而不影响束管燃料喷嘴100的总体轴向长度。

此外，用于形成燃料分配主体106的增材制造过程由于非均匀性和更大的设计灵活性而允许减少部件重量、减少建造时间和成本并且减少材料体积。此外，本发明中所提供的束管燃料喷嘴允许缓解高频和低频燃烧动态二者。因此，燃烧动态的潜在的不利影响降低并且燃气涡轮机的可操作性增大。

本书面描述使用例子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)。本发明的可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它的例子。如果这种其它的例子具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这种其它的例子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，则期望这种其它的例子落入权利要求的范围内。

Claims

1.一种束管燃料喷嘴，包括：

燃料分配主体，所述燃料分配主体包括：

基本平坦的后壁，所述基本平坦后壁具有与外表面轴向地间隔开的内表面；

燃料柄圈，所述燃料柄圈与所述后壁的内表面轴向地间隔开；

波状前壁，所述波状前壁在所述燃料柄圈与所述后壁之间延伸，其中波状前壁和所述后壁限定了所述燃料分配主体内的燃料增压室；和

多个喷射管，所述多个喷射管与所述燃料增压室流体连通，每个喷射管都从所述波状前壁轴向延伸到所述后壁，每个喷射管都限定了通过所述波状前壁、所述燃料增压室和所述后壁的预混通道。

2.根据权利要求1所述的束管燃料喷嘴，其特征在于，还包括包绕后壁的外周的外周壁，其中所述波状前壁在所述燃料柄圈与所述外周壁之间延伸，其中所述波状前壁、所述外周壁和所述后壁限定了所述燃料分配主体内的燃料增压室，其中每个喷射管都包括在所述燃料增压室与所述预混通道之间提供流体连通的燃料端口。

3.根据权利要求1或2所述的束管燃料喷嘴，其特征在于，所述波状前壁相对于所述束管燃料喷嘴的轴向中心线从所述燃料柄圈径向地向外发散到未被外周壁包绕的后壁或发散到外周壁。

4.根据权利要求1或2所述的束管燃料喷嘴，其特征在于，所述波状前壁在所述燃料柄圈与未被外周壁包绕的后壁或外周壁之间波动。

5.根据权利要求1所述的束管燃料喷嘴，其特征在于，每个喷射管都包括提供所述燃料增压室与所述预混通道之间的流体连通的燃料端口。

6.根据权利要求1或2所述的束管燃料喷嘴，其特征在于，所述多个喷射管中的第一喷射管的第一燃料端口相对于所述多个喷射管中的第二喷射管的第二燃料端口轴向地偏置，其中所述第一燃料端口和所述第二燃料端口提供所述燃料增压室与所述多个喷射管中的第一喷射管和第二喷射管之间的流体连通。

7.根据权利要求6所述的束管燃料喷嘴，其特征在于，所述多个喷射管中的第三喷射管的第三燃料端口相对于所述第一燃料端口和所述第二燃料端口中的至少一个轴向地偏置。

8.根据权利要求1或2所述的束管燃料喷嘴，其特征在于，所述束管燃料喷嘴还包括在一端处联接到所述燃料柄圈的燃料柄，其中所述燃料柄与燃料源流体连通。

9.根据权利要求1或2所述的束管燃料喷嘴，其特征在于，所述束管燃料喷嘴还包括成束平行布置的多个管，每个管都具有与出口端轴向地分开的入口端，其中每个管都与相应的混合通道同心地对准，其中所述多个管中的每个管都与相应的预混通道流体连通。

10.一种燃烧器，包括联接到外壳的端盖以及如权利要求1至9中任一项所述的束管燃料喷嘴。