CN106051825B - 包括引导喷嘴的燃料喷嘴组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包括引导喷嘴的燃料喷嘴组件。具体而言，一种燃料喷嘴组件(100,200)包括具有引导空气通路(142,242)的中心体(102,202)，以及限定在其中的引导燃料通路(144,244)。具有多个预混通路(134,234)的引导喷嘴(106,206)设置在中心体(102,202)的下游端部(108,208)内。各个预混通路(134,234)包括与引导空气通路(142,242)流体连通的入口(136,236)，轴向地定位在入口(136,236)下游的出口(138,238)，以及与引导燃料通路(144,244)流体连通的燃料端口(140,240)。外套筒(110,210)可与中心体(102,202)同轴地对准且沿径向间隔开以在其间限定环形通路(112,212)。支柱(114,214)从中心体(102,202)沿径向向外延伸到外套筒(110,210)。燃料喷嘴组件(100)还可包括与引导空气通路(142)流体连通的入口通路(162)。入口通路(162)延伸穿过外套筒(110)、支柱(114)和中心体(102)。
Description
技术领域
本发明大体上涉及用于燃气涡轮的燃烧器的燃料喷嘴组件。更具体而言，本发明涉及具有预混引导喷嘴的燃料喷嘴组件。
背景技术
燃气涡轮大体上包括入口区段、压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。入口区段清洁和调节工作流体(例如，空气)，且将工作流体供应至压缩机区段。压缩机区段逐渐增大工作流体的压力，且将压缩工作流体供应至燃烧区段。压缩工作流体和燃料在燃烧区段内混合，且在燃烧室中焚烧，以生成具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体传送穿过热气体通路进入涡轮区段，在该处，其膨胀以产生功。例如，涡轮区段中的燃烧气体的膨胀可使联接到发电机的轴旋转以产生电力。
燃烧区段大体上包括围绕外壳环形地布置的多个燃烧器。在贫预混形式的燃烧系统中，各个燃烧器包括一个或多个预混类型的燃料喷嘴。典型的预混燃料喷嘴包括中心体，其至少部分地由外管或套筒包绕。预混流动通路限定在外套筒与中心体之间。多个导叶或支柱在预混流动通路内在中心体与外套筒之间延伸。
在操作中，燃料喷射到流过预混流动通路的压缩空气流中。导叶将有角旋流赋予到压缩空气，因此加强与燃烧器的燃烧区上游的燃料混合。预混燃料空气大体上的贫燃料混合物。贫燃料混合物更有效焚烧，因此减少了CO排放，且产生了低于扩散焰技术的NOx排放。
预混类型的燃料喷嘴中的至少一个可包括引导喷嘴。引导喷嘴可与燃烧区上游的对应燃料喷嘴的中心体同轴地对准且设置在其内。在特定燃烧操作模式期间，引导喷嘴可将预混燃料和空气混合物输送至燃烧区以产生预混引导火焰。预混引导火焰大体上用于在燃烧器以某些模式操作时和/或燃烧器在各种操作模式之间过渡时确保火焰稳定性。
为了使引导喷嘴起作用，引导或压缩空气和引导燃料必须通过中心体供应至引导喷嘴。然而，中心体内的空间局限性可限制将引导空气和燃料传送至引导喷嘴的可能性，因此可能限制引导喷嘴的总体有效性。因此，具有引导喷嘴的改进的燃料喷嘴组件将在本技术中有用。
发明内容
本发明的方面和优点在以下描述中提出，或可从该描述中清楚，或可通过实施本发明学习到。
本发明的一个实施例为燃料喷嘴组件。燃料喷嘴组件包括中心体，其沿燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸。中心体包括限定在其中的引导空气通路和引导燃料通路。引导喷嘴设置在中心体的下游端部内。引导喷嘴包括和/或限定多个预混通路。各个预混通路包括与引导空气通路流体连通的入口，沿轴向定位在入口下游的出口，以及与引导燃料通路流体连通的燃料端口。外套筒与中心体同轴地对准且沿径向间隔开，且在其间限定环形通路。支柱从中心体沿径向向外延伸至外套筒。燃料喷嘴组件还包括与引导空气通路流体连通的入口通路。入口通路延伸穿过外套筒、支柱和中心体。
本发明的另一个实施例为用于燃气涡轮的燃烧器。燃烧器大体上包括联接至外壳的端盖。端盖和外壳至少部分地限定或形成燃烧器的头端部分。头端与燃气涡轮的压缩机的流体连通。燃烧器还包括燃料喷嘴组件，其连接至端盖，且在燃烧器的头端部分内轴向地延伸。燃料喷嘴包括中心体，其沿燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸。中心体包括限定在其中的引导空气通路和引导燃料通路。引导喷嘴设置在中心体的下游端部内，且包括多个预混通路。各个预混通路具有与引导空气通路流体连通的入口，设置在入口下游的出口，以及与引导燃料通路流体连通的燃料端口。燃料喷嘴还包括外套筒，其与中心体同轴地对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路。支柱从中心体沿径向向外延伸至外套筒。燃料喷嘴组件还包括与引导空气通路流体连通的入口通路，以及燃烧器的头端部分。入口通路延伸穿过外套筒、支柱和中心体。
本发明的另一个实施例为燃料喷嘴组件。燃料喷嘴组件包括中心体，其沿燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸。中心体包括限定在中心体内的环形引导空气通路和环形引导燃料通路。引导空气通路从引导燃料通路沿径向向外限定。燃料喷嘴组件还包括基部部分，其与引导空气通路流体连通，且构造成接收来自燃烧器的端盖的引导空气。引导喷嘴设置在中心体的下游端部内。引导喷嘴包括和/或限定多个预混通路。各个预混通路包括与引导空气通路流体连通的入口，在入口下游的出口，以及与引导燃料通路流体连通的燃料端口。
本发明的另一个实施例包括燃烧器。燃烧器包括联接至外壳的端盖。端盖和外壳形成燃烧器的头端部分。燃烧器还包括燃料喷嘴组件，其连接至端盖，且在燃烧器的头端部分内轴向地延伸。燃料喷嘴包括中心体，其沿燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸。中心体包括限定在中心体内的环形引导空气通路和环形引导燃料通路。引导空气通路从引导燃料通路沿径向向外限定。燃料喷嘴组件还包括基部部分，其与引导空气通路流体连通，且构造成接收来自端盖的引导空气。燃料喷嘴还包括设置在中心体的下游端部内的引导喷嘴。引导喷嘴包括或限定多个预混通路。各个预混通路均包括与引导空气通路流体连通的入口，设置在入口下游的出口，以及与引导燃料通路流体连通的燃料端口。
技术方案1. 一种燃料喷嘴组件，包括：
中心体，其沿所述燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸，所述中心体具有限定在其中的引导空气通路和引导燃料通路；
设置在所述中心体的下游端部内的引导喷嘴，所述引导喷嘴具有多个预混通路，各个预混通路具有与所述引导空气通路流体连通的入口、所述入口下游的出口，以及与所述引导燃料通路流体连通的燃料端口；
外套筒，其与所述中心体同轴地对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路；
支柱，其从所述中心体沿径向向外延伸到所述外套筒；以及
与所述引导空气通路流体连通的入口通路，其中所述入口通路延伸穿过所述外套筒、所述支柱和所述中心体。
技术方案2. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述引导喷嘴的外壁与所述中心体的内表面可滑动地接合。
技术方案3. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述支柱为旋流器导叶。
技术方案4. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述多个预混通路围绕所述燃料喷嘴组件的轴向中心线环形地布置在所述引导喷嘴的内壁与外壁之间。
技术方案5. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述引导空气通路限定于在所述中心体内同轴地延伸的中间管与所述中心体的内表面之间。
技术方案6. 根据技术方案4所述的燃料喷嘴组件，其中，所述中间管的下游端从所述预混通路的入口沿径向向内密封到所述引导喷嘴的上游部分。
技术方案7. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述引导燃料通路限定在内管与中间管之间，其中所述内管和所述中间管在所述中心体内同轴地延伸。
技术方案8. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述引导燃料通路的一部分至少部分地限定在内管的外表面与所述引导喷嘴的内壁之间。
技术方案9. 根据技术方案8所述的燃料喷嘴组件，其中，所述内管至少部分地延伸穿过所述引导喷嘴。
技术方案10. 一种用于燃气涡轮的燃烧器，所述燃烧器包括：
联接至外壳的端盖，其中所述端盖和所述外壳形成所述燃烧器的头端部分，其中所述头端与所述燃气涡轮的压缩机流体连通；以及
联接至所述端盖且在所述燃烧器的头端部分内轴向地延伸的燃料喷嘴组件，所述燃料喷嘴包括：
中心体，其沿所述燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸，所述中心体具有限定在其中的引导空气通路和引导燃料通路；
设置在所述中心体的下游端部内的引导喷嘴，所述引导喷嘴具有多个预混通路，各个预混通路具有与所述引导空气通路流体连通的入口、所述入口下游的出口，以及与所述引导燃料通路流体连通的燃料端口；
外套筒，其与所述中心体同轴地对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路；
支柱，其从所述中心体沿径向向外延伸到所述外套筒；以及
与所述引导空气通路和所述燃烧器的头端部分流体连通的入口通路，其中所述入口通路延伸穿过所述外套筒、所述支柱和所述中心体。
技术方案11. 根据技术方案10所述的燃烧器，其中，所述引导喷嘴的外壁与所述中心体的内表面可滑动地接合。
技术方案12. 根据技术方案10所述的燃烧器，其中，所述支柱为旋流器导叶。
技术方案13. 根据技术方案10所述的燃烧器，其中，所述多个预混通路围绕所述燃料喷嘴组件的轴向中心线环形地布置在所述引导喷嘴的内壁与外壁之间。
技术方案14. 根据技术方案10所述的燃烧器，其中，所述引导空气通路限定于在所述中心体内同轴地延伸的中间管与所述中心体的内表面之间。
技术方案15. 根据技术方案14所述的燃烧器，其中，所述中间管的下游端从所述预混通路的入口沿径向向内密封到所述引导喷嘴的上游部分。
技术方案16. 根据技术方案10所述的燃烧器，其中，所述引导燃料通路限定在内管与中间管之间，其中所述内管和所述中间管在所述中心体内同轴地延伸。
技术方案17. 根据技术方案10所述的燃烧器，其中，所述引导燃料通路的一部分至少部分地限定在内管的外表面与所述引导喷嘴的内壁之间。
技术方案18. 根据技术方案17所述的燃烧器，其中，所述内管至少部分地延伸穿过所述引导喷嘴。
技术方案19. 一种燃料喷嘴组件，包括：
中心体，其沿所述燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸，所述中心体具有限定在其中的环形引导空气通路和环形引导燃料通路，其中所述引导空气通路从所述引导燃料通路沿径向向外限定，其中所述燃料喷嘴组件还包括与所述引导空气通路流体连通的基部部分，其中所述基部部分构造成接收来自燃烧器的端盖的引导空气；以及
设置在所述中心体的下游端部内的引导喷嘴，所述引导喷嘴具有多个预混通路，各个预混通路均具有与所述引导空气通路流体连通的入口、所述入口下游的出口，以及与所述引导燃料通路流体连通的燃料端口。
技术方案20. 根据技术方案19所述的燃料喷嘴组件，其中，所述多个预混通路围绕所述燃料喷嘴组件的轴向中心线环形地布置在所述引导喷嘴的内壁与外壁之间。
技术方案21. 根据技术方案19所述的燃料喷嘴组件，其中，所述引导空气通路限定在中间管与所述中心体的内表面之间，其中所述中间管在所述中心体内从所述基部部分同轴地延伸至所述引导喷嘴。
技术方案22. 根据技术方案21所述的燃料喷嘴组件，其中，所述中间管的下游端从所述预混通路的入口沿径向向内密封到所述引导喷嘴的上游部分。
技术方案23. 根据技术方案21所述的燃料喷嘴组件，其中，所述燃料喷嘴组件还包括膨胀部件，所述中间管的下游端经由所述膨胀部件从所述预混通路的入口沿径向向内联接到所述引导喷嘴的上游部分。
技术方案24. 根据技术方案19所述的燃料喷嘴组件，其中，所述引导燃料通路限定在内管与中心管之间，其中所述内管和所述中间管在所述中心体内从所述基部部分同轴地延伸至所述引导喷嘴。
技术方案25. 根据技术方案19所述的燃料喷嘴组件，其中，所述引导燃料通路的一部分至少部分地限定在内管的外表面与所述引导喷嘴的内壁之间。
技术方案26. 根据技术方案25所述的燃料喷嘴组件，其中，所述内管至少部分地延伸穿过所述引导喷嘴。
技术方案27. 根据技术方案25所述的燃料喷嘴组件，其中，所述内管为后膛装载的筒。
技术方案28. 根据技术方案25所述的燃料喷嘴组件，其中，所述燃料喷嘴组件还包括环形密封件，其围绕所述内管沿周向延伸，且相对于所述引导喷嘴的内壁密封。
技术方案29. 根据技术方案19所述的燃料喷嘴组件，其中，所述燃料喷嘴组件还包括外套筒以及多个旋流器导叶，所述外套筒与所述中心体同轴地对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路，所述多个旋流器导叶从所述中心体沿径向向外延伸到所述外套筒。
技术方案30. 一种用于燃气涡轮的燃烧器，所述燃烧器包括：
联接至外壳的端盖，其中所述端盖和所述外壳形成所述燃烧器的头端部分；以及
联接至所述端盖且在所述燃烧器的头端部分内轴向地延伸的燃料喷嘴组件，所述燃料喷嘴包括：
中心体，其沿所述燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸，所述中心体具有限定在其中的环形引导空气通路和环形引导燃料通路，其中所述引导空气通路从所述引导燃料通路沿径向向外限定，其中所述燃料喷嘴组件还包括与所述引导空气通路流体连通的基部部分，其中所述基部部分构造成接收来自端盖的引导空气；以及
设置在所述中心体的下游端部内的引导喷嘴，所述引导喷嘴具有多个预混通路，各个预混通路具有与所述引导空气通路流体连通的入口、所述入口下游的出口，以及与所述引导燃料通路流体连通的燃料端口。
技术方案31. 根据技术方案30所述的燃烧器，其中，所述多个预混通路围绕所述燃料喷嘴组件的轴向中心线环形地布置在所述引导喷嘴的内壁与外壁之间。
技术方案32. 根据技术方案30所述的燃烧器，其中，所述引导空气通路限定在中间管与所述中心体的内表面之间，其中所述中间管在所述中心体内从所述基部部分同轴地延伸至所述引导喷嘴。
技术方案33. 根据技术方案32所述的燃烧器，其中，所述中间管的下游端从所述预混通路的入口沿径向向内密封到所述引导喷嘴的上游部分。
技术方案34. 根据技术方案32所述的燃烧器，其中，所述燃烧器还包括膨胀部件，其中所述中间管的下游端经由所述膨胀部件从所述预混通路的入口沿径向向内联接到所述引导喷嘴的上游部分。
技术方案35. 根据技术方案30所述的燃烧器，其中，所述引导燃料通路限定在内管与中心管之间，其中所述内管和所述中间管在所述中心体内从所述基部部分同轴地延伸至所述引导喷嘴。
技术方案36. 根据技术方案30所述的燃烧器，其中，所述引导燃料通路的一部分至少部分地限定在内管的外表面与所述引导喷嘴的内壁之间。
技术方案37. 根据技术方案36所述的燃烧器，其中，所述内管至少部分地延伸穿过所述引导喷嘴。
技术方案38. 根据技术方案36所述的燃烧器，其中，所述内管为后膛装载的筒。
技术方案39. 根据技术方案30所述的燃烧器，其中，所述燃料喷嘴组件还包括环形密封件，其围绕所述内管沿周向延伸，且相对于所述引导喷嘴的内壁密封。
技术方案40. 根据技术方案30所述的燃烧器，其中，所述燃料喷嘴组件还包括外套筒和多个旋流器导叶，所述外套筒与所述中心体同轴地对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路，所述多个旋流器导叶从所述外套筒的中心体沿径向向外延伸。
本领域的普通技术人员在查阅说明书时将更好地认识到此实施例及其它实施例的特征和方面。
附图说明
包括其对于本领域的技术人员而言的最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在说明书的其余部分中更详细阐释，包括对附图的参照，在附图中：
图1为本发明的范围内的示例性燃气涡轮的功能框图；
图2为可结合本发明的各种实施例的示例性燃烧器的简化截面侧视图；
图3为根据本发明的一个实施例的示例性燃料喷嘴组件的截面透视图；
图4为根据本发明的一个实施例的如图3中所示的燃料喷嘴组件的一部分的截面透视侧视图；
图5为根据本发明的一个实施例的示例性燃料喷嘴组件的截面透视图；以及
图6为根据本发明的各种实施例的如图5中所示的燃料喷嘴组件的一部分的放大截面侧视图。
构件清单
10 燃气涡轮
12 入口区段
14 工作流体
16 压缩机
18 压缩的工作流体
20 燃料
22 燃料供应
24 燃烧器
26 燃烧气体
28 涡轮
30 轴
32 发电机/电动机
34 排出气体
36 排气区段
38 排气器
40 壳
42 高压气室
44 端盖
46 头端
48 燃料喷嘴组件
50 抽取空气供应
52 衬套
54 燃烧室
56 热气体通路
58 流动/冲击套筒
60 环形流动通路
61-99 未使用
100 燃料喷嘴组件
102 中心体
104 中心线
106 引导喷嘴
108 下游端部-中心体
110 外套筒
112 环形通路
114 支柱/旋流器导叶
116 管
118 上游端部-中心体
120 未使用
122 内表面-中心体
124 外表面-中心体
126 上游端部-引导喷嘴
128 上游端部-引导喷嘴
130 内壁-引导喷嘴
132 外壁-引导喷嘴
134 预混通路
136 入口
138 出口
140 燃料端口
142 引导空气通路
144 引导燃料通路
146 中间管
148 外表面-中间管
150 下游端-中间管
152 内管
154 下游端-内管
156 内表面-下游端-引导喷嘴
158 外表面-内管
160 基部部分-燃料喷嘴组件
162 入口通路
164 引导空气
166 引导燃料
168 预混引导燃料-空气混合物
169-199 未使用
200 燃料喷嘴组件
202 中心体
204 中心线
206 引导喷嘴
208 下游端部-中心体
210 外套筒
212 环形通路
214 支柱/旋流器导叶
216 管
218 上游端部-中心体
220 未使用
222 内表面-中心体
224 外表面-中心体
226 上游端部-引导喷嘴
228 上游端部-引导喷嘴
230 内壁-引导喷嘴
232 外壁-引导喷嘴
234 预混通路
236 入口
238 出口
240 燃料端口
242 引导空气通路
244 引导燃料通路
246 中间管
250 外表面-中间管
252 内管
254 基部部分-燃料喷嘴组件
256 密封件
258 外表面-内管
260 波纹管/膨胀部件
262 下游端-中间管
264 引导空气
266 引导燃料
268 预混引导燃料-空气混合物。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。该详细描述使用了数字和字母标号来表示附图中的特征。附图中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。如本文使用的用语"第一"、"第二"和"第三"可互换使用以将一个构件与另一个区分开，且不意在表示独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体从其流出的方向，且"下游"指示流体流到其的方向。
各个示例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本发明中作出改型和变型，而不会脱离其范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例上以产生更进一步的实施例。因此，期望使本发明覆盖落入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。尽管将出于示范目的大体上在陆基功率产生燃气涡轮燃烧器的预混燃料喷嘴组件的背景下描述本发明的示例性实施例，但本领域的普通技术人员将容易认识到，本发明的实施例可应用于涡轮机的任何形式或类型的燃烧器，且不限于用于陆基功率产生燃气涡轮的燃烧器或燃烧系统，除非权利要求中明确叙述。
现在参看附图，其中相同的数字表示附图各处的相同元件，图1提供了可结合本发明的各种实施例的示例性燃气涡轮10的功能框图。如图所示，燃气涡轮10大体上包括入口区段12，其可包括一系列过滤器、冷却盘管、水气分离器和/或用于净化和以其它方式调节进入燃气涡轮10的空气14或其它工作流体的其它装置。空气14流至压缩机区段，在该处，压缩机16将动能逐渐赋予到空气14以产生压缩空气18。
压缩空气18与来自燃料供应系统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。可燃混合物焚烧以产生具有高压、高压和高速的燃烧气体26。燃烧气体26流过涡轮区段的涡轮28以产生功。例如，涡轮28可连接到轴30，以便涡轮28的旋转驱动压缩机16以产生压缩空气18。作为备选或此外，轴30可将涡轮28连接到发电机32以用于产生电力。来自涡轮28的排出气体34流过排气区段36，其将涡轮28连接到涡轮28下游的排气器38。例如，排气区段36可包括余热回收蒸汽发生器(未示出)，以用于在排出气体34释放到环境之前清洁和获取来自排出气体34的额外的热。
燃烧器24可为本领域中已知的任何类型的燃烧器，且本发明不限于任何特定的燃烧器设计，除非在权利要求中明确叙述。例如，燃烧器24可为筒环形或环形燃烧器。图2为可结合到图1中所示的燃气涡轮10中且可结合本发明的一个或多个实施例的示例性燃烧器24的一部分的透视侧视图。
在示例性实施例中，如图2中所示，燃烧器24至少部分由外壳40(诸如压缩机排放壳)包绕。外壳40可至少部分地限定高压气室42，其至少部分地包绕燃烧器24。高压气室42与压缩机16(图1)流体连通，以便从其接收压缩空气18。端盖44可联接到外壳40。外壳40和端盖44可至少部分地限定燃烧器24的头端部分46。
一个或多个燃料喷嘴组件48在头端46内和/或穿过头端46从端盖44沿轴向向下游延伸。燃料喷嘴组件中的至少一些可经由端盖44与燃料供应系统22流体连通。在特定实施例中，燃料喷组件48中的至少一个可例如经由端盖44与抽取空气供应50流体连通。
燃烧器24还可包括一个或多个衬套52(诸如燃烧衬套和/或过渡导管)，其至少部分地限定外壳40内的燃烧室54。衬套52还可至少部分地限定用于将燃烧气体26引导到涡轮28中的热气体通路56。在特定实施例中，一个或多个流动或冲击套筒58可至少部分地包绕衬套52。流动套筒58可与衬套52沿径向间隔开，以便限定环形流动通路60以用于将压缩空气18的一部分朝燃烧器24的头端部分46引导。
图3提供了根据本发明的一个或多个实施例且可结合到如图2中所示的燃烧器24的示例性预混类型的燃料喷嘴组件100的截面侧视图。燃料喷嘴组件100可表示图2中所示的一个、任何或所有燃料喷嘴组件48，且不限于沿端盖44或在燃烧器24内的任何特定地点或位置，除非权利要求中另外叙述。在特定实施例中，燃料喷嘴组件100可构造为"双燃料"类型的燃料喷嘴组件，结果，如本文提供的燃料喷嘴组件100可构造或改变成关于气态燃料或液态燃料焚烧或操作。
在特定实施例中，如图3中所示， 燃料喷嘴组件100包括沿燃料喷嘴组件100的中心线104轴向地延伸的中心体102、设置在中心体102的下游端部108内的引导喷嘴106、与中心体102同轴对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路112的外套筒110，以及从中心体102沿径向向外延伸至外套筒110的至少一个支柱或旋流器导叶114。支柱114可构造成将有角旋流赋予到流过环形通路112的压缩空气18的一部分。
中心体102大体上为环形，且可包括单个管116或连接在一起以形成单个或连续中心体102的多个管116。中心体102大体上包括上游端部118，其与下游端部108沿轴向间隔开。中心体102还可包括与外表面124沿径向间隔开的内表面122。
在各种实施例中，引导喷嘴106大体上为环形，且包括上游端或部分126，其与下游端或部分128沿轴向间隔开。引导喷嘴106还包括与外壁132沿径向间隔开的内壁130。在特定实施例中，引导喷嘴106的外壁132与中心体102的内表面122可滑动地接合，因此在燃烧器24的操作期间允许引导喷嘴106相对于中心体102的轴向热增长或收缩。
在各种实施例中，引导喷嘴106包括多个预混通路134，其大致沿轴向延伸穿过引导喷嘴106。各个预混通路134包括沿引导喷嘴106的上游端部126限定和/或设置的入口136，以及沿引导喷嘴106的下游端部128限定和/或设置的出口138。出口138形成在入口136下游。在特定实施例中，多个预混通路134围绕燃料喷嘴组件100的中心线104环形地布置在引导喷嘴106的内壁130与外壁132之间。各个预混通路134包括限定在对应的入口136与出口138之间的至少一个燃料端口140。
在各种实施例中，燃料喷嘴组件100包括同心地限定在中心体102内的引导空气通路142和引导燃料通路144。在特定实施例中，引导空气通路142从引导燃料通路144沿径向向外设置或形成。预混通路134的入口136中的一个或多个与引导空气通路142流体连通。在特定实施例中，引导空气通路142限定在中间管146与中心体142之间。中间管146在中心体102内同轴地延伸。例如，引导空气通路142可限定在中间管146的外表面148与中心体102的内表面122之间。在特定实施例中，中间管146的下游端150密封和/或固定地连接到引导喷嘴106的上游端部126。在一个实施例中，中间管146的下游端150从预混通路134的入口136沿径向向内密封和/或固定地连接到引导喷嘴106的上游端部126。
在特定实施例中，如图3中所示，引导燃料通路144限定在内管152与中间管146之间的中心体102内。引导燃料通路144经由燃料端口140与预混通路134流体连通。如图3中所示，内管152和中间管146可在中心体102内同轴地延伸。在特定实施例中，内管152的一部分至少部分地延伸穿过引导喷嘴106。
在一个实施例中，内管152的下游端154形成相对于引导喷嘴106的下游端128的内表面156的密封。在此构造中，引导燃料通路144的一部分至少部分地限定在内管152的外表面158与引导喷嘴106的内壁130之间。在特定实施例中，内管从燃料喷嘴组件100的基部部分160沿轴向延伸。基部部分160可构造成连接到端盖44。在一个实施例中，引导燃料通路144与端盖44(图2)流体连通。
图4提供了根据本发明的各种实施例的如图3中所示的燃料喷嘴组件100的一部分的截面透视图。在特定实施例中，如图4中所示，燃料喷嘴组件100包括与引导空气通路142流体连通的入口通路162。在特定实施例中，入口通路162延伸穿过外套筒110、支柱114和中心体102。
在操作中，如图3和图4中共同提供的那样，来自高压气室42(图2)的压缩空气18的一部分流过入口通路162，以如箭头164所示将引导空气的流提供到引导空气通路142中。引导空气164经由入口136流入预混通路134中。如由箭头166指出的引导燃料经由端盖44(图2)提供至引导燃料通路144。引导燃料166朝引导喷嘴106流动，且经由燃料端口140喷射到预混通路134中。引导空气和引导燃料在预混通路134内混合。如箭头168指出的预混引导燃料-空气混合物离开预混通路134的出口138。预混引导燃料-空气混合物168可在其离开出口138时点燃且焚烧。
图5提供了根据本发明的一个或多个实施例且可结合到如图2中所示的燃烧器24的示例性预混类型的燃料喷嘴组件200的截面侧视图。燃料喷嘴组件200可表示图2中所示的一个、任何或所有燃料喷嘴组件48，且不限于沿端盖44或在燃烧器24内的任何特定地点或位置，除非权利要求中另外叙述。在特定实施例中，燃料喷嘴组件200可构造为"双燃料"类型的燃料喷嘴组件，结果，如本文提供的燃料喷嘴组件200可构造或改变成关于气态燃料或液态燃料焚烧或操作。
在特定实施例中，如图5中所示， 燃料喷嘴组件200包括沿燃料喷嘴组件200的中心线204轴向地延伸的中心体202、设置在中心体202的下游端部208内的引导喷嘴206、与中心体200同轴对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路212的外套筒210，以及从中心体202沿径向向外延伸至外套筒210的至少一个支柱或旋流器导叶214。支柱214可构造成将有角旋流赋予到流过环形通路212的压缩空气18的一部分。
中心体202大体上为环形，且可包括单个管216或连接在一起以形成单个或连续中心体202的多个管216。中心体202大体上包括上游端部218，其与下游端部208沿轴向间隔开。中心体202还可包括与外表面224沿径向间隔开的内表面222。
图6为根据本发明的至少一个实施例的如图5中所示的燃料喷嘴组件200的一部分的放大截面侧视图。在各种实施例中，如图6中所示，引导喷嘴206大体上为环形，且包括上游端或部分226，其与下游端或部分228沿轴向间隔开。引导喷嘴206还包括与外壁232沿径向间隔开的内壁230。在特定实施例中，引导喷嘴206固定地连接到中心体202。例如，引导喷嘴206可焊接或钎焊至中心体202。
在各种实施例中，引导喷嘴206包括多个预混通路234，其大致沿轴向延伸穿过引导喷嘴206。各个预混通路234包括沿引导喷嘴206的上游端部226限定和/或设置的入口236，以及沿引导喷嘴206的下游端部228限定和/或设置的出口238。出口238形成在入口236下游。在特定实施例中，该多个预混通路234围绕燃料喷嘴组件200的中心线204环形地布置在引导喷嘴206的内壁230与外壁232之间。各个预混通路234包括限定在对应的预混通路234的入口236与出口238之间的至少一个燃料端口240。
在各种实施例中，如图5和图6中所示，燃料喷嘴组件200包括同心地限定在中心体202内的引导空气通路242和引导燃料通路244。在特定实施例中，引导空气通路242从引导燃料通路244沿径向向外设置或形成。预混通路234的入口236中的一个或多个与引导空气通路242流体连通。在特定实施例中，引导空气通路242限定在中间管246与中心体202之间。中间管246在中心体202内同轴地延伸。
引导空气通路242可限定在中间管246的外表面248与中心体202的内表面222之间。在特定实施例中，中间管246的下游端250密封和/或固定地连接到引导喷嘴206的上游端部226。在一个实施例中，中间管246的下游端250从预混通路234的入口236沿径向向内密封和/或固定地连接到引导喷嘴206的上游端部226。在各种实施例中，如图5和图6中所示，引导燃料通路244限定在内管252与中间管246之间的中心体202内。
在如图5中所示的特定实施例中，内管252为筒，其后膛装载到中心体202中。例如，筒可为清洗空气或双燃料类型的筒。如图6中所示，引导燃料通路244经由燃料端口240与预混通路234流体连通。如图5中所示，内管252和中间管246可在中心体202内同轴地延伸。内管252和中间管246从燃料喷嘴组件200的基部部分254朝引导喷嘴206沿轴向延伸且/或延伸至引导喷嘴206。基部部分254可构造成连接至端盖44。在一个实施例中，引导燃料通路244和引导空气通路242与端盖44流体连通。
在特定实施例中，如图6中所示，内管252的一部分至少部分地延伸穿过引导喷嘴206。在特定实施例中，环形或径向密封件256可在内管252的外表面258与引导喷嘴206的内壁230之间延伸。密封件256可为活塞密封件、唇部密封件或适用于其在其中的预期目的的任何密封件。密封件256围绕内管252的外表面258大体上沿周向延伸，且相对于引导喷嘴206的内壁230密封。在特定实施例中，引导燃料通路244至少部分地限定在喷嘴末梢206的内壁230、内管252的外表面258和密封件256之间。
在特定实施例中，如图6中所示，燃料喷嘴组件200包括环形膨胀部件260，诸如波纹管式弹簧，其在一端处联接到中间管246的下游端262，且在轴向相对端处连接到引导喷嘴206的上游端部226。膨胀部件260可从预混通路234的入口236沿径向向内设置。在燃料喷嘴组件200的操作期间，膨胀部件260允许中间管246相对于引导喷嘴206沿中心线204的热膨胀。
在操作中，如图5和图6中共同所示，如由箭头264指出的引导空气从抽取空气供应50传送穿过端盖44(图2)且进入引导空气通路242中。如图6中所示，引导空气264经由引导喷嘴206的入口236流入预混通路234中。如图5中所示，如由箭头266指出的引导燃料经由端盖44(图2)提供至引导燃料通路244。往回参看图6，引导燃料266朝引导喷嘴206流动，且经由燃料端口240喷射到预混通路234中。引导空气264和引导燃料266在预混通路234内混合。如图6中所示，如由箭头268指出的预混引导燃料-空气混合物离开预混通路234的出口238。预混引导燃料-空气混合物268可在其离开出口238时点燃且焚烧。
如本文提供的燃料喷嘴组件100、200提供了优于结合引导喷嘴的现有的燃料喷嘴组件的各种技术优点。例如，内管或筒152、252和中间管146、246产生了将引导空气164、264和引导燃料166、266提供至引导喷嘴106、206所需的通路。燃料喷嘴组件200中的膨胀部件260解决了引导空气264与引导燃料266之间的温差引起的热膨胀。就燃料喷嘴组件100而言，引导喷嘴106的外壁132可关于中心体102滑动或移动，以解决引导空气164和引导燃料166中的温差引起的热膨胀。此外，引导喷嘴106、206可从中心体102、202除去，以允许引导喷嘴106、206的修理和/或替换。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域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包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。
Claims (36)
1.一种燃料喷嘴组件，包括：
中心体，其沿所述燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸，所述中心体具有限定在其中的引导空气通路和引导燃料通路，所述引导燃料通路的至少部分被限定在内管和中间管之间；
设置在所述中心体的下游端部内的引导喷嘴，所述引导喷嘴具有多个预混通路，各个预混通路具有与所述引导空气通路流体连通的入口、所述入口下游的出口，以及与所述引导燃料通路流体连通的燃料端口；
外套筒，其与所述中心体同轴地对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路；
支柱，其从所述中心体沿径向向外延伸到所述外套筒；以及
与所述引导空气通路流体连通的入口通路，其中所述入口通路延伸穿过所述外套筒、所述支柱和所述中心体；
其中，所述内管的下游端密封到所述引导喷嘴的下游部分的内表面上。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述引导喷嘴的外壁与所述中心体的内表面可滑动地接合。
3.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述支柱为旋流器导叶。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述多个预混通路围绕所述燃料喷嘴组件的轴向中心线环形地布置在所述引导喷嘴的内壁与外壁之间。
5.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述引导空气通路限定于在所述中心体内同轴地延伸的所述中间管与所述中心体的内表面之间。
6.根据权利要求4所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述中间管的下游端从所述预混通路的入口沿径向向内密封到所述引导喷嘴的上游部分。
7.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述内管和所述中间管在所述中心体内同轴地延伸。
8.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述引导燃料通路的一部分至少部分地限定在所述内管的外表面与所述引导喷嘴的内壁之间。
9.一种用于燃气涡轮的燃烧器，所述燃烧器包括：
联接至外壳的端盖，其中所述端盖和所述外壳形成所述燃烧器的头端部分，其中所述头端与所述燃气涡轮的压缩机流体连通；以及
联接至所述端盖且在所述燃烧器的头端部分内轴向地延伸的燃料喷嘴组件，所述燃料喷嘴包括：
中心体，其沿所述燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸，所述中心体具有限定在其中的引导空气通路和引导燃料通路，所述引导燃料通路的至少部分被限定在内管和中间管之间；
设置在所述中心体的下游端部内的引导喷嘴，所述引导喷嘴具有多个预混通路，各个预混通路具有与所述引导空气通路流体连通的入口、所述入口下游的出口，以及与所述引导燃料通路流体连通的燃料端口；
外套筒，其与所述中心体同轴地对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路；
支柱，其从所述中心体沿径向向外延伸到所述外套筒；以及
与所述引导空气通路和所述燃烧器的头端部分流体连通的入口通路，其中所述入口通路延伸穿过所述外套筒、所述支柱和所述中心体；
其中，所述内管的下游端密封到所述引导喷嘴的下游部分的内表面上。
10.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，所述引导喷嘴的外壁与所述中心体的内表面可滑动地接合。
11.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，所述支柱为旋流器导叶。
12.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，所述多个预混通路围绕所述燃料喷嘴组件的轴向中心线环形地布置在所述引导喷嘴的内壁与外壁之间。
13.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，所述引导空气通路限定于在所述中心体内同轴地延伸的中间管与所述中心体的内表面之间。
14.根据权利要求13所述的燃烧器，其特征在于，所述中间管的下游端从所述预混通路的入口沿径向向内密封到所述引导喷嘴的上游部分。
15.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，所述内管和所述中间管在所述中心体内同轴地延伸。
16.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，所述引导燃料通路的一部分至少部分地限定在所述内管的外表面与所述引导喷嘴的内壁之间。
17.一种燃料喷嘴组件，包括：
中心体，其沿所述燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸，所述中心体具有限定在其中的环形引导空气通路和环形引导燃料通路，所述引导燃料通路的至少部分被限定在内管和中间管之间，其中所述引导空气通路从所述引导燃料通路沿径向向外限定，其中所述燃料喷嘴组件还包括与所述引导空气通路流体连通的基部部分，其中所述基部部分构造成接收来自燃烧器的端盖的引导空气；以及
设置在所述中心体的下游端部内的引导喷嘴，所述引导喷嘴具有多个预混通路，各个预混通路均具有与所述引导空气通路流体连通的入口、所述入口下游的出口，以及与所述引导燃料通路流体连通的燃料端口；
其中，所述内管的下游端密封到所述引导喷嘴的下游部分的内表面上。
18.根据权利要求17所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述多个预混通路围绕所述燃料喷嘴组件的轴向中心线环形地布置在所述引导喷嘴的内壁与外壁之间。
19.根据权利要求17所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述引导空气通路限定在中间管与所述中心体的内表面之间，其中所述中间管在所述中心体内从所述基部部分同轴地延伸至所述引导喷嘴。
20.根据权利要求19所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述中间管的下游端从所述预混通路的入口沿径向向内密封到所述引导喷嘴的上游部分。
21.根据权利要求19所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述燃料喷嘴组件还包括膨胀部件，所述中间管的下游端经由所述膨胀部件从所述预混通路的入口沿径向向内联接到所述引导喷嘴的上游部分。
22.根据权利要求17所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述内管和所述中间管在所述中心体内从所述基部部分同轴地延伸至所述引导喷嘴。
23.根据权利要求17所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述引导燃料通路的一部分至少部分地限定在所述内管的外表面与所述引导喷嘴的内壁之间。
24.根据权利要求23所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述内管为后膛装载的筒。
25.根据权利要求23所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述燃料喷嘴组件还包括环形密封件，其围绕所述内管沿周向延伸，且相对于所述引导喷嘴的内壁密封。
26.根据权利要求17所述的燃料喷嘴组件，其特征在于，所述燃料喷嘴组件还包括外套筒以及多个旋流器导叶，所述外套筒与所述中心体同轴地对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路，所述多个旋流器导叶从所述中心体沿径向向外延伸到所述外套筒。
27.一种用于燃气涡轮的燃烧器，所述燃烧器包括：
联接至外壳的端盖，其中所述端盖和所述外壳形成所述燃烧器的头端部分；以及
联接至所述端盖且在所述燃烧器的头端部分内轴向地延伸的燃料喷嘴组件，所述燃料喷嘴包括：
中心体，其沿所述燃料喷嘴组件的中心线轴向地延伸，所述中心体具有限定在其中的环形引导空气通路和环形引导燃料通路，所述引导燃料通路的至少部分被限定在内管和中间管之间，其中所述引导空气通路从所述引导燃料通路沿径向向外限定，其中所述燃料喷嘴组件还包括与所述引导空气通路流体连通的基部部分，其中所述基部部分构造成接收来自端盖的引导空气；以及
设置在所述中心体的下游端部内的引导喷嘴，所述引导喷嘴具有多个预混通路，各个预混通路具有与所述引导空气通路流体连通的入口、所述入口下游的出口，以及与所述引导燃料通路流体连通的燃料端口；
其中，所述内管的下游端密封到所述引导喷嘴的下游部分的内表面上。
28.根据权利要求27所述的燃烧器，其特征在于，所述多个预混通路围绕所述燃料喷嘴组件的轴向中心线环形地布置在所述引导喷嘴的内壁与外壁之间。
29.根据权利要求27所述的燃烧器，其特征在于，所述引导空气通路限定在所述中间管与所述中心体的内表面之间，其中所述中间管在所述中心体内从所述基部部分同轴地延伸至所述引导喷嘴。
30.根据权利要求29所述的燃烧器，其特征在于，所述中间管的下游端从所述预混通路的入口沿径向向内密封到所述引导喷嘴的上游部分。
31.根据权利要求29所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器还包括膨胀部件，其中所述中间管的下游端经由所述膨胀部件从所述预混通路的入口沿径向向内联接到所述引导喷嘴的上游部分。
32.根据权利要求27所述的燃烧器，其特征在于，所述内管和所述中间管在所述中心体内从所述基部部分同轴地延伸至所述引导喷嘴。
33.根据权利要求27所述的燃烧器，其特征在于，所述引导燃料通路的一部分至少部分地限定在所述内管的外表面与所述引导喷嘴的内壁之间。
34.根据权利要求33所述的燃烧器，其特征在于，所述内管为后膛装载的筒。
35.根据权利要求27所述的燃烧器，其特征在于，所述燃料喷嘴组件还包括环形密封件，其围绕所述内管沿周向延伸，且相对于所述引导喷嘴的内壁密封。
36.根据权利要求27所述的燃烧器，其特征在于，所述燃料喷嘴组件还包括外套筒和多个旋流器导叶，所述外套筒与所述中心体同轴地对准且沿径向间隔开以便在其间限定环形通路，所述多个旋流器导叶从所述外套筒的中心体沿径向向外延伸。
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