CN106918054B - 具有预混合火焰稳定器的燃料喷嘴组件 - Google Patents

具有预混合火焰稳定器的燃料喷嘴组件 Download PDF

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Abstract

燃料喷嘴组件(100)包括预混合室(114)、在预混合室内在内壁(102)与外壁(104)之间径向且轴向地延伸的空气流分隔件(116)、和配置在预混合室(114)内的多个引导静叶(122)。引导静叶中的一个或更多个包括与流分隔件(116)流体连通的燃料端口(130)。燃料喷嘴组件(100)还包括预混合板(110)，预混合板在燃料端口(130)的下游在内壁和外壁(102)、(104)之间径向地且在第一和第二侧壁(106)、(108)之间周向地延伸。预混合板(110)包括与下游侧(144)轴向地间隔的上游侧(142)和提供从预混合室(114)穿过预混合板(110)的流体流的多个通路(146)。

Description

具有预混合火焰稳定器的燃料喷嘴组件
技术领域
本发明大体上涉及用于在燃气涡轮的燃烧器中使用的燃料喷嘴组件。更具体而言，本发明涉及一种燃料喷嘴组件，该燃料喷嘴组件具有用于在燃料喷射部位下游的火焰稳定性的预混合板。
背景技术
典型的燃气涡轮大体上包括进口区段、压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。进口区段清洁且调节工作流体(例如空气)，且将该工作流体供应至压缩机区段。压缩机区段逐渐地增大工作流体的压力，且将压缩的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。燃烧气体被沿热气体路径发送至涡轮区段中，在此它们膨胀以产生功。例如，燃烧气体在涡轮区段中的膨胀可使连接于发电机的轴旋转，以产生电。
燃烧区段大体上包括环形地布置且配置在压缩机区段与涡轮区段之间的一个或更多个燃烧器。各种参数影响燃烧器的设计和操作。例如，燃气涡轮制造商的常规任务是在不产生非期望的空气污染排放物的情况下提高燃气涡轮效率。典型地由焚烧常规烃燃料的燃气涡轮产生的主要空气污染排放物是氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、和未焚烧的烃(UHC)。分子氮的氧化，且因此，NOx在空气呼吸发动机(诸如燃气涡轮)中的形成是温度的指数函数。燃烧气体的温度越高，则非期望的NOx排放物的形成速率越高。
降低燃烧气体温度，从而控制NOx形成的一种方法是在燃烧室内在燃烧反应区的上游使用预混合类型的燃料喷射器或燃料喷嘴组件(诸如涡旋器或涡旋喷嘴（swozzle）类型燃料喷嘴组件)来预混合燃料和空气。在该类型的燃料喷嘴组件中，燃料被喷射到在限定在燃料喷嘴组件内的环形流动或预混合通路内的压缩空气流中。燃料和压缩空气在该环形通路内混合，且然后从燃料喷嘴组件的下游端部发送到燃烧室中。在燃烧期间，富空气或贫燃料可燃混合物中存在的过量空气的热量容量(heat capacity)或热容(thermalcapacitance)在燃烧室中吸收热量，从而降低燃烧气体的温度，由此减少或防止NOx排放物的形成。
在预混合通路内且在喷射点处进入燃烧室的贫可燃混合物的流场应是均匀或对称的，以便减少火焰停止(flame holding)的可能性，且实现期望的排放性能。因此，现有燃料喷嘴组件技术中的持续改善将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在下列描述中阐述，或可从描述变得明显，或可通过本发明的实践而习得。
本发明的一个实施例是用于燃气涡轮的燃料喷嘴组件。该燃料喷嘴组件包括预混合室，该预混合室限定在弧形内壁、弧形外壁、第一侧壁和周向地相对的第二侧壁之间。空气流分隔件在内壁与外壁之间径向地延伸，且在预混合室内轴向地延伸。空气流分隔件限定内部燃料回路。多个引导静叶配置在预混合室内。至少一个引导静叶在空气流分隔件与第一侧壁或第二侧壁中的一者之间周向地延伸。引导静叶中的一个或更多个包括与燃料回路流体连通的燃料端口。预混合板在燃料端口的下游在内壁和外壁之间径向地且在第一和第二侧壁之间周向地延伸。预混合板包括与下游侧轴向地间隔的上游侧和多个通路。通路提供从预混合室穿过预混合板的流体流。
本发明的另一个实施例是用于燃气涡轮的燃烧器。燃烧器大体上包括限定在燃烧器内的燃烧室和配置在燃烧室上游的燃料喷嘴组件。该燃料喷嘴组件包括预混合室，该预混合室限定在弧形内壁、弧形外壁、第一侧壁和周向地相对的第二侧壁之间。空气流分隔件在内壁与外壁之间径向地延伸，且在预混合室内轴向地延伸。空气流分隔件限定内部燃料回路。多个引导静叶配置在预混合室内。至少一个引导静叶在空气流分隔件与第一侧壁或第二侧壁中的一者之间周向地延伸。引导静叶中的一个或更多个包括与燃料回路流体连通的燃料端口。预混合板在燃料端口的下游且在燃烧室的上游在内壁和外壁之间径向地且在第一和第二侧壁之间周向地延伸。预混合板包括与下游侧轴向地间隔的上游侧和多个通路。通路提供从预混合室穿过预混合板且到燃烧室中的流体流。
本发明的另一个实施例包括燃气涡轮。燃气涡轮大体上包括压缩机、配置在压缩机下游的燃烧器、和配置在燃烧器下游的涡轮。燃烧器包括联接于外壳体的端部盖和限定在外壳体内的燃烧室。燃料喷嘴组件在端盖的下游延伸且在燃烧室的上游终止。该燃料喷嘴组件包括预混合室，该预混合室限定在弧形内壁、弧形外壁、第一侧壁和周向地相对的第二侧壁之间。空气流分隔件在内壁与外壁之间径向地延伸，且在预混合室内轴向地延伸。空气流分隔件限定内部燃料回路。多个引导静叶配置在预混合室内。至少一个引导静叶在空气流分隔件与第一侧壁或第二侧壁中的一者之间周向地延伸。引导静叶中的一个或更多个包括与燃料回路流体连通的燃料端口。预混合板在燃料端口的下游且在燃烧室的上游在内壁和外壁之间径向地且在第一和第二侧壁之间周向地延伸。预混合板包括与下游侧轴向地间隔的上游侧和多个通路。燃料喷嘴组件的上游侧包括多个同心地对准的环形壁和在径向地相邻的环形壁之间径向地延伸的多个周向地间隔的径向壁。环形壁和径向壁至少部分地限定去往各通路的进口，且通路提供从预混合室穿过预混合板且到燃烧室中的流体流。
实施方案1. 一种燃料喷嘴组件，其包括：
预混合室，其限定在弧形内壁、弧形外壁、第一侧壁和周向地相对的第二侧壁之间；
空气流分隔件，其在所述内壁与所述外壁之间径向地延伸，且在所述预混合室内轴向地延伸，其中，所述空气流分隔件限定内部燃料回路；
多个引导静叶，其配置在所述预混合室内，其中，至少一个引导静叶在所述空气流分隔件与所述第一侧壁或所述第二侧壁中的一者之间周向地延伸，其中，所述引导静叶中的一个或更多个包括与所述燃料回路流体连通的燃料端口；和
预混合板，其在所述燃料端口的下游在所述内壁和外壁之间径向地且在所述第一和第二侧壁之间周向地延伸，其中，所述预混合板包括与下游侧轴向地间隔的上游侧和多个通路，其中，所述通路提供从所述预混合室穿过所述预混合板的流体流。
实施方案2. 根据实施方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述预混合板的上游侧包括多个同心地对准的环形壁和在径向地相邻的环形壁之间径向地延伸的多个周向地间隔的径向壁，其中，所述环形壁和所述径向壁至少部分地限定去往各通路的进口。
实施方案3. 根据实施方案2所述的燃料喷嘴组件，其中，所述通路在各通路的进口附近与所述环形壁和所述径向壁融合。
实施方案4. 根据实施方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述引导静叶中的一个或更多个至少部分地在其中限定燃料通路。
实施方案5. 根据实施方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，流分隔件连接于所述燃料喷嘴组件的基部部分。
实施方案6. 根据实施方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述多个引导静叶中的至少一个引导静叶的上游部分朝所述外壁径向地弯曲。
实施方案7. 根据实施方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述多个引导静叶包括在流分隔件与所述第一侧壁之间周向地延伸的第一组引导静叶、和在流分隔件与所述第二侧壁之间周向地延伸的第二组引导静叶。
实施方案8. 根据实施方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述多个引导静叶在变化的轴向距离处沿所述空气流分隔件轴向地延伸。
实施方案9. 根据实施方案1所述的燃料喷嘴组件，其中，所述多个引导静叶中的两个或更多个引导静叶的燃料端口轴向地偏移。
实施方案10. 一种用于燃气涡轮的燃烧器，包括：
燃烧室，其限定在所述燃烧器内；和
燃料喷嘴组件，其包括：
预混合室，其限定在弧形内壁、弧形外壁、第一侧壁和周向地相对的第二侧壁之间；
空气流分隔件，其在所述内壁与所述外壁之间径向地延伸，且在所述预混合室内轴向地延伸，其中，所述空气流分隔件限定内部燃料回路；
多个引导静叶，其配置在所述预混合室内，其中，至少一个引导静叶在所述空气流分隔件与所述第一侧壁或所述第二侧壁中的一者之间周向地延伸，其中，所述引导静叶中的一个或更多个包括与所述燃料回路流体连通的燃料端口；和
预混合板，其在所述燃料端口的下游且在所述燃烧室的上游在所述内壁和外壁之间径向地且在所述第一和第二侧壁之间周向地延伸，其中，所述预混合板包括与下游侧轴向地间隔的上游侧和多个通路，其中，所述通路提供从所述预混合室穿过所述预混合板且到所述燃烧室中的流体流。
实施方案11. 根据实施方案10所述的燃烧器，其中，所述预混合板的上游侧包括多个同心地对准的环形壁和在径向地相邻的环形壁之间径向地延伸的多个周向地间隔的径向壁，其中，所述环形壁和所述径向壁至少部分地限定去往各通路的进口。
实施方案12. 根据实施方案11所述的燃烧器，其中，所述通路在各通路的进口附近与所述环形壁和所述径向壁融合。
实施方案13. 根据实施方案10所述的燃烧器，其中，所述引导静叶中的一个或更多个至少部分地在其中限定燃料通路。
实施方案14. 根据实施方案10所述的燃烧器，其中，流分隔件连接于所述燃料喷嘴组件的基部部分。
实施方案15. 根据实施方案10所述的燃烧器，其中，所述多个引导静叶中的至少一个引导静叶的上游部分朝所述外壁径向地弯曲。
实施方案16. 根据实施方案10所述的燃烧器，其中，所述多个引导静叶包括在流分隔件与所述第一侧壁之间周向地延伸的第一组引导静叶、和在流分隔件与所述第二侧壁之间周向地延伸的第二组引导静叶。
实施方案17. 根据实施方案10所述的燃烧器，其中，所述多个引导静叶在变化的轴向距离处沿所述空气流分隔件轴向地延伸。
实施方案18. 根据实施方案10所述的燃烧器，其中，所述多个引导静叶中的两个或更多个引导静叶的燃料端口轴向地偏移。
实施方案19. 一种燃气涡轮，包括：
压缩机、配置在所述压缩机下游的燃烧器和配置在所述燃烧器下游的涡轮，其中，所述燃烧器包括连接于外燃烧器壳体的端部盖、在所述外燃烧器壳体内限定的燃烧室、和在所述端部盖的下游延伸且在所述燃烧室的上游终止的燃料喷嘴组件；
其中，所述燃料喷嘴组件包括：
预混合室，其限定在弧形内壁、弧形外壁、第一侧壁和周向地相对的第二侧壁之间；
空气流分隔件，其在所述内壁与所述外壁之间径向地延伸，且在所述预混合室内轴向地延伸，其中，所述空气流分隔件限定内部燃料回路；
多个引导静叶，其配置在所述预混合室内，其中，至少一个引导静叶在所述空气流分隔件与所述第一侧壁或所述第二侧壁中的一者之间周向地延伸，其中，所述引导静叶中的一个或更多个包括与所述燃料回路流体连通的燃料端口；和
预混合板，其在所述燃料端口的下游且在所述燃烧室的上游在所述内壁和外壁之间径向地且在所述第一和第二侧壁之间周向地延伸，其中，所述预混合板包括与下游侧轴向地间隔的上游侧和多个通路，其中，所述燃料喷嘴组件的上游侧包括多个同心地对准的环形壁和在径向地相邻的环形壁之间径向地延伸的多个周向地间隔的径向壁，其中，所述环形壁和所述径向壁至少部分地限定去往所述通路中的一个或更多个的进口，且其中，所述通路提供从所述预混合室穿过所述预混合板且到所述燃烧室中的流体流。
实施方案20. 根据实施方案19所述的燃气涡轮，其中，所述多个引导静叶包括在流分隔件与所述第一侧壁之间周向地延伸的第一组引导静叶、和在流分隔件与所述第二侧壁之间周向地延伸的第二组引导静叶，其中，所述第一组引导静叶或所述第二组引导静叶中的两个或更多个引导静叶的燃料端口轴向地偏移。
技术方案1. 一种燃料喷嘴组件100，包括：
预混合室114，其限定在弧形内壁102、弧形外壁104、第一侧壁106和周向地相对的第二侧壁108之间；
空气流分隔件116，其在所述内壁102与所述外壁104之间径向地延伸，且在所述预混合室114内轴向地延伸，其中，所述空气流分隔件116限定内部燃料回路120；
多个引导静叶122，其配置在所述预混合室114内，其中，至少一个引导静叶122在所述空气流分隔件116与所述第一侧壁106或所述第二侧壁108中的一者之间周向地延伸，其中，所述引导静叶122中的一个或更多个包括与所述燃料回路流体连通的燃料端口130；和
预混合板110，其在所述燃料端口130的下游在所述内壁和外壁102、104之间径向地且在所述第一和第二侧壁106、108之间周向地延伸，其中，所述预混合板110包括与下游侧144轴向地间隔的上游侧142和多个通路146，其中，所述通路146提供从所述预混合室114穿过所述预混合板110的流体流。
技术方案2. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件100，其中，所述预混合板110的上游侧142包括多个同心地对准的环形壁154和在径向地相邻的环形壁154之间径向地延伸的多个周向地间隔的径向壁156，其中，所述环形壁154和所述径向壁156至少部分地限定去往各通路146的进口150。
技术方案3. 根据技术方案2所述的燃料喷嘴组件100，其中，所述通路146在各通路146的进口150附近与所述环形壁154和所述径向壁156融合。
技术方案4. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件100，其中，所述引导静叶122中的一个或更多个至少部分地在其中限定燃料通路146。
技术方案5. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件100，其中，流分隔件116连接于所述燃料喷嘴组件100的基部部分118。
技术方案6. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件100，其中，所述多个引导静叶122中的至少一个引导静叶122的上游部分124朝所述外壁104径向地弯曲。
技术方案7. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件100，其中，所述多个引导静叶122包括在流分隔件116与所述第一侧壁106之间周向地延伸的第一组引导静叶122a、和在流分隔件116与所述第二侧壁108之间周向地延伸的第二组引导静叶122b。
技术方案8. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件100，其中，所述多个引导静叶122在变化的轴向距离处沿所述空气流分隔件116轴向地延伸。
技术方案9. 根据技术方案1所述的燃料喷嘴组件100，其中，所述多个引导静叶122中的两个或更多个引导静叶122的燃料端口130轴向地偏移。
技术方案10. 一种用于燃气涡轮的燃烧器24，包括：
燃烧室60，其限定在所述燃烧器24内；和
燃料喷嘴组件100，其包括：
预混合室114，其限定在弧形内壁102、弧形外壁104、第一侧壁106和周向地相对的第二侧壁108之间；
空气流分隔件116，其在所述内壁102与所述外壁104之间径向地延伸，且在所述预混合室114内轴向地延伸，其中，所述空气流分隔件116限定内部燃料回路120；
多个引导静叶122，其配置在所述预混合室114内，其中，至少一个引导静叶122在所述空气流分隔件116与所述第一侧壁106或所述第二侧壁108中的一者之间周向地延伸，其中，所述引导静叶122中的一个或更多个包括与所述内部燃料回路120流体连通的燃料端口130；和
预混合板110，其在所述燃料端口130的下游且在所述燃烧室60的上游在所述内壁和外壁102、104之间径向地且在所述第一和第二侧壁106、108之间周向地延伸，其中，所述预混合板110包括与下游侧144轴向地间隔的上游侧142和多个通路146，其中，所述通路146提供从所述预混合室114穿过所述预混合板110且到所述燃烧室中的流体流。
技术方案11. 根据技术方案10所述的燃烧器24，其中，所述预混合板110的上游侧142包括多个同心地对准的环形壁154和在径向地相邻的环形壁154之间径向地延伸的多个周向地间隔的径向壁156，其中，所述环形壁154和所述径向壁156至少部分地限定去往各通路146的进口150。
技术方案12. 根据技术方案11所述的燃烧器24，其中，所述通路146在各通路146的进口150附近与所述环形壁154和所述径向壁156融合。
技术方案13. 根据技术方案10所述的燃烧器24，其中，所述引导静叶122中的一个或更多个至少部分地在其中限定燃料通路146。
技术方案14. 根据技术方案10所述的燃烧器24，其中，流分隔件116连接于所述燃料喷嘴组件100的基部部分118。
技术方案15. 根据权利要求10所述的燃烧器24，其中，所述多个引导静叶122中的至少一个引导静叶122的上游部分124朝所述外壁104径向地弯曲。
在阅读说明书之后，本领域技术人员将更好地理解此种实施例和其他实施例的特征和方面。
附图说明
本发明的完整且能实现的公开，包括其对本领域技术人员而言的最佳实施方式，在说明书的剩余部分中更具体地得到阐述，包括对附图的参照，在附图中：
图1是在本发明的范围内的示范燃气涡轮的功能框图；
图2是可包括本发明的各种实施例的示范燃烧器的简化截面侧视图；
图3是根据本发明实施例的至少一个实施例的示范燃料喷嘴组件的透视图；
图4是根据本发明的至少一个实施例的，沿图3中所示的4-4剖面线截取的示范燃料喷嘴组件的截面透视图；
图5是根据本发明的至少一个实施例的，沿图3中所示的5-5剖面线截取的示范燃料喷嘴组件的一部分的截面上游透视图；
图6是根据本发明的一个实施例的，图4中所示的示范燃料喷嘴组件的截面侧视图；
图7是根据本发明的至少一个实施例的，如图4中所示的燃料喷嘴组件的预混合板的下游透视图；且
图8是图4中所示的燃料喷嘴组件的下游透视图，且提供根据本发明的至少一个实施例的燃料喷嘴组件的操作流程图。
部件列表
10 燃气涡轮
12 进口区段
14 工作流体
16 压缩机
18 压缩工作流体
20 燃料
22 燃料供应源
24 燃烧器
26 燃烧气体
28 涡轮
30 轴
32 发电机/马达
34 排气气体
36 排气区段
38 排气烟道
40 壳体/压缩机排放壳体
42 端部盖
44 燃烧器壳体
46 流动孔
48 流动套管
50 过渡管道
52 衬垫
54 头端
56 燃料喷嘴
58 可燃混合物
60 燃烧室
100 燃料喷嘴组件
102 内壁
104 外壁
106 第一侧壁
108 第二侧壁
110 预混合板
112 下游端部部分
114 预混合流动通路/室
116 轴向流分隔件
118 基部部分
120 内部燃料回路
122 引导静叶
122(a) 第一组引导静叶
122(b) 第二组引导静叶
124 上游部分
126 进口/下游端部
128 燃料通路
130 燃料端口
132 轴向距离
134 轴向距离
136 轴向距离
138 轴向距离
140 上游端部(外壁)
142 上游侧(预混合板)
144 下游/火焰侧(预混合板)
146 通路(预混合板)
148 周向排(通路)
150 进口(通路)
152 出口(通路)
154 环形壁
156 径向壁
158 燃料-空气混合物
159-199 未使用
CL 中心线。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的现有实施例，其一个或更多个实例在附图中例示出。详细的描述使用数字和字母标号来指示图中的特征。图和描述中的相似或类似的标号用于指示本发明的相似或类似的部分。
如在本文中所使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用，以将一个构件与另一个构件区分，且不意图表示单独构件的位置或重要性。用语“上游”、“下游”、“径向地”、和“轴向地”指相对于流体路径中流体流的相对方向。例如，“上游”指流体从其流动的方向，且“下游”指流体流到其的方向。类似地，“径向地”指基本上垂直于流体流的相对方向，且“轴向地”指基本上平行于流体流的相对方向。用语“周向地”指围绕特定构件的轴向中心线CL延伸的相对方向。
各实施例是作为本发明的解释而非本发明的限制来提供的。事实上，对于本领域专业人员将是显而易见的是，在本发明中可在不脱离其范围或精神的情况下进行更改和变形。例如，作为一个实施例的一部分而例示或描述的特征可用在另一实施例上，以产生又一实施例。因此，意图本发明覆盖在所附权利要求和它们的等同物的范围内的这种更改和变形。
现在参考附图，其中，贯穿视图，相同标号指示相同的元件，图1提供示范燃气涡轮10的功能框图，该示范燃气涡轮10可包括本发明的各种实施例。如图所示，燃气涡轮10大体上包括进口区段12，进口区段12可包括一系列过滤器、冷却盘管、湿气分离器、和/或其他装置，以净化和以其他方式调节进入燃气涡轮10的工作流体(例如空气)14。工作流体14流至压缩机区段，在此，压缩机16对工作流体14逐渐地给予动能，以产生在高赋能状态下的压缩工作流体18。
压缩工作流体18在一个或更多个燃烧器24中与来自燃料供应系统22的燃料20混合，以形成可燃混合物。焚烧可燃混合物，以产生具有高温和高压的燃烧气体26。燃烧气体26流动通过涡轮区段的涡轮28，以产生功。例如，涡轮28可连接于轴30，以便涡轮28的旋转驱动压缩机16，以产生压缩工作流体18。备选地或此外，轴30可将涡轮28连接于发电机32，以用于产生电。来自涡轮28的排气气体34流动通过排气区段36，排气区段36将涡轮28连接于在涡轮28下游的排气烟道38。排气区段36可例如包括热回收蒸汽发生器(未示出)，以用于在释放至环境之前清洁排气气体34或从其提取额外的热量。
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，除非在权利要求中特别地陈述。例如，燃烧器24可为筒或筒-环形类型的燃烧器。图2提供可包括本发明的各种实施例的示范燃烧器24的简化截面侧视图。如图2所示，壳体40(诸如压缩机排放壳体)和端部盖42可通过燃烧器壳体44联接在一起，以容纳从压缩机16(图1)流到燃烧器24的压缩工作流体18。压缩工作流体18可行进穿过流动套管48(诸如冲击套管或燃烧流动套管)中的流动孔46，以沿过渡管道50和/或衬垫52的外侧朝燃烧器24的头端54流动。
头端54由端部盖42和/或燃烧器壳体44至少部分地限定。压缩工作流体18可在其朝头端54流动时对过渡管道50和/或对衬垫52提供对流和/或传导冷却。在头端54处，压缩工作流体18倒转流动方向且流过多个燃料喷嘴组件56。燃料喷嘴组件56可包括围绕中心燃料喷嘴组件环形地布置的多个扇形燃料喷嘴组件。燃料20从燃料供应系统22流动通过限定在端部盖42内的一个或更多个燃料回路(未示出)，且流动到燃料喷嘴组件56中的各个或一些中。燃料供应系统22可对燃烧器24提供气态和/或液态燃料。压缩工作流体18在其行进穿过燃料喷嘴组件56时与燃料20预混合，以形成可燃混合物58。可燃混合物58从燃料喷嘴组件56流到燃烧室60中以用于燃烧。
图3提供根据本发明的一个实施例的，如在图2中示出的一个或更多个燃料喷嘴组件56的示范燃料喷嘴组件100的透视图。图4提供根据本发明的一个实施例的，沿图3中所示的4-4剖面线截取的燃料喷嘴组件100的截面透视侧视图。燃料喷嘴组件100可用作外燃料喷嘴，外燃料喷嘴围绕中心燃料喷嘴组件诸如以5个围绕1个的燃料喷嘴构造环形地或周向地布置。在各种实施例中，如图3和4所示，燃料喷嘴组件100包括弧形内壁或衬垫102、与内壁102径向地间隔的弧形外壁或衬垫104、与第二侧壁108(图4)周向地间隔的第一侧壁106(图3)、和配置在燃料喷嘴组件100的下游端部部分112处的预混合板110。第一侧壁106和第二侧壁108从内衬垫102径向地延伸到外衬垫104。预混合板110相对于中心线CL在内壁102与外壁104之间径向地且在第一侧壁106与第二侧壁108之间周向地延伸。
如图3和4共同示出的，内壁102、外壁104、第一侧壁106(图3)和第二侧壁108限定燃料喷嘴组件100内的预混合流动通路或室114(图4)。如图3和4所示，空气流分隔件116相对于中心线CL从燃料喷嘴组件100的基部部分118轴向地延伸到预混合室114中。如图4所示，空气流分隔件116从内壁102和外壁104或在它们之间径向地延伸。在各种实施例中，如图4所示，壁限定或包括一个或更多个内部燃料回路120(如以虚线示出的)。在各种实施例中，预混合板110大体上提供跨过在燃烧室60(图2)上游的预混合流动室114的非流线体(bluff body)。
图5提供沿图3中所示的5-5剖面线截取的燃料喷嘴组件100的截面透视图。在各种实施例中，如图4和5所示，燃料喷嘴组件100包括多个引导静叶122。引导静叶122沿空气流分隔件116轴向地或基本上轴向地延伸，具有径向厚度且在预混合室114内至少部分地延伸。在具体实施例中，如图4所示，各引导静叶122或至少一个引导静叶122的上游部分124可朝外壁104(如图所示)径向向外弯曲。
在具体实施例中，如图4和5所示，燃料喷嘴组件100包括在空气流分隔件116与第一侧壁106之间周向地延伸的第一组122(a)引导静叶122和在壁106与第二侧壁108之间周向地延伸的第二组122(b)引导静叶122。第一组122(a)和第二组122(b)引导静叶122不限于任何具体数量的引导静叶122，除非在权利要求中另外陈述。例如，在具体实施例中，如图4和5所示，第一组122(a)和第二组122(b)引导静叶122可各自包括两个引导静叶122。
在各种实施例中，如图4所示，引导静叶122中的一个或更多个包括燃料通路128和一个或更多个燃料端口130。在各种实施例中，燃料通路128和燃料端口130可与限定在空气流分隔件116内和/或由空气流分隔件116限定的燃料回路120流体连通。燃料回路120可例如经由端部盖42(图2)与燃料供应系统22(图2)流体连通。燃料端口130提供燃料通路128与预混合室114之间的流体连通。引导静叶122的弯曲上游部分124可在压缩空气18在燃料端口130的上游从燃烧器24的头端54流到预混合室114中时操纵压缩空气18(图2)的流动特性或流动剖面。
图6提供根据本发明的至少一个实施例的，如图4中所示的燃料喷嘴组件100的截面侧视图。在具体实施例中，如图6所示，引导静叶122可在变化的轴向距离132、134处沿空气流分隔件166轴向地延伸。在具体实施例中，燃料端口130可轴向地偏移。例如，燃料端口130可在从预混合室的进口126或外壁104的上游端部140测量的，或者备选地，从预混合板110的上游侧142测量的，变化的轴向距离136、138处沿引导静叶122配置，从而提供轴向燃料分级能力和/或在预混合室114内的益处。
图7提供根据本发明的一个实施例的，如图4和6中所示的预混合板110的放大下游透视图。如图4和7中共同地示出的，预混合板110包括上游侧142，上游侧142与下游或火焰侧144轴向地间隔。如图4和7共同示出的，预混合板110限定或至少部分地限定穿过上游和下游侧142、144大体上轴向地延伸的多个通路146。
在具体实施例中，如图4和7所示，通路146可布置成以便形成在内壁102与外壁104之间径向地堆叠的多个周向排148。各周向排148与相邻排周向排148径向地分离。尽管通路146示为具有大体上圆形的截面形状，但应理解的是，通路146不限于任何具体的截面形状，除非在权利要求中具体地规定。例如，通路146可具有弧形、矩形、三角形或梯形截面形状。
如图4和7所示，各通路146包括沿上游侧142限定的进口150和沿下游侧144限定的出口152(图4)。进口150与预混合流动通路114且与出口152流体连通。通路146中的至少一些提供从预混合流动通路114、穿过预混合板110且到燃烧室60(图2)中的流体流。
进口150和出口152可设有不同的形状，使得从预混合室114进入通路146的燃料-空气混合物的预混合在进口150处最大化，且在出口152处形成离散的燃料-空气射流。为了使火焰停止的可能性最小化，从进口150的形状到出口152的形状的过渡是平滑或非扰动的。在一个实施例中，进口150具有比出口152大的面积，从而使穿过预混合板110的燃料-空气混合物的流加速。
在各种实施例中，如图6和7中共同示出的，预混合板110的上游侧142可包括和/或限定多个同心地对准的环形壁154，环形壁154相对于中心线CL轴向地且径向地且在第一侧壁106与第二侧壁108之间周向地延伸。各环形壁154与相邻的环形壁154或多个壁径向地间隔。环形壁154将径向地相邻的通路146的进口150和出口152径向地分离或隔离。
在各种实施例中，如图7所示，预混合板包括和/或至少部分地限定在径向地相邻的环形壁154和/或内壁102或外壁104之间径向地延伸的多个周向地间隔的径向壁156。径向壁156将周向地相邻的通路146和/或相邻的通路146的进口150周向地分离或隔离。环形壁154和径向壁156围绕和/或至少部分地限定去往各通路146的进口150，从而使燃料-空气混合物通过其流动到预混合板110中的面积最大化，且使在其他情况下将在相邻通路之间产生的无用空间最小化(例如，如果它们的圆形形状从进口150到出口152是连续的)。在具体实施例中，通路146中的一个或更多个融合到对应的环形壁154和/或对应的径向壁156中或与对应的环形壁154和/或对应的径向壁156融合。
图8提供根据本发明的一个实施例的，如图4中所示的截面燃料喷嘴的下游透视图，且还提供燃料喷嘴组件100的操作流程图。在操作期间，如图8所示，来自燃烧器24(图2)的头端54(图2)的压缩空气18被穿过进口126发送到预混合室114，而燃料20被经由在引导静叶122内限定的各种燃料端口130喷射到压缩空气18流中。在具体实施例中，压缩空气18可经由引导静叶122在该多个燃料端口130的上游被预先调节，从而在压缩空气18在燃料端口130的上游从燃烧器24的头端54流到预混合室114中时操纵压缩空气18的流动特性或流动剖面。
燃料20和压缩空气18在预混合室114内混合在一起，从而在进口150的上游提供如由箭头158指示的燃料-空气混合物。沿预混合板110的上游或进口侧142限定的各种表面特征，诸如环形和径向的壁154、156和/或融合的进口150，提供去往通路146的大体上空气动力地光洁的进口150，从而在通路146的出口152处或下游提供火焰稳定。此外或备选地，通路146可促进在燃烧室60上游的燃料-空气混合物158的进一步的或更完全的预混合，从而提高燃烧器24的总体排放性能。燃料-空气混合物158沿基本上轴向(即，没有涡旋，或切向流动方向，通常与涡旋器或涡旋喷嘴类型预混合燃料喷嘴相关联)的流动方向进入燃烧室60。结果，火焰前锋更短且呈现火焰稳定性。
包括最佳实施方式的本书面说明使用示例以公开本发明，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何设备或系统并且实行任何合并的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包含本领域人员想到的其他示例。如果这种其他示例具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的文字语言无显著差别的等同结构元件，则它们意图落入权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种燃料喷嘴组件(100)，包括：
预混合室(114)，其限定在弧形内壁(102)、弧形外壁(104)、第一侧壁(106)和周向地相对的第二侧壁(108)之间；
空气流分隔件(116)，其在所述内壁(102)与所述外壁(104)之间径向地延伸，且在所述预混合室(114)内轴向地延伸，其中，所述空气流分隔件(116)限定内部燃料回路(120)；
多个引导静叶(122)，其配置在所述预混合室(114)内，其中，至少一个引导静叶(122)在所述空气流分隔件(116)与所述第一侧壁(106)或所述第二侧壁(108)中的一者之间周向地延伸，其中，所述引导静叶(122)中的一个或更多个包括与所述燃料回路流体连通的燃料端口(130)；和
预混合板(110)，其在所述燃料端口(130)的下游在所述内壁和外壁(102)、(104)之间径向地且在所述第一和第二侧壁(106)、(108)之间周向地延伸，其中，所述预混合板(110)包括与下游侧(144)轴向地间隔的上游侧(142)和多个通路(146)，其中，所述通路(146)提供从所述预混合室(114)穿过所述预混合板(110)的流体流。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件(100)，其中，所述预混合板(110)的上游侧(142)包括多个同心地对准的环形壁(154)和在径向地相邻的环形壁(154)之间径向地延伸的多个周向地间隔的径向壁(156)，其中，所述环形壁(154)和所述径向壁(156)至少部分地限定去往各通路(146)的进口(150)。
3.根据权利要求2所述的燃料喷嘴组件(100)，其中，所述通路(146)在各通路(146)的进口(150)附近与所述环形壁(154)和所述径向壁(156)融合。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件(100)，其中，所述引导静叶(122)中的一个或更多个至少部分地在其中限定燃料通路(146)。
5.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件(100)，其中，所述空气流分隔件(116)连接于所述燃料喷嘴组件(100)的基部部分(118)。
6.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件(100)，其中，所述多个引导静叶(122)中的至少一个引导静叶(122)的上游部分(124)朝所述外壁(104)径向地弯曲。
7.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件(100)，其中，所述多个引导静叶(122)包括在所述空气流分隔件(116)与所述第一侧壁(106)之间周向地延伸的第一组引导静叶(122a)、和在所述空气流分隔件(116)与所述第二侧壁(108)之间周向地延伸的第二组引导静叶(122b)。
8.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件(100)，其中，所述多个引导静叶(122)在变化的轴向距离处沿所述空气流分隔件(116)轴向地延伸。
9.根据权利要求1所述的燃料喷嘴组件(100)，其中，所述多个引导静叶(122)中的两个或更多个引导静叶(122)的燃料端口(130)轴向地偏移。
10.一种用于燃气涡轮的燃烧器(24)，包括：
燃烧室(60)，其限定在所述燃烧器(24)内；和
燃料喷嘴组件(100)，其包括：
预混合室(114)，其限定在弧形内壁(102)、弧形外壁(104)、第一侧壁(106)和周向地相对的第二侧壁(108)之间；
空气流分隔件(116)，其在所述内壁(102)与所述外壁(104)之间径向地延伸，且在所述预混合室(114)内轴向地延伸，其中，所述空气流分隔件(116)限定内部燃料回路(120)；
多个引导静叶(122)，其配置在所述预混合室(114)内，其中，至少一个引导静叶(122)在所述空气流分隔件(116)与所述第一侧壁(106)或所述第二侧壁(108)中的一者之间周向地延伸，其中，所述引导静叶(122)中的一个或更多个包括与所述内部燃料回路(120)流体连通的燃料端口(130)；和
预混合板(110)，其在所述燃料端口(130)的下游且在所述燃烧室(60)的上游在所述内壁和外壁(102)、(104)之间径向地且在所述第一和第二侧壁(106)、(108)之间周向地延伸，其中，所述预混合板(110)包括与下游侧(144)轴向地间隔的上游侧(142)和多个通路(146)，其中，所述通路(146)提供从所述预混合室(114)穿过所述预混合板(110)且到所述燃烧室中的流体流。
11.根据权利要求10所述的燃烧器(24)，其中，所述预混合板(110)的上游侧(142)包括多个同心地对准的环形壁(154)和在径向地相邻的环形壁(154)之间径向地延伸的多个周向地间隔的径向壁(156)，其中，所述环形壁(154)和所述径向壁(156)至少部分地限定去往各通路(146)的进口(150)。
12.根据权利要求11所述的燃烧器(24)，其中，所述通路(146)在各通路(146)的进口(150)附近与所述环形壁(154)和所述径向壁(156)融合。
13.根据权利要求10所述的燃烧器(24)，其中，所述引导静叶(122)中的一个或更多个至少部分地在其中限定燃料通路(146)。
14.根据权利要求10所述的燃烧器(24)，其中，所述空气流分隔件(116)连接于所述燃料喷嘴组件(100)的基部部分(118)。
15.根据权利要求10所述的燃烧器(24)，其中，所述多个引导静叶(122)中的至少一个引导静叶(122)的上游部分(124)朝所述外壁(104)径向地弯曲。
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