CN108266754B - 燃料喷射器及在燃气涡轮燃烧室中的使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料喷射器及在燃气涡轮燃烧室中的使用方法，以将燃料/空气混合物径向引入到燃烧室。所述燃料喷射器包括：框架，其具有限定供第一流体通过的开口的内侧；至少一个燃料喷射主体；以及套管配件。所述至少一个燃料喷射主体联接到所述框架且定位在所述开口内，由此限定所述第一流体的流动路径。所述至少一个燃料喷射主体限定燃料增压室，且一组燃料喷射孔限定为穿过所述至少一个燃料喷射主体的外部表面。所述套管配件联接到所述框架且将燃料从燃料供应线传送到所述燃料增压室。燃料和所述第一流体在所述流动路径中混合且通过所述出口递送到所述燃烧室。

Description

燃料喷射器及在燃气涡轮燃烧室中的使用方法
技术领域
本发明大体上涉及用于燃气涡轮燃烧室的燃料喷射器，并且更确切地说，涉及用于同与此类燃烧器相关联的轴向燃料分级(axial fuel staging，AFS)系统一起使用的燃料喷射器。
背景技术
至少一些已知燃气涡轮总成包括压缩机、燃烧室和涡轮。气体(例如，环境空气)流动通过压缩机，其中气体在输送到一个或多个燃烧室之前被压缩。在每个燃烧室中，压缩空气与燃料组合并且被点燃以生成燃烧气体。燃烧气体从每个燃烧室用通道输送到涡轮并且通过涡轮，由此驱动涡轮，涡轮又可为联接到涡轮的发电机供电。涡轮还可借助于公共轴或转子驱动压缩机。
在一些燃烧室中，燃烧气体的生成在两个轴向间隔开的阶段进行。此类燃烧室在本说明书中被称为包括“轴向燃料分级”(AFS)系统，所述AFS系统将燃料和氧化剂递送到一个或多个下游燃料喷射器。在具有AFS系统的燃烧室中，在燃烧室的上游端处的主要燃料喷嘴在轴线方向上将燃料和空气(或燃料/空气混合物)喷射到主要燃烧区中，且位于主要燃料喷嘴下游的位置处的AFS燃料喷射器在径向方向上将燃料和空气(或第二燃料/空气混合物)喷射到在主要燃烧区下游的次要燃烧区中。在一些情况下，需要将燃料和空气以混合物的形式引入到次要燃烧区中。因此，AFS喷射器的混合能力影响燃气涡轮的总操作效率和/或排放。
发明内容
本发明涉及一种用于在径向方向上将燃料和空气的混合物递送到燃烧室中由此产生次燃烧区(secondary combustion zone)的AFS燃料喷射器。
具体来说，燃料喷射器包括：框架，其具有限定供第一流体通过的开口的内侧；至少第一燃料喷射主体，其联接到所述框架并且定位在所述开口内，使得所述第一流体的流动路径限定在所述框架的所述内侧与所述第一主体之间，其中所述第一燃料喷射主体限定第一燃料增压室和沿着所述第一燃料喷射主体的至少一个外部表面与所述第一燃料增压室连通的第一多个燃料喷射孔；以及燃料入口，其联接到所述框架并且流体地连接到所述第一燃料增压室。
其中，所述第一多个燃料喷射孔以一定模式布置，使得较大数量的燃料喷射孔位于所述第一燃料喷射主体的接近所述套管配件的一端处。或者，所述第一多个燃料喷射孔以一定模式布置，使得较大数量的燃料喷射孔位于所述第一燃料喷射主体的第二端处，所述第二端与所述套管配件相对。
其中，所述第一燃料喷射主体包括将所述燃料增压室划分成第一燃料增压室和第二燃料增压室的挡板；并且其中第一组所述多个燃料喷射孔从第二组所述多个燃料喷射孔偏移，所述第一组与所述第一燃料增压室流体连通，且所述第二组与所述第二燃料增压室流体连通。所述燃料入口包括管中管配置，所述管中管配置的第一管与所述第一燃料增压室流体连通，且所述管中管配置的第二管与所述第二燃料增压室流体连通。
所述燃料喷射器进一步包括第二燃料喷射主体，其联接到所述伸长的框架并且定位在所述开口内，使得流体流动路径限定在所述伸长的框架的所述内侧、所述第一燃料喷射主体与所述第二燃料喷射主体之间；并且其中所述第二燃料喷射主体限定第二燃料增压室和沿着所述第二燃料喷射主体的至少一个外部表面的第二多个燃料喷射孔。所述第一燃料喷射主体和所述第二燃料喷射主体具有泪滴形状的横截面，每个所述泪滴形状具有前边缘、后边缘和一对外部表面，所述对外部表面中的至少一个是限定所述相应多个燃料喷射孔的所述至少一个外部表面。
其中，所述第一燃料喷射主体的所述第一多个燃料喷射孔包括沿着所述第一燃料喷射主体的第一外部表面定位的第一组燃料喷射孔和沿着所述第一燃料喷射主体的第二外部表面的第二组燃料喷射孔；以及其中所述第二燃料喷射主体的所述第二多个燃料喷射孔包括沿着所述第二燃料喷射主体的第三外部表面定位的第三组燃料喷射孔、和沿着所述第二燃料喷射主体的第四外部表面的第四组燃料喷射孔。
本发明还提供一种用于具有轴向燃料分级(AFS)系统的燃气涡轮的燃烧室。所述燃烧室包括衬里，所述衬里限定头端、后端和在所述头端与所述后端之间穿过所述衬里的至少一个开口。所述轴向燃料分级(AFS)系统包括燃料喷射器和燃料供应线。安装所述燃料喷射器以通过所述衬里中的所述至少一个开口中的相应一个提供流体连通，使得所述流体连通定向为相对于所述衬里的纵向轴线的径向方向。所述燃料供应线联接到所述燃料喷射器。所述喷射器包括：框架，其具有限定供第一流体通过的开口的内侧；以及第一燃料喷射主体和第二燃料喷射主体，其联接到所述框架并且定位在所述开口内，使得所述第一流体的流动路径限定在所述框架的所述内侧、所述第一燃料喷射主体与所述第二燃料喷射主体之间。所述第一燃料喷射主体在其中限定第一燃料增压室和沿着所述第一燃料喷射主体的至少一个外部表面与所述第一燃料增压室连通的第一多个燃料喷射孔，且所述第二燃料喷射主体在其中限定第二燃料增压室和沿着所述第二燃料喷射主体的至少一个外部表面与所述第二燃料增压室连通的第二多个燃料喷射孔。所述喷射器进一步包括：套管配件(conduit fitting)，其与所述框架成整体且流体地连接在所述燃料供应线与所述第一燃料增压室以及所述第二燃料增压室之间；以及出口构件，其与所述流体流动路径流体连通。
附图说明
在说明书中针对所属领域的一般技术人员阐述本发明产品和方法的完整且启发性公开内容，包括最佳模式，本说明书参考了附图，在所述附图中：
图1是包括本发明燃料喷射器的燃烧罐的示意图横截面侧视图；
图2是根据本发明的一个方面的具有单个燃料喷射主体的燃料喷射器的透视图；
图3是图2的燃料喷射器的横截面图；
图4是根据本发明的另一方面的具有一对燃料喷射主体的燃料喷射的透视图；
图5是图4的燃料喷射器的横截面图；
图6是如可在图2或图4的燃料喷射器中使用的燃料喷射器主体的透视图；
图7是如可在图2或图4的燃料喷射器中使用的燃料喷射器主体的透视图；
图8是如可在图2或图4的燃料喷射器中使用的燃料喷射器主体的第一侧的透视图；
图9是图8的燃料喷射器主体的第二侧的透视图；
图10是图2的燃料喷射器的替代实施例的横截面图，其中燃料喷射主体具有三角形形状；
图11是图2的燃料喷射器的替代实施例的横截面图，其中燃料喷射主体具有正方形形状；
图12是图2的燃料喷射器的替代实施例的横截面图，其中燃料喷射主体具有菱形形状；
图13是图2的燃料喷射器的替代实施例的横截面图，其中燃料喷射主体具有五角形形状；
图14是图2的燃料喷射器的替代实施例的横截面图，其中燃料喷射主体具有五角形形状，所述五角形形状具有弓形前边缘；
图15是图2的燃料喷射器的替代实施例的横截面图，其中燃料喷射主体具有六角形形状；
图16是图2的燃料喷射器的替代实施例的横截面图，其中燃料喷射主体具有八角形形状；
图17是图2的燃料喷射器的替代实施例的横截面图，其中燃料喷射主体具有梯形形状；
图18是图2的燃料喷射器的替代实施例的横截面图，其中燃料喷射主体具有翼形形状；
图19是图2的燃料喷射器的替代实施例的横截面图，其中燃料喷射主体上的燃料喷射孔相对于喷射表面成角度；
图20是如可在图2的燃料喷射器中使用的燃料喷射主体和燃料入口的侧视图，所述燃料喷射器包括两组偏移燃料喷射孔和管中管燃料入口；
图21是如沿着图20的线I-I截取且进一步展示燃料喷射器中的燃料喷射主体的图20的燃料喷射主体的横截面图；且
图22是如沿着图20的线II-II截取且进一步展示燃料喷射器中的燃料喷射主体的图20的燃料喷射主体的横截面图。
具体实施方式
以下详细描述借助于实例而非限制说明各种燃料喷射器、其构成零件及其制造方法。所述描述使得所属领域的一般技术人员能够制作并使用燃料喷射器。所述描述提供燃料喷射器的数个实施例，包括目前被认为是制造和使用燃料喷射器的最佳模式的实施例。示范性燃料喷射器在本说明书中描述为联接在重型燃气涡轮总成的燃烧室内。然而，预期本说明书中所描述的燃料喷射器对于除发电之外的多种领域中的广泛范围的系统具有普遍应用。
如本说明书中所使用，术语“半径”(或其任何变型)指代从任何合适形状(例如，正方形、矩形、三角形等)的中心向外延伸的尺寸，且不限于从圆形形状的中心向外延伸的尺寸。类似地，如本说明书中所使用，术语“圆周”(或其任何变型)指代环绕任何合适形状(例如，正方形、矩形、三角形等)的中心延伸的尺寸，且不限于围绕圆形形状的中心延伸的尺寸。
图1是如可包括在用于重型燃气涡轮的环管式(can annular)燃烧系统中的燃烧罐10的示意性表示。在环管式燃烧系统中，多个燃烧罐10(例如，8个、10个、12个、14个、16个或更多)定位在绕转子的环形阵列(annular array)中，所述转子将压缩机连接到涡轮。涡轮可操作地连接(例如，通过转子)到发电机以产生电力。
在图1中，燃烧罐10包括衬里12，衬里12包括/含有燃烧气体66且将其传送到涡轮。衬里12可具有圆柱形衬里部分和与圆柱形衬里部分分开的锥形过渡部分，如同在许多常规燃烧系统中一样。或者，衬里12可具有统一主体(或“一体式(unibody)”)构造，其中圆柱形部分和锥形部分彼此集成。因此，本说明书中对衬里12的任何论述意图涵盖具有分开的衬里和过渡连接件的常规燃烧系统和具有一体式衬里的那些燃烧系统两者。此外，本发明同样适用于其中过渡连接件和涡轮的一级喷嘴集成到单个单元中的那些燃烧系统，所述单个单元有时被称作“过渡喷嘴”或“集成出射件”。
衬里12被外部套筒14围绕，外部套筒14在衬里12的外部径向间隔开以在衬里12与外部套筒14之间限定环形空间32。外部套筒14可包括前端处的流动套筒部分和后端处的冲击套筒部分，如同在许多常规燃烧系统中一样。或者，外部套筒14可具有统一主体(或“单套筒式(unisleeve)”)构造，其中流动套筒部分和冲击套筒部分在轴线方向上彼此集成。如前所述，本说明书中对外部套筒14的任何论述意图涵盖具有分开的流动套筒和冲击套筒的常规燃烧系统和具有单套筒式外部套筒的燃烧系统两者。
燃烧罐10的头端部分20包括一个或多个燃料喷嘴22。燃料喷嘴22在上游(或入口)端处具有燃料入口24。燃料入口24可穿过燃烧罐10的前端处的端盖26而形成。燃料喷嘴22的下游(或出口)端延伸穿过燃烧室罩28。
燃烧罐10的头端部分20至少部分地被前壳体30围绕，前壳体30以物理方式联接且流体地连接到压缩机排出外壳(compressor discharge case)40。压缩机排出外壳40流体地连接到压缩机的出口(未图示)，并且限定围绕燃烧罐10的至少一部分的加压空气增压室42。空气36从压缩机排出外壳40流动到燃烧罐的后端处的环形空间32中。因为环形空间32流体地联接到头端部分20，所以空气流36在上游从燃烧罐10的后端行进到头端部分20，在所述头端部分中，空气流36逆转方向并且进入燃料喷嘴22。
燃料和空气通过燃料喷嘴22在衬里12的前端处引入到主燃烧区(primarycombustion zone)50中，其中燃料和空气被燃烧以形成燃烧气体46。在一个实施例中，燃料和空气在燃料喷嘴22内(例如，在预混合的燃料喷嘴中)混合。在其它实施例中，燃料和空气可分开地引入到主燃烧区50中且在主燃烧区50内混合(例如，如同可使用扩散喷嘴进行一样)。本说明书中对“第一燃料/空气混合物”的提及应解释为描述预混合的燃料/空气混合物和扩散型燃料/空气混合物两者，其中的任一个可通过燃料喷嘴22产生。
燃烧气体46在下游朝向燃烧罐10的后端18行进。额外燃料和空气通过一个或多个燃料喷射器100引入到次燃烧区60中，其中燃料和空气由燃烧气体46点燃以形成组合的燃烧气体产物流66。具有轴向分离的燃烧区的此类燃烧系统描述为“轴向燃料分级”(AFS)系统200，且下游喷射器100可被称作“AFS喷射器”。
在所展示的实施例中，通过燃料入口54从燃烧罐10的头端供应每个AFS喷射器100的燃料。每个燃料入口54联接到燃料供应线104，燃料供应线104联接到相应的AFS喷射器100。应了解，可采用其它将递送燃料到AFS喷射器100的方法，包括从环状歧管或从延伸穿过压缩机排出外壳40的径向定向的燃料供应线供应燃料。
图1进一步展示AFS喷射器100可相对于燃烧罐10的纵向中心线70以角度θ定向。在所展示的实施例中，喷射器100的前边缘部分(即，喷射器100最靠近头端定位的部分)远离燃烧罐10的中心线70定向，而喷射器100的后边缘部分朝向燃烧罐10的中心线70定向。限定在喷射器100的纵向轴线75与中心线70之间的角度θ可在1度与45度之间，在1度与30度之间，在1度与20度之间，或在1度与10度之间，或为其间的任何中间值。在其它实施例中，可能需要定向喷射器100，使得前边缘部分接近中心线70，且后边缘部分在中心线70远侧。
喷射器100在径向方向上将第二燃料/空气混合物56喷射到燃烧衬里12中，由此形成次燃烧区60。来自主燃烧区和次燃烧区的混合热气体66在下游行进穿过燃烧室罐10的后端18并且进入涡轮区段中，其中燃烧气体66膨胀以驱动涡轮。
值得注意的是，为了增强燃气涡轮的操作效率并减少排放，喷射器100需要彻底混合燃料和压缩气体以形成第二燃料/空气混合物56。因此，下文所描述的喷射器实施例促进改进的混合。
图2和3分别是供在上文所描述的AFS系统200中使用的示范性燃料喷射器100的透视图和横截面图。在示范性实施例中，燃料喷射器100包括联接在一起的支承法兰302、框架304和出口构件310。在一个实施例中，支承法兰302、框架304和出口构件310制造为单片结构(即，彼此整体地形成)。或者，在其它实施例中，法兰302可能不与框架304和/或出口310整体地形成(例如，可使用合适的扣件将法兰302联接到框架304和/或出口302)。此外，框架304和出口302可制作为集成单片单元，所述集成单片单元单独接合到法兰302。
大体上平坦的法兰302限定多个孔隙306，所述多个孔隙306各自经大小设定以接纳用于将燃料喷射器100联接到外部套筒14的扣件(未图示)。燃料喷射器100可具有任何合适结构作为法兰302的替代或与法兰302组合，这使得框架304能够联接到外部套筒14，使得喷射器100以本说明书中所描述的方式起作用。
框架304限定燃料喷射器100的入口部分。框架304包括第一对相对设置的侧壁326和第二对相对设置的端壁328。侧壁326长于端壁328，因此为框架304提供在轴线方向上大体上矩形的轮廓。框架304在径向方向上具有大体上梯形形状的轮廓(即，侧壁326相对于法兰302成角度)。框架304具有接近法兰302的第一端318(“近端”)和在法兰302远侧的第二端320(“远端”)。当在第一端和第二端的相应纵向平面中比较时，侧壁326的第一端318相比于侧壁326的第二端更远离燃料喷射器100的纵向轴线(LINJ)而间隔开。
出口构件310在与框架304相对的侧上从法兰302径向延伸。出口构件310限定径向和轴向方向上的均匀或大体上均匀的横截面面积。出口构件310提供框架304与衬里12的内部之间的流体连通，并且沿着喷射轴线312将第二燃料/空气混合物56递送到次燃烧区60中。当装设燃料喷射器100时，出口构件310具有接近法兰302的第一端322和在法兰302远侧(且接近衬里12)的第二端324。另外，当装设燃料喷射器100时，出口构件310位于衬里12与外部套筒14之间的环形空间32内，使得法兰302位于外部套筒14的外部表面上(如图1中所展示)。
尽管在示范性实施例中，如图3中所说明，喷射轴线312是大体上线性的，但在其它实施例中，喷射轴线312可以是非线性的。举例来说，在其它实施例中(未图示)，出口构件310可具有弓形形状。
喷射轴线312表示相对于燃烧罐10的纵向轴线70(LCOMB)的径向尺寸“R”。燃料喷射器100进一步包括大体上垂直于喷射轴线312的纵向尺寸(表示为轴线LINJ)和绕纵向轴线LINJ延伸的圆周尺寸“C”。
因此，框架304在第一方向上从法兰302径向延伸，且出口构件310在与第一方向相反的第二方向上从法兰302径向向内延伸。法兰302沿圆周环绕(即，包围)框架304延伸。框架304和出口构件310沿圆周绕喷射轴线312延伸，且横越法兰302彼此流动连通。
尽管本说明书中所说明的实施例将法兰302呈现为位于框架304与出口构件310之间，但应了解，法兰302可位于一些其它位置处或在一些其它合适定向中。举例来说，框架304和出口构件310可不在大体上相反的方向上从法兰302延伸。
在一个示范性实施例中，入口构件308的远端320可宽于框架304的近端318，使得框架304在远端320与近端318之间至少部分地逐渐变窄(或为漏斗状)。换句话说，在上文所描述的示范性实施例中，侧326的厚度从远端320到近端318缩小。
另外，如图2和3中所展示，框架304的侧壁326相对于法兰302以一角度定向，因此致使框架304从侧壁326的远端320到近端318缩小。在一些实施例中，端壁328也可或可替代地相对于法兰302以一角度定向。侧壁326和端壁328具有大体上线性的横截面轮廓。在其它实施例中，侧片段326和端片段328可具有使得框架304能够在远端320与近端318之间至少部分地缩小(即，为锥形)的任何合适横截面轮廓(例如，至少一个侧壁326可具有在端320与318之间弓形地延伸(extends arcuately)的横截面轮廓)。或者，框架304可不在端320与318之间逐渐变窄(例如，在其它实施例中，当侧壁326和端壁328可各自具有大体上平行于喷射轴线312定向的大体上线性横截面轮廓时)。
在示范性实施例中，燃料喷射器100进一步包括套管配件332和燃料喷射主体340。套管配件332与框架304的端壁328中的一个整体地形成，使得套管配件332沿着喷射器100的纵向轴线(LINJ)大体上向外延伸。套管配件332连接到燃料供应线104并且从其中接纳燃料。套管配件332可具有任何合适大小和形状，且可与框架304的任何合适部分整体地形成或联接到所述部分，这使得套管配件332能够如本说明书中所描述起作用(例如，在一些实施例中，套管配件332可与侧壁326整体地形成)。
燃料喷射主体340具有与套管配件332伸出穿过的端壁328整体地形成的第一端336和与燃料喷射器100的相对端上的端壁328整体地形成的第二端338。横越框架304在端壁328之间大体上线性地延伸的燃料喷射主体340限定与套管配件332流体连通的内部燃料增压室350。在其它实施例中，燃料喷射主体340可横越框架304从框架304的任何合适部分延伸，这使得燃料喷射主体340能够如本说明书中所描述起作用(例如，燃料喷射主体340可在侧壁326之间延伸)。替代地或另外，燃料喷射主体340可在相对设置的壁(326或328)之间限定弓形形状。
如上文所提及，燃料喷射主体340具有形成中空结构的多个表面，所述中空结构限定内部增压室350、且在框架304的端壁328之间延伸。当在垂直于纵向轴线LINJ截取的横截面中查看时，燃料喷射主体340(在本实施例中)大体上具有倒置的泪滴形状，其具有弯曲前边缘342、相对设置的后边缘344和从前边缘342延伸到后边缘344的一对相对燃料喷射表面346、348。燃料增压室350并不延伸到法兰302中或在框架304内(除穿过端壁328进入套管配件332中的流体连通之外)。
燃料喷射主体340经定向以使得前边缘342接近侧壁326的远端320(即，前边缘342背向侧壁326的近端318)。后边缘344接近侧壁326的近端318定位(即，后边缘344背向侧壁326的远端320)。因此，后边缘344比前边缘342更接近法兰302。
每个燃料喷射表面346、348面向侧壁326的相应内部表面330，因此限定在后边缘344的下游和出口构件310的上游或在出口构件310内彼此相交的一对流动路径352。虽然流动路径352展示为从框架304的远端320到框架304的近端318具有均匀尺寸，但应了解，流动路径352可从远端320到近端318缩小，由此加速流动。
每个燃料喷射表面346、348包括提供内部增压室350与流动路径352之间的流体连通的多个燃料喷射端口354。燃料喷射端口354例如以适合于使得燃料喷射主体340能够如本说明书中所描述起作用的任何方式(例如，一行或多行)沿着燃料喷射表面346、348(参见图2)的长度间隔开。
值得注意的是，燃料喷射器100可具有横越框架304以限定合适数目的流动路径352的任何合适定向延伸的多于一个燃料喷射主体340。举例来说，在图4和5中所展示的实施例中，燃料喷射器100包括将三个间隔开的流动路径352限定在框架304内的一对邻近的燃料喷射主体340。在一个实施例中，流动路径352相等地间隔开，如同相对于喷射轴线312以相同角度定向燃料喷射主体340的结果一样。每个燃料喷射主体340包括至少一个燃料喷射表面346或348上的多个燃料喷射端口354，如上文所描述，使得燃料喷射端口354与限定在每个燃料喷射主体340内的相应增压室350流体连通。增压室350又与套管配件332流体连通，套管配件332从燃料供应线104接纳燃料。
现参考图2到5中所展示的单喷射主体和双喷射主体实施例两者，在燃烧罐10的某些操作期间，压缩气体流动到框架340中并且穿过流动路径352。同时，燃料穿过燃料供应线104并且穿过套管配件302传送到一个或多个燃料喷射主体340的内部增压室350。燃料在相对于喷射轴线312的大体上径向方向上从增压室350穿过每个燃料喷射主体340的燃料喷射表面346和/或348上的燃料喷射端口354，并且进入流动路径352中，在其中燃料与压缩空气混合。燃料和压缩空气形成第二燃料/空气混合物56，第二燃料/空气混合物56穿过出口构件310喷射到次燃烧区60中(如图1中所展示)。
图6到22描述本发明的另外额外实施例，其可在具有一个或多个燃料喷射主体的燃料喷射器100中使用。尽管在示范性实施例中，燃料喷射主体340的每个燃料喷射表面346、348具有大体上线性横截面轮廓、且大体上与其相应壁侧片段330平行定向，但在其它实施例中，每个燃料喷射表面346、348可具有任何合适定向。虽然燃料喷射端口354描述为位于燃料喷射主体340的每个燃料喷射表面346、348上，但应了解，燃料喷射端口354可沿着单个燃料喷射表面(即，346或348)定位。另外，尽管燃料喷射端口354展示为沿着燃料喷射表面326(和328，通过延伸)的长度均匀间隔开，但应了解，燃料喷射端口354可非均匀地间隔开，如例如图6和7中所展示。图8和9说明相对燃料喷射表面346、348，其中燃料喷射端口354、355位于不同平面中。在其它实施例中，燃料喷射主体可能不是大体上泪滴状的，如例如图10到18中所展示。
另外或替代地，尽管燃料喷射端口354在图3和图5中展示为正交(即，垂直)于喷射轴线312定向，但应了解，燃料喷射端口354可相对于喷射轴线312以一角度定向，如例如图19中所展示。另外，图20到22说明燃料喷射主体340限定两个燃料增压室350、351的实施例，所述燃料增压室350、351流体地连接到燃料喷射表面346、348上的相应燃料喷射端口354、356。
现在转向图6，说明代表性燃料喷射主体340，其中较大比例的燃料喷射端口354位于燃料喷射表面346的与套管配件332相对的所述部分中，且较小比例的燃料喷射端口354位于燃料喷射表面346的最靠近套管配件332的部分中。也就是说，燃料喷射端口354沿着燃料喷射表面346的所述部分彼此间隔得较近，所述部分与套管配件332相对。
图7说明替代示范性燃料喷射主体340，其中较大比例的燃料喷射端口354位于燃料喷射表面346的最靠近套管配件332的所述部分中，且较小比例的燃料喷射端口354位于燃料喷射表面346的与套管配件332相对的部分中。也就是说，对照与套管配件332相对的间隔开的燃料喷射端口354，燃料喷射端口354在沿着燃料喷射表面346的靠近套管配件332的部分彼此间隔得更近与。
还构想燃料喷射端口354可以不同方式在燃料喷射表面346(和/或348)的一个区域中设定大小。也就是说，燃料喷射端口354中的一个或多个可大于或小于位于同一燃料喷射表面346(或348)上或同一燃料喷射主体(例如，340)上或同一燃料喷射器100内的其它燃料喷射端口354。
图8和9说明具有具燃料喷射端口354的第一燃料喷射表面346和具燃料喷射端口355的第二燃料喷射表面348的燃料喷射主体340的示范性实施例。如所展示，第一燃料喷射表面346上的燃料喷射端口354定位在限定第一平面的行中，而第二燃料喷射表面348上的燃料喷射端口356定位在限定不同于第一平面的第二平面的行中。在此示范性实施例中，燃料喷射主体340具有单个内部增压室350，所述单个内部增压室350供应两组燃料喷射端口354、355。然而，因为燃料喷射端口354、355定位在不同平面中，所以燃料/空气混合物从喷射端口354、355到后框架18的停留时间略微不同。
应了解，多个平面中的燃料喷射端口的类似布置可在具有多个燃料喷射主体340的燃料喷射器中实现，所述燃料喷射器例如图4和5中所展示的燃料喷射器100。举例来说，第一燃料喷射主体340上的燃料喷射端口354可位于第一平面(或第一和第二平面)中，而第二燃料喷射主体340上的燃料喷射端口354可位于不同的第三平面(或第三和第四平面)中。另外，可采用燃料喷射端口354在不同平面中的许多可能分布，无论是在单个燃料喷射主体喷射器中还是在具有多个燃料喷射主体340的喷射器中。
图10到18限定可在图2的燃料喷射器100中使用的燃料喷射主体340的示范性形状。尽管展示了单个燃料喷射主体340，但应了解，可使用具有相同或不同形状的多个燃料喷射主体，如适合于本说明书中所描述的目的而确定。
在图10中，燃料喷射主体340具有大体上三角形形状，其中前边缘342是大体上线性的(而非如图3或5中所展示为弓形的)。图11展示具有正方形横截面形状的燃料喷射主体340，其中前边缘342和后边缘344大体上彼此平行；且前边缘342和后边缘344大体上垂直于燃料喷射表面346、348。在图12中，燃料喷射主体340具有大体上菱形形状，其中两个前边缘342与后边缘344相对存在，其中燃料喷射表面346、348在后边缘344处相交。
图13说明具有五角形形状横截面的燃料喷射主体340。燃料喷射主体340具有线性前边缘342；一对燃料喷射表面346、348；位于前边缘342与相应燃料喷射表面346、348之间的一对中间表面347、349；以及在燃料喷射表面346、348的相交点处的后边缘344。图14说明具有替代的五角形形状横截面的燃料喷射主体340。在此实施例中，燃料喷射主体340具有弓形前边缘342；一对燃料喷射表面346、348；位于燃料喷射表面346、348与后边缘344之间的一对中间表面347、349；以及在中间表面347、349的相交点处的后边缘344。因此，图13和14的示范性实施例提供弓形或线性前边缘和中间表面347、349的不同位置(即，在燃料喷射表面346、348的上游或下游)。
图15说明具有大体上六角形形状的示范性燃料喷射器主体340，其中前边缘342和后边缘344大体上彼此平行。两个中间表面347、349分别位于前边缘342与燃料喷射表面346、348之间。燃料喷射表面346、348与后边缘344相交。在图16中，燃料喷射主体340具有大体上八边形形状。同样，前边缘342和后边缘344大体上彼此平行；燃料喷射表面346、348与后边缘344相交；且中间表面347、349分别紧靠地位于燃料喷射表面346、348的上游。在此示范性实施例中，第二对中间表面341、343定位于第一对中间表面347、349与前边缘342之间。图17说明具有大体上梯形形状的示范性燃料喷射主体340，其具有平行于相对设置的后边缘344的前边缘342。在此实施例中，燃料喷射表面346、348相对于前边缘342和后边缘344成角度，且大体上平行于燃料喷射器100的框架304的侧壁326。
图18说明又一示范性燃料喷射主体340，其中燃料喷射主体340被限定为具有翼形形状。燃料喷射主体340包括压力侧346和吸力侧348，其中的任一个或两个可充当燃料喷射表面。在燃料喷射器100的上游部分处，压力侧346和吸力侧348在前边缘342处相交。后边缘344与前边缘342相对，且位于燃料喷射器100的出口构件310的上游。图18作为绕喷射轴线312非对称的燃料喷射主体340的实例而提供。
图19说明图2的燃料喷射主体340的实施例，其中燃料喷射端口354相对于喷射轴线312以一角度(即，倾斜地)定向。应了解，可按需要对燃料喷射端口354采用任何角度。
图20到22提供限定第一内部增压室350和第二内部增压室351的燃料喷射主体340，所述第一内部增压室350和第二内部增压室351由定位在燃料喷射主体340内的挡板360限定。在此类实施例中，每个增压室350、351(分别)由分开的套管配件332、333进料，且与其流体连通，所述套管配件332、333通过分开的燃料供应(未图示)供应。套管配件332、333可建构为管中管布置，如所说明，或建构为两个不同的套管配件。燃料喷射端口354与第一增压室350流体连通，如图21中所展示，而燃料喷射端口356与第二增压室351流体连通，如图22中所展示。提供分开加燃料的增压室350、351和对应燃料喷射端口354、356可增大本发明AFS系统200(展示在图1中)的操作范围和/或调节能力。
本说明书中所描述的方法和系统促进燃料和压缩气体在燃烧室中的增强混合。更具体来说，所述方法和系统促进将燃料喷射主体定位在穿过燃料喷射器的压缩气体流的中间，由此增强燃料贯穿压缩气体的分布。因此，所述方法和系统促进燃料和压缩气体在涡轮总成中的AFS系统的燃料喷射器中的增强混合。所述方法和系统因此促进改进例如涡轮总成中的燃烧室等燃烧室的总操作效率。这增大了输出并且降低了与操作例如涡轮总成中的燃烧室等燃烧室相关联的成本。
燃料喷射器和其制造方法的示范性实施例在上文得以详细描述。本说明书中所描述的方法和系统不限于本说明书中所描述的具体实施例，而是相反地，所述方法和系统的部件可与本说明书中所描述的其它部件独立地且单独地利用。举例来说，本说明书中所描述的方法和系统可具有不限于与涡轮总成一起实践的其它应用，如本说明书中所描述。实际上，可结合各种其它行业实施并利用本说明书中所描述的方法和系统。
虽然本发明已就各种具体实施例进行了描述，但所属领域的技术人员将认识到，可在权利要求书的精神和范围内对本发明进行修改来实践。

Claims (20)

1.一种燃料喷射器，包括：
安装法兰，该安装法兰在衬里的径向外部定位在外部套筒上；
框架，该框架从所述安装法兰径向向外延伸且包括相对设置的侧壁和相对设置的端壁，所述侧壁和所述端壁相互连结，所述侧壁和所述端壁具有限定供第一流体通过的开口的内侧，其中在所述侧壁比所述端壁长的情况下所述框架的内侧限定矩形形状；
至少第一燃料喷射主体，其联接到所述框架的端壁，所述第一燃料喷射主体定位在所述安装法兰的径向外部且定位在所述开口内，使得所述第一流体的流动路径限定在所述框架的所述内侧与所述第一燃料喷射主体之间，其中所述第一燃料喷射主体在其中限定第一燃料增压室和沿着所述第一燃料喷射主体的至少一个外部表面与所述第一燃料增压室连通的第一多个燃料喷射孔；以及
导管配件，其联接到所述框架并且流体地连接到所述第一燃料增压室，其中所述导管配件从所述框架外部延伸且通过所述端壁中的仅一个连接到所述第一燃料增压室。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述框架的所述内侧限定横截面面积缩小的大体上矩形的形状。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，进一步包括出口构件，所述出口构件与所述流体流动路径流体连通；且进一步其中所述出口构件限定均匀的横截面面积。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射器，其中，所述框架朝向所述安装法兰的第一侧缩小，且所述出口构件从所述安装法兰的第二侧延伸。
5.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述第一燃料喷射主体具有限定以下中的一个的横截面：泪滴形状、翼形形状、三角形形状、正方形形状、五角形形状、六角形形状、八角形形状、菱形形状和梯形形状。
6.根据权利要求5所述的燃料喷射器，其中，所述第一燃料喷射主体的所述横截面限定泪滴形状，所述泪滴形状具有前边缘、与所述前边缘相对的后边缘和在所述前边缘与所述后边缘之间的外部表面对，所述外部表面对中的至少一个是限定所述第一多个燃料喷射孔的所述至少一个外部表面。
7.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述第一多个燃料喷射孔中的一个或多个正交于所述第一燃料喷射主体的所述至少一个外部表面。
8.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述第一多个燃料喷射孔中的一个或多个相对于所述第一燃料喷射主体的至少一个外部表面成角度。
9.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述第一多个燃料喷射孔包括沿着所述第一燃料喷射主体的第一外部表面定位的第一组燃料喷射孔和沿着所述第一燃料喷射主体的第二外部表面的第二组燃料喷射孔。
10.根据权利要求9所述的燃料喷射器，其中，所述第一组喷射孔处于第一平面中，且所述第二组喷射孔处于从所述第一平面偏移的第二平面中。
11.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述第一多个燃料喷射孔以一定模式布置，使得较大数量的燃料喷射孔位于所述第一燃料喷射主体的接近所述导管配件的一端处。
12.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述第一多个燃料喷射孔以一定模式布置，使得较大数量的燃料喷射孔位于所述第一燃料喷射主体的第二端处，所述第二端与所述导管配件相对。
13.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述第一燃料喷射主体包括将所述燃料增压室划分成第一燃料增压室和第二燃料增压室的挡板；并且其中所述第一多个燃料喷射孔中的第一组从所述第一多个燃料喷射孔中的第二组偏移，所述第一组与所述第一燃料增压室流体连通，且所述第二组与所述第二燃料增压室流体连通。
14.根据权利要求13所述的燃料喷射器，其中，所述燃料喷射器包括燃料入口，该燃料入口包括管中管配置，所述管中管配置的第一管与所述第一燃料增压室流体连通，且所述管中管配置的第二管与所述第二燃料增压室流体连通。
15.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，进一步包括第二燃料喷射主体，其联接到伸长的所述框架并且定位在所述开口内，使得流体流动路径限定在伸长的所述框架的所述内侧、所述第一燃料喷射主体与所述第二燃料喷射主体之间；并且其中所述第二燃料喷射主体限定第二燃料增压室和沿着所述第二燃料喷射主体的至少一个外部表面的第二多个燃料喷射孔。
16.根据权利要求15所述的燃料喷射器，其中，所述第一燃料喷射主体和所述第二燃料喷射主体具有泪滴形状的横截面，每个所述泪滴形状具有前边缘、后边缘和外部表面对，所述外部表面对中的至少一个是限定所述第一多个燃料喷射孔或所述第二多个燃料喷射孔的所述至少一个外部表面。
17.根据权利要求15所述的燃料喷射器，其中，所述第一燃料喷射主体的所述第一多个燃料喷射孔包括沿着所述第一燃料喷射主体的第一外部表面定位的第一组燃料喷射孔和沿着所述第一燃料喷射主体的第二外部表面的第二组燃料喷射孔；以及
其中所述第二燃料喷射主体的所述第二多个燃料喷射孔包括沿着所述第二燃料喷射主体的第三外部表面定位的第三组燃料喷射孔和沿着所述第二燃料喷射主体的第四外部表面的第四组燃料喷射孔。
18.一种用于燃气涡轮的燃烧器，所述燃烧器包括：
衬里，其限定燃烧室，所述衬里限定头端、后端和在所述头端与所述后端之间穿过所述衬里的至少一个开口；以及
轴向燃料分级（AFS）系统，其包括：
燃料喷射器，所述燃料喷射器经安装以通过所述衬里中的所述至少一个开口中的相应一个提供流体连通，所述流体连通在相对于所述衬里的纵向轴线的径向方向上定向；以及
燃料供应线，其联接到所述燃料喷射器；
其中所述燃料喷射器进一步包括：
在所述衬里的径向外部定位在外部套筒上的安装法兰；
框架，该框架从所述安装法兰径向向外延伸且包括相对设置的侧壁和相对设置的端壁，所述侧壁和所述端壁相互连结，所述侧壁和所述端壁具有限定供第一流体通过的开口的内侧，其中在所述侧壁比所述端壁长的情况下所述框架的内侧限定矩形形状；
第一燃料喷射主体和第二燃料喷射主体，其联接到所述框架的端壁，所述第一燃料喷射主体定位在所述安装法兰的径向外部且定位在所述开口内，使得所述第一流体的流动路径限定在所述框架的所述内侧、所述第一燃料喷射主体与所述第二燃料喷射主体之间；其中所述第一燃料喷射主体在其中限定第一燃料增压室和沿着所述第一燃料喷射主体的至少一个外部表面与所述第一燃料增压室连通的第一多个燃料喷射孔，且所述第二燃料喷射主体在其中限定第二燃料增压室和沿着所述第二燃料喷射主体的至少一个外部表面与所述第二燃料增压室连通的第二多个燃料喷射孔；
导管配件，其与所述框架成整体且流体地连接在所述燃料供应线与所述第一燃料增压室以及所述第二燃料增压室之间，其中所述导管配件从所述框架外部延伸且通过所述端壁中的仅一个连接到所述第一燃料增压室；以及
出口构件，所述出口构件与所述流体流动路径流体连通。
19.根据权利要求18所述的燃烧器，其中，所述第一燃料喷射主体和所述第二燃料喷射主体具有泪滴形状的横截面，每个所述泪滴形状具有前边缘、后边缘和外部表面对，所述外部表面对中的至少一个是限定所述第一多个燃料喷射孔或所述第二多个燃料喷射孔的所述至少一个外部表面。
20.根据权利要求18所述的燃烧器，其中，所述第一燃料喷射主体的所述第一多个燃料喷射孔包括沿着所述第一燃料喷射主体的第一外部表面定位的第一组燃料喷射孔和沿着所述第一燃料喷射主体的第二外部表面的第二组燃料喷射孔；以及
其中所述第二燃料喷射主体的所述第二多个燃料喷射孔包括沿着所述第二燃料喷射主体的第三外部表面定位的第三组燃料喷射孔和沿着所述第二燃料喷射主体的第四外部表面的第四组燃料喷射孔。
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