CN109477638B - 具有轴向燃料分级的分段式环形燃烧系统 - Google Patents

Abstract

一种分段式环形燃烧系统，所述分段式环形燃烧系统包括交替布置的燃料喷嘴和集成燃烧器喷嘴。所述燃料喷嘴将燃料传送到初级燃烧区域。所述集成燃烧器喷嘴包括内衬段、外衬段以及在所述衬段之间延伸的燃料喷射板。所述燃料喷射板包括位于一个或两个侧壁上用于将可燃混合物传送到次级燃烧区域的喷射出口。在相邻初级燃烧区域和次级燃烧区域之间提供边界的每个燃料喷射板包括限定涡轮喷嘴的后端。所述分段式环形燃烧系统是燃气涡轮机的一部分。

Description

具有轴向燃料分级的分段式环形燃烧系统

关于由联邦政府赞助的研究的声明

本发明以由美国能源部授予的编号为DE-FE0023965的合同而受政府支持。政府对本发明拥有特定权利。

相关申请案的交叉引用

本申请是非临时申请，主张2016年3月25日提交的申请序列号为62/313,232的美国临时申请的优先权，此申请全部公开内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本说明书中所公开的主题涉及一种用于燃气涡轮机的环形燃烧系统。更确切地说，本公开涉及一种用于燃气涡轮机的具有轴向燃料分级的分段式环形燃烧系统。

背景技术

工业用燃气涡轮机燃烧系统通常燃烧烃类燃料并且产生污染空气的排放物，例如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。燃气涡轮机中分子氮的氧化取决于位于燃烧器中的气体的温度以及位于燃烧器内最高温度区域中的反应物(reactants)的停留时间。因此，燃气涡轮机所产生的NOx量可以通过将燃烧器温度维持在低于产生NOx的温度或通过限制燃烧器中的反应物的停留时间来减少或控制。

控制燃烧器温度的一种方法涉及在燃烧之前对燃料和空气进行预混合以形成燃料空气混合物。所述方法可以包括燃料喷射器的轴向分级，其中第一燃料空气混合物在所述燃烧器的第一或初级燃烧区域处喷射并且点燃以产生主高能燃烧气体流，并且其中第二燃料空气混合物经由定位在所述初级燃烧区域下游的多个径向定向并且周向隔开的燃料喷射器或轴向分级燃料喷射器组件来喷射到所述主高能燃烧气体流中并且与其混合。所述第二燃料空气混合物喷射到所述次级燃烧区域中有时称为“横流喷射(jet-in-crossflow)”布置。

轴向分级喷射增加了可用燃料完全燃烧的可能性，进而减少污染空气的排放物。但是对于常规轴向分级燃料喷射燃烧系统，使送至各种燃烧器部件以用于冷却的空气流、送至燃烧器头端以用于第一燃料空气混合物的空气流以及/或者送至轴向分级燃料喷射器以用于第二燃料空气混合物的空气流之间达到平衡，同时在燃气涡轮机的整个操作范围内维持排放物的合规性中存在各种挑战。因此，包括轴向分级燃料喷射的改进的燃气涡轮机燃烧系统在行业内将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在以下说明中进行阐述，或可以从说明书中显而易见，或可以通过实践了解到。

本公开的各种实施例涉及一种分段式环形燃烧系统。所述分段式环形燃烧系统包括交替系列的燃料喷射模块和燃烧器喷嘴。所述燃料喷射模块包括燃料喷嘴部分和燃料喷射喷枪这两者。所述燃烧器喷嘴限定初级燃烧区域和次级燃烧区域的环形阵列。每个燃烧器喷嘴包括内衬段、外衬段以及在所述内衬段和所述外衬段之间径向延伸的一个或多个中空或半中空燃料喷射板。每个燃料喷射板具有第一侧壁和第二侧壁，其中所述第一侧壁和所述第二侧壁中的一者或两者包括预混合通道，所述预混合通道将相应的燃料空气混合物传送到多个径向隔开的喷射出口。在各种实施例中，所述燃料喷射板配置成经由所述第一侧燃料喷射出口和所述第二侧喷射出口将可燃燃料和空气混合物引入两个周向相邻的次级燃烧区域中。

在一些实施例中，所述燃料喷射板的下游端部分过渡到涡轮喷嘴或翼型件中，所述涡轮喷嘴或翼型件与所述燃料喷射板的所述侧壁以无缝方式集成一体。所述涡轮喷嘴引导并且加速进入所述燃气涡轮机的涡轮部分中的燃烧产物流(即，所述流进入涡轮叶片)。因此，所述喷射板可以视作没有前缘的翼型件，所述第一侧壁可以视作压力侧壁，并且所述第二侧壁可以视作吸力侧壁。

在其他实施例中，所述燃料喷射板中的至少一个燃料喷射板终止于与翼型件不同的形状(例如，所述燃料喷射板可以渐缩到前缘，而不导致进入所述涡轮部分中的所述燃烧产物流转动、改变方向或加速)。

在特定实施例中，所述涡轮喷嘴至少部分被热屏蔽件或外罩包裹或包覆。在特定实施例中，所述热屏蔽件可由高度耐氧化的材料形成，例如陶瓷基质复合材料。在其他实施例中，涡轮喷嘴的一部分(例如，后缘)或者整个涡轮喷嘴可以由高度耐氧化的材料形成，例如陶瓷基质复合材料。在其他实施例中，燃烧器喷嘴(即，燃料喷射板和集成涡轮喷嘴)可以由高度耐氧化的材料形成，例如陶瓷基质复合材料。

在特定实施例中，燃料从所述分段式环形燃烧系统的上游端供应到所述燃料喷嘴部分和所述燃料喷射喷枪。例如，在一个实施例中，所述燃料喷嘴部分和/或所述燃料喷射喷枪可以从设置在所述分段式环形燃烧系统的头端处的端盖或燃料供应设备，或者从径向向外的歧管或燃料供应设备来供给燃料。在其他实施例中，送至所述燃料喷嘴部分的燃料可以通过所述燃料喷射板向上游输送，其中所述燃料可以用于冷却所述燃料喷射板。在一些实施例中，所述燃料喷嘴部分是具有一个或多个子集管的束管式燃料喷嘴。

每个燃料喷射喷枪向相应燃料喷射板的第一侧壁或第二侧壁上的对应预混合通道中供料或者延伸到其中。燃料和空气的混合物从位于所述燃料喷嘴部分下游的对应燃料喷射板的第一(压力)侧壁和第二(吸入)侧壁中的一者或两者喷射。在具有束管式燃料喷嘴的一些实施例中，与其他预混合燃料喷嘴(例如，产生旋流的旋流器)相比，来自所述束管式燃料喷嘴的火焰长度相对较短。

在其他实施例中，所述燃料喷射板的所述第一(压力)侧壁或所述第二(吸入)侧壁可以设置有预混合通道，所述预混合通道从所述燃料喷射喷枪接收燃料。在所述实施例中，所有预混合通道中的所有预混合通道将流引导到位于所述燃料喷射板的单个侧壁上的出口。

在一个实施例中，每个燃料喷射模块的所述燃料喷射喷枪可以沿相应燃料喷射模块的一个径向侧定位。在另一个实施例中，每个燃料喷射模块的所述燃料喷射喷枪可以周向定位在所述燃料喷射模块的所述束管式燃料喷嘴部分的第一子集管和第二子集管之间。在其他实施例中，所述燃料喷射喷枪可以省略并且替换成通到所述燃料喷射板内的喷射器燃料增压室(plenum)的径向燃料供应管线，在此实施例中，所述束管式燃料喷嘴部分可以是定位成与所述燃料喷射板的第一侧壁相邻的单束管式燃料喷嘴，或者可以分段成第一子集管和第二子集管，其中所述第一子集管与第二子集管之间具有用于所述燃料喷射板的周向间隙。

在特定实施例中，每个燃料喷射模块可以循序安装在集成燃烧器喷嘴阵列内以便于安装。在特定实施例中，所述分段式环形燃烧系统包括以交替模式布置的数量相等的燃料喷射模块和集成燃烧器喷嘴。在特定实施例中，密封件可以定位成围绕每个燃料喷射模块的周边。在特定实施例中，呼啦圈形密封件(hula seal)可以附接到所述燃料喷射模块中的每个燃料喷射模块的侧壁。

在特定实施例中，所述燃料喷射模块包括限定燃料喷嘴增压室和至少一个喷射器燃料增压室的壳体。在特定实施例中，所述燃料喷射模块可以定位在对应集成燃烧器喷嘴的所述内衬段和所述外衬段之间。在特定实施例中，所述燃料喷射模块中的两个燃料喷射模块径向堆叠在两个周向相邻燃料喷射板之间，形成一排内部燃料喷射模块和一排外部燃料喷射模块，其中每排燃料喷射模块单独供给燃料。

在操作期间，每个束管式燃料喷嘴部分经由每个对应初级(或第一)燃烧区域中的相对较短火焰产生高温燃烧气体流出气流(effluent stream)。来自所述初级燃烧区域的高温流出气流—总燃烧气体流的约40％到95％—向下游流动，直到到达喷射平面，在所述喷射平面处，所述高温流出气流中渗入第二燃料和空气流，所述第二燃料和空气流由一个(或者第一)燃料喷射板的所述压力侧预混合通道以及一个周向相邻(或第二)燃料喷射板的吸力侧预混合通道引入。所述高温流出气流和所述第二预混合燃料和空气流(即总燃烧气体流的平衡)在对应次级燃烧区域中反应。此布置导致所述初级燃烧区域中的温度较低(并且因此导致形成的NOx较少)。第二可燃混合物的引入发生在一个或多个喷射平面中，所述喷射平面与所述涡轮喷嘴之间隔开适当距离以提供足够停留时间，以便实现从CO到CO₂的完全转化，并且致使所述次级燃烧区域中的较高温度(在喷射平面与涡轮喷嘴之间)。结果，所述系统的总排放减至最少。

所属领域的普通技术人员通过阅读本说明书将更好地了解所述实施例的特征和方面，以及其他内容。

附图说明

本说明书剩余部分中更确切地以完整和可实现地方式公开了各种实施例，包括申请之时已知的最佳模式，包括对附图的参考，在附图中：

图1示出可以包括本公开各种实施例的示例性燃气涡轮机的原理框图；

图2是根据本公开至少一个实施例的燃气涡轮机的示例性燃烧部分的上游视图。

图3是根据本公开至少一个实施例的示例性分段式环形燃烧系统的一部分的压力侧的局部分解透视图；

图4是根据本公开至少一个实施例的示例性分段式环形燃烧系统的一部分的吸力侧的局部分解透视图；

图5是根据本公开至少一个实施例的示例性燃烧器喷嘴和对应燃料喷射模块的压力侧的截面图；

图6提供沿图5所示的线6-6截取的根据本公开一个实施例的燃烧器喷嘴的截面透视图；

图7提供沿图5所示的线7-7截取的根据本公开一个实施例的燃烧器喷嘴的截面透视图；

图8提供沿图5所示的线8-8截取的根据至少一个实施例的燃烧器喷嘴的截面图；

图9提供根据本公开至少一个实施例的示例性燃烧器喷嘴的下游截面透视图；

图10提供根据本公开至少一个实施例的图9中所示的示例性燃料喷射板的一部分的放大图；

图11提供根据本公开至少一个实施例的具有示例性燃料喷射喷枪的示例性燃料喷射板的一部分的俯视(从上向下)截面图；

图12提供根据本公开另一个实施例的具有一对示例性燃料喷射喷枪的示例性燃料喷射板的一部分的俯视(从上向下)截面图；

图13提供根据本公开一个实施例的插入示例性燃烧器喷嘴的一部分中的示例性燃料喷射模块的下游透视图；

图14提供根据本公开一个实施例的图13中所示的燃料喷射模块的上游透视图；

图15提供根据本公开另一个实施例的燃料喷射模块的上游透视图；

图16提供根据本公开另一个实施例的替代性燃料喷射模块的上游透视图；

图17提供根据本公开一个实施例的三个燃料喷射模块(如图15所示)的下游透视图，所述三个燃料喷射模块安装到三个周向相邻的燃烧器喷嘴；

图18提供根据本公开至少一个实施例的集成燃烧器喷嘴的一部分的截面俯视图，所述集成燃烧器喷嘴包括图17中所示的燃料喷射板和燃料喷射模块的一部分；

图19提供根据本公开一个实施例的安装到示例性燃烧器喷嘴中的图15所示燃料喷射模块的实施例的截面侧视图；

图20提供根据本公开至少一个实施例的示例性分段式环形燃烧系统的一部分的下游透视图，其中所述示例性分段式环形燃烧系统包括一对周向相邻的燃烧器喷嘴和一对径向安装的燃料喷射模块；

图21提供并入图20所示的燃烧器喷嘴中的交火(cross-fire)管的一部分的透视图；

图22提供根据本公开至少一个实施例的示例性燃料喷射模块的下游透视图；

图23提供根据本公开至少一个实施例的配置用于气体燃料操作和液体燃料操作这两者的示例性燃料喷射模块的截面侧视图；

图24提供根据本公开一个实施例的图23中所示的燃料喷射模块的一部分的截面图；

图25提供根据本公开至少一个实施例的具有示例性燃料喷射喷枪的图17中所示的示例性燃料喷射板的一部分的从上向下截面图；

图26提供根据本公开至少一个实施例的示例性燃烧器喷嘴的底部透视图；

图27提供根据本公开至少一个实施例的示例性燃烧器喷嘴的分解透视图；

图28提供根据本公开至少一个实施例的三个组装好的如图27分解图中所示的示例性燃烧器喷嘴的俯视图；

图29提供根据本公开至少一个实施例的如图27分解图中所示的燃烧器喷嘴的组装完成底视图；

图30提供根据本公开至少一个实施例的如图29中所示的示例性燃烧器喷嘴的第一(径向外部)部分的放大图；

图31提供根据本公开至少一个实施例的如图29中所示的示例性燃烧器喷嘴的第二(径向内部)部分的放大图；

图32提供根据本公开至少一个实施例的燃烧器喷嘴的内衬段或外衬段中的一者的一部分；

图33提供根据本公开至少一个实施例的燃烧器喷嘴的内衬段或外衬段中的一者的一部分；

图34提供根据本公开至少一个实施例的示例性分段式环形燃烧系统的一部分的吸力侧透视图；

图35提供根据本公开一个实施例的如图34中所示的燃烧器喷嘴的一部分的底部透视图；

图36提供根据本公开一个实施例的安装在分段式环形燃烧系统内的示例性燃烧器喷嘴的截面侧视图；

图37提供根据本公开至少一个实施例的一对周向相邻双波纹管式(doublebellows seals)密封件的透视图；

图38提供根据本公开一个实施例的示例性燃烧器喷嘴的压力侧透视图；

图39提供根据本公开一个实施例的如图38中所示的燃烧器喷嘴的一部分的截面透视图；

图40提供根据本公开一个实施例的分段式环形燃烧系统的一部分的透视图；

图41提供根据本公开一个实施例的图40中所示的分段式环形燃烧系统的所述部分的截面侧视图；以及

图42提供根据本公开至少一个实施例的安装在凸榫底座(tenon mount)内的示例性凸榫的下游截面透视图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的各种实施例，所述实施例的一个或多个示例在附图中所示出。具体实施方式中使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和说明中的类似或相同标号用于指代本公开的类似或相同部分。

本说明书中所用的术语“第一”、“第二”以及“第三”可以互换使用以区分一个部件与另一个部件，并且这些术语并不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流动的来向，并且“下游”是指流体流动的去向。术语“径向”是指大体上垂直于特定部件的轴向中线的相对方向，术语“轴向”是指与特定部件的轴向中线大体平行和/或同轴对准的相对方向，并且术语“周向”是指围绕特定部件的轴向中线延伸的相对方向。

本说明书中所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制。除非上下文中明确另作规定，否则本说明书所使用的单数形式“一种”、“一个”和“所述”也包括复数形式。应进一步了解，术语“包括”和/或“包含”当用在本说明书中时指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

每个示例以解释而非限定的方式提供。事实上，所属领域中的技术人员将显而易见地了解，在不脱离本发明范围或精神的前提下，可以做出各种修改和改变。例如，可以将说明或描述为一个实施例中的一部分的特征用到另一个实施例中，从而得到又一个实施例。因此，本公开旨在包括在随附权利要求书及其等效物范围内的修改和改变。

尽管出于说明目的，本公开的示例性实施例将以用于陆用发电燃气涡轮机的分段式环形燃烧系统(segmented annular combustion system)为背景来总体上描述，但所属领域的普通技术人员将容易地了解，除非在权利要求中做特别说明，否则本公开的实施例可以应用于任意类型的涡轮机的燃烧器，并且不限于用于陆用发电燃气涡轮机的环形燃烧系统。

现在参见附图，图1示出示例性燃气涡轮机10的示意图。燃气涡轮机10大体上包括入口部分12、设置在入口部分12下游的压缩机14、设置在压缩机14下游的燃烧部分(combustion section)16、设置在燃烧部分16下游的涡轮18，以及设置在涡轮18下游的排气部分20。此外，燃气涡轮机10可以包括将压缩机14连接到涡轮18的一个或多个轴22。

在操作期间，空气24流动通过入口部分12并且进入压缩机14中，在所述压缩机中，空气24渐进地压缩，从而向燃烧部分16提供压缩空气26。压缩空气26的至少一部分在燃烧部分16中与燃料28混合并且燃烧，以产生燃烧气体30。燃烧气体30从燃烧部分16流动到涡轮18中，其中能量(动能和/或热能)从燃烧气体30传递到转子叶片(未图示)，从而驱使轴22旋转。随后，机械旋转能可用于各种目的，例如向压缩机14提供动力和/或发电。离开涡轮18的燃烧气体30随后可以经由排气部分20从燃气涡轮机10排出。

图2提供根据本公开各种实施例的燃烧部分16的上游视图。如图2所示，燃烧部分16可以至少部分被外部或压缩机排气壳体(discharge casing)32围绕。压缩机排气壳体32可以至少部分限定高压增压室34，所述高压增压室34至少部分围绕燃烧器16的各种部件。高压增压室34可以与压缩机14(图1)流体连通，从而从中接收压缩空气26。在各种实施例中，如图2所示，燃烧部分16包括分段式环形燃烧系统36，所述分段式环形燃烧系统36包括围绕燃气涡轮机10的轴向中线38周向布置的若干集成燃烧器喷嘴(integrated combustornozzles)100，所述轴向中线38可以与燃气涡轮机轴22重合。

图3以第一侧的视角提供根据本公开至少一个实施例的分段式环形燃烧系统36的一部分的局部分解透视图。图4以第二侧的视角提供根据本公开至少一个实施例的分段式环形燃烧系统36的一部分的局部分解透视图。如图2、图3和图4共同所示，分段式环形燃烧系统36包括多个集成燃烧器喷嘴100。如本说明书中进一步所述，每个燃烧器喷嘴100包括第一侧壁和第二侧壁。在特定实施例中，基于所述侧壁与下游涡轮喷嘴120的对应压力侧(pressure side)和吸力侧(suction side)集成一体，所述第一侧壁是压力侧壁，而所述第二侧壁是吸力侧壁。应理解，本说明书中对压力侧壁和吸力侧壁所做的任何引用均表示特定实施例，这些引用用于便于讨论，并且所述引用不旨在限制任何实施例的范围，除非具体上下文中另作规定。

如图3和图4共同所示，每一对周向相邻的燃烧器喷嘴100限定相应初级燃烧区域(primary combustion zone)102以及位于它们之间的相应次级燃烧区域(secondarycombustion zone)104，从而形成初级燃烧区域102和次级燃烧区域104的环形阵列。初级燃烧区域102和次级燃烧区域104分别通过燃料喷射板(fuel injection panels)110与相邻的初级燃烧区域102和次级燃烧区域104周向分离或流体隔离。

如图3和图4共同所示，每个燃烧器喷嘴100包括内衬段(inner liner segment)106、外衬段(outer liner segment)108以及在内衬段106和外衬段108之间延伸的中空或半中空燃料喷射板110。可以设想，多个(例如2、3、4个或更多个)燃料喷射板110可以定位在内衬段106和外衬段108之间，从而减少相邻衬段之间需要密封的接头的数量。为了便于本说明书中的讨论，将参照集成燃烧器喷嘴100，所述集成燃烧器喷嘴具有位于相应内衬段106和外衬段108之间的单个燃料喷射板110，但是不要求使衬段与燃料喷射板之间的比率为2:1。如图3和图4中所示，每个燃料喷射板110包括前端或上游端部分112、后端或下游端部分114、第一(压力)侧壁116(图3)和第二(吸力)侧壁118(图4)。

分段式环形燃烧系统36进一步包括多个环形布置的燃料喷射模块300，在图3和图4中图示成与燃烧器喷嘴100分开。每个燃料喷射模块300包括燃料喷嘴部分302(图示为束管式燃料喷嘴)和多个燃料喷射喷枪(injection lances)304，所述燃料喷嘴部分和燃料喷射喷枪配置成安装在相应燃料喷射板110的前端部分112中。出于本说明书的说明目的，燃料喷嘴部分302可以称为“束管式(bundled tube)燃料喷嘴”或“束管式燃料喷嘴部分”。但是燃料喷嘴部分302可以包括或包含任何类型的燃料喷嘴或燃烧器(例如涡旋燃料喷嘴或旋流器(swozzle))，并且权利要求书应不限于束管式燃料喷嘴，除非特别做此描述。

每个燃料喷射模块300可以至少部分沿周向在两个周向相邻的燃料喷射板110之间延伸并且/或者至少部分沿径向在相应燃烧器喷嘴100的相应内衬段106和外衬段108之间延伸。在轴向分级(axially staged)燃料喷射操作期间，束管式燃料喷嘴部分302向相应初级燃烧区域102提供预混合燃料和空气(即，第一可燃混合物)流，同时燃料喷射喷枪304如下文详细描述的经由多个压力侧预混合通道和/或吸力侧预混合通道向相应的次级燃烧区域104提供燃料(作为第二可燃混合物的一部分)。

在至少一个实施例中，如图3和图4所示，燃料喷射板110中的一个或多个燃料喷射板的下游端部分114过渡到大体为翼型的涡轮喷嘴120中，所述涡轮喷嘴引导和加速燃烧产物朝向涡轮叶片的流动。因此，每个燃料喷射板110的下游端部分114可以视作没有前缘的翼型件。当集成燃烧器喷嘴100安装在燃烧部分16内时，涡轮喷嘴120可以定位在涡轮18的涡轮转子叶片级的紧接上游。

本说明书中所用的术语“集成燃烧器喷嘴”是指一种无缝结构，其中包括燃料喷射板110、位于所述燃料喷射板下游的涡轮喷嘴120、从燃料喷射板110的前端112延伸到后端114(实施为涡轮喷嘴120)的内衬段106，以及从燃料喷射板110的前端112延伸到后端114(实施为涡轮喷嘴120)的外衬段108。在至少一个实施例中，集成燃烧器喷嘴100的涡轮喷嘴120用作第一级涡轮喷嘴并且定位在第一级涡轮转子叶片的上游。

如上所述，所述集成燃烧器喷嘴100中的一个或多个集成燃烧器喷嘴形成为包括内衬段106、外衬段108、燃料喷射板110和涡轮喷嘴120的一体式或整体结构或主体。所述集成燃烧器喷嘴100可以通过铸造、增材制造(例如3D印刷)或其他制造技术制成为一体式或无缝部件。通过将燃烧器喷嘴100形成为整体或一体式部件，可以减少或消除燃烧器喷嘴100的各种特征之间的密封需求、可以减小零件数量和成本，并且可以简化或消除组装步骤。在其他实施例中，所述燃烧器喷嘴100可以例如通过焊接来制成，或者可以采用不同制造技术形成，其中采用一种技术制成的部件连接到采用相同或另一种技术制成的部件。

在特定实施例中，每个集成燃烧器喷嘴100的至少一部分或全部可以由陶瓷基质复合材料(CMC)或其他复合材料形成。在其他实施例中，每个集成燃烧器喷嘴100以及更确切地说涡轮喷嘴120或其后缘的一部分或全部可以由高度耐氧化的材料(涂覆有热障涂层)制成或者可以涂覆高度耐氧化的材料。

在另一个实施例(未示出)中，所述燃料喷射板110中的至少一个燃料喷射板可以渐缩(taper)到与燃料喷射板110的纵向(轴向)轴线对准的后缘。也就是说，燃料喷射板110可以不与涡轮喷嘴120集成一体。在这些实施例中，可能需要使燃料喷射板110和涡轮喷嘴120的数量不相等。锥形燃料喷射板110(即，没有集成涡轮喷嘴120的燃料喷射板)可以与具有集成涡轮喷嘴120(即集成燃烧器喷嘴100)的燃料喷射板110一起以交替或某种其他模式使用。

再次回到图3和图4，在一些实施例中，轴向接头或分离线(split line)122可以形成于周向相邻的集成燃烧器喷嘴100的内衬段106和外衬段108之间。分离线122可以沿形成于每一对相邻的集成燃烧器喷嘴100之间的相应初级燃烧区域102和次级燃烧区域104的周向中心定向，或者定向在某个其他位置处。在一个实施例中，一个或多个密封件(例如花键类型(spline-type)密封件)可以沿每个接头122设置，所述接头包括位于衬段106或108的相应相邻边缘中的一者或这两者内的凹入密封件接纳区域(未示出)。相邻集成燃烧器喷嘴100的每个周向相邻涡轮喷嘴120之间可以使用单独的花键型密封件。在其他实施例(未示出)中，所述衬段106、108可以沿周向跨多个集成燃烧器喷嘴100延伸，在此情况下，每个燃烧系统36所需的密封件较少，并且燃烧区域102、104中的一些子集可以具有环绕的分离线122和密封件。

图5提供根据本公开至少一个实施例的处于至少部分组装状态的示例性集成燃烧器喷嘴100的压力侧116的截面图。在特定实施例中，如图3、图4和图5共同所示，一个或多个所述燃料喷射板110中的涡轮喷嘴120部分或者下游端部分114的一部分可以至少部分被对应屏蔽件124覆盖或包覆。图3和图4提供与燃料喷射板110的对应涡轮喷嘴部分120分离的一个屏蔽件124以及安装在周向相邻的涡轮喷嘴120上的两个额外的屏蔽件124的视图。所述屏蔽件124可以由适用于集成燃烧器喷嘴100的高温操作环境的任何材料形成。例如，在一个或多个实施例中，屏蔽件124中的一个或多个屏蔽件可以由CMC或者高度耐氧化的其他材料形成。在一些实例中，屏蔽件124可以涂覆热障涂层。

在特定实施例中，如图3、图4和图5所示，内衬段106中靠近燃料喷射板110的下游端部分114的一部分可以成形为允许屏蔽件124在涡轮喷嘴120上滑动。安装到内衬段106的内部钩板228可以用于将屏蔽件124固定到位。

在各种实施例中，如图3所示，每个燃料喷射板110可以包括沿压力侧壁116限定的多个径向隔开的压力侧喷射出口126。如图4所示，每个燃料喷射板110可以包括沿吸力侧壁118限定的多个径向隔开的吸力侧喷射出口128。每个相应的初级燃烧区域102限定在一对周向相邻的集成燃烧器喷嘴100的对应压力侧喷射出口126和/或吸力侧喷射出口128的上游。每个次级燃烧区域104限定在所述一对周向相邻的集成燃烧器喷嘴100的对应压力侧喷射出口126和/或吸力侧喷射出口128的下游。

如图3、图4和图5共同所示，两个周向相邻的燃料喷射板110的压力侧喷射出口126和吸力侧喷射出口128限定相应的喷射平面130、131，其中第二燃料和空气混合物从所述喷射平面喷射到来自相应初级燃烧区域102的燃烧气体流中。在特定实施例中，所述压力侧喷射平面130和吸力侧喷射平面131可以在从燃料喷射板110的下游端部分114起的相同轴向距离处限定或轴向分级。在其他实施例中，所述压力侧喷射平面130和吸力侧喷射平面131可以在从燃料喷射板110的下游端部分114起的不同轴向距离处限定或轴向分级。

尽管图3和图5将多个压力侧喷射出口126图示成位于相对于集成燃烧器喷嘴100的轴向中线的公共径向或喷射平面130中，或者位于从燃料喷射板110的下游端部分114起的公共轴向距离处，但是在特定实施例中，所述压力侧喷射出口126中的一个或多个压力侧喷射出口可以相对于径向相邻的压力侧喷射出口126轴向交错，从而针对特定压力侧喷射出口126抵消(off-setting)从压力侧喷射出口126到下游端部分114的轴向距离。同样，尽管图4将多个吸力侧喷射出口128图示成位于公共径向或喷射平面131中，或者位于从燃料喷射板110的下游端部分114起的公共轴向距离处，但是在特定实施例中，所述吸力侧喷射出口128中的一个或多个吸力侧喷射出口可以相对于径向相邻的吸力侧喷射出口128轴向交错，从而针对特定吸力侧喷射出口128抵消从压力侧喷射出口128到下游端部分114的轴向距离。

此外，尽管喷射出口126、128图示成具有均匀尺寸(即，横截面积)，但可以设想，在一些情况下，可能需要在燃料喷射板110的不同区域中采用不同尺寸的喷射出口126、128。例如，具有较大直径的喷射出口126、128可以用于燃料喷射板110的径向中心部分中，而具有较小直径的喷射出口126、128可以用于靠近内衬段106和外衬段108的区域中。同样，可能需要使给定侧壁116或118上的喷射出口126或128具有与相对侧壁118或116的喷射出口128或126不同的尺寸。

如上所述，在至少一个实施例中，可能需要使次级燃料空气的引入从燃料喷射板110的单侧(例如，压力侧壁116或吸力侧壁118)中发生。因此，每个燃料喷射板110可以仅设有单组预混合通道，所述单组预混合通道具有位于公共侧壁(116或118)上的出口。此外，每个燃料喷射板110可以设有位于单个侧壁上的两个(或更多个)子集的预混合通道，所述两个(或更多个)子集的预混合通道分别由相应子集的燃料喷射喷枪304单独供给燃料，其中送至每个子集喷枪304的燃料独立地活化(activated)、还原(reduced)、或去活化。在其他实施例中，每个燃料喷射板110可以设有出口位于这两个侧壁(116和118)上的两个(或更多个)子集的预混合通道，所述两个(或更多个)子集的预混合通道分别由相应子集的燃料喷射喷枪304(如图13所示)单独供给燃料，其中送至每个子集喷枪304的燃料独立地活化、还原或去活化。

图6、图7和图8提供分别沿截面线6-6、截面线7-7和截面线8-8截取的如图5所示燃烧器喷嘴100的截面图。

如图6和图7共同所示，每个燃料喷射板110包括多个预混合通道，所述多个预混合通道具有位于燃料喷射板110的一侧上的出口。在一个实例中，压力侧预混合通道132(图6)是具有位于压力侧116上的出口126的通道，而吸力侧预混合通道134(图7)是具有位于压力侧118上的出口128的通道。每个压力侧预混合通道132与相应压力侧喷射出口126流体连通。每个吸力侧预混合通道134与相应吸力侧喷射出口128流体连通。在至少一个实施例中，如图6所示，所述压力侧预混合通道132限定在燃料喷射板110内，位于压力侧壁116和吸力侧壁118之间。在至少一个实施例中，如图7所示，所述吸力侧预混合通道134限定在燃料喷射板110内，位于压力侧壁116和吸力侧壁118之间。

如上所述，可以设想，燃料喷射板110可以具有终止于沿单侧(分别为压力侧壁116或吸力侧壁118中的一者)定位的出口的预混合通道(132或134)。因此，尽管本说明书中参考具有位于压力侧壁116和吸力侧壁118这两者上的出口126、128的实施例，但应理解，除非权利要求书中做出阐述，否则不要求压力侧壁116和吸力侧壁118这两者均具有出口126、128以用于输送燃料空气混合物。

在特定实施例中，如图6和图7所示，燃料喷射板110的压力侧壁116和吸力侧壁118中的一者或这两者的壁厚T可以沿轴向(或纵向)长度和/或沿燃料喷射板110的径向跨度改变。例如，燃料喷射板110的压力侧壁116和吸力侧壁118中的一者或这两者的壁厚T可以在上游端部分112和下游端部分114之间和/或在内衬段106和外衬段108(图5)之间改变。

在特定实施例中，如图6所示，总喷射板厚度PT可以沿轴向(或纵向)长度和/或沿燃料喷射板110的径向跨度改变。例如，压力侧壁116和/或吸力侧壁118可以包括凹陷(concave)部分，所述凹陷部分向外朝向并且/或者进入到在两个周向相邻的集成燃烧器喷嘴100之间流动的燃烧气体流中突起。所述突起或者总喷射板厚度PT的改变可以发生在沿相应压力侧壁116或吸力侧壁118的径向跨度和/或轴向长度的任何点处。板厚PT或所述突起的位置可以沿压力侧壁116或吸力侧壁118的轴向长度和/或径向跨度改变，以调整局部区域以实现特定目标速度和停留时间分布，而不需要改变壁厚T。不要求突起区域在给定燃料喷射板110的压力侧壁116和吸力侧壁118这两者上对称。

在特定实施例中，如图6所示，压力侧预混合通道132中的一个或多个压力侧预混合通道可以具有沿燃料喷射板110的纵向轴线延伸的大体成直线或线性部分136以及限定在相应压力侧喷射出口126的紧接上游处的大体弯曲部分138。在特定实施例中，如图7所示，吸力侧预混合通道134中的一个或多个吸力侧预混合通道可以具有沿燃料喷射板110的纵向轴线延伸的大体成直线部分140以及限定在对应吸力侧喷射出口128的紧接上游处的弯曲部分142。弯曲部分138、142可以包括内径(朝向燃料喷射板110的上游端112)和外径(朝向燃料喷射板110的下游端114)。在至少一个实施例中，如图8所示，压力侧预混合通道132可以与对应吸力侧预混合通道134径向隔开或分离。

在特定实施例中，如图6和图7所示，压力侧预混合通道132和/或吸力侧预混合通道134可以横贯(traverse)或盘旋在燃料喷射板110的压力侧壁116和吸力侧壁118之间。在一个实施例中，压力侧预混合通道132和/或吸力侧预混合通道134可以径向向内和/或向外地横贯在压力侧壁116和吸力侧壁118之间，而不是沿燃料喷射板110的直的或恒定轴向(或纵向)平面布置。压力侧预混合通道132和/或吸力侧预混合通道134可以以不同角定向在燃料喷射板110内。在特定实施例中，压力侧预混合通道132和/或吸力侧预混合通道134中的一者或多者可以形成为具有变化(varying)尺寸和/或几何形状。在特定实施例中，预混合通道132、134中的一者或多者可以包括位于其中的混合增强特征，例如弯曲、扭结、扭曲、螺旋部分、湍流器等。

如图6、图7和图8共同所示，来自相应燃料喷射模块300的燃料喷射喷枪304延伸穿过预混合空气增压室144，所述预混合空气增压室144限定在燃料喷射板110内并且确切地说，限定在压力侧壁116和吸力侧壁118(图6和图7)之间且靠近燃料喷射板110的上游端部分112处。每个燃料喷射喷枪304的下游端部分306至少部分延伸到相应燃料喷射板110的相应压力侧预混合通道132或相应吸力侧预混合通道134中并且与其流体连通。同样，不要求预混合通道132、134这两者都存在。相反，可以仅使用一组预混合通道132或134。

图9提供根据本公开至少一个实施例的多个集成燃烧器喷嘴100中的示例性集成燃烧器喷嘴100的截面下游透视图，其中切除了预混合空气增压室144的一部分。图10提供根据本公开至少一个实施例的如图9中所示的燃料喷射板110的一部分的放大图。

在至少一个实施例中，如图9和图10共同所示，每个燃料喷射板110包括多个径向隔开的环形套环(collars)或底座(seats)146，以用于将燃料喷射喷枪304引入预混合通道132、134中。每个套环146限定中央开口151并且由多个支柱148支撑。每个套环146可以包括外接中央开口151的锥形或发散部分150，以帮助将对应燃料喷射喷枪304插入或对准到中心开口151中。支柱148可以围绕相应套环146间隔开以限定流动通道152，所述流动通道152围绕相应套环146并且进入对应预混合通道132或134中。流动通道152提供预混合空气增压室144与压力侧预混合通道132和吸力侧预混合通道134之间的流体连通。如图6、图7和图8所示，套环146的尺寸可以设定成接纳和/或支撑燃料喷射喷枪304的至少一部分(例如下游端部分306)。

图11提供根据至少一个实施例的具有示例性燃料喷射喷枪304的示例性燃料喷射板110的一部分的俯视(从上向下)截面图。在特定实施例中，如图11所示，燃料喷射喷枪304中的一个或多个燃料喷射喷枪的下游端部分306包括分配尖端308。分配尖端308可以是圆锥形、会聚或锥形的，以便于穿过相应燃料喷射板110的相应套环146安装(如上所述)并且可以至少部分延伸到相应压力侧预混合通道132或相应吸力侧预混合通道134中。分配尖端308可以包括一个或多个喷射口310，所述一个或多个喷射口与喷射器燃料增压室336流体连通(如下文进一步讨论)。

在特定实施例中，如图11所示，所述燃料喷射喷枪304中的一个或多个燃料喷射喷枪包括波纹管(bellows)部分或盖312。所述波纹管部分312可以允许燃料喷射板110与喷射枪304之间在分段式环形燃烧系统36的操作期间发生沿大体轴向方向的相对热生长或移动。在特定实施例中，如图11所示，燃料喷射板110可以包括多个浮动套环154，所述多个浮动套环154设置在燃料喷射板110的上游端部分112附近或者连接到燃料喷射板110的上游端部分112。浮动套环154可以允许集成燃烧器喷嘴100(确切地说，燃料喷射板110)与燃料喷射模块300之间的径向和/或轴向移动。

如图8到图11所示，预混合通道132、134可以布置在公共径向平面中，所述公共径向平面间隔在燃料喷射板110的压力侧壁116和吸力侧壁118之间。替代地，如图12所示，压力侧预混合通道132和/或吸力侧预混合通道134可以与燃料喷射板110的吸力侧壁118和/或压力侧壁116一体地形成，其中出口位于燃料喷射板110的相对侧上或者出口位于燃料喷射板110的同一侧上。在此实施例中，燃料喷射喷枪304可以周向分成第一子集压力侧燃料喷射喷枪以及第二子集吸力侧燃料喷射喷枪，以使得燃料喷射喷枪304与对应预混合通道132、134的入口对准。所述第一子集燃料喷射喷枪304和第二子集燃料喷射喷枪304可以由一个或多个喷射器燃料增压室336供给燃料。

图13提供根据一个实施例的插入示例性集成燃烧器喷嘴100的一部分中的示例性燃料喷射模块300的下游透视图。图14提供图13所示燃料喷射模块300的上游透视图。在各种实施例中，如图13和图14共同所示，燃料喷射模块300包括具有壳体主体314的束管式燃料喷嘴部分302。壳体主体314可以包括前(或上游)板或前表面316、后(或下游)板或后表面318、从前板316轴向延伸到后板318的外周壁320，以及在外周壁320内轴向延伸穿过前板316和后板318的多个管322。在特定实施例中，密封件324(例如浮动套环密封件)围绕壳体主体314的外周壁320的至少一部分。密封件324可以与密封表面例如周向相邻燃料喷射模块300的外壁接合，以防止或减少它们之间的流体流动。

每个管322包括限定在前板316处或其上游的入口326(图13)，限定在后板318处或其下游的出口328(图14)以及在相应入口326和出口328之间延伸的预混通路(premixpassage)330(如图14中的虚线所示)。如图14中的虚线所示，燃料喷嘴增压室332限定在燃料喷射模块300的壳体主体314内。多个管322中的每个管322延伸穿过燃料喷嘴增压室332。管322中的至少一些管包括或限定位于燃料喷嘴增压室332内的至少一个燃料端口334。每个燃料端口334允许从燃料喷嘴增压室332流体连通到相应预混通路330中。在特定实施例中，燃料喷嘴增压室332可以细分或划分成限定在壳体主体314内的两个或更多个燃料喷嘴增压室332。

在操作中，气体燃料(或者在一些实施例中，重组成气体混合物的液体燃料)从燃料喷嘴增压室332经由燃料端口334流入每个管322的相应预混通路330中，其中燃料与进入每个管322的相应入口326中的空气混合。例如，如果需要采用多T形布置来解决或调整两个相邻集成燃烧器喷嘴100之间的燃烧动力，或者缓和分段式环形燃烧系统36和涡轮18之间的相干轴向模式，则燃料端口334可以沿相应管322定位在单个轴向平面中或者多个轴向平面中。

在图13中所提供的实施例中，多个燃料喷射喷枪304中的每个燃料喷射喷枪304沿燃料喷射模块300的壳体主体314的外周壁320的径向壁部分与相邻燃料喷射喷枪304径向间隔开。如图13中的虚线所示，喷射器燃料增压室或燃料回路336限定在燃料喷射模块300的壳体主体314内。

在特定实施例中，燃料喷射喷枪304与喷射器燃料增压室336流体连通。在特定实施例中，喷射器燃料增压室336可以细分成两个或更多个喷射器燃料增压室336。例如，在特定实施例中，喷射器燃料增压室336可以细分成第一喷射器燃料增压室338和第二喷射器燃料增压室342，其中所述第一喷射器燃料增压室可以将燃料供应到第一子集340的多个燃料喷射喷枪304，并且所述第二喷射器燃料增压室可以将燃料供应到第二子集344的多个燃料喷射喷枪304。如图所示，第一子集340的燃料喷射喷枪304可以是径向内部子集，而第二子集344的燃料喷射喷枪304可以是径向外部子集。

在其他实施例中，多个燃料喷射喷枪304中的每隔一个(every other)燃料喷射喷枪304可以由第一喷射器燃料增压室供给燃料，而剩余喷枪304由单独的燃料喷射器增压室供给燃料。在所述布置中，可以独立于向相对侧壁的预混合通道(例如134)的燃料供应，向具有沿一个侧壁的出口的预混合通道(例如132)供应燃料。

在特定实施例中，燃料喷射喷枪304可以细分成径向外部子集的燃料喷射喷枪304(a)、中间或中部子集的燃料喷射喷枪304(b)，以及径向内部子集的燃料喷射喷枪304(c)。在此构造中，径向外部子集的燃料喷射喷枪304(a)和径向内部子集的燃料喷射喷枪304(c)可以接收来自一个燃料喷射器增压室的燃料，而中间子集的燃料喷射喷枪304(b)可以接收来自另一个(单独的)燃料喷射器增压室的燃料。除非在权利要求中另有说明，否则多个燃料喷射喷枪304可以细分成多个独立或共同供给燃料的子集燃料喷射枪304，并且本公开不限于两个或三个子集的燃料喷射枪。

燃料可以从分段式环形燃烧系统36的头端部分供应到燃料喷射模块300内的各个增压室。例如，燃料可以经由连接到压缩机排气壳体32的端盖(未示出)和/或经由设置在压缩机排气壳体32的头端部分内的一个或多个管或导管供应到各种燃料喷射模块300。

替代地，燃料可以从径向外部的燃料歧管或燃料供应组件(未示出)通过外衬段108供应到燃料喷射模块110。在又一个构造(未示出)中，燃料可以供应到燃料喷射板110的后端114并且沿引导通过压力侧壁116和/或吸力侧壁118以在经由束管式燃料喷嘴302或燃料喷射喷枪304引入之前对燃料喷射板110进行冷却。

在另一个构造中(未示出)，燃料可以供应到燃料喷射板110的后端114并且沿引导输送到预混合通道132、134，所述预混合通道132、134始于燃料喷射板110的后端并且具有分别位于压力侧壁116和吸力侧壁118中的出口126、128。此构造中消除了对燃料喷射喷枪304的需要，并且送至束管式燃料喷嘴302的燃料可以径向或轴向地供应(经由燃料供应导管，例如本说明书中所述的燃料供应导管)。

如图13所示，在各种实施例中，一个或多个导管346可以用于向燃料喷嘴增压室332和/或喷射器燃料增压室336或喷射器燃料增压室338、342提供燃料。例如，在一个实施例中，导管346可以包括以同心方式围绕内管350的外管348，从而形成管中管(tube-in-tube)构造。在此实施例中，外部燃料回路352径向限定在内管350和外管348之间，并且内部燃料回路354形成于内管350内，因此限定通到燃料喷嘴增压室332以及/或者喷射器燃料增压室336、338、342的同心燃料流动通道。例如，外部燃料回路352可以向喷射器增压室336、338、342中的一者或多者提供燃料，而内部燃料回路354向燃料喷嘴增压室332提供燃料，反之亦然。在另一个实施例(未示出)中，分开的管348、350可以用于将燃料传送到燃料喷嘴增压室332和喷射器燃料增压室336。

图15提供根据另一个实施例的燃料喷射模块300的上游透视图。

图16提供根据另一个实施例的替代性燃料喷射模块300的上游透视图。图17提供安装在周向相邻的集成燃烧器喷嘴100内的多个燃料喷射模块300(如图15所示)的下游透视图。

在图15、图16和图17共同所示的实施例中，所述束管式燃料喷嘴部分302的多个管322细分成第一子集管356以及第二子集管358。壳体主体314包括共同的前板316、第一后板360、第二后板362和外周壁320，所述外周壁围绕每个子集管356、358延伸以限定一个或多个相应的燃料喷嘴增压室(未示出)。本说明书中所用的术语“燃料喷嘴增压室”和“束管式燃料增压室”可以互换使用，以指代将燃料供应到燃料喷射模块300的燃料喷嘴部分302(在一些情况下为束管式燃料喷嘴)的燃料增压室。

第一子集管356延伸穿过前板316、限定在壳体主体314内的第一燃料喷嘴增压室以及第一后板360。第二子集管358延伸穿过前板316、限定在壳体主体314内的第二燃料喷嘴增压室以及第二后板362。如图15所示，多个燃料喷射喷枪304周向设置在第一子集管356与第二子集管358之间和/或第一后板360与第二后板362之间。

图16示出替代性燃料喷射模块300，所述替代性燃料喷射模块在一些实施例中可以用于将燃料径向传送到燃料喷射板110内的喷射器燃料增压室。在此实施例中，燃料喷射喷枪304可以从燃料喷射模块300中省略，从而在相应子集管356、358之间留下周向间隙。

在特定实施例中，如图14、图15和图16所示，一个或多个燃料喷射模块300可以包括点火器364，以用于点燃离开燃料喷射模块300的束管式燃料喷嘴部分302的燃料和空气混合物。在特定实施例中，如图15和16所示，密封件366(例如呼拉圈形或弹簧型(spring-type)密封件)可以沿燃料喷射模块300中的一个或多个燃料喷射模块的壳体主体314的侧周壁368设置。密封件366可以与相邻燃料喷射模块300的相邻侧周壁接合，以防止或减少它们之间的流体流动。

图15、图16和图17示出与每个燃料喷射模块300相关联的一对燃料导管382、392。在一个实施例中(如图15和图17所示)，燃料导管382、392可以构造成管中管布置，如上所述。在此情况下，第一燃料导管382可以向第一子集束管356和第一子集燃料喷射喷枪304(未单独标记)供应燃料，而另一燃料导管392可以向第二子集束管358和第二子集燃料喷射喷枪304供应燃料。

在另一个实施例中(图16)，燃料导管382可以将燃料供应到第一子集束管356，并且第二导管392可以将燃料供应到第二子集束管358。在又一个变型中，第一子集束管356和第二子集束管358可以由公共的第一燃料喷嘴增压室372(由第一燃料导管382供料)和公共的第二燃料喷嘴增压室(由第二燃料导管392供料)供料，因此允许每个子集的管356、358进一步分成径向内部分组和径向外部分组的束管。也就是说，第一束管子集356的径向内部管和第二束管子集358的径向内部管可以由第一导管382供给燃料，而子集356、358的径向外部管可以由第二导管392供给燃料。因此，可以在单个燃料喷射模块300的公共外壳内形成可以独立获得燃料供给的径向内部和径向外部束管子集。

图17示出图15所示一组三个示例性燃料喷射模块300，所述三个示例性燃料喷射模块与三个相应的燃烧器喷嘴100组装在一起。如图所示，第一子集束管356位于燃料喷射板110的吸力侧壁(118)的周向外侧。燃烧器喷嘴100定位在第一束管式燃料喷嘴子集356和第二束管式燃料喷嘴子集358之间。第二束管式燃料喷嘴子集358定位在同一燃料喷射板110的压力侧(116)的周向外侧。因此，每个初级燃烧区域102燃烧来自第一燃料喷射模块300的第二束管式燃料喷嘴子集358以及第二(相邻)燃料喷射模块300的第一束管式燃料喷嘴356的燃料和空气混合物。同样地，在预混合通道132、134设置在燃料喷射板110的每个侧壁上的实施例中，每个次级燃烧区域104燃烧来自第一燃料喷射板110的吸力侧预混合通道134以及第二(相邻)燃料喷射板110的压力侧预混合通道132的燃料和空气混合物。

图18提供根据至少一个实施例的集成燃烧器喷嘴100的一部分的截面俯视图，所述集成燃烧器喷嘴包括燃料喷射板110和燃料喷射模块300(如图15和图17中所示)的一部分。图19提供根据至少一个实施例的插入到示例性集成燃烧器喷嘴100中的燃料喷射模块300(如图15中所示)的实施例的截面侧视图，其中切除了压力侧壁116。

如图18中所示，多个管322中的第一子集管356沿相应燃料喷射板110的吸力侧壁118的一部分延伸，并且多个管322中的第二子集管358沿同一燃料喷射板110的压力侧壁116延伸。因此，如图17所示，可能需要将两个周向相邻的燃料喷射模块300安装到两个周向相邻的集成燃烧器喷嘴100，以形成用于分段式环形燃烧系统36内的每个初级燃烧区域102的整个管组322。

在特定实施例中，如图18和图19所示，束管式燃料增压室332可以细分成两个或更多个束管式燃料增压室。例如，在一个实施例中，所述束管式燃料增压室332可以经由限定或设置在燃料喷射模块300内的壁371或其他障碍物细分或分隔成第一束管式燃料增压室370和第二束管式燃料增压室372。在此构造中，如图18中所示，第一束管式燃料增压室370可以将燃料提供给第一子集管356，而第二束管式燃料增压室372可以将燃料提供给第二子集管358。在此构造中，第一子集管356和第二子集管358可以彼此独立地供给燃料或操作。

在特定实施例中，如图18所示，束管式燃料增压室332可以经由设置在壳体主体314内的一个或多个板或壁373沿轴向跨一个或这两个子集管356、358细分，从而形成前束管式燃料增压室332(a)和后束管式燃料增压室332(b)。燃料端口334中的一个或多个燃料端口可以与前束管式燃料增压室332(a)流体连通，并且燃料端口334中的一个或多个燃料端口可以与后束管式燃料增压室332(b)流体连通，从而提供多T形(multi-tau)灵活性来解决或调整燃烧动力。

在特定实施例中，如图19所示，喷射器燃料增压室336可细分或分成第一喷射器燃料增压室374和第二喷射器燃料增压室376。在此实施例中，多个燃料喷射喷枪304可以细分成第一(或径向内部)子集378的燃料喷射枪304以及第二(或径向外部)子集380的燃料喷射喷枪304。第一子集378的燃料喷射喷枪304可以与第一喷射器燃料增压室374流体连通，并且第二子集380的燃料喷射喷枪304可以与第二喷射器燃料增压室376流体连通。

第一(或径向内部)子集378的燃料喷射喷枪304可以为一组径向内部的压力侧壁预混合通道132和/或吸力侧壁预混合通道134供给燃料，而第二(或径向外部)子集380的燃料喷射喷枪304可以为一组径向外部的压力侧壁预混合通道132和/或吸力侧壁预混合通道134供给燃料。此构造可以增加操作灵活性，因为第一子集的燃料喷射喷枪304以及第二子集的燃料喷射喷枪304可以根据操作模式(例如，全负载、部分负载或调低)或者预期排放性能而独立或一起操作。

图19进一步示出包括外管384的第一导管382，所述外管384以同心方式围绕内管386以形成限定内部燃料回路388和外部燃料回路390的管中管构造。内部燃料回路388可以用于向第一束管式燃料增压室370供应燃料，并且外部燃料回路390可以用于向第一喷射器燃料增压室374提供燃料(反之亦然)。第二导管392限定内部燃料回路398和外部燃料回路400，其中所述第二导管包括外管394，所述外管394以同心方式围绕内管396以形成管中管构造。内部燃料回路398可以用于向第二束管式燃料增压室372供应燃料，并且外部燃料回路400可以用于向第二喷射器燃料增压室376提供燃料。

方便地，在图15和图17到图19所示的实施例中，送至燃料喷嘴部分302和燃料喷射喷枪304这两者的燃料经由公共燃料导管(例如，管中管(tube-in-tube)式导管)输送，从而降低复杂性并使零件数量减至最小。尽管本说明书中示出管中管布置，但应理解，单独的燃料导管可以替代地与将燃料供应到燃料喷嘴部分302的至少一个燃料导管，以及将燃料供应到燃料喷射喷枪304的至少一个其他燃料导管一起使用。

图20提供根据至少一个实施例的分段式环形燃烧系统36的一部分的下游透视图，其中所述分段式环形燃烧系统36包括一对周向相邻的集成燃烧器喷嘴100和一对径向安装的燃料喷射模块300。在一个实施例中，如图20所示，两个燃料喷射模块300可以径向堆叠(stacked)在一起，从而形成径向内部和径向外部的燃料喷射模块组402。如上所述，燃料喷射模块组402中的每个燃料喷射模块300各自采用具有多个燃料回路的导管404、406供给燃料，使得堆叠的燃料喷射模块组402具有至少四个独立的燃料回路。通过这种方式，如上所述，相应的束管式燃料增压室和喷射器燃料增压室可以独立地装料或操作。

在特定实施例中，如图20所示，所述燃料喷射板110中的至少一个燃料喷射板可以限定至少一个交火(cross-fire)管156，所述至少一个交火管156延伸穿过相应燃料喷射板110的压力侧壁(图19隐藏)和吸力侧壁118中的相应开口。交火管156允许在周向相邻的集成燃烧器喷嘴100之间对周向相邻的初级燃烧区域102进行交火和点火。

在一个实施例中，如图21所示，交火管156由双壁圆柱形结构限定，所述双壁圆柱形结构之间限定有空气体积。在第一初级燃烧区域102中点燃的燃烧气体30允许流动通过交火管156的内壁进入相邻的初级燃烧区域102中，其中燃料和空气混合物在相邻初级燃烧区域102中点燃。为防止燃烧气体停滞在交火管156中，在其内壁上设置吹扫空气孔158。除了吹扫空气孔158之外，交火管156的外壁可以设有送气孔157，其中所述送气孔157可以与燃料喷射板110内的至少一个气腔160、170或者一些其他压缩空气源流体连通。吹扫空气孔158与经由送气孔157接收空气的空气体积流体连通。外壁中较小送气孔157和内壁中较大吹扫空气孔158的组合将交火管156转变成谐振器，以缓解所述分段式环形燃烧系统36内的潜在燃烧动力。

在特定实施例中，燃料喷射模块300中的一个或多个燃料喷射模块可以配置成除气体燃料之外还燃烧液体燃料。图22提供根据本公开至少一个实施例的配置用于气体燃料操作和液体燃料操作这两者的示例性燃料喷射模块的下游透视图。图23提供沿剖面线23-23截取并且连接到端盖40的根据本公开一个实施例的图22所示示例性燃料喷射模块300的截面侧视图。图24提供沿剖面线24-24截取的根据本公开一个实施例的图23所示燃料喷射模块300的截面图。

在至少一个实施例中，如图22和图23所示，燃料喷射模块300中的一个或多个燃料喷射模块可以经由相应的燃料供应导管408从端盖40供给燃料。如图23所示，燃料供应导管408可以包括外导管410、内导管412以及以同轴方式延伸穿过内导管412的液体燃料盒(fuel cartridge)414。在特定实施例中，燃料供应导管408可以包括沿径向设置在内导管412和外导管410之间的中间导管416。外导管410、内导管412和中间导管416(当存在时)可以限定位于它们之间的各种燃料回路，以用于向燃料喷射模块300的束管式燃料喷嘴部分302和/或燃料喷射喷枪304提供气体或液体燃料。

在各种实施例中，如图23所示，燃料喷射模块300的壳体主体314可以限定位于其中的空气增压室418。空气增压室418可以围绕多个管322中的每个管322的至少一部分。来自压缩机排气壳体32的空气可以经由沿壳体主体314限定的开口420或者通过一些其他开口或通道例如始于前板316并且穿过燃料增压室332延伸到空气增压室418的通道(未示出)来进入空气增压室418中。

在各种实施例中，液体燃料盒414沿轴向在内导管412内延伸并且至少部分穿过所述内导管412。液体燃料盒414可以将液体燃料424(例如油)供应到多个管322的至少一部分。附加地或替代地，液体燃料盒414可以将液体燃料424从管322的出口328大体上沿轴向向下游和沿径向向外喷射超出后板318、360、362，以使得液体燃料424可以利用从管出口328流出的预混合气体燃料空气混合物(或者当燃烧系统仅以液体燃料操作并且管332的气体燃料源处于非工作状态时，采用流动通过管出口的空气)来雾化。

在此构造中，如图23所示，液体燃料可以经由液体燃料盒414直接喷射到初级燃烧区域102中。在特定实施例中，液体燃料盒414和内导管412可以至少部分限定位于它们之间的环形吹扫空气通道428。在操作期间，吹扫空气430可以提供到吹扫空气通道428以使液体燃料盒414隔热，从而使焦化减至最少。吹扫空气430可以经由限定在液体燃料盒414的下游端部分与内导管412的下游端部分之间的环形间隙432从吹扫空气通道428排出。

内导管412和中间导管416限定位于它们之间的内部燃料通道422，以用于向燃料增压室332提供气体燃料，所述燃料增压室332将燃料供应到燃料喷射模块300的多个管322。预混合的(气体或气化液体)燃料和空气流可以经由束管式燃料喷嘴部分302的管出口328喷射到初级燃烧区域102中。

限定在中间导管416和外导管410之间的外部燃料通道426将气体燃料引导到喷射器燃料增压室336，所述喷射器燃料增压室336将燃料供应到燃料喷射喷枪304。图24示出液体燃料盒414、吹扫空气通道428、内部燃料通道422和外部燃料通道426之间的同心性。

图25提供根据本公开至少一个实施例的具有示例性燃料喷射喷枪304的示例性燃料喷射板110的一部分的俯视(从上向下)截面图。在特定实施例中，如图25所示，液体燃料434可以经由沿轴向延伸穿过相应燃料喷射喷枪304的液体燃料盒436供应到燃料喷射喷枪304中的一个或多个燃料喷射喷枪。液体燃料盒436可以延伸穿过壳体主体314。液体燃料盒436安装在保护管437内(类似于内导管412)，所述保护管437限定围绕液体燃料盒436的环形区(annulus)439。环形区439提供使空气流动通过的通道，从而向液体燃料盒436提供隔热屏蔽件以使焦化减至最小。外部燃料通道438可以限定在保护管437与相应燃料喷射喷枪304的内表面之间。外部燃料通道438可以与喷射器燃料增压室336流体连通，从而向燃料喷射器喷枪304提供双燃料能力。

在操作中，每个束管式燃料喷嘴部分302经由始于每个对应初级(或第一)燃烧区域102中每个管322的出口328的相对较短火焰产生高温燃烧气体流出气流。高温流出气流向下游流动到第一燃料喷射板110中的一个第一燃料喷射板的压力侧预混合通道132和/或周向相邻(或第二)燃料喷射板110的吸力侧预混合通道134所提供的第二燃料和空气流中。所述高温流出气流和所述第二预混合燃料和空气流在对应次级燃烧区域104中反应。为总燃烧气体流的约40％到95％的来自初级燃烧区域102的高温流出气流被向下游输送到喷射平面130、131，其中引入第二燃料和空气混合物，并且其中向相应次级燃烧区域中添加平衡流。在一个实施例中，总燃烧气流的约50％源自初级燃烧区102，并且剩余的约50％源自次级燃烧区域104。此轴向燃料分级布置与每个燃烧区域中的目标停留时间一起使总NOx和CO排放量减至最小。

周向动力模式(circumferential dynamics modes)是常规环形燃烧器中的常规模式。但是，大体上由于采用集成燃烧器喷嘴110进行次级燃料空气喷射，本说明书中提供的分段式环形燃烧系统降低了这些动态模式扩大的可能性。此外，由于每一段与周向相邻的各段隔开，因此与一些环管式(can-annular)燃烧系统相关联的动力基调(tones)和/或模式得以减轻或不存在。

在分段式环形燃烧系统36的操作期间，可能必需冷却每个集成燃烧器喷嘴100的压力侧壁116、吸力侧壁118、涡轮喷嘴120、内衬段106和/或外衬段108中的一者或多者，以便增强每个集成燃烧器喷嘴100和分段式环形燃烧系统36的整体机械性能。为了适应冷却要求，每个集成燃烧器喷嘴100可以包括各种空气通道或气腔，所述空气通道或气腔可以与形成于压缩机排气壳体32内的高压增压室34流体连通并且/或者与限定在每个燃料喷射板110内的预混合空气增压室144流体连通。

参照图6、图8和图26可以最好地理解所述集成燃烧器喷嘴100的冷却。图26提供根据至少一个实施例的示例性集成燃烧器喷嘴100的底部透视图。

在特定实施例中，如图6、图8和图26共同所示，每个燃料喷射板110中限定在压力侧壁116与吸力侧壁118之间的内部部分可以通过壁166分隔成各种空气通道或气腔160。在特定实施例中，气腔160可以经由限定在外衬段108(图8)中的一个或多个开口162和/或经由限定在内衬段106(图26)中的一个或多个开口164从压缩机排气壳体32或其他冷却源接收空气。

如图6、图8和图26共同所示，壁或隔板166可以在燃料喷射板110的内部部分内延伸，以至少部分形成或隔离多个气腔160。在特定实施例中，壁166中的一些或全部可以为燃料喷射板110的压力侧壁116和/或吸力侧壁118提供结构支撑。在特定实施例中，如图8所示，壁166中的一个或多个可以包括允许流体在相邻气腔160之间流动的一个或多个孔168。

在各种实施例中，如图6、图8和图26共同所示，多个气腔160包括围绕压力侧预混合通道132和吸入预混合通道134(或存在的任意组预混合通道132或134)的预混合通道气腔170。在特定实施例中，多个气腔160中的至少一个气腔160延伸穿过每个燃料喷射板110的涡轮喷嘴部分120。

在操作中，来自由压缩机排气壳体32形成的高压增压室34的空气可以分别经由外衬段108和/或内衬段106中的开口162、164进入多个气腔160中。在燃料喷射板110的内部经由壁166分隔的特定实施例中，空气可以流动通过孔168进入相邻的气腔160中。在特定实施例中，空气可以流动通过一个或多个孔168朝向和/或进入预混合通道气腔170中和/或进入燃料喷射板110的预混合空气增压室144中。空气随后可以围绕套环146流动到压力侧预混合通道132和/或吸力侧预混合通道134中。

图27提供根据本公开至少一个实施例的示例性集成燃烧器喷嘴100的分解透视图。图28提供根据至少一个实施例的三个组装好的示例性集成燃烧器喷嘴100(如图27的分解图中所示)的俯视图。图29提供根据至少一个实施例的示例性集成燃烧器喷嘴100(如图27的分解图中所示)的底视图。

在特定实施例中，如图27和图28共同所示，每个集成燃烧器喷嘴100可以包括沿外衬段108的外表面180延伸的外部冲击板(impingement panel)178。外部冲击板178可以具有与外衬段108的形状或此形状的一部分相对应的形状。外部冲击板178可以限定多个冲击孔(impingement hole)182，所述多个冲击孔限定在沿外部冲击板178的各个位置处。在特定实施例中，如图27所示，外部冲击板178可以跨入口184延伸到预混合空气增压室144，所述预混合空气增压室144沿外衬段108的外表面180限定。在特定实施例中，如图27和图28共同所示，外部冲击板178可以限定多个开口186，所述多个开口186与沿外衬段108限定的开口162中的一个或多个开口对准或相对应，并且与限定在集成燃烧器喷嘴100内的各种气腔160相对应。

在特定实施例中，如图27和图29共同所示，每个集成燃烧器喷嘴100可以包括沿内衬段106的外表面190延伸的内部冲击板(impingement panel)188。内部冲击板188可以具有与外衬段106的形状或此形状的一部分相对应的形状。内部冲击板188可以包括多个冲击孔192，所述多个冲击孔限定在沿内部冲击板188的各个位置处。在特定实施例中，如图29中的虚线所示，内部冲击板188可以跨入口194延伸到预混合空气增压室144，所述预混合空气增压室144沿内衬段106的外表面190限定。在特定实施例中，如图27和图29所示，内部冲击板188可以限定多个开口196，所述多个开口196与沿内衬段106限定的开口164(图25)中一个或多个开口对准或相对应，并且与限定在集成燃烧器喷嘴100内的特定气腔160相对应。

在特定实施例中，如图27和图28共同所示，集成燃烧器喷嘴100中的一个或多个集成燃烧器喷嘴包括位于对应集成燃烧器喷嘴100的涡轮喷嘴部分120内的第一冲击空气插入件(impingement air insert)198。第一冲击空气插入件198形成为中空结构，所述中空结构的一端或两端具有开口，处于与涡轮喷嘴部分120中的气腔160互补的形状。冲击空气插入件198限定多个冲击孔200。在操作期间，来自压缩机排气壳体32的空气可以流动通过限定在外衬108中的对应开口162和/或限定在外冲击板178中的开口186并且进入第一冲击插入件198中，在所述第一冲击插入件中，空气可以以离散射流(discrete jets)的形式流动通过冲击孔200，所述离散射流冲击涡轮喷嘴120的内表面。

在特定实施例中，如图27、图28和图29共同所示，所述集成燃烧器喷嘴100中的一个或多个集成燃烧器喷嘴包括第二冲击空气插入件202。第二冲击空气插入件202可以定位或者安装在对应燃料喷射板110的空腔204(图28)中，所述空腔204限定在压力侧喷射出口126和/或吸力侧喷射出口128的下游以及涡轮喷嘴120的上游。如图28和图29共同所示，所述第二冲击空气插入件202可以在径向内端206(图29)和径向外端208(图28)这两者上敞口，以允许来自压缩机排气壳体32的空气自由流动通过燃料喷射板110。通过冲击空气插入件202的空气的一部分用于冲击对应燃料喷射板110的内表面。冲击燃料喷射板110的内表面之后，空气通过燃料喷射板110朝向燃料喷射板110的前端112流动，其中空气引入预混合通道132、134的入口中。

当压缩空气朝向每个燃料喷射模块300的束管式燃料喷嘴部分302流动时，自由通过第二冲击空气插入件202的空气可以与压缩机排气壳体32内的压缩空气混合，其中在所述束管式燃料喷嘴部分302中，所述压缩空气可以与燃料混合。在各种实施例中，来自压缩机排气壳体32的空气可以流入预混合通道冷却空腔170中以冷却压力侧预混合通道132和/或吸力侧预混合通道134。

在其他实施例中，两个冲击空气插入件可以插入到给定气腔160内，例如安装成穿过内衬段106的第一冲击空气插入件以及安装成穿过外衬段108的第二冲击空气插入件。当空腔160具有防止单个冲击空气插入件穿过空腔160的径向尺寸插入的形状(例如，沙漏形状)时，所述组件可能是有用的。替代地，两个或更多个冲击空气插入件可以沿轴向循序定位在给定空腔160内。

图30提供图29所示示例性集成燃烧器喷嘴100中的一个集成燃烧器喷嘴的外衬段108的一部分的放大图。图31提供图29所示示例性集成燃烧器喷嘴100中的一个集成燃烧器喷嘴的内衬段106的一部分的放大图。

在特定实施例中，如图30所示，外部冲击板178可以与外衬段108的外表面180径向间隔开，以在它们之间形成冷却流动间隙210。冷却流动间隙210可以在对应燃料喷射板100的下游端部分114和上游端部分112之间延伸。在操作期间，如图30所示，来自压缩机排气壳体32(图2)的空气26抵靠外部冲击板178流动通过冲击孔182。冲击孔182引导多个空气射流26抵靠和/或跨外衬段108外表面180的离散位置处流动以向其提供喷射或冲击冷却。之后，空气26可以流动通过外衬段108的上游端部分112处的入口184并且进入限定在燃料喷射板110内的预混合空气增压室144中，在所述预混合空气增压室144中，所述空气可以分配到各个压力侧预混合通道132和/或吸力侧预混合通道134。外衬段108可以沿其每个纵向边缘限定C形槽109，其中密封件(未示出)可以沿此C形槽的长度安装，以密封相邻外衬段108之间的接头122。

如图31所示，内部冲击板188可以与内衬段106的外表面190径向间隔开，以在它们之间形成冷却流动间隙212。冷却流动间隙212可以在对应燃料喷射板100的下游端部分114和上游端部分112之间延伸。在操作期间，如图31所示，来自压缩机排气壳体32的空气26抵靠内部冲击板188流动通过冲击孔192。冲击孔192引导多个空气射流抵靠(against)和/或跨内衬段106外表面190的离散位置处流动以向其提供喷射或冲击冷却。之后，空气26可以流动通过内衬段106的上游端部分112处的入口194并且进入限定在燃料喷射板110内的预混合空气增压室144中，在所述预混合空气增压室144中，所述空气可以分配到各个压力侧预混合通道132和/或吸力侧预混合通道134。内衬段106可以沿其每个纵向边缘限定C形槽107，其中密封件(未示出)可以沿此C形槽的长度安装，以密封相邻内衬段106之间的接头122。

图30和图31进一步示出分别延伸穿过外衬段108和/或内衬段106的至少一个微通道冷却通道216。微通道冷却通道216具有与冷却流动间隙210(如图30所示)或预混合空气增压室(如图31所示)连通的入口孔214。微通道冷却通道216终止于空气出口孔218，所述空气出口孔218可以沿相应衬段106或108的纵向边缘定位。

图32和图33旨在示出根据本公开特定实施例的内衬段106或外衬段108中的一者的一部分。在特定实施例中，如图32和图33所示，内衬段106的外表面190和/或外衬段108的外表面180可以限定或包括多个空气入口孔214，以用于接收来自压缩机排气壳体32(图2)的空气。每个入口孔214(如图33中的剖面线(hatched lines)所示)可以与终止于对应空气出口孔218(如图33中的实心圆圈所示)处的相对较短微通道冷却通道216集成一体。在图示的实施例中，入口孔214和对应出口孔218设置在相应衬段108、106的相同表面(即，外表面180、190)上。但是，在其他实施例中，出口孔218可以设置在内表面上。

微通道冷却通道216的长度可以改变。在特定实施例中，微通道冷却通道216中的一部分或全部微通道冷却通道的长度可以小于约10英寸。在特定实施例中，微通道冷却通道216中的一部分或全部微通道冷却通道的长度可以小于约6英寸。在特定实施例中，微通道冷却通道216中的一部分或全部微通道冷却通道的长度可以小于约2英寸。在特定实施例中，微通道冷却通道216中的一部分或全部微通道冷却通道的长度可以小于约1英寸。一般而言，微通道冷却通道216可以具有0.5英寸到6英寸之间的长度。各种微通道冷却通道216的长度可以由微通道冷却通道216的直径、流动通过其中的空气的吸热(heat pick-up)能力以及衬段106、108中被冷却区域的局部温度来决定。

在特定实施例中，空气出口孔218中的一个或多个空气出口孔可以沿相应内衬段106或外衬段108的外表面190、180定位，并且可以将来自相应入口孔214的空气沉积到收集槽220(图32)中。如图32所示，收集槽220可以由沿内衬段106的相应外表面190或外衬段108的外表面180延伸的管道222限定。收集槽220可以将所述空气的至少一部分沿管道输送到燃料喷射板110的预混合空气增压室144(图31)，在所述预混合空气增压室144中，所述空气可以分配到各个压力侧预混合通道132和/或吸力侧预混合通道134。关于微通道冷却的更多详细信息如于2015年11月18日提交的申请号为14/944,341的共同转让美国专利申请中所描述。

在特定实施例中，如图32中所示，微通道冷却通道216中的一个或多个微通道冷却通道可以定向成终止于气腔160中的一个或多个气腔的开口162、164中。因此，来自微通道冷却通道216中的一个或多个微通道冷却通道的空气可以与用于冷却燃料喷射板110的内部的空气混合，所述燃料喷射板110的内部可以具有或者可以不具有冲击空气插入件。在特定实施例中，如图30和31所示，微通道冷却通道216中的一个或多个微通道冷却通道的出口孔218可以沿内衬段106的侧壁或外衬段108的侧壁定位，使得空气流动通过微通道冷却通道216，然后沿分离线122(图28)在两个周向相邻的内衬段106或外衬段108之间流动，从而在它们之间形成流体密封。在一个实施例中，微通道冷却通道216中的一个或多个微通道冷却通道的出口孔218可以沿内衬段106的内表面或外衬段108的内表面定位，使得空气流动通过微通道冷却通道216，然后以薄膜空气的形式进入初级燃烧区域102或次级燃烧区域104中的一者内。

本说明书中还可以设想，作为由冲击冷却或微通道冷却来冷却衬段106、108的替代(或附加)，衬段106、108可以以对流方式冷却。在此构造(未示出)中，衬段106、108设置有对应形状的冷却套筒，从而限定位于衬段与套筒之间的环形区。所述套筒的后端设置有多个冷却入口孔，所述多个冷却入口孔允许空气26进入所述环形区中，并且向上游输送到预混合增压室144中。衬段106、108的外表面和/或套筒的内表面可以设置有热传递特征，例如湍流器、浅凹、销、人字纹等，以增强离开衬段106、108的热传递。当空气26穿过所述环形区并且在所述热传递特征上方或周围流动时，空气以对流方式冷却相应衬段106、108。空气26然后进入预混合空气增压室144中并且在束管式燃料喷嘴302或预混合通道132、134中的一者或这两者中与燃料混合。在空气沿引导进入预混合通道132、134中的情况下，当空气流动通过时，所述空气进一步冷却通道132、134。

图34提供根据本公开至少一个实施例的分段式环形燃烧系统36的吸力侧的一部分的透视图。图35提供根据本公开一个实施例的一个示例性集成燃烧器喷嘴100的一部分的底部透视图。图36提供根据本公开一个实施例的安装在分段式环形燃烧系统36内的示例性集成燃烧器喷嘴100的截面侧视图。

在图34所示的一个实施例中，每个集成燃烧器喷嘴100包括附接到对应外衬段108的安装支柱224。为了将集成燃烧器喷嘴100支撑在燃烧部分16内，每个安装支柱224附接到外部安装环226。尽管外安装环226图示成位于衬段108的后端处，但应理解，安装支柱224可以配置成允许安装环226设置在衬段108的前端(如图36中所示)处或者前端和后端之间的某个位置处。

在特定实施例中，如图34、图35和图36共同所示，每个集成燃烧器喷嘴100可以包括内钩或钩板228以及外钩或钩板252。内钩228可以沿内衬段106设置或可以附接到所述内衬段106，或者可以形成靠近涡轮喷嘴120的内衬段106的一部分。外钩252可以沿外衬段108设置或可以附接到所述外衬段108，或者可以形成靠近涡轮喷嘴120的外衬段108的一部分。如图36所示，每个内钩228可以连接到内安装环230。内钩228和外钩252可以相对地设置或沿相反的轴向方向延伸。

在特定实施例中，如图36所示，外部双波纹管密封件232在靠近涡轮喷嘴120处在外部安装环226与外衬段108之间延伸。外部双波纹管密封件232的一个端部分234可以连接到外部安装环226，或者对其进行密封。外部双波纹管密封件232的第二端部分236可以连接到外衬段108或者附接到外衬段108的中间结构，或者对其进行密封。在其他实施例中，外部双波纹管密封件238可以更换成一个或多个叶片密封件(leaf seal)。

在特定实施例中，内部双波纹管密封件238在靠近涡轮喷嘴120处在内部安装环230与内衬段106之间延伸。内部双波纹管密封件238的一个端部分240可以连接到内部安装环230，或者对其进行密封。内部双波纹管密封件238的第二端部分242可以连接到内衬段106或者附接到内衬段106的中间结构，或者对其进行密封。在其他实施例中，内部双波纹管密封件238可以更换成一个或多个叶片密封件。

图37提供一对周向相邻的双波纹管密封件的透视图，并且旨在示出根据至少一个实施例的内部双波纹管密封件238或外部双波纹管密封件232中的一者。内部双波纹管密封件238和/或外部双波纹管密封件232可以通过将两个波纹管段244和246焊接或以其他方式连接在一起来生成。内部波纹管密封件238和/或外部双波纹管密封件232(或叶片密封件)可以适应内部安装环230与集成燃烧器喷嘴100之间沿轴向和径向的移动以及/或者外部安装环226与集成燃烧器喷嘴100之间沿轴向和径向的移动。内部双波纹管密封件238或外部双波纹管密封件232(或者替代地，叶片密封件)中的每一者或一些可以沿周向跨多个集成燃烧器喷嘴100。在特定实施例中，中间双波纹管密封件248(或叶片密封件)可以设置在间隙250上，所述间隙250可以形成于周向相邻的双波纹管(或叶片)密封件之间。

图38提供根据本公开一个实施例的示例性集成燃烧器喷嘴100的压力侧的透视图。图39提供图38所示集成燃烧器喷嘴100的一部分的截面透视图。在一个实施例中，如图35和图38所示，集成燃烧器喷嘴100包括内钩或钩板228。内钩228可以沿内衬段106设置或可以附接到所述内衬段，或者可以形成靠近涡轮喷嘴120的内衬段106的一部分。集成燃烧器喷嘴100还可以包括沿靠近涡轮喷嘴120的外衬段108的外表面180限定的一个或多个外钩252。

如图38和图39所示，集成燃烧器喷嘴100进一步包括安装凸榫(tenon)或根部254，所述安装凸榫或根部254沿靠近集成燃烧器喷嘴100的上游端部分112的内衬段106的外表面190设置。在特定实施例中，如图38所示，作为附接到内衬段106的安装凸榫254的替代或附加，单独的安装凸榫254可以沿靠近集成燃烧器喷嘴100的上游端112的外衬段108的外表面180设置和/或与其附接。在特定实施例中，安装凸榫254(无论在内衬段106上还是在外衬段108上还是在这两者上)可以具有鸠尾榫或杉木形状。

图40提供根据本公开一个实施例的分段式环形燃烧系统36的一部分的透视图。图41提供根据一个实施例的如图40中所示的分段式环形燃烧系统36的所述部分的截面侧视图。如图40和41共同所示，分段式环形燃烧系统36可以安装到外部安装环226和内部安装环230。

如图40和图41共同所示，内槽256和外槽258分别设置和/或限定在内部安装环230和外部安装环226的垂直面部分260、262上，以用于分别接纳内钩228和外钩252。如上所述，内钩228和外钩252可以相对地设置或沿相反的轴向方向延伸。内槽盖264可以覆盖或者固定内槽256内的内钩228。内槽盖264可以螺栓连接或以其他方式连接到内部安装环230以将内钩228固定到位。外槽盖266可以覆盖或者固定外槽258内的外钩252。外槽盖266可以螺栓连接或以其他方式连接到外部安装环226以将外钩252固定到位。

在各种实施例中(如图41所示)，内衬段106上的安装凸榫254可以安装在凸榫座269内，所述凸榫座269包括成形为接纳安装凸榫254的槽270。进而，凸榫座269可以经由机械紧固件272(例如螺栓或销)连接到内部前安装环268。图42提供根据本公开至少一个实施例的安装在安装槽270内的示例性凸榫254的下游截面透视图。

在特定实施例中，如图42所示，阻尼器(damper)274(例如弹簧、弹簧密封件或阻尼网材料)可以设置在每个槽270内并位于槽壁和凸榫254之间。阻尼器274可通过减少此接头或接口处的振动来减少随时间推移的磨损并且改善凸榫254的机械寿命和/或性能。

分段式环形燃烧系统36的各种实施例，确切地说，与本说明书中所描述和图示的燃料喷射模块300相结合的集成燃烧器喷嘴100提供相对于常规环形燃烧系统在各种操作和调低(turndown)能力的增强或改进。例如，在分段式环形燃烧系统36的启动期间，点火器364点燃从多个管322中的管322的出口328流出的燃料和空气混合物。随着动力需求的增加，送至为燃料喷射板110供应燃料的燃料喷射喷枪304中的一部分或全部的燃料可以同时或循序打开，直到每个燃料喷射板110完全处于操作状态。

为了减小功率输出，可以根据需要同时或者循序地(sequentially)对流向燃料喷射喷枪304中的一部分或全部燃料喷射喷枪的燃料进行节流。当期望或必需关闭燃料喷射板110中的一些燃料喷射板时，可以关闭每隔一个燃料喷射板110的燃料喷射喷枪304，从而使对涡轮操作的任何干扰减至最小。

根据燃料喷射模块300的特定构造，为吸力侧预混合通道134供料(feeding)的燃料喷射喷枪304可以关闭，而将继续将燃料送至为压力侧预混合通道132供料的燃料喷射喷枪304。根据燃料喷射模块300的特定构造，为压力侧预混合通道132供料的燃料喷射喷枪304可以关闭，而将继续将燃料送至为吸力侧预混合通道134供料的燃料喷射喷枪304。根据燃料喷射模块300的特定构造，为每隔一个燃料喷射板110供料的燃料喷射喷枪304可以关闭，而将继续将燃料送至为替代性燃料喷射板110供料的燃料喷射喷枪304。

在特定实施例中，到径向内部(或第一)子集340的燃料喷射喷枪304的燃料可以关闭，或者到一个或多个燃料喷射板100的径向外部(或第二)子集344的燃料喷射喷枪304的燃料可以关闭。在特定实施例中，送至一个或多个燃料喷射板100的第一子集340燃料喷射喷枪304的燃料或者送至第二子集344燃料喷射喷枪304的燃料可以以交替模式(径向内部/径向外部/径向内部等)关断，直到所有燃料喷射喷枪304均关闭，并且仅束管式燃料喷嘴部分302获得燃料供给。在其他实施例中，可以使用获得燃料供给和没有燃料供给的燃料喷枪304和束管式燃料喷嘴部分302的各种组合来实现预期调低级别。

尽管本公开全文和附图中参考的是具有单独的燃料喷枪304的燃料喷射模块300，但是可以设想，燃料喷枪304可以替换成燃料喷射模块300中与预混合通道132、134对接的燃料歧管，或者替换成位于燃料喷射板110内向预混合通道132、134输送燃料的燃料歧管。可以进一步设想，燃料歧管可以定位成朝向燃料喷射板110的后端，使得燃料(或燃料空气混合物)在通过出口126、128引入之前冷却燃料喷射板110的后端。

应理解，在燃烧器的各种操作模式期间，燃料可以供应到燃料喷射板110中的一个或多个燃料喷射板以及/或者分段式环形燃烧系统36的一个或多个燃料喷射模块300。不要求每个周向相邻的燃料喷射板110或周向相邻的燃料喷射模块300同时供应燃料或点燃。因此，在分段式环形燃烧系统36的特定操作模式期间，每个个体燃料喷射板110和/或每个燃料喷射模块300或者随机子集的燃料喷射板110和/或随机子集的燃料喷射模块300可以独立地联机(供给燃料)或关闭，并且可以具有相似或不同的燃料流速，从而为如启动、调低、基本负载、全负载和其他操作条件等操作模式提供操作灵活性。

本说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的专利保护范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域中的技术人员得出的其他示例。如果任何其他示例的结构构件与权利要求书的字面意义无差别，或如果所述示例包括的等效结构构件与权利要求书的字面意义无实质差别，则所述示例也在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种环形燃烧系统段，包括：

第一集成燃烧器喷嘴，所述第一集成燃烧器喷嘴包括内衬段、外衬段、第一侧壁、第二侧壁、限定在它们之间的多个预混合通道、与所述多个预混合通道流体连通的多个喷射出口，以及限定第一涡轮喷嘴的下游端部分；

与所述第一集成燃烧器喷嘴相邻的第二集成燃烧器喷嘴，所述第二集成燃烧器喷嘴包括内衬段、外衬段、第一侧壁、第二侧壁、限定在它们之间的多个预混合通道、与所述多个预混合通道流体连通的多个喷射出口，以及限定第二涡轮喷嘴的下游端部分；以及

第一燃料喷射模块，所述第一燃料喷射模块包括设置在所述第一集成燃烧器喷嘴的所述第二侧壁与所述第二集成燃烧器喷嘴的所述第一侧壁之间的燃料喷嘴部分，以及至少一个燃料喷射喷枪，所述至少一个燃料喷射喷枪与燃料源以及所述第一集成燃烧器喷嘴的所述多个预混合通道以及所述第二集成燃烧器喷嘴的所述多个预混合通道中的至少一者流体连通。

2.根据权利要求1所述的环形燃烧系统段，其中所述至少一个燃料喷射喷枪包括多个燃料喷射喷枪。

3.根据权利要求2所述的环形燃烧系统段，进一步包括导管，所述导管连接到所述燃料源和所述第一燃料喷射模块，其中所述导管向束管式燃料喷嘴部分和所述多个燃料喷射喷枪中的至少一者提供燃料。

4.根据权利要求1所述的环形燃烧系统段，其中所述第一集成燃烧器喷嘴的所述第一侧壁和所述第二集成燃烧器喷嘴的所述第一侧壁是压力侧壁，并且其中所述第一集成燃烧器喷嘴的所述第二侧壁和所述第二集成燃烧器喷嘴的所述第二侧壁是吸力侧壁。

5.根据权利要求4所述的环形燃烧系统段，其中所述第一集成燃烧器喷嘴包括沿所述吸力侧壁径向间隔开的多个吸力侧喷射出口，并且其中所述第一集成燃烧器喷嘴的所述吸力侧喷射出口限定位于初级燃烧区域下游的径向喷射平面，所述初级燃烧区域限定在所述第一集成燃烧器喷嘴与所述第二集成燃烧器喷嘴之间。

6.根据权利要求4所述的环形燃烧系统段，其中所述第二集成燃烧器喷嘴包括沿所述压力侧壁径向间隔开的多个压力侧喷射出口，并且其中所述第二集成燃烧器喷嘴的所述压力侧喷射出口限定位于初级燃烧区域下游的径向喷射平面，所述初级燃烧区域限定在所述第一集成燃烧器喷嘴与所述第二集成燃烧器喷嘴之间。

7.根据权利要求4所述的环形燃烧系统段，其中所述第一集成燃烧器喷嘴包括沿所述吸力侧壁径向间隔开的多个吸力侧喷射出口，每个吸力侧喷射出口与所述第一集成燃烧器喷嘴的所述多个预混合通道中的相应预混合通道流体连通，并且其中所述第二集成燃烧器喷嘴包括沿所述压力侧壁径向间隔开的多个压力侧喷射出口，每个压力侧喷射出口与所述第二集成燃烧器喷嘴的所述多个预混合通道中的相应预混合通道流体连通。

8.根据权利要求1所述的环形燃烧系统段，进一步包括围绕第一燃料喷射模块的外壁延伸的密封件。

9.一种环形燃烧系统，包括：

多个集成燃烧器喷嘴，所述多个集成燃烧器喷嘴围绕所述燃烧系统的轴向中线设置成环形阵列，其中每个集成燃烧器喷嘴包括燃料喷射板，所述燃料喷射板具有下游端部分，所述下游端部分限定具有翼型形状的涡轮喷嘴；以及

多个燃料喷射模块，其中所述多个燃料喷射模块中的每个燃料喷射模块至少部分设置在所述多个集成燃烧器喷嘴中的相应相邻一对集成燃烧器喷嘴之间并位于限定在它们之间的相应初级燃烧区域的上游。

10.根据权利要求9所述的环形燃烧系统，其中每个燃料喷射模块包括束管式燃料喷嘴部分和多个燃料喷射喷枪，其中所述多个燃料喷射喷枪与所述多个集成燃烧器喷嘴中的相应集成燃烧器喷嘴的燃料喷射板流体连通。

11.根据权利要求9所述的环形燃烧系统，其中每个燃料喷射板包括压力侧壁、吸力侧壁、限定在它们之间的多个预混合通道以及与所述多个预混合通道流体连通的多个喷射出口，其中所述多个喷射出口包括沿所述压力侧壁限定的至少一个压力侧喷射出口以及沿所述吸力侧壁限定的至少一个吸力侧喷射出口。

12.根据权利要求9所述的环形燃烧系统，其中所述多个集成燃烧器喷嘴中的每个集成燃烧器喷嘴包括内衬段和外衬段，所述内衬段和所述外衬段与所述燃料喷射板一体地形成。

13.根据权利要求9所述的环形燃烧系统，其中所述环形燃烧系统设置在燃气涡轮机的燃烧部分内。

14.一种环形燃烧系统，包括：

内衬以及设置在所述内衬的径向外部的外衬，所述内衬和所述外衬在它们之间限定外接所述燃烧系统的中线的环形区，所述环形区包括位于其上游端处的多个初级燃烧区域，以及位于所述初级燃烧区域下游的多个次级燃烧区域；

多个燃料喷嘴，至少一个燃料喷嘴将可燃混合物排放到所述多个初级燃烧区域中的每个初级燃烧区域中；

多个燃料喷射板，每个燃料喷射板至少部分设置在相邻燃料喷嘴之间并且将可燃混合物排放到至少一个次级燃烧区域中，每个燃料喷射板沿轴向下游方向延伸以分离相邻的初级燃烧区域，并且进一步分离相邻的次级燃烧区域；并且

其中每个燃料喷射板具有限定涡轮喷嘴的后端。

15.根据权利要求14所述的环形燃烧系统，其中所述内衬和所述外衬是分段式的。

16.根据权利要求14所述的环形燃烧系统，其中所述多个燃料喷嘴中的每个燃料喷嘴是在所述多个燃料喷射板的相邻燃料喷射板之间周向延伸的束管式燃料喷嘴，每个束管式燃料喷嘴包括前板、后板、在所述前板与所述后板之间轴向延伸的外部护罩、限定在所述外部护罩内的燃料增压室以及延伸穿过所述前板、所述燃料增压室和所述后板的多个预混合管。

17.根据权利要求16所述的环形燃烧系统，其中每个燃料喷嘴在所述内衬与所述外衬之间径向延伸。

18.根据权利要求14所述的环形燃烧系统，其中每个燃料喷射板在所述内衬与所述外衬之间径向延伸。

19.根据权利要求14所述的环形燃烧系统，其中所述多个燃料喷射板中的每个燃料喷射板包括第一侧壁、与所述第一侧壁相对的第二侧壁、连接所述第一侧壁和所述第二侧壁的所述后端；其中所述第一侧壁、所述第二侧壁和所述后端限定位于它们之间的预混合空气增压室和燃料增压室，并且其中多个预混合通道设置在所述第一侧壁与所述第二侧壁之间，所述多个预混合通道中的每个预混合通道与所述预混合空气增压室和所述燃料增压室流体连通，并且具有形成于所述第一侧壁和所述第二侧壁中的一者中的喷射孔。

20.根据权利要求19所述的环形燃烧系统，其中所述多个燃料喷射板中的每个燃料喷射板中的所述多个预混合通道包括第一侧预混合通道，所述第一侧预混合通道的所述喷射孔限定成穿过相应燃料喷射板的所述第一侧壁。

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