CN114321979A - 用于涡轮机的燃料喷射组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料喷射组件(200)，该燃料喷射组件包括燃料喷射器(202)，该燃料喷射器具有第一环形壁(214)，该第一环形壁围绕轴向中心线(216)并从设置在第一端部(222)处的主入口(220)延伸到设置在第二端部(226)处的主出口(224)。第二环形壁(230)包围该第一环形壁(214)。燃料室(232)限定在该第一环形壁(214)和该第二环形壁(230)之间。燃料管道(208)从限定在该第二环形壁(230)中的燃料出口(240)延伸到燃料入口(242)，其中该燃料管道(208)与该燃料室(232)流体连通。该燃料管道(208)包括多边形部段(244)和圆柱形入口部段(246)。该多边形部段(244)从该燃料出口(240)延伸到该圆柱形入口部段(246)。

Description

用于涡轮机的燃料喷射组件

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明是在美国能源部授予的合同号DE-FE0023965下通过政府支持完成的。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

本公开整体涉及用于涡轮机燃烧器的燃料喷射器，并且更具体地，涉及与和此类燃烧器相关联的轴向燃料分级(AFS)系统一起使用的燃料喷射器。

背景技术

涡轮机用于各种工业和应用中以用于能量传递目的。例如，气体涡轮引擎通常包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。压缩机区段逐渐增加进入气体涡轮引擎的工作流体的压力，并且将该压缩的工作流体供应到燃烧区段。经压缩的工作流体和燃料(例如，天然气)在燃烧区段内混合并在燃烧室中燃烧以生成高压和高温燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段流入涡轮区段，在该涡轮区段中燃烧气体膨胀以做功。例如，涡轮区段中燃烧气体的膨胀可使连接到例如发电机的转子轴旋转以产生电力。然后燃烧气体经由排气区段离开气体涡轮。

在一些燃烧器中，燃烧气体的产生在两个轴向间隔开的级发生。此类燃烧器在本文中被称为包括“轴向燃料分级”(AFS)系统，该系统将燃料和氧化剂递送到燃烧器的头端下游的一个或多个燃料喷射器。在具有AFS系统的燃烧器中，在燃烧器的上游端处的主燃料喷嘴将燃料和空气(或燃料/空气混合物)沿轴向方向喷射到主燃烧区中，并且位于主燃料喷嘴下游位置处的AFS燃料喷射器将燃料和空气(或第二燃料/空气混合物)作为横向流喷射到主燃烧区下游的辅助燃烧区中。

AFS喷射器通常使用增材制造系统来构造，该增材制造系统允许在喷射器内具有复杂的结构几何形状和内部电路，否则无法生产。然而，如果不使用大量临时支撑件，AFS燃料喷射器的各种特征可能难以和/或不可能进行增材制造。临时支撑件防止燃料喷射器的某些特征在增材制造工艺期间塌缩，但它们通常成本高昂，必须经由后机加工工艺移除，这增加了总生产时间。

因此，本领域需要一种改进的AFS燃料喷射器，该AFS燃料喷射器具有在制造期间使所需临时支撑件的数量最小化的特征，从而减少对燃料喷射器的后机加工量。

发明内容

根据本公开的燃料喷射组件和燃烧器的各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从该描述中显而易见，或者可通过该技术的实践了解到。

根据一个实施方案，提供了一种燃料喷射组件。该燃料喷射组件包括燃料喷射器，该燃料喷射器具有第一环形壁，该第一环形壁围绕轴向中心线并且从设置在第一端部处的主入口延伸到设置在第二端部处的主出口。第二环形壁包围第一环形壁。燃料室限定在第一环形壁和第二环形壁之间。燃料管道从限定在第二环形壁中的燃料出口延伸到燃料入口，其中燃料管道与燃料室流体连通。燃料管道包括多边形部段和圆柱形入口部段。多边形部段从燃料出口延伸到圆柱形入口部段。

根据另一个实施方案，提供了一种燃烧器。燃烧器包括主燃料喷嘴和燃烧衬套。燃烧衬套在内衬套部段和外衬套部段之间径向延伸。燃烧衬套包括前端部分、后端部分、第一侧壁和第二侧壁。燃烧衬套限定在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的腔体。燃烧器还包括燃料喷射组件，该燃料喷射组件定位在主燃料喷嘴下游。该燃料喷射组件包括燃料喷射器，该燃料喷射器具有第一环形壁，该第一环形壁围绕轴向中心线并且从设置在第一端部处的主入口延伸到设置在第二端部处的主出口。第二环形壁包围第一环形壁。燃料室限定在第一环形壁和第二环形壁之间。燃料管道从限定在第二环形壁中的燃料出口延伸到燃料入口，其中燃料管道与燃料室流体连通。燃料管道包括多边形部段和圆柱形入口部段。多边形部段从燃料出口延伸到圆柱形入口部段。

参考以下描述和所附权利要求书，本发明燃料喷射组件和燃烧器的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。结合到本说明书中并构成其一部分的附图示出了本技术的实施方案，并与描述一起用于解释本技术的原理。

附图说明

本说明书中参考附图阐述了涉及本领域的普通技术人员的本发明燃料喷射组件和燃烧器的完整且能够实现的公开内容，包括制造和使用本发明系统和方法的最佳模式，在附图中：

图1是根据本公开的实施方案的涡轮机的示意图；

图2是根据本公开的实施方案的涡轮机的示例性燃烧区段的上游视图；

图3是根据本公开的实施方案的从第一侧观察的集成燃烧器喷嘴的透视图；

图4是根据本公开的实施方案的从第二侧观察的集成燃烧器喷嘴的透视图；

图5是根据本公开的实施方案的集成燃烧器喷嘴的透视图，该集成燃烧器喷嘴被示出为具有分解开的四个燃料喷射组件；

图6是根据本公开的实施方案的两个燃料喷射组件的透视图；

图7示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射组件的放大透视图；

图8示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射器的横截面图；

图9示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射器的横截面图；

图10示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射器的横截面图；

图11示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射器的燃料管道的多边形部段的横截面；

图12示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射器的燃料管道的多边形部段的横截面；

图13示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射器的燃料管道的多边形部段的横截面；

图14示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射器的燃料管道的多边形部段的横截面；

图15示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射器的燃料管道的多边形部段的横截面；

图16示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射器的燃料管道的多边形部段的横截面；

图17示出了根据本公开的实施方案的下游燃料喷射器的燃料管道的放大透视图；

图18示出了根据本公开的实施方案的上游燃料喷射器的燃料管道的放大透视图；

图19示出了根据本公开的实施方案的下游燃料喷射器的燃料管道的放大透视图；并且

图20示出了根据本公开的实施方案的上游燃料喷射器的燃料管道的放大透视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明组件的实施方案，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例是通过解释本发明技术的方式提供的，而不是对本技术的限制。事实上，对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离受权利要求书保护的本发明技术的范围或实质的情况下，可以在本发明技术中进行修改和变化。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以用于另一个实施方案，以产生又一个实施方案。因此，本公开旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变化。

具体实施方式使用数字和字母名称指代附图中的特征结构。附图和说明书中的相似或类似的名称已经用于指代本发明的相似或类似的部件。如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。

如本文所用，术语“上游”(或“向上”)和“下游”(或“向下”)是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，并且“下游”是指流体向其流动的方向。术语“径向地”是指基本垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向，术语“轴向地”是指与特定部件的轴向中心线基本平行和/或同轴对准的相对方向，并且术语“周向地”是指围绕特定部件的轴向中心线延伸的相对方向。近似术语，诸如“大体”、“基本上”、“大约”或“约”包括在大于或小于指定值的百分之十内的值。当在角度或方向的上下文中使用时，此类术语包括在大于或小于所述角度或方向的十度内。例如，“大体竖直”包括沿任何方向(例如，顺时针或逆时针)在竖直的十度内的方向。

本文所用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且不旨在进行限制。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地指出。将进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。

如下所述，本主题的示例性实施方案涉及增材制造机器或方法的使用。如本文所用，术语“增材制造”或“增材制造技术或工艺”一般是指其中连续材料层设置在彼此上以“逐层地堆积”三维部件的制造工艺。连续层一般熔合在一起以形成整体部件，该整体部件可具有多种一体式子部件。

尽管增材制造技术在本文被描述为使得能够通常在竖直方向上通过逐点、逐层构建物体来制造复杂物体，但其他制造方法也是可能的并且在本主题的范围内。例如，尽管本文的讨论讨论添加材料以形成连续层，但本领域技术人员将理解，本文所公开的方法和结构可用任何增材制造技术或制造技术来实践。例如，本发明的实施方案可使用层加成法、层减成法或混合法。

根据本公开的合适的增材制造技术包括例如熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、3D印刷(诸如通过喷墨和激光射流)、光刻(SLA)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔融(EBM)、激光工程净成形(LENS)、激光净成形制造(LNSM)、直接金属沉积(DMD)、数字光处理(DLP)、直接选择性激光熔融(DSLM)、选择性激光熔融(SLM)、直接金属激光熔融(DMLM)以及其他已知的工艺。

除了使用直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔融(DMLM)工艺(其中使用能量源来选择性地烧结或熔融粉末层的部分)之外，应当理解，根据另选的实施方案，增材制造工艺可以是“粘结剂喷射”工艺。就这一点而言，粘结剂喷射涉及以与上述类似的方式连续沉积添加剂粉末层。然而，粘结剂喷射并不使用能量源来生成能量束以选择性地熔融或熔合添加剂粉末，而是涉及选择性地将液体粘结剂沉积到每个粉末层上。液体粘结剂可为例如可光固化的聚合物或另一种液体粘结剂。其他合适的增材制造方法和变型旨在处于本主题的范围内。

现在参见附图，图1示出了涡轮机的一个实施方案的示意图，该涡轮机在所示实施方案中是气体涡轮10。尽管本文示出并描述了工业或陆基气体涡轮，但除非在权利要求书中另外指明，否则本公开不限于陆基和/或工业气体涡轮。例如，如本文所述的本发明可用于任何类型的涡轮机，包括但不限于蒸汽涡轮、飞行器气体涡轮或船用气体涡轮。

如图所示，气体涡轮10一般包括入口区段12、设置在入口区段12的下游的压缩机14、设置在压缩机14的下游的燃烧区段16、设置在燃烧区段16的下游的涡轮18以及设置在涡轮18的下游的排气区段20。此外，气体涡轮10可包括一个或多个轴22，该一个或多个轴将压缩机14联接到涡轮18。

在操作期间，空气24流过入口区段12并进入压缩机14，在该处空气24逐渐被压缩，从而将压缩空气26提供给燃烧区段16。压缩空气26的至少一部分与燃料28在燃烧区段16内混合，并且被燃烧以产生燃烧气体30。燃烧气体30从燃烧区段16流入涡轮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(未示出)，从而使轴22旋转。然后，机械旋转能量可用于各种目的，诸如为压缩机14供电和/或发电。然后，离开涡轮18的燃烧气体30可以经由排气区段20从气体涡轮10排出。

图2提供了根据本公开的各个实施方案的燃烧区段16的上游视图。如图2所示，燃烧区段16可至少部分地被外部或压缩机排放壳体32包围。压缩机排放壳体32可至少部分地限定高压室34，该高压室至少部分地包围燃烧器16的各种部件。高压室34可与压缩机14(图1)流体连通，以从该压缩机接收压缩空气26。在各种实施方案中，如图2所示，燃烧区段16包括分段环形燃烧系统36，该分段环形燃烧系统包括围绕气体涡轮10的轴向中心线38周向布置的多个燃烧器或集成燃烧器喷嘴100，该轴向中心线可与气体涡轮轴22重合。

图3提供了从第一侧观察的集成燃烧器喷嘴100的透视图。类似地，图4提供了根据本公开的实施方案的从第二侧观察的集成燃烧器喷嘴100的透视图。如图2、图3和图4共同所示，分段环形燃烧系统36包括多个集成燃烧器喷嘴100。如本文进一步所述，每个燃烧器喷嘴100包括第一侧壁116和第二侧壁118。在特定实施方案中，基于侧壁与下游涡轮喷嘴120的对应压力侧和吸力侧的集成，第一侧壁是压力侧壁，而第二侧壁是吸力侧壁。应当理解，本文对压力侧壁和吸力侧壁的任何引用代表特定实施方案，此类引用便于讨论，并且此类引用并非旨在限制任何实施方案的范围，除非特定上下文另有规定。

如图3和图4共同所示，每个周向相邻的一对燃烧器喷嘴100限定相应的主燃烧区102和两者之间的相应的辅助燃烧区104，从而形成主燃烧区102和辅助燃烧区104的环形阵列。主燃烧区102和辅助燃烧区104分别通过燃烧衬套110与相邻的主燃烧区102和辅助燃烧区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包括内衬套部段106、外衬套部段108以及在内衬套部段106与外衬套部段108之间延伸的中空或半中空燃烧衬套110。可以设想，多于一个(例如，2个、3个、4个或更多个)燃烧衬套110可定位在内衬套部段106和外衬套部段108之间，从而减少需要密封的相邻内衬套部段之间的接头的数量。为了易于在本文中讨论，将参考在相应的内衬套部段106和外衬套部段108之间具有单个燃烧衬套110的集成燃烧器喷嘴100，但是不需要衬套部段与燃烧衬套的2∶1比率。如图3和图4所示，每个燃烧衬套110包括前端部分或上游端部分112、后端部分或下游端部分114、在图3所示的特定示例实施方案中为压力侧壁的第一侧壁116以及在图4所示的特定示例实施方案中为吸力侧壁的第二侧壁118。

分段环形燃烧系统36还包括燃料喷射模块117。在所示的示例实施方案中，燃料喷射模块117包括多个燃料喷嘴。燃料喷射模块117被配置用于安装在相应燃烧衬套110的前端部分112中。出于本文说明的目的，包括多个燃料喷嘴的燃料喷射模块117可被称为“束筒燃料喷嘴”。然而，燃料喷射模块117可包括或包含任何类型的燃料喷嘴或燃烧器(诸如旋涡燃料喷嘴或旋流喷嘴)，并且除非如此具体叙述，否则权利要求不应限于束筒燃料喷嘴。

每个燃料喷射模块117可至少部分地在两个周向相邻的燃烧衬套110之间周向地延伸和/或至少部分地在相应燃烧器喷嘴100的相应内衬套部段106和外衬套部段108之间径向地延伸。在轴向分级燃料喷射操作期间，燃料喷射模块117向相应的主燃烧区102提供预混燃料和空气(即，第一可燃混合物)的流。

在至少一个实施方案中，如图3和图4所示，燃烧衬套110中的一个或多个的下游端部分114过渡到大体翼面型涡轮喷嘴120中，该喷嘴引导燃烧产物朝向涡轮叶片流动并使其加速。因此，每个燃烧衬套110的下游端部分114可被认为是没有前缘的翼面。当集成燃烧器喷嘴100安装在燃烧区段16内时，涡轮喷嘴120可紧邻涡轮18的涡轮转子叶片的级的上游定位。

如本文所用，术语“集成燃烧器喷嘴”是指包括燃烧衬套110、位于燃烧衬套下游的涡轮喷嘴120、从燃烧衬套110的前端112延伸到后端114的内衬套部段106(由涡轮喷嘴120体现)以及从燃烧衬套110的前端112延伸到后端114的外衬套部段108(由涡轮喷嘴120体现)的无缝结构。在至少一个实施方案中，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涡轮转子叶片的第一级的上游。

如上所述，一个或多个集成燃烧器喷嘴100形成为包括内衬套部段106、外衬套部段108、燃烧衬套110和涡轮喷嘴120的一体或单体结构或主体。集成燃烧器喷嘴100可经由铸造、增材制造(诸如3D印刷)或其他制造技术制成为集成或无缝部件。通过将燃烧器喷嘴100形成为单体或集成部件，可减少或消除对燃烧器喷嘴100的各种特征之间的密封的需要，可减少零件数量和成本，并且可简化或消除组装步骤。在其他实施方案中，燃烧器喷嘴100可诸如通过焊接来制造，或者可由不同的制造技术形成，其中用一种技术制成的部件接合到由相同或另一种技术制成的部件。

在特定实施方案中，每个集成燃烧器喷嘴100的至少一部分或全部可由陶瓷基体复合物(CMC)或其他复合材料形成。在其他实施方案中，每个集成燃烧器喷嘴100的一部分或全部(更具体地，涡轮喷嘴120或其后缘)可由高度抗氧化的材料制成(例如，涂覆有热障涂层)，或者可涂覆有高度抗氧化的材料。

在另一个实施方案(未示出)中，燃烧衬套110中的至少一个可渐缩到与燃烧衬套110的纵向(轴向)轴线对齐的后缘。即，燃烧衬套110可不与涡轮喷嘴120集成。在这些实施方案中，可能期望具有不均匀数量的燃烧衬套110和涡轮喷嘴120。锥形燃烧衬套110(即，没有集成涡轮喷嘴120的那些)可以与具有集成涡轮喷嘴120的燃烧衬套110(即，集成燃烧器喷嘴100)交替使用或以一些其他模式使用。

燃烧衬套110中的至少一个可包括至少一个交叉火焰管(或横越火焰管)122，该交叉火焰管延伸穿过相应燃烧衬套110的压力侧壁116和吸力侧壁118中的相应开口。交叉火焰管122允许周向相邻的在周向相邻的集成燃烧器喷嘴100之间的周向相邻的主燃烧区102的交叉火焰和点火。

在许多实施方案中，如图3所示，每个燃烧衬套110可包括沿压力侧壁116限定的多个径向间隔开的压力侧喷射出口164，压力侧燃料喷射器202、204可延伸穿过该压力侧喷射出口。如图4所示，每个燃烧衬套110可包括沿吸力侧壁118限定的多个径向间隔开的吸力侧喷射出口165，吸力侧燃料喷射器202、204可延伸穿过该吸力侧喷射出口。每个相应的主燃烧区102被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164和/或吸力侧喷射出口165的上游。每个辅助燃烧区104被限定在该对周向相邻的集成燃烧器喷嘴100的对应压力侧喷射出口164和/或吸力侧喷射出口165的下游。尽管多个压力侧喷射出口164在图2中被示出为相对于集成燃烧器喷嘴100的轴向中心线驻留在公共径向或喷射平面中，或者在距燃料喷射面板110的下游端部分114的公共轴向距离处，但是在特定实施方案中，压力侧喷射出口164中的一个或多个压力侧喷射出口可相对于径向相邻的压力侧喷射出口164轴向交错，从而针对特定压力侧喷射出口164偏移压力侧喷射出口164至下游端部分114的轴向距离。类似地，尽管图4示出了在公共径向或喷射平面中或在距燃料喷射面板110的下游端部分114的公共轴向距离处的多个吸入侧喷射出口165，但是在特定实施方案中，吸力侧喷射出口165中的一个或多个吸力侧喷射出口可相对于径向相邻的吸力侧喷射出口165轴向交错，从而针对特定吸力侧喷射出口165偏移压力侧喷射出口165至下游端部分114的轴向距离。

图5示出了根据本公开的实施方案的集成燃烧器喷嘴100的透视图，该集成燃烧器喷嘴被示出为具有分解开的四个燃料喷射组件200。如图所示，集成燃烧器喷嘴100包括被取向成将燃料和空气的混合物喷射到集成燃烧喷嘴100的压力侧的两个燃料喷射组件200，以及被取向成将燃料和空气的混合物喷射到集成燃烧器喷嘴100的吸入侧的两个燃料喷射组件200。

在许多实施方案中，每个燃烧衬套110的内部部分可限定在压力侧壁116和吸力侧壁118之间，并且可通过一个或多个肋128、129隔成各种空气通道或腔体124、126、127。在特定实施方案中，空气腔体124、126可从压缩机排放壳体32或其他冷却源接收空气。肋或隔板128、129可在燃烧衬套110的内部部分内延伸以至少部分地形成或分离多个空气腔体124、126、127。在特定实施方案中，肋128、129中的一些或全部可为燃烧衬套110的压力侧壁116和/或吸力侧壁118提供结构支撑。

在特定实施方案中，四个燃料喷射组件200中的每个燃料喷射组件可定位在中心空气腔体126内，例如，在前空气腔体124和后空气腔体127之间。燃料喷射器组件200中的每个燃料喷射器组件可与高压室34和燃料供应源130两者流体连通，以便向辅助燃烧区104提供辅助燃料空气混合物。燃料供应源130可经由导管配件132流体地联接到燃料喷射组件200中的每个燃料喷射组件。导管配件132可将燃料喷射组件中的每个燃料喷射组件机械地紧固到燃料供应源130。

图6示出了与集成燃烧器喷嘴100的各种其他部件隔离的两个燃料喷射组件200。在各种实施方案中，图6所示的燃料喷射组件200可为吸入侧燃料喷射组件或压力侧燃料喷射组件，即，可操作为通过压力侧壁116或吸入侧壁118将燃料和空气的辅助混合物递送到辅助燃烧区104。在许多实施方案中，如图所示，相对于通过燃料喷射组件200的燃料流的方向，每个燃料喷射组件200可包括第一燃料喷射器或上游燃料喷射器202和第二燃料喷射器或下游燃料喷射器204。在特定实施方案中，燃料喷射器组件200中的每个燃料喷射器组件还可包括流体。

如图6所示，燃料喷射器202、204中的每个燃料喷射器包括主体206和从主体206延伸的燃料管道208。在许多实施方案中，上游燃料喷射器202的燃料管道208可联接到流体供应导管210和连接导管212两者。流体供应导管210可在导管配件132与上游燃料喷射器202的燃料管道208之间延伸，使得该流体供应导管将上游燃料喷射器202流体地联接到燃料供应源130。在各种实施方案中，连接导管212可将上游燃料喷射器202的燃料管道208联接到下游燃料喷射器204的燃料管道。尽管图6所示的实施方案包括具有经由连接导管212流体地连接的两个燃料喷射器202、204的燃料喷射组件，但其他实施方案可包括经由多个连接导管彼此连接的三个、四个、五个、六个或更多个燃料喷射器。

图7示出了燃料喷射组件200的放大透视图，并且图8至图10示出了根据本公开的实施方案的燃料喷射器202、204的不同横截面图。如图7至图10共同所示，燃料喷射器202、204中的每个燃料喷射器的主体206包括第一环形壁214，该第一环形壁围绕燃料喷射器202、204的轴向中心线216延伸(图9和图10)。在许多实施方案中，燃料喷射器202、204的第一环形壁214例如沿轴向中心线216从设置在第一端部222处的主入口220轴向延伸到设置在第二端部226处的主出口224。例如，第一环形壁214可限定预混物通道218，该预混物通道成形为球场形几何体(geometric stadium)(例如，具有倒圆端部的矩形)，这有利地允许燃料喷射器202、204在相对于气体涡轮10的轴向中心线的较大轴向距离内递送燃料空气混合物。如图所示，第一喷射器202的主出口224和第二喷射器204的主出口224设置在燃烧衬套110的第一侧壁116上。在示例性实施方案中，每个燃料喷射器202、204的第一环形壁214可延伸穿过限定在燃烧衬套110的压力侧壁116或抽吸侧壁118中的一者内的相应喷射出口164、165，以便向辅助燃烧区104提供燃料和空气的混合物。

在许多实施方案中，第二环形壁230可间隔开并包围燃料喷射器202、204的第一环形壁214，使得燃料室232限定在第二环形壁和第一环形壁之间。例如，燃料室232可环形地限定在第一环形壁214和第二环形壁230之间，使得其围绕燃料喷射器202、204的内表面延伸。第二环形壁230可包括第一端壁234、与第一端壁234间隔开的第二端壁236，并且侧壁238可在第一端壁234和第二端壁234之间延伸。在各种实施方案中，第一端壁234和第二端壁236可大致垂直于侧壁238，使得第二环形壁230具有矩形横截面形状。例如，如图9和图10所示，侧壁238可大致平行于彼此延伸，并且可长于第一端壁234和第二端壁236。

在许多实施方案中，如图8所示，第一环形壁214和第二环形壁230可在相对端部处彼此连接，以便限定燃料室相对于燃料喷射器202内的燃料和空气的方向的前边界和后边界。例如，在燃料喷射器202的第一端部处，第一环形壁214可朝向第二环形壁230会聚并联接到第二环形壁，使得燃料室232的前边界被限定在两个壁214和230的交汇处。换句话讲，第一环形壁214可远离燃料喷射器202的轴向中心线216发散，并且在燃料喷射器202的第一端部处联接到第二环形壁230。类似地，在燃料喷射器202的第一端部和第二端部之间，第二环形壁230可朝向第一环形壁214会聚并联接到第一环形壁，使得燃料室232的后边界被限定在两个壁214和230的交汇处。换句话讲，第二环形壁230可朝向燃料喷射器202的轴向中心线216会聚，并且在燃料喷射器202的第一端部和第二端部之间联接到第一环形壁214。

在各种实施方案中，如图7至图10共同所示，多个辅助导管288可各自从限定在第二环形壁230上的辅助入口290穿过燃料室232延伸到限定在第一环形壁214上的辅助出口292。更具体地，多个辅助导管288可各自从限定在第二环形壁230的侧壁238中的一个侧壁上的辅助入口290穿过燃料室232延伸到限定在第一环形壁214上的辅助出口292。如图9所示，多个辅助导管288中的每个辅助导管288可限定一个或多个燃料口294，该一个或多个燃料口与燃料室232流体连通。以这种方式，辅助导管288中的每个辅助导管可向预混物通道218提供单独的燃料和空气流，以用于在引入到辅助燃烧区104之前进行混合。

在许多实施方案中，如图7至图10共同所示，燃料管道208可从限定在第二环形壁230中的燃料出口240延伸到燃料入口242。在各种实施方案中，燃料管道208可延伸远离燃料喷射器202、204的主体206的第二环形壁230。更具体地，燃料管道208可大致垂直于主体206的第二环形壁的第一端壁延伸。在示例性实施方案中，燃料管道208可与燃料供应源130和燃料室232二者流体连通。

如图7至图10所示，上游燃料喷射器202和下游燃料喷射器204的燃料管道208可包括多边形部段244和圆柱形入口部段246。在示例性实施方案中，多边形部段244可从燃料出口240延伸到圆柱形入口部段246，并且圆柱形入口部段246可从多边形部段244延伸到燃料管道208的燃料入口242。多边形部段244可具有成形为多边形的横截面，该多边形具有在彼此之间延伸并形成角度的至少三条直边，这有利地允许燃料管道以最小临时支撑件或无临时支撑件的方式进行增材制造，从而减少生产时间和生产成本。

在许多实施方案中，上游燃料喷射器202可包括圆柱形出口部段268，该圆柱形出口部段与圆柱形入口部段246相对设置。以这种方式，上游燃料喷射器202的燃料管道208用作燃料供应源130所接收的燃料的接合部。例如，上游燃料喷射器202的燃料管道208所接收的燃料可在燃料管道的多边形部段与圆柱形出口部段268之间进行分配以用于另一燃料喷射器(诸如下游燃料喷射器204)。

如图9最佳所示，圆柱形入口部段246的直径284可大于圆柱形入口部段268的直径286，这可有利地确保有足够的燃料在上游燃料喷射器202的多边形部段244与圆柱形出口部段268之间进行分配以用于下游燃料喷射器204。

在示例性实施方案中，流体供应导管210可将上游燃料喷射器202的圆柱形入口部段246流体地联接到燃料供应源130。连接导管212可将上游燃料喷射器202的圆柱形出口区段268流体地联接到下游燃料喷射器204的圆柱形入口部段246。如图6所示，连接导管212可以是成形为中空圆柱体的大致直管/管件，这凭借不需要对连接导管212进行任何特殊的制造和/或弯曲而有利地减少了燃料喷射组件200的生产时间和成本。

在许多实施方案中，圆柱形入口部段246和圆柱形出口部段268两者均可成形为大致直线延伸的中空圆柱体，即，无弯曲和/或弯折。与燃料管道208的多边形部段244不同，圆柱形部段246、268在增材制造工艺期间可能需要一个或多个临时支撑件以便产生几何形状。然而，由于圆柱形部段246、268直线延伸，即无任何弯曲或弯折，因此可使用高性价比的传统移除手段(诸如钻孔或铣削工艺)来移除临时支撑件。此外，圆柱形部段246允许联接到传统管/管材，而不是例如专用管材，这减少了燃料喷射组件200的总成本。例如，连接导管212可以是不需要任何弯曲或制造的大致直管/管材，这因此减少了燃料喷射组件200的总生产时间和生产成本。

例如，图11至图17各自示出了根据本公开的实施方案的燃料管道208的多边形部段244的横截面。如图所示，燃料管道208的多边形部段244可包括中心线248，该中心线延伸穿过横截面的中心并且大致平行于燃料喷射器202、204的轴向中心线216。在各种实施方案中，中心线248可大致平行于侧壁252、254中的一个或两个侧壁。在许多实施方案中，燃料管道208的多边形部段244可包括至少一个倾斜端壁250，该至少一个倾斜端壁相对于多边形部段244的中心线248倾斜或成角度。

例如，在一些实施方案中，倾斜端壁250可与多边形部段244的中心线248形成介于约10°和约80°之间的角度256。在其他实施方案中，倾斜端壁250可与多边形部段244的中心线248形成介于约20°和约70°之间的角度256。在各种实施方案中，倾斜端壁250可与多边形部段244的中心线248形成介于约30°和约60°之间的角度256。在特定实施方案中，倾斜端壁250可与多边形部段244的中心线248形成介于约40°和约50°之间的角度256。倾斜端壁250的角度256有利地允许燃料管道208的多边形部段244使用增材制造工艺以最小临时支撑件或无临时支撑件的方式进行制造。例如，由于多边形部段208的结构不需要增材制造临时支撑件和/或附加结构，因此不需要任何后机加工即可移除此类支撑件，从而节省了生产时间和成本。

在许多实施方案中，燃料管道208的多边形部段244可包括垂直端壁266、第一侧壁252和第二侧壁254。在图11至图12所示的实施方案中，垂直端壁266可相对于多边形区段的中心线248与一个或多个倾斜端壁250轴向间隔开。在此类实施方案中，垂直端壁266可在第一侧壁252和第二侧壁254之间延伸。在示例性实施方案中，垂直端壁266可大致垂直于侧壁252、254和多边形部段244的中心线248两者。

在各种实施方案中，如图11、图12和图16所示，第一侧壁252和第二侧壁254可在垂直端壁266和倾斜端壁250之间延伸。在其他实施方案中，如图13所示，多边形部段244可仅包括在垂直端壁266和倾斜端壁250之间直接延伸的一个侧壁252。而在其他实施方案中，如图14所示，多边形部段244可无论如何都不包括任何侧壁，使得垂直壁266可直接在第一倾斜壁258和第二倾斜壁260之间延伸。

在许多实施方案中，如图11和图14所示，倾斜端壁250可为第一倾斜端壁258，并且燃料管道的多边形部段还可包括第二倾斜端壁260，该第二倾斜端壁与第一倾斜端壁258相对设置。在其他实施方案中，如图15和图16所示，多边形部段244可包括第三倾斜端壁262和第四倾斜端壁264，使得无论如何都不存在垂直端壁。

图17示出了下游燃料喷射器204的燃料管道208的放大透视图，并且图18示出了上游燃料喷射器202的燃料管道208的放大透视图。如图17和图18所示，燃料喷射器202、204的燃料管道208中的每个燃料管道可在多边形部段244与圆柱形部段246、268之间无缝过渡。例如，燃料管道208可在多边形部段244与圆柱形部段246、268之间过渡，使得整个燃料管道208为单件连续金属。以这种方式，燃料管道208可有利地包括较少的子部件，并且可有利地不包含接头。此外，具有无缝过渡的燃料管道208有利地防止泄漏并提高总体性能。

图19示出了用于下游燃料喷射器204的燃料管道208的另选的实施方案的放大透视图，并且图20示出了用于上游燃料喷射器202的燃料管道208的另选的实施方案的放大透视图。如图19和图20所示，在一些实施方案中，燃料管道208的多边形部段244可包括第一部分270和第二部分272，该第一部分和该第二部分在彼此之间连续延伸。第一部分可大致垂直地延伸远离主体206，并且第二部分朝向燃料喷射器202的主出口224弯折并延伸。以这种方式，多边形部段244的第二部分272可相对于燃料喷射器202、204的轴向中心线248轴向延伸超过第二环形壁230联接到第一环形壁214的位置。在许多实施方案中，如图19所示，上游燃料喷射器202的燃料管道208可包括锥形顶板274，这有利地允许燃料管道208以最小临时支撑件或无临时支撑件的方式进行增材制造，从而减少生产时间和生产成本。

如图20所示，在一些实施方案中，燃料管道208可包括过渡件276，该过渡件从燃料管道208的多边形部段244延伸。更具体地，过渡件276可从燃料管道208的多边形部段244的第二部分272延伸。过渡件276可包括锥形顶板部分278，该锥形顶板部分在圆柱形入口部段280和圆柱形出口部段282之间延伸。锥形顶板部分278可有利地在不具有临时支撑结构的情况下进行增材制造，这减少了总体生产时间以及与生产燃料喷射器204相关联的成本。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种燃料喷射组件(200)，所述燃料喷射组件包括：

燃料喷射器(202)，所述燃料喷射器具有主体(206)和燃料管道(208)，其中所述主体(206)包括：

第一环形壁(214)，所述第一环形壁围绕轴向中心线(216)延伸并从设置在第一端部(222)处的主入口(220)延伸到设置在第二端部(226)处的主出口(224)；

第二环形壁(230)，所述第二环形壁包围所述第一环形壁(214)；和

燃料室(232)，所述燃料室限定在所述第一环形壁(214)和所述第二环形壁(230)之间；

其中所述燃料管道(208)从燃料入口(242)延伸到限定在所述第二环形壁(230)中的燃料出口(240)，其中所述燃料出口(240)与所述燃料室(232)流体连通，并且其中所述燃料管道(208)包括多边形部段(244)和圆柱形入口部段(246)，所述多边形部段(244)从所述燃料出口(240)延伸到所述圆柱形入口部段(246)。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射组件(200)，其中所述燃料管道(208)的所述多边形部段(244)包括相对于所述多边形部段(244)的中心线的倾斜端壁(250)。

3.根据权利要求2所述的燃料喷射组件(200)，其中所述倾斜端壁(250)为第一倾斜端壁(250)，其中所述燃料管道(208)的所述多边形部段(244)还包括第二倾斜端壁(250)，所述第二倾斜端壁与所述第一倾斜端壁(266)(250)相对设置。

4.根据权利要求3所述的燃料喷射组件(200)，其中所述燃料管道(208)的所述多边形部段(244)还包括第一侧壁(252)、第二侧壁和垂直于所述第一侧壁(252)和所述第二侧壁的端壁(266)，其中所述端壁(266)相对于所述燃料管道(208)的所述多边形部段(244)的所述中心线与所述倾斜端壁(250)轴向间隔开，并且其中所述第一侧壁(252)和所述第二侧壁在所述垂直端壁(266)和所述倾斜端壁(266)之间延伸。

5.根据权利要求1所述的燃料喷射组件(200)，其中所述燃料管道(208)在过渡区(276)处从所述多边形部段(244)无缝地过渡到所述圆柱形入口部段(246)。

6.根据权利要求1所述的燃料喷射组件(200)，其中所述第二环形壁(230)包括第一端部(222)壁、与所述第一端部(222)壁间隔开的第二端部(226)壁、以及在所述第一端部(222)壁和所述第二端部(226)壁之间延伸的侧壁，并且其中所述燃料管道(208)从所述第一端部(222)壁延伸。

7.根据权利要求1所述的燃料喷射组件(200)，其中所述燃料喷射器(202)为第一燃料喷射器(202)，其中所述第一燃料喷射器(202)的所述燃料管道(208)包括圆柱形出口部段，其中流体供应导管将所述第一燃料喷射器(202)的所述圆柱形入口部段(246)流体地联接到燃料源，并且其中连接导管将所述第一燃料喷射器(202)的所述圆柱形出口部段流体地联接到第二燃料喷射器(202)的圆柱形入口部段(246)。

8.根据权利要求7所述的燃料喷射组件(200)，其中所述连接导管成形为直的中空圆柱体。

9.根据权利要求1所述的燃料喷射组件(200)，其中所述燃料喷射器(202)为第一燃料喷射器(202)，并且其中所述燃料喷射组件(200)还包括第二燃料喷射器(202)，所述第二燃料喷射器经由连接导管联接到所述第一燃料喷射器(202)，所述第二燃料喷射器(202)具有主体(206)和燃料管道(208)，所述主体(206)包括：第一环形壁(214)，所述第一环形壁围绕轴向中心线(216)延伸并从设置在第一端部(222)处的主入口(220)延伸到设置在第二端部(226)处的主出口(224)；第二环形壁(230)，所述第二环形壁包围所述第一环形壁(214)，其中燃料室(232)限定在所述第一环形壁(214)和所述第二环形壁(230)之间，所述燃料管道(208)从限定在所述第二环形壁(230)中的燃料出口(240)延伸到燃料入口(242)，其中所述燃料管道(208)与所述燃料室(232)流体连通，所述燃料管道(208)包括多边形部段(244)和圆柱形入口部段(246)，所述多边形部段(244)从所述燃料出口(240)延伸到所述圆柱形入口部段(246)。

10.一种燃烧器，所述燃烧器包括：

主燃料喷嘴；

燃烧衬套，所述燃烧衬套在内衬套部段和外衬套部段之间径向延伸，所述燃烧衬套包括前端部分、后端部分、第一侧壁(254)(252)和第二侧壁，所述燃烧衬套限定在所述第一侧壁(254)(252)和所述第二侧壁之间延伸的腔体；和

燃料喷射组件(200)，所述燃料喷射组件定位在所述主燃料喷嘴下游，所述燃料喷射组件(200)包括燃料喷射器(202)，所述燃料喷射器(202)包括：

主体(206)，所述主体具有：第一环形壁(214)，所述第一环形壁围绕轴向中心线(216)延伸并从设置在第一端部(222)处的主入口(220)延伸到设置在第二端部(226)处的主出口(224)；第二环形壁(230)，所述第二环形壁包围所述第一环形壁(214)，其中燃料室(232)限定在所述第一环形壁(214)和所述第二环形壁(230)之间；和

燃料管道(208)，所述燃料管道从燃料入口(242)延伸到限定在所述第二环形壁(230)中的燃料出口(240)，其中所述燃料出口(240)与所述燃料室(232)流体连通，所述燃料管道(208)包括多边形部段(244)和圆柱形入口部段(246)，所述多边形部段(244)从所述燃料出口(240)延伸到所述圆柱形入口部段(246)。

11.根据权利要求10所述的燃烧器，其中所述燃料管道(208)的所述多边形部段(244)包括相对于所述多边形部段(244)的中心线的倾斜端壁(266)(250)。

12.根据权利要求11所述的燃烧器，其中所述倾斜端壁(266)(250)为第一倾斜端壁(266)(250)，其中所述燃料管道(208)的所述多边形部段(244)还包括第二倾斜端壁(266)(250)，所述第二倾斜端壁与所述第一倾斜端壁(266)(250)相对设置。

13.根据权利要求12所述的燃烧器，其中所述燃料管道(208)的所述多边形部段(244)还包括垂直端壁(266)、第一侧壁(254)(252)和第二侧壁，其中所述垂直端壁(266)相对于所述燃料管道(208)的所述多边形部段(244)的所述中心线与所述倾斜端壁(266)(250)轴向间隔开，并且其中所述第一侧壁(254)(252)和所述第二侧壁在所述垂直端壁(266)和所述倾斜端壁(266)(250)之间延伸。

14.根据权利要求10所述的燃烧器，其中所述燃料管道(208)在过渡区(276)处从所述多边形部段(244)无缝地过渡到所述圆柱形入口部段(246)。

15.根据权利要求10所述的燃烧器，其中所述第二环形壁(230)包括第一端部(222)壁、与所述第一端部(222)壁间隔开的第二端部(226)壁、在所述第一端部(222)壁和所述第二端部(226)壁之间延伸的侧壁，并且其中所述燃料管道(208)从所述第一端壁(222)延伸。

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