本文公开的主题涉及用于燃烧系统的燃料喷嘴。更具体而言，本公开涉及具有液体燃料末梢的双燃料型燃料喷嘴。
背景技术：
燃气涡轮通常通过在一个或多个燃烧器中燃烧燃料和空气混合物而运行，以形成经过涡轮的高能燃烧气体，从而致使涡轮转子轴旋转。转子轴的旋转能可经由联接到转子轴上的发电机而被转化成电能。各个燃烧器通常包括提供用于在燃烧区域的上游预混合燃料和空气的燃料喷嘴，作为用于使氮氧化物(nox)排放保持为低的器件。
气态燃料，诸如天然气，通常在燃气涡轮发动机中被用作用来发电的易燃流体。在一些情况下，在对燃烧硬件不作改变的情况下，对于燃烧系统来说，可期望能够燃烧液体燃料，诸如馏出油。具有气体燃料和液体燃料二者的能力的构造被称为“双燃料型”燃烧系统。在典型的构造中，可经由在燃料喷嘴的中心主体内延伸的筒提供液体燃料喷射。虽然筒充当用于将液体燃料传送至燃烧器的燃烧区域的有效器件，但是筒增加了组件的总构件数量和成本。
技术实现要素：
方面和优点下面在以下描述中阐述，或根据描述而显而易见的，或可通过实践而知晓。
本公开的一个实施例为双燃料型燃料喷嘴，其包括中心主体，中心主体至少部分地限定在其中的空气室(plenum)。末梢主体布置在中心主体的下游端部处。末梢主体包括与下游侧沿轴向间隔开的上游侧。下游侧限定圆形狭槽和相对于圆形狭槽沿径向向内定位的圆形凹部。圆形凹部包括底面和侧壁，底面限定插件口且侧壁限定包括底切表面的环形凹槽。末梢主体进一步限定相对于圆形凹部的侧壁沿径向向内围绕插件口环形地布置的多个孔口。各个孔口包括与空气室处于流体连通的入口和朝底切表面定向的出口。
本公开的另一实施例涉及燃烧器。燃烧器包括联接到外部壳体的端盖。双燃料型燃料喷嘴联接到端盖。双燃料型燃料喷嘴包括外部套筒、沿轴向延伸通过外部套筒的中心主体。外部套筒和中心主体沿径向间隔开以在其间形成预混合通道，多个转动导叶在中心主体和外部套筒之间在预混合通道内沿径向延伸。末梢主体设置在中心主体的下游端部处。末梢主体包括沿轴向与下游侧间隔开的上游侧。下游侧限定圆形狭槽和相对于圆形狭槽沿径向向内定位的圆形凹部。圆形凹部包括底面和侧壁，其中，底面限定插件口且侧壁限定环形凹槽。环形凹槽限定底切表面。末梢主体进一步限定相对于圆形凹部的侧壁沿径向向内围绕插件口环形地布置的多个孔口。各个孔口包括与限定在中心主体内的空气室处于流体连通的入口和朝底切表面定向的出口。
在阅读说明书之后，本领域技术人员将更好地了解这些实施例的特征和方面以及其它。
技术方案1.一种双燃料型燃料喷嘴，包括：
中心主体，其中所述中心主体至少部分地限定在其中的空气室；
设置在所述中心主体的下游端部处的末梢主体，所述末梢主体具有沿轴向与下游侧间隔开的上游侧，所述下游侧限定圆形狭槽和相对于所述圆形狭槽沿径向向内定位的圆形凹部，所述圆形凹部包括底面和侧壁，所述底面限定插件口且所述侧壁限定环形凹槽，其中，所述环形凹槽限定底切表面，所述末梢主体进一步限定相对于所述圆形凹部的所述侧壁沿径向向内围绕所述插件口环形地布置的多个孔口，各个孔口包括与所述空气室处于流体连通的入口和朝所述底切表面定向的出口。
技术方案2.根据技术方案1所述的双燃料型燃料喷嘴，其特征在于，所述末梢主体的狭槽包括底面和横过所述底面环形地布置的多个孔，所述多个孔中的各个孔具有与所述空气室处于流体连通的入口和沿着所述底面限定的出口。
技术方案3.根据技术方案1所述的双燃料型燃料喷嘴，其特征在于，所述末梢主体的狭槽包括底面、一对沿径向相反的壁和横过所述底面环形地布置的多个孔，其中，所述沿径向相反的壁中的至少一个相对于所述双燃料型燃料喷嘴的轴向中心线沿径向向内或沿径向向外成角度。
技术方案4.根据技术方案1所述的双燃料型燃料喷嘴，其特征在于，所述狭槽将所述下游侧分成径向外表面和径向内表面，其中，所述圆形凹部限定在所述径向内表面内。
技术方案5.根据技术方案4所述的双燃料型燃料喷嘴，其特征在于，所述径向内表面的一部分在所述环形凹槽的后部沿径向向外分散。
技术方案6.根据技术方案1所述的双燃料型燃料喷嘴，其特征在于，进一步包括可移除地安置于所述插件口内的喷雾器插件。
技术方案7.根据技术方案1所述的双燃料型燃料喷嘴，其特征在于，进一步包括在所述中心主体内延伸的导管，其中所述导管的一个端部连接到所述插件口的入口且所述导管的第二端部流体地联接到流体供应。
技术方案8.根据技术方案1所述的双燃料型燃料喷嘴，其特征在于，进一步包括沿周向围绕所述中心主体的至少一部分的外部套筒和在所述中心主体和所述外部套筒之间沿径向延伸的多个转动导叶。
技术方案9.根据技术方案8所述的双燃料型燃料喷嘴，其特征在于，各个转动导叶包括与气体燃料的燃料供应处于流体连通的至少一个燃料端口。
技术方案10.根据技术方案1所述的双燃料型燃料喷嘴，其特征在于，所述导管的至少一部分在所述中心主体内在所述末梢主体的插件口上游螺旋地延伸。
技术方案11.一种燃烧器，包括：
联接到外部壳体的端盖；
联接到所述端盖的双燃料型燃料喷嘴，所述双燃料型燃料喷嘴包括：外部套筒；沿轴向延伸通过所述外部套筒的中心主体，其中，所述外部套筒和所述中心主体沿径向间隔开以在其间形成预混合通道；以及在所述中心主体和所述外部套筒之间在所述预混合通道内沿径向延伸的多个转动导叶；
设置在所述中心主体的下游端部处的末梢主体，所述末梢主体具有与下游侧沿轴向间隔开的上游侧，所述下游侧限定圆形狭槽和相对于所述圆形狭槽沿径向向内定位的圆形凹部，所述圆形凹部包括底面和侧壁，所述底面限定插件口且所述侧壁限定环形凹槽，其中，所述环形凹槽限定底切表面，所述末梢主体进一步限定相对于所述圆形凹部的侧壁沿径向向内围绕所述插件口环形地布置的多个孔口，各个孔口包括与限定在所述中心主体内的空气室处于流体连通的入口和朝所述底切表面定向的出口。
技术方案12.根据技术方案11所述的燃烧器，其特征在于，所述末梢主体的狭槽包括底面和横过所述底面环形地布置的多个孔，所述多个孔中的各个孔具有与所述空气室处于流体连通的入口和沿着所述底面限定的出口。
技术方案13.根据技术方案11所述的燃烧器，其特征在于，所述末梢主体的狭槽包括底面、一对沿径向相反的壁和横过所述底面环形地布置的多个孔，其中，所述沿径向相反的壁中的至少一个相对于所述双燃料型燃料喷嘴的轴向中心线沿径向向内或沿径向向外成角度。
技术方案14.根据技术方案11所述的燃烧器，其特征在于，所述狭槽将所述末梢主体的下游侧分成径向外表面和径向内表面，其中，所述圆形凹部限定在所述径向内表面内。
技术方案15.根据技术方案14所述的燃烧器，其特征在于，所述径向内表面的一部分在所述环形凹槽的后部沿径向向外分散。
技术方案16.根据技术方案11所述的燃烧器，其特征在于，进一步包括可移除地安置在所述插件口内的喷雾器插件。
技术方案17.根据技术方案11所述的燃烧器，其特征在于，进一步包括在所述中心主体内延伸的导管，其中，所述导管的一个端部连接到所述插件口的入口且所述导管的第二端部流体地联接到流体供应。
技术方案18.根据技术方案11所述的燃烧器，其特征在于，所述多个转动导叶中的各个转动导叶包括与气体燃料的燃料供应处于流体连通的至少一个燃料端口。
技术方案19.根据技术方案11所述的燃烧器，其特征在于，所述导管的至少一部分在所述中心主体内在所述末梢主体的插件口上游螺旋地延伸。
附图说明
在包括参照附图的余下的说明书中，更具体地阐述了多个实施例的完整和能够实现的公开，包括对本领域技术人员而言的其最佳模式，在附图中：
图1为可结合本公开的多个实施例的示范性燃气涡轮的功能性框图；
图2为可结合本公开的多个实施例的示范性燃烧器的简化的横截面侧视图；
图3为可结合本公开的一个或多个实施例的示范性燃料喷嘴的横截面侧视图；
图4为根据本公开的至少一个实施例的如图3所示的燃料喷嘴的中心主体部分的一部分的放大的横截面透视图；以及
图5为根据本公开的至少一个实施例的如图4所示的燃料喷嘴的中心主体部分的一部分的放大的横截面侧视图。
具体实施方式
现将详细参照本公开的当前实施例，在附图中示出本公开的当前实施例的一个或多个示例。具体实施方式使用数字和字母标号指示在附图中的特征。在附图和描述中，相同或相似的标号已被用来指示本公开的相同或相似的部件。
如本文所使用，用语“第一”、“第二”和“第三”可被可互换地使用以区分一个构件与另一个构件，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”指相对于在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，而“下游”指流体流动至其的方向。用语“沿径向”指基本垂直于具体构件的轴向中心线的相对方向，而用语“沿轴向”指基本平行于具体构件的轴向中心线和/或与具体构件的轴向中心线同轴对齐的相对方向。
本文使用的术语仅是为了描述具体实施例的目的且不旨在成为限制。如本文所使用，单数形式“一”、“一种”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文以其它方式清楚地指出。将进一步了解的是，当在本说明书中使用时，用语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、要素和/或构件的存在，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、要素、构件和/或其组合。
通过解释而非限制提供各个示例。事实上，对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离其范围或精神的情况下，可进行修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而被示出或描述的特征可被用在另一实施例上以产生又一实施例。因而，旨在本公开涵盖在所附权利要求的范围内的这种修改和变型以及它们的等效方案。尽管为了说明目的，将在针对陆基的产生功率的燃气涡轮燃烧器的燃料喷嘴的背景下大体上描述本公开的示范性实施例，但是本领域技术人员将容易地了解到，本公开的实施例可适用于任何风格或类型的用于涡轮机的燃烧器且不限于针对陆基的产生功率的燃气涡轮的燃烧器或燃烧系统，除非在权利要求中被特别地记载。
现在参照附图，图1示出示范性燃气涡轮10的示意图。燃气涡轮10大体上包括入口区段12、设置在入口区段12的下游的压缩机14、包括设置在压缩机14的下游的至少一个燃烧器18的燃烧系统16、设置在燃烧器18的下游的涡轮20和设置在涡轮20的下游的排气区段22。此外，燃气涡轮10可包括一个或多个轴24，其将压缩机14联接至涡轮20。
在运行期间，空气26流动通过入口区段12并流入压缩机14中，在压缩机14中，空气26被逐渐地压缩，因而为燃烧器18提供压缩空气28。来自流体供应32的流体，诸如燃料、燃气或水30被喷射到燃烧器18中，与压缩空气28的一部分混合并燃烧以产生燃烧气体34。燃烧气体34从燃烧器18流入涡轮20中，在涡轮20中，能量(动能和/或热能)从燃烧气体34传递至转子叶片(未显示)，从而致使轴24旋转。然后可使用机械的旋转能用于多种目的，诸如用来为压缩机14提供功率和/或用来发电。离开涡轮20的燃烧气体34然后可从燃气涡轮10经由排气区段22排出。
图2提供可结合本公开的多个实施例的示范性燃烧器18的横截面示意图。如图2所示，燃烧器18可至少部分地由外部壳体36(诸如压缩机排出壳体)包围。外部壳体36可至少部分地限定高压室38，高压室38至少部分地包围燃烧器18的多个构件。高压室38可与压缩机16(图1)处于流体连通以便从其接收压缩空气28。端盖40可联接到外部壳体36。在具体实施例中，外部壳体36和端盖40可至少部分地限定燃烧器18的首端空间或部分42。在具体实施例中，首端部分42与高压室38和/或压缩机14处于流体连通。一个或多个衬里或管道44可至少部分地限定用于燃烧燃料-空气混合物的燃烧室或区域46，和/或可至少部分地限定通过燃烧器的用于将燃烧气体34引向涡轮20的入口的热气体路径48。
在多个实施例中，如图2所示，燃烧器18包括一个或多个燃料喷嘴100，其联接到端盖40并朝燃烧室46延伸。燃烧器18的多个实施例可包括不同数量和布置的燃料喷嘴100且不限于任何具体数量的燃料喷嘴，除非在权利要求中以其它方式指定。例如，在具体构造中，一个或多个燃料喷嘴100可包括围绕中心燃料喷嘴环形地布置的多个燃料喷嘴。
图3提供根据本公开的至少一个实施例的示范性双燃料型燃料喷嘴100的横截面侧视图。如图3所示，燃料喷嘴100包括具有环形形状或管形形状的中心主体102。在具体实施例中，燃料喷嘴100可包括围绕中心主体102的至少一部分沿周向延伸的外部套筒或燃烧器管104和在中心主体102和外部套筒104之间延伸的多个转动导叶106。转动导叶106设置在预混合空气通道108内，预混合空气通道108限定在中心主体102和外部套筒104之间。在具体实施例中，转动导叶中的一个或多个包括与流体供应32处于流体连通的相应的燃料端口107。
中心主体102可由与燃料喷嘴100的纵向轴线或轴向中心线112同轴对齐的一个或多个套筒或管110形成。燃料喷嘴100可经由机械紧固件或通过其它连接器件(未显示)连接至端盖40的内表面。
在具体实施例中，外部套筒104的上游端部部分114可至少部分地限定预混合空气通道108的入口116，外部套筒104的下游端部部分118可至少部分地限定预混合空气通道108的出口120。在至少一个实施例中，入口116与燃烧器18的首端42(图2)处于流体连通。
图4提供根据本公开的多个实施例的如图3所示的中心主体102的一部分的横截面透视图。图5提供根据本公开的至少一个实施例的如图4所示的中心主体102的一部分的横截面侧视图。在多个实施例中，如图3至图5共同所示，引燃末梢122设置在中心主体102和/或(多个)管110的下游端部124处。导管126在中心主体102的(多个)管110内延伸并提供用于在液体燃料供应50(图3)和可移除地固定至引燃末梢122上的喷雾器插件128之间的流体连通。在具体实施例中，如图3所示，导管126的至少一部分可为螺旋状的或可在中心主体102内螺旋地延伸。在多个实施例中，如图3至图5共同所示，中心主体102包括限定在(多个)管110内的空气室130。在具体实施例中，导管126的至少一部分延伸通过空气室130。
在多个实施例中，如图4和图5共同所示，引燃末梢122由末梢主体132形成。末梢主体132包括和/或限定前侧或上游侧134以及后侧或下游侧136。圆形或环形狭槽138限定在末梢主体132的下游侧136中。圆形狭槽138包括底面140。如图5所示，狭槽进一步包括一对沿径向相反的侧壁142、144。在多个实施例中，如图5所示，壁142、144在底面140和末梢主体132的下游侧136之间可会合或可朝彼此倾斜。如图4和图5共同所示，圆形狭槽138将下游侧136沿径向分成径向外表面或径向外面146和径向内表面或径向内面148。
在多个实施例中，如图4和图5共同所示，末梢主体132限定多个孔150，所述孔150延伸通过前侧134和圆形狭槽138的底面140。孔150相对于中心线112环形地布置。各个孔150包括与空气室处于流体连通的入口152和沿着底面140限定的出口154。各个孔150提供用于使流体从空气室130流动通过末梢主体132、进入狭槽138并进入燃烧室46。在具体实施例中，孔150中的各个或至少一些可相对于中心线112成角度、倾斜或以其它方式形成，以便给予流动通过其中的空气有角度的旋涡。
在多个实施例中，如图4和图5所示，末梢主体132限定沿着径向内表面148设置的圆形凹部156。圆形凹部156可与中心线112基本同轴地对齐。圆形凹部156包括底面158和从底面158沿轴向向外延伸的侧壁160。侧壁160限定环形凹槽162，环形凹槽162沿径向延伸到侧壁160中并沿周向在侧壁160内延伸。如图5最清楚地所示，环形凹槽162在侧壁160内形成底切表面164。
在具体实施例中，内面148的一部分在底切表面164的后部或下游沿着中心线112沿径向向外分散。在具体实施例中，末梢主体132限定沿着圆形凹部156的底面158设置的插件口166。喷雾器插件128可移除地安置、螺纹连接或以其它的方式固定在插件口166中。末梢主体132进一步限定入口168以允许流至插件口166。入口168连接到和/或流体地联接到导管126以便从液体燃料的燃料供应50(图3)接收液体燃料或其它流体，诸如空气、燃气或水。
在多个实施例中，如图4和图5所示，末梢主体132进一步限定多个孔口170，其延伸通过末梢主体122的前侧134和圆形凹部156的底面158。孔口170相对于中心线112围绕插件口166环形地布置并相对于多个孔150沿径向向内设置。多个孔口170中的各个孔口170包括相应的入口172和相应的出口174并提供用于使流体从空气室130流动通过末梢主体132而进入燃烧室46中。在具体实施例中，孔口170中的各个可相对于中心线112成角度、倾斜或以其它方式形成，以便给予流动通过其中的空气有角度的旋涡。各个孔口170的相应出口174朝底切表面164定位和/或成角度。
在运行期间，空气室130由来自高压室38或另一压缩空气源的压缩空气填充。液体燃料经由导管126被供应至喷雾器插件128。液体燃料经由喷雾器插件128雾化并从圆形凹部156朝燃烧室46喷出。压缩空气的第一部分从空气室130流动通过多个孔150并从末梢主体132的下游侧136被向下游引向燃烧室46，在此，其与雾化的液体燃料混合。压缩空气的第二部分从空气室130流动并通过多个孔170。压缩空气的第二部分冲击在圆形凹部的底切表面164上，从而对其提供冷却。另外，压缩空气的第二部分的压力可防止火焰保持和/或燃烧气体到喷雾器插件中的回流，其可能由于在区域156中喷嘴与喷嘴之间的压差以及导管流体地连接在流体供应32处的事实而导致的。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，以及还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利性的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例包括不异于权利要求的文字语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求的文字语言无实质性差异的等效结构要素，则这种其它示例旨在处于权利要求的范围内。
部件列表
10燃气涡轮
12入口区段
14压缩机区段
16燃烧系统
18燃烧器
20涡轮
22排气区段
24轴
24空气
28压缩空气
30燃料
32流体供应
34燃烧气体
36外部壳体
38高压室
40端盖
42首端部分
44衬里/管道
46燃烧区域
48热气体路径
100燃料喷嘴
102中心主体
104燃烧器管
106导叶
107燃料端口
108预混合空气通道
110套筒
112中心线
114上游端部部分
116入口
118下游端部部分
120出口
122引燃末梢
124下游端部
126导管
128喷雾器插件
130空气室
132末梢本体
134上游侧
136下游侧
138圆形狭槽
140底面
142侧壁
144侧壁
146径向外表面
148径向内表面
150孔
152入口
154出口
156圆形凹部
158底面
160侧壁
162环形凹槽
164底切表面
166插件口
168入口
170孔口
172入口
174出口