包括带有燃料喷嘴外壳的多管燃料喷嘴的系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种系统，所述系统包括：多个多管燃料喷嘴，每个多管燃料喷嘴具有在轴向方向上延伸的多个管，其中所述多个管中的每个管包括空气入口、燃料入口以及燃料空气混合物出口；以及燃料喷嘴外壳，所述燃料喷嘴外壳包括：围绕中心轴线周向延伸的外壁，从所述外壁向内朝所述中心轴线延伸的多个径向壁，设置在所述外壁内的多个燃料喷嘴容器，其中所述多个径向壁使得所述多个燃料喷嘴容器彼此分开，并且所述多个多管燃料喷嘴设置在所述多个燃料喷嘴容器中，以及安装结构，所述安装结构包括从所述外壁向外延伸的多个径向支撑臂。
【专利说明】包括带有燃料喷嘴外壳的多管燃料喷嘴的系统
【技术领域】
[0001]本说明书所公开的主题涉及一种燃气涡轮发动机，并且更确切地，涉及一种用于所述燃气涡轮发动机的燃烧器的燃料喷嘴。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机通常包括涡轮和带燃料喷嘴的燃烧器。燃料和空气的混合物在燃烧器内燃烧，以便产生热的燃烧气体，热的燃烧气体驱动涡轮中的涡轮叶片转动，并又驱动连接至例如发电机的负载上的轴转动。燃料空气混合物(例如，燃烧器中燃料空气混合的均匀性)可显著影响燃气涡轮发动机的功率输出、效率以及排气排放。另外，燃烧器中燃料空气混合物燃烧可导致燃烧动态、振动和热梯度，它们可影响如燃料喷嘴的各燃烧器部件的性能和寿命。例如，燃料喷嘴可能因其紧接热的燃烧产物而经受热生长。这些燃烧相关效应可能使得燃气涡轮发动机的设计、尤其燃烧器和燃料喷嘴设计变得复杂。
【发明内容】
[0003]下文概述了与原始所要求的发明在范围上相当的某些实施例。这些实施例不旨在限制所要求的发明范围，相反，这些实施例仅旨在简要概述本发明的可能形式。实际来说，本发明会涵盖可能与下述实施例类似或不同的各种形式。
[0004]一个实施例中，作为本申请的第一方面，一种系统包括多个多管燃料喷嘴，每个多管燃料喷嘴具有在轴向方向上延伸的多个管，其中所述多个管中每个管包括空气入口、燃料入口以及燃料空气混合物出口 ；以及燃料喷嘴外壳，所述燃料喷嘴外壳包括:外壁，所述外壁围绕中心轴线周向延伸；多个径向壁，所述多个径向壁从所述外壁向内朝所述中心轴线延伸；多个燃料喷嘴容器，所述多个燃料喷嘴容器设置在所述外壁内，其中所述多个径向壁使得所述多个燃料喷嘴容器彼此分开，并且所述多个多管燃料喷嘴设置在所述多个燃料喷嘴容器中；安装结构，所述安装结构包括从所述外壁向外延伸的多个径向支撑臂。
[0005]第二方面，如上实施例所述的系统，其中所述多个多管燃料喷嘴中的每个燃料喷嘴具有围绕相应燃料喷嘴周长暴露的所述多个管，并且所述燃料喷嘴外壳围绕每个燃料喷嘴的所述周长延伸。
[0006]第三方面，如上实施例所述的系统，其中所述多个燃料喷嘴容器包括第一容器和第二容器，并且所述多个多管燃料喷嘴包括设置在所述第一容器中的第一多管燃料喷嘴和设置在所述第二容器中的第二多管燃料喷嘴。
[0007]第四方面，如上第三方面所述的系统，其中所述多个燃料喷嘴容器包括第三容器，并且所述多个多管燃料喷嘴包括设置在所述第三容器中的第三多管燃料喷嘴。
[0008]第五方面，如上第四方面所述的系统，其中所述第一容器包括由所述外壁以及所述多个径向壁中的第一和第二径向壁至少部分限定的第一饼形周长，所述第二容器包括由所述外壁和所述多个径向壁中的第二和第三径向壁至少部分限定的第二饼形周长，并且所述第三容器包括由所述外壁和所述多个径向壁中的第一和第三径向壁至少部分限定的第三饼形周长。
[0009]第六方面，如上第五方面所述的系统，其中所述外壁包括环绕圆形区域的环状外壁，其中所述第一、第二以及第三饼形周长各自包括占所述圆形区域约120度的扇形。
[0010]第七方面，如上实施例所述的系统，其中所述燃料喷嘴外壳包括与所述外壁大体同轴的内壁，其中所述内壁连接至所述多个径向壁。
[0011]第八方面，如上第七方面所述的系统，其包括中心燃料喷嘴，所述中心燃料喷嘴设置在延伸通过所述内壁的中心通道中。
[0012]第九方面，如上实施例所述的系统，其中所述多个燃料喷嘴容器中的每个容器通过所述多个径向支撑臂中的至少一个臂连接至一个燃料通道。
[0013]第十方面，如上实施例所述的系统，其中所述多个径向壁中的每个壁包括至少一个孔隙，所述至少一个孔隙在所述多个燃料喷嘴容器中的相邻容器之间延伸。
[0014]第十一方面，如上第十方面所述的系统，其中所述多个径向支撑臂中的至少一个臂包括燃料通道，所述燃料通道延伸至所述多个容器中的一个。
[0015]第十二方面，如上实施例所述的系统，其中所述多个径向支撑臂中的每个臂包括机翼形横截面。
[0016]第十三方面，如上实施例所述的系统，其中所述安装结构包括围绕所述外壁周向延伸的外法兰，其中所述多个径向支撑臂在所述外法兰与所述外壁之间径向延伸。
[0017]第十四方面，如上第十三方面所述的系统，其包括了连接至所述外法兰的燃料法兰，其中燃料通道延伸通过所述燃料法兰、通过所述外法兰、通过所述多个径向支撑臂中的一个臂、通过所述外壁，并且进入所述多个燃料喷嘴容器中的一个容器中。
[0018]第十五方面，如上实施例所述的系统，其中所述外壁包括:第一安装部，所述第一安装部配置用于支撑入口流量调节器；以及第二安装部，所述第二安装部配置用于支撑后板组件，其中所述第一安装部和所述第二安装部彼此轴向偏移。
[0019]第十六方面，如上实施例所述的系统，其中所述第一安装部和所述第二安装部各自包括位于所述外壁中的多个径向开口、连接至所述外壁的多个径向销，或其组合。
[0020]第十七方面，如上实施例所述的系统，其包括了具有所述多个多管燃料喷嘴和所述燃料喷嘴外壳的燃烧器、燃气涡轮发动机或其组合。
[0021]另一实施例中，作为本申请的第十八方面，一种系统包括燃料喷嘴外壳，所述燃料喷嘴外壳包括:外壁，所述外壁围绕中心轴线周向延伸；多个径向壁，所述多个径向壁从所述外壁向内朝所述中心轴线延伸；多个燃料喷嘴容器，所述多个燃料喷嘴容器设置在所述外壁内，其中所述多个径向壁使得所述多个燃料喷嘴容器彼此分开，并且所述多个燃料喷嘴容器配置用于支撑多个多管燃料喷嘴；安装结构，所述安装结构包括从所述外壁向外延伸的多个径向支撑臂。
[0022]第十九方面，如上第十八方面所述的系统，其中所述安装结构包括围绕所述外壁周向延伸的外法兰，所述多个径向支撑臂在所述外法兰与所述外壁之间径向延伸，并且所述多个径向支撑臂中的至少一个臂包括延伸至所述多个容器中的一个的燃料通道。
[0023]另一实施例中，一种方法包括:将多个多管燃料喷嘴支撑在燃料喷嘴外壳中，其中所述燃料喷嘴外壳包括:外壁，所述外壁围绕中心轴线周向延伸；多个径向壁，所述多个径向壁从所述外壁向内朝所述中心轴线延伸；以及多个燃料喷嘴容器，所述多个燃料喷嘴容器设置在所述外壁内，其中所述多个径向壁使得所述多个燃料喷嘴容器彼此分开，其中所述多个多管燃料喷嘴设置在所述多个燃料喷嘴容器中；以及用安装结构安装所述燃料喷嘴外壳，所述安装结构具有从所述外壁向外延伸的多个径向支撑臂。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]在参照附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面及优点，在附图中，相似符号表示相似零件，其中:
[0025]图1是根据实施例的具有微混合器系统的涡轮系统的框图；
[0026]图2是根据实施例的带有图1所示微混合器系统的燃烧器的横截面透视侧视图；
[0027]图3是根据实施例的微混合器系统的侧视图；
[0028]图4是根据实施例的微混合器系统的分解横截面透视图；
[0029]图5是根据实施例的燃料喷嘴外壳和多管燃料喷嘴的分解透视图；
[0030]图6是根据实施例的燃料喷嘴外壳的前视图；
[0031]图7是根据实施例的燃料喷嘴外壳的前视图；
[0032]图8是根据实施例的燃料喷嘴外壳的前视图；
[0033]图9是根据实施例的微混合器系统的局部横截面图；
[0034]图10是图9所示微混合器系统沿线10-10的截面图，示出弹性金属密封件的实施例；
[0035]图11是具有适于图4和5扇形燃料喷嘴的扇形构型的弹性金属密封件实施例的iu端视图；
[0036]图12是图9所示燃料喷嘴沿线10-10的截面图，示出具有单个转弯或拐弯的弹性金属密封件的实施例；
[0037]图13是图9所示燃料喷嘴沿线10-10的截面图，示出具有多个转弯或拐弯的弹性金属密封件的实施例；
[0038]图14是图9所示燃料喷嘴沿线10-10的截面图，示出具有多个转弯或拐弯从而限定出波纹管的弹性金属密封件的实施例；
[0039]图15是根据实施例的后板组件的分解透视图；
[0040]图16是根据实施例的图9中微混合器系统沿线16-16的截面图；
[0041]图17是根据实施例的后板的截面图；
[0042]图18是根据实施例的燃料喷嘴的入口流量调节器的后透视图；
[0043]图19是根据实施例的入口流量调节器的前透视图；
[0044]图20是根据实施例的入口流量调节器的局部横截面图；
[0045]图21是根据实施例的入口流量调节器的局部横截面图；以及
[0046]图22是根据实施例的入口流量调节器的局部横截面图。
【具体实施方式】
[0047]下文将对本发明的一或多个特定的实施例进行描述。为了提供针对这些实施例的简要描述，可能不会在本说明书中描述实际实现方案中的所有特征。应当了解，在任何工程或设计项目中开发任何此类实际实现方案时，必须做出与实现方案特定相关的各种决策，以便实现开发人员指定目标，如遵守系统相关和业务相关约束，这些约束可能会因实现方案不同而有所不同。另外，应当了解，此类开发工作可能复杂而且耗时，但对所属领域中受益于本发明的一般技术人员而言，这将仍是设计、制造以及生产中的常规任务。
[0048]在介绍本发明的各实施例中的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”旨在表示有一个或多个这种元件。术语“包括”、“包含”以及“具有”旨在表示包括性的含义并且表示除了所列元件之外可能还有另外元件。
[0049]本发明的各实施例提供一种微混合器系统，所述微混合器系统包括入口流量调节器、后板组件、多管燃料喷嘴(例如，圆柱形或扇形燃料喷嘴)、弹性金属密封件(例如，金属波纹管)和燃料喷嘴外壳。某些实施例中，多管燃料喷嘴可包括5至1000个、10至500个、20至250个或30至100个混合管，它们在一个或多个组(例如，1、2、3、4、5、6或更多组)中彼此大体平行。每个混合管可在直径上为约0.25至5厘米、0.5至3厘米或I至2厘米。多管燃料喷嘴中的多个混合管使燃料和空气能小规模地混合(例如，微混合)，从而帮助改进燃烧器中燃料空气混合的均匀性。
[0050]燃料喷嘴外壳通过连接至入口流量调节器和后板组件并通过接收多管燃料喷嘴来支撑微混合器系统。当组装时，入口流量调节器和后板组件通过连接至燃料喷嘴外壳的相对末端来覆盖多管燃料喷嘴。某些实施例中，燃料喷嘴外壳可包括通过支杆连接在一起的第一环结构(即，内环结构)和第二环结构(即，外环结构)。燃料喷嘴外壳可将多管燃料喷嘴接收在内环结构内并将燃料径向输送至多管燃料喷嘴。确切地说，燃料喷嘴外壳可配置用于在大体径向方向上输送燃料通过外环结构、内环结构并且通过将内环结构连接至外环结构的支杆。燃料径向输送使得燃气涡轮系统能够包括位于燃烧器末端处的简单端板(例如，带有最少燃料输送孔隙或没有燃料输送孔隙的端板)。径向燃料输送还可增加燃料喷嘴在燃烧器内的使用空间(即，多管燃料喷嘴的管可占据先前通过端板进行燃料输送所用空间)。
[0051]燃料喷嘴外壳中的支杆可包括燃料携载支杆和/或非燃料携载支杆。燃料喷嘴外壳支杆使得能够进行径向燃料输送，并且可增加振动(例如，微混合器系统谐振)抗性。例如，支杆可增加燃料喷嘴外壳刚性和/或改变微混合器系统谐振频率。另外，支杆可根据空气动力学成形(例如，机翼形状)，以便减小通过外环结构与内环结构之间的压缩空气尾流。尾流减少还可减少微混合器系统中由通过燃烧器的压缩气流导致的振动。
[0052]最后，燃料喷嘴外壳允许实现模块化的微混合器系统。例如，燃料喷嘴外壳可包括多个径向孔隙，所述多个径向孔隙使得微混合器系统的部件能容易地附接和拆离。确切地说，孔隙可接收销或其他的紧固件，以将入口流量调节器和后板组件连接至燃料喷嘴外壳。对入口流量调节器和后板组件的简单附接和拆离使得能够容易接近、维护或更换多管燃料喷嘴、入口流量调节器、后板组件和弹性金属密封件。
[0053]在操作中，微混合器系统将空气和燃料在多管燃料喷嘴中混合，以便形成燃料空气混合物。燃料空气混合物在燃烧器中燃烧，以形成驱动涡轮的燃烧气体。多管燃料喷嘴可包括带有第一组开口的第一板、带有第二组开口的第二板和延伸通过第一和第二板中的开口组的多个管。所述管中每个管可具有位于第一轴向末端处的空气入口、介于第一与第二轴向末端之间的燃料入口以及位于第二轴向末端处的燃料空气混合物出口。具体地说，如下讨论，每个管配置用于预混(例如，以小规模混合或者说微混合)相应管内的燃料和空气，并且随后输出燃料空气混合物以供在燃烧器(例如，燃气涡轮发动机的涡轮燃烧器)中燃烧。进入多管燃料喷嘴的空气温度可因压缩对空气做功而稍微升高，例如，约200至500摄氏度，而进入管的燃料可显著较冷，例如，约20至250摄氏度。另外，由于管接近于燃烧反应，因此可易于被热的燃烧产物加热。因此，在操作(例如，燃烧室中燃烧)中，多管燃料喷嘴的各部件、外壳结构、燃烧器、燃料供应导管、安装部等等可能经受不同速率的热膨胀，从而导致更快膨胀部件对更慢膨胀部件施加力。例如，多管燃料喷嘴中的多个管经受的热膨胀速率可能比周围燃料外壳结构、安装部、燃烧器和/或其他结构的热膨胀速率更大。
[0054]为了减缓由部件材料的热膨胀和/或收缩导致的诱导应力，微混合器系统可包括弹性金属密封件(例如，金属波纹管)。例如，金属波纹管可具有围绕包含板和管组件的空间设置的壁(例如，环状或非环状的壁)，其中所述壁具有一个或多个转弯或拐弯(例如，波形、振荡或Z形图案)，它们能够弹性折叠或展开以使得金属波纹管的壁能膨胀和收缩。因此，弹性可调整性(例如，壁的折叠和展开)使得金属波纹管能适应板、管组件和周围部件之间的热膨胀和收缩。在没有弹性金属密封件(例如，金属波纹管)的情况下，轴向位移可导致多管燃料喷嘴部件内的应力、燃料/空气泄漏、燃烧器内压力损失或者其他负面效应。当置于第一板与外壳结构之间时，弹性金属密封件(例如，金属波纹管)可在轴向方向上膨胀或收缩从而减小管的热膨胀或收缩效应，同时维持燃料喷嘴内的腔室之间连续工作密封。另夕卜，弹性金属密封件的使用可使设计更模块化，并且因此，构造容易、组装/拆卸过程简单、设备更换成本降低，并且维护停机时间减少。
[0055]微混合器系统还可包括后板组件，以便提供对多管燃料喷嘴的另外保护(即，抵抗热应力)。确切地说，后板组件可阻止燃烧器中燃烧反应与多管燃料喷嘴之间的直接接触，还可形成用于对流冷却多管燃料喷嘴的空气冷却腔室。尽管空气冷却腔室对流冷却多管燃料喷嘴，但是后板组件阻止燃烧反应与多管燃料喷嘴之间直接接触。确切地说，后板组件包括后板，所述后板带有允许燃料空气混合物离开多管燃料喷嘴的孔隙，并同时覆盖多管燃料喷嘴以抵抗来自燃烧反应的传热。一些实施例中，后板可包括热障涂层，以便增加对燃烧反应的热阻。在另一些实施例中，后板可包括从空气冷却腔室接收气流的扩散冷却孔隙。扩散冷却孔隙在后板上形成冷却薄膜，所述冷却薄膜保护后板并且减少传热。其他实施例中，后板组件可包括配置用于在冷却气流离开扩散冷却孔隙前将气流冲击到后板上的冲击板，由此增加对后板的热保护并减少到多管燃料喷嘴的传热。在操作中，冲击板使冷却气流随其流过冲击孔而加速。冲击孔指引冷却气流与后板接触，其中冷却气流在穿过后板(例如，穿过扩散冷却孔隙和/或后板与多管燃料喷嘴的管之间的空间)前吸收热量。
[0056]最后，微混合器系统可包括入口流量调节器。入口流量调节器配置用于过滤进入微混合器系统中的气流，并将气流均匀分布到多管燃料喷嘴的每个管中。为了将气流过滤到微混合器系统之中，入口流量调节器可包括比多管燃料喷嘴的管中的孔隙要小的孔隙。因此，能够进入多管燃料喷嘴的管中的碎片可被入口流量调节器阻止。如上提及，入口流量调节器可将气流均匀分布到多管燃料喷嘴的每个管中。确切地说，入口流量调节器可包括径向孔隙和转向导件，它们将气流引导到多管燃料喷嘴中的最外侧管。然而，其他实施例中，入口流量调节器可包括组合了或未组合有转向导件的倾斜的孔隙，以便将气流引导到多管燃料喷嘴中的最外侧管。通过将气流均匀分布到多管燃料喷嘴的管，多管燃料喷嘴以合适比率混合并且分布燃料空气混合物，以便实现最佳燃烧、排放、燃料耗量以及功率输出。确切地说，微混合器系统可减少来自燃气涡轮系统的非期望的排放物(例如，nox、co、co2等等)水平。
[0057]图1是燃气涡轮系统10的框图。如下详细所述，所公开的涡轮系统10可采用一个或多个径向支撑的燃料喷嘴(例如，多管燃料喷嘴)。涡轮系统10可使用液体或气体燃料(如天然气和/或富氢合成气)来驱动涡轮系统10。如所描绘，燃烧器12从燃料供源14进气，将燃料与空气混合以供在燃烧器12内分布并燃烧。确切地说，燃烧器12包括微混合器系统16，所述微混合器系统16径向支撑多管燃料喷嘴并且对其提供燃料。某些实施例中，微混合器系统16包括围绕中心燃料喷嘴布置的多个燃料喷嘴。多管燃料喷嘴以合适比率混合并且分布燃料空气混合物，以便实现最佳燃烧、排放、燃料耗量以及功率输出。确切地说，微混合器系统16减少了来自涡轮系统10的非期望的排放物(例如，N0x、C0、C02等等)水平。
[0058]在操作中，燃料空气混合物在燃烧器12内的腔室中燃烧，从而形成热的加压排气。燃烧器12指引排气通过涡轮18朝向排气出口 20。当排气通过涡轮18时，排气推动涡轮叶片以使轴22沿涡轮系统10轴线转动。如图所示，轴22可连接至涡轮系统10的各部件，包括压缩机24。压缩机24还可包括连接至轴22的叶片。当轴22转动时，压缩机24内的叶片也会转动，从而通过压缩机24压缩来自空气进口 26的空气并且指引空气进入多管燃料喷嘴和/或燃烧器12中。轴22还可连接至负载28，例如，负载可为车辆或者固定负载，如电厂中的发电机或飞机上的推进器。负载28可包括能够由涡轮系统10的转动输出供电的任何合适装置。
[0059]图2是根据实施例的燃烧器12的横截面透视侧视图。如图2所示，轴向方向或者轴线40沿燃烧器12的中心轴线41在长度方向上延伸，径向方向或者轴线42朝着或远离中心轴线41延伸(例如，与轴线40垂直)，并且周向方向44围绕轴向轴线40和中心轴线41延伸。燃烧器12包括下游端46以及上游端或头端48。下游端46位于涡轮18第一级附近，而上游端48与下游端46相反并且位于与涡轮18第一级较远的地方。燃烧器12包括多个壳体和壁，它们围起燃烧器12并包含压缩空气和燃料。从上游端48开始，燃烧器12包括连接至端板54的端壳体52。如图所示，端板54可为简单端板，其包括了单个燃料喷嘴孔隙58。然而，一些实施例中，端板58将不包括燃料喷嘴孔隙58。端板54能以多种方式连接至端壳体52，所述方式包括紧固件或焊接。与端板54相反，端壳体52连接至燃料喷嘴外壳56。为了连接至燃料喷嘴外壳56，端壳体52包括法兰60，所述法兰60使得端壳体52能附接到燃料喷嘴外壳56。例如，端壳体52可用延伸通过法兰60和燃料喷嘴外壳56中多个孔隙的紧固件(例如，带螺纹的紧固件，如螺栓)来连接至燃料喷嘴外壳56。
[0060]在方向40上继续,燃烧器12包括后壳体62。后壳体62包括了第一法兰64和第二法兰66。第一法兰64使得后壳体62能连接至燃料喷嘴外壳56。确切地说，第一法兰64可包括多个孔隙68，所述孔隙68允许紧固件(例如，带螺纹的紧固件，如螺栓)将后壳体连接至燃料喷嘴外壳56。与第一法兰64相反，后壳体附接或接触导流套筒70，所述导流套筒70帮助冷却燃烧器16的部件。在径向方向42上继续向内是燃烧内衬72。燃烧内衬72包含燃烧反应。空的空间设置在导流套筒70与燃烧内衬72之间，并可称作环带74。内衬72围绕燃烧器12的轴线41周向44延伸，环带74围绕内衬72周向44延伸，并且导流套筒72围绕环带74周向44延伸。环带74指引气流通向燃烧器上游端48。更确切地,在操作中，来自压缩机24的气流76进入环绕导流套筒70的空气腔室。导流套筒70包括径向注射孔隙78，所述径向注射孔隙78使得压缩气流76能够通过导流套筒70并进入环带74中。在空气76通过孔隙78后，环带74将压缩空气76朝上游端48引导。在上游端48中，压缩空气76可朝着一个或多个燃料喷嘴80转向或者重新定向。燃料喷嘴80配置用于部分预混合空气和燃料，以便形成燃料空气混合物82。燃料喷嘴80将燃料空气混合物82排放到燃烧区84中，在所述燃烧区84中，发生燃烧反应。燃烧反应产生热的加压燃烧产物86。这些燃烧产物86随后行进通过过渡连接件88到达涡轮18，从而驱动涡轮叶片以产生转矩。
[0061]如上说明，燃烧器包括了微混合器系统16。微混合器系统16包括燃料喷嘴外壳56、燃料喷嘴80、入口流量调节器90以及后板组件92。如下详细说明，微混合器系统16功能在于保护多管燃料喷嘴80以防碎片和热生长/梯度；并对喷嘴80中的每个微混合器管提供合适比率的气流和燃料，从而减少非期望的排放。微混合器系统16可包括多个燃料喷嘴80，所述燃料喷嘴80包括多管燃料喷嘴和/或其他燃料喷嘴(例如，旋流导叶喷嘴)。所不实施例中，微混合器系统16包括由燃料喷嘴外壳56支撑的多管燃料喷嘴94以及中心值班燃料喷嘴96。燃料喷嘴80将燃料与空气组合，从而形成燃料空气混合物以供在燃烧区84中燃烧。像多管燃料喷嘴94 一样，值班喷嘴96将燃料与空气组合，从而形成供燃烧的燃料空气混合物。然而，值班喷嘴96可有助于锚定用于其余燃料喷嘴94的燃烧火焰。
[0062]图3是根据实施例的微混合器系统16的侧视图。如上说明，微混合器系统16包括燃料喷嘴外壳56、入口流量调节器90以及后板组件92。燃料喷嘴外壳56径向支撑多管燃料喷嘴80 (即，在燃料喷嘴外壳56内)并为入口流量调节器90和后板组件92提供连接点。另外，燃料喷嘴外壳56允许实现到燃料喷嘴80的径向燃料输送(即，在径向方向42上)。径向支撑和燃料输送使燃烧器12能够使用简单端板54并为多管燃料喷嘴94增加可用表面积。
[0063]燃料喷嘴外壳56包括第一环结构120 (例如，外壁)和第二环结构或安装结构122(例如，外法兰)。如上说明，燃料喷嘴外壳56连接至端壳体52和后壳体62。确切地说，第二环结构122连接至端壳体52和后壳体62,由此将微混合器系统16固定在燃烧器12内。第一环结构120和第二环结构122可彼此同心，并且通过多个支杆124 (例如，径向支撑臂或者机翼)来连接在一起。支杆124可集成到燃料喷嘴外壳56。例如，第一环结构120、第二环结构122和支杆124可使用相加工艺(additive process)来由还料加工、铸造或生长。其他实施例中，第一环结构120、第二环结构122和支杆124可通过焊接、铜焊、螺栓或其他紧固件来联接。如图所示，支杆124可根据空气动力学成形。例如，支杆124可具有机翼形状或者其他类型空气动力学形状。空气动力学形状使得支杆124能在气流通过第一环结构120与第二环结构122之间时减少气流尾流。尾流减少使振动减少并且改进进入入口流量调节器90中的气流。支杆124还可允许实现到燃料喷嘴94的径向燃料输送。确切地说，支杆124可包括与第二环结构122和第一环结构124中的孔隙流体连通的孔隙。因此，燃料随后能够流自连接至燃料法兰126的外部来源125、通过燃料喷嘴外壳56并且进入燃料喷嘴94，而非通过端板54。燃料喷嘴外壳56还可包括冷却孔隙128。冷却孔隙128使得冷却气流能够流入燃料喷嘴外壳56中(例如，在径向方向42上)以冷却多管燃料喷嘴94和后板组件92，由此延长多管燃料喷嘴94和后板组件92的操作寿命。
[0064]图4是微混合器系统16的分解横截面透视图。如图所示，微混合器系统16可为模块化的系统，其促进了部件的附接和拆离。确切地说，微混合器系统16能够可移除地附接入口流量调节器90和后板组件92并将其从燃料喷嘴外壳56拆离。附接和拆离入口流量调节器90和后板组件92的能力使得容易接近燃料喷嘴94以供进行维护或更换。此外，增加的模块性可导致组装/拆卸过程更为简单、维护过程时间高效、更换作业更小并且性能增加。
[0065]如图所示，入口流量调节器90围绕轴线41周向44延伸，并且可具有大体环状的壁，所述大体环状的壁具有小于第一环结构120内径152的外径150。直径上的差别使得入口流量调节器90能够轴向40滑动到第一环结构120中。入口流量调节器90随后能够通过第一安装部153附接或安装。第一安装部153可包括第一环结构120、多个紧固件154、第一环结构120中的孔隙156以及入口流量调节器90中的孔隙158。紧固件154通过第一环结构120中的孔隙156和入口流量调节器90中的对应孔隙158将入口流量调节器90连接至第一环结构120。紧固件154可为螺栓、铆钉、销或其他可移除的紧固件。或者，入口流量调节器90可通过铜焊、焊接或甚至是焊接/铜焊与螺栓或铆钉组合来连接至第一环结构120。在又一些实施例中，入口流量调节器90的直径150可大于第一环结构120的直径152，以使入口流量调节器90能够轴向40滑过并连接至第一环结构120外部。
[0066]后板组件92围绕轴线41周向44延伸，并可具有可连接至燃料喷嘴外壳56的大体环状的壁。后板组件92可限定外径160，所述外径160小于第一环结构120的内径152。直径上的差别使得后板组件92能够轴向40滑动到第一环结构120中。后板组件92通过第二安装部161附接或安装到燃料喷嘴外壳56。第二安装部161可包括第一环结构120、多个紧固件162、孔隙164以及后板组件92中的孔隙166。紧固件162通过第一环结构120中的孔隙164和后板组件92中的对应孔隙166将后板组件92连接至第一环结构120。紧固件162可为螺栓、铆钉、销或其他可移除的紧固件。或者，后板组件92可通过铜焊、焊接或将螺栓或铆钉焊接/铜焊在合适位置而连接至第一环结构120。为了控制冷却空气以免通过后板组件92与第一环结构120之间，微混合器系统16可包括处于后板组件92与第一环结构120之间的密封件168(例如，密封箍)。在又一些实施例中，后板组件92的直径160可大于第一环结构120的直径152，以使后板组件92能够轴向40滑过并连接至第一环结构120外部。
[0067]图5是燃料喷嘴外壳56实施例的透视前端视图，示出燃料喷嘴94(例如，多管燃料喷嘴)。确切地说，图5示出在燃料喷嘴外壳56的燃料喷嘴容器190中处于不同组装阶段的燃料喷嘴94。例如，所示实施例中，燃料喷嘴94中的一个完全安装在燃料喷嘴容器190中，而第二燃料喷嘴94正准备插入到相邻燃料喷嘴容器190中。出于图示目的，剩余燃料喷嘴容器190为空(即，没有安装第三燃料喷嘴94)。所示实施例中，每个燃料喷嘴容器190具有截顶饼形周长188，所述截顶饼形周长188可由相对弯曲侧部189和相对会聚侧部191来限定。另外，所示燃料喷嘴外壳56具有三个相等大小的燃料喷嘴容器190，每个都具有截顶饼形周长188。其他实施例中，燃料喷嘴外壳56可具有2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个带有截顶饼形周长188的燃料喷嘴容器190。然而，每个燃料喷嘴容器190可类似任何形状，如圆形、矩形、三角形、饼形或者任何其他合适几何形状。
[0068]所示燃料喷嘴94具有截顶饼形周长91，所述截顶饼形周长91可由相对弯曲侧部93和相对会聚侧部95来限定。截顶饼形周长91设定轮廓或成形为用于配合到容器190的截顶饼形周长188中。燃料喷嘴94包括布置在板194、196和198内的多个微混合器管192 (例如，混合管)。某些实施例中，多管燃料喷嘴94可包括5至1000个、10至500个、20至250个或30至100个管192，它们沿轴线41彼此大体平行。每个管192可在直径上为约
0.25至5厘米、0.5至3厘米或I至2厘米。板194、196和198彼此轴向偏移距离200和202，从而形成带有燃料喷嘴外壳56的腔室。在本实施例中，存在有三个支撑板，但其他实施例中，可能存在有两个或更多个支撑板(例如，2、3、4、5、6等等)。通过这种方式，板194、196和198以指定图案来支撑、间隔并且布置微混合器管192。所示实施例中，管192沿每个燃料喷嘴94的侧部93和95暴露出来。换句话说，每个燃料喷嘴94并不包括其自己的专用外壳，相反，燃料喷嘴外壳56用作多个燃料喷嘴94的公共或共享外壳。因此，每个燃料喷嘴94可描述为管束192，其可轴向40插入外壳56中的相应容器190并从其中移除。
[0069]图6是燃料喷嘴外壳56的前视图,所述燃料喷嘴外壳56配置用于支撑多个燃料喷嘴80 (例如，多管燃料喷嘴94、中心燃料喷嘴96等等)并为入口流量调节器90和后板组件92提供连接点。如上说明，燃料喷嘴外壳56包括了第一环结构120和第二环结构122。为了将燃料喷嘴外壳56连接至相邻的燃烧器壳体，第二环结构122包括多个孔隙220。孔隙220可接收使得燃料喷嘴外壳56能连接至燃烧器端壳体52和燃烧器后壳体62上的法兰的紧固件(例如，带螺纹的紧固件或螺栓)。第一环结构120和第二环结构122可围绕轴线41彼此同心。如图所示，第一环结构120限定外径222，所述外径222小于第二环结构122的内径224。直径上的差别226形成介于第一环结构120与第二环结构122之间的气流通道228。气流通道228使得空气能够在上游方向上流过燃料喷嘴外壳56，流向端板54。
[0070]气流通道228由将第一环结构120连接至第二环结构122的支杆124分开。所示实施例中，燃料喷嘴外壳56可包括两种支杆:(I)燃料携载支杆230 ;以及(2)未携载燃料的支杆232。支杆124还可集成到燃料喷嘴外壳56并配置用于减少燃料喷嘴外壳56中的谐振。例如，支杆124可根据空气动力学成形，以便减少通过气流通道228的气流中的尾流。另外，支杆124可提供适当量的硬度，以便解调谐振频率振动或改变燃料喷嘴外壳56的谐振频率。例如，在本实施例中，燃料喷嘴外壳56包括三个燃料支杆230和三个支撑支杆或结构支杆232。其他实施例中，燃料喷嘴外壳56可包括更多燃料支杆230 (例如，1、2、3、4、
5、6、7、8、9、10或更多个)，或者更多支撑支杆232(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个)。其他实施例中，支杆124的一些或全部可更大和/或更硬，以便调谐谐振或者在燃料喷嘴外壳56内的特定位置处提供另外支撑。
[0071]如上说明，燃料喷嘴外壳56允许实现到燃料喷嘴80的径向燃料42输送。燃料喷嘴外壳56通过连接至第二环结构122外表面234的燃料法兰126接收燃料。当通过燃料法兰126时，燃料进入第二环结构122中的孔隙236。在通过孔隙236后，燃料进入燃料支杆230，所述燃料支杆230包括通向第一环结构120中孔隙240的孔隙238。当通过第二环结构120时，燃料进入燃料喷嘴容器190，以供燃料喷嘴80使用。如上说明，通过燃料喷嘴外壳56进行的径向支撑和燃料输送使端板54能够简化,并在第一环结构120内为多管燃料喷嘴94增加可用表面积(例如，微混合器管192的数量和/或大小)。
[0072]在本实施例中，存在由径向的分隔壁或板242分开的三个燃料喷嘴容器190。然而，可存在任何数量燃料喷嘴容器190(例如，1、2、3、4、5、6或更多个)。如图所示，非燃料支杆232与板242对齐，同时燃料支杆230居中定位在壁242之间。然而，其他实施例中，燃料支杆230和非燃料支杆232可定位在其他地方。径向的分隔壁或板242连接至第一环结构120并连接至第三环结构244(例如，第一内壁)。第三环结构244可与第一环结构120和第二环结构122同心并限定中心容器246。中心容器246可配置用于接收可有助于锚定周围多管燃料喷嘴94的燃烧反应的中心燃料喷嘴或值班喷嘴96。然而，其他实施例中，中心容器246可配置用于接收圆形多管燃料喷嘴。另外，其他实施例可具有更大、更小或无中心容器246。所示实施例中，燃料喷嘴容器190具有截顶饼形周长188，并且中心容器246是圆形的。然而，燃料喷嘴容器190和中心容器246可类似任何形状，如圆形、矩形、三角形、饼形或者任何其他合适几何形状。如上说明，燃料喷嘴外壳56 (B卩，第一环结构120、第三环结构244以及径向的分隔壁242)有益地提供了用于多管燃料喷嘴94的外壳。因此，每个燃料喷嘴80都不要求其自己的独立外壳，并且因此能以更低成本进行更换。
[0073]图7是根据实施例的燃料喷嘴外壳56的前视图。如图所不，燃料喷嘴外壳56径向连接至六个燃料法兰126。燃料喷嘴外壳56从燃料法兰126接收燃料并将燃料径向42输送到燃料喷嘴容器190，以供燃料喷嘴80使用。如上说明，在进入燃料喷嘴容器190前，燃料通过第二环结构122、燃料支杆230以及第一环结构120中的孔隙。所示实施例中，每个燃料喷嘴容器190是由两个燃料法兰126供料。两个燃料法兰126通过两个对应燃料支杆230将燃料从第二环结构122携载到第一环结构120。其他实施例中，对于每个燃料喷嘴容器可存在附加燃料法兰126 (例如，1、2、3、4、5或更多个燃料法兰126)，它们通过对应数量燃料支杆230 (例如，1、2、3、4、5或更多个燃料支杆230)输送燃料。
[0074]如图7进一步地所示，径向的板242可包括使得燃料能从一个燃料喷嘴容器190流到相邻燃料喷嘴容器190的孔隙248。例如，孔隙248可分布在整个板242上，以便帮助将燃料更均匀地分布在燃料喷嘴94的管192之间。进一步举例来说，孔隙248的数量(例如，I至1000)、大小(例如，直径)、形状(例如，圆形、椭圆形、三角形、方形、多边形等等)、轴向40位置以及径向42位置可不同，以便控制燃料在容器190之间的分布，并且因此控制燃料在燃料喷嘴94的多个管192之间的分布。一些实施例中，板242中每个可并不包括孔隙248、包括更多孔隙248 (例如，0、1、2、3、4、5、10、15、20、25或更多个孔隙248)，或者板242之间的孔隙248数量并不相同。例如，一个板242可包括两个孔隙248，而剩余的板分别具有五个和十个孔隙248。在板242中带有孔隙248的实施例中，可存在更少的燃料法兰126和燃料支杆230，因为燃料可在燃料喷嘴容器190之间自由流动。因此，单个燃料法兰126和燃料支杆230可将所有燃料供应到燃料喷嘴容器190。另外，图7示出第三环结构244可包括孔隙250。孔隙250允许燃料喷嘴容器190中的燃料进入中心容器246。在本实施例中，存在三个孔隙250，然而，不同实施例中，可存在不同数量孔隙250 (例如，0、1、2、3、4、5、10,15或更多个孔隙250)。在又一些实施例中，第三环结构244可包括仅仅与一些燃料喷嘴容器190连通的孔隙250。例如，第三环结构244可仅仅包括介于中心容器246与其中一个燃料喷嘴容器190之间的孔隙250。
[0075]图8是根据实施例的燃料喷嘴外壳56的前视图。所示实施例中，燃料喷嘴外壳56包括三个燃料喷嘴容器190。这些燃料喷嘴容器190中的每个占据第一环结构120内约120度的区域。实际来说，图8示出并不带有之前附图中示出的中心容器的实施例。尽管图8示出仅仅三个燃料喷嘴容器190，但其他实施例可包括由板242分开的不同数量的燃料喷嘴容器190(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个燃料喷嘴容器190)。另外，这些燃料喷嘴容器190中的每个可占据第一环结构内相等或不同量的区域。例如，一个燃料喷嘴容器190可占据第一环结构120的180度，而剩余燃料喷嘴容器190分别占据了 90度。
[0076]图9是根据实施例的微混合器系统16的局部横截面图。如上说明，微混合器系统16包括燃料喷嘴外壳56、燃料喷嘴80、入口流量调节器90以及后板组件92。燃料喷嘴外壳56通过以下方式径向支撑微混合器系统16:连接在端壳体52与后壳体62之间，或者更确切地，连接到端壳体52的法兰60和后壳体62的第一法兰64。当燃料喷嘴外壳56连接在端壳体52与后壳体62之间时，燃料喷嘴外壳56能够径向支撑燃料喷嘴80并将燃料径向供应到燃料喷嘴80。燃料喷嘴80可为多管燃料喷嘴94或与值班燃料喷嘴96组合的多管燃料喷嘴94。所示实施例中，燃料喷嘴外壳56支撑多管燃料喷嘴94以及中心值班燃料喷嘴96。
[0077]在操作中，燃料喷嘴80 (例如，多管燃料喷嘴94和值班燃料喷嘴96)将燃料与空气组合，从而形成燃料空气混合物以供在燃烧区84中燃烧。燃料喷嘴80从压缩机24接收气流。如上说明，压缩机24将气流排放到环绕燃烧器12下游端46的空气腔室中。导流套筒70中的径向注射孔隙78使得气流76能够通过导流套筒70并且进入环带74。由导流套筒70和燃烧内衬72形成的环带74将气流导向燃烧器16的上游端48。在上游端48中，气流76进入入口流量调节器90。如下更详细地描述，入口流量调节器90配置用于帮助在燃料喷嘴94周围周向44分布气流，从而帮助将更均等量的气流提供到燃料喷嘴94的每个管192中。另外，入口流量调节器90可充当过滤器，以便帮助阻止颗粒物质通到容器190之中，从而帮助减少管192的堵塞。在通过入口流量调节器90后，压缩空气进入多管燃料喷嘴94的管192中。管192将压缩空气与燃料260组合，从而形成在燃烧区84中燃烧的燃料空气混合物262。燃料260通过燃料法兰126径向进入燃料喷嘴外壳56。燃料260随后通过相应孔隙236、238和240而穿过第二环结构122、燃料支杆230以及第一环结构120。当燃料260通过第一环结构120时，燃料260进入燃料喷嘴容器190，以供燃料喷嘴94使用。如上说明，通过燃料喷嘴外壳56进行的径向支撑和燃料输送使端板54能够简化，并为多管燃料喷嘴94增加可用表面积(例如，微混合器管192的数量和/或大小)。
[0078]多管燃料喷嘴94包括延伸通过相应板194、196和198中的孔隙264、266和268的多个管192。所示实施例中，多管燃料喷嘴94包括三个板194、196和198，它们彼此轴向偏移以限定腔室270和272。当燃料260进入多管燃料喷嘴94时，燃料260首先进入腔室270。燃料260在向下游流到腔室272中之前分布在整个腔室270内。腔室270还有助于平衡围绕所有管192的燃料的压力和流量。如图所示，板196包括允许燃料离开腔室270并进入腔室272的孔隙274。一些实施例中，管孔隙266可形成充足空间以供燃料围绕管92从腔室270流到腔室272中。在又一些实施例中，管孔隙266和孔隙274可使得燃料260能够从腔室270流到腔室272中。孔隙266和/或274配置用于帮助将燃料更均匀地分布到腔室272之中，从而随后在进入管192之前进一步地平衡燃料的压力和流量。在腔室272中，燃料260通过燃料入口或槽276 (例如，I至100个燃料入口)进入管192。当燃料260通过燃料入口 276时，燃料260与通过空气入口 278的空气76混合。在通过出口 280离开前，燃料空气混合物262随后行进通过管192。所示实施例中，燃料入口 276在腔室272内。然而，其他实施例中，燃料入口 276可在腔室270中或在腔室270和272两者中。在又一些实施例中，燃料喷嘴94可不包括板196，并且燃料入口 276可位于板194与板198之间。
[0079]如上说明，多管燃料喷嘴94可包括板194、196和198。板194、196和198可固定或相对于管192、燃料喷嘴外壳56和/或燃烧器16的其他支撑结构可移动。例如，板194、196和198可与管192具有通过焊接、铜焊、栓接和/或形成干涉配合来形成的固定连接。进一步举例来说，可移动的连接件282 (例如，弹性金属密封件)可定位在板194、196和198中的一个或多个与燃料喷嘴外壳56之间。可移动的连接件282使得一个或多个板194、196和198能够响应于管192的热膨胀和收缩而在轴向方向40上移动。所示实施例中，板194、196和198与管52具有固定连接，但板194和198与燃料喷嘴外壳56具有可移动的连接件282 (例如，弹性金属密封件)。另一实施例中，板194可与燃料喷嘴外壳56和管192具有固定连接，而板196和198与燃料喷嘴外壳56具有可移动的连接件282。另一实施例中，板198可与管192具有固定连接并与燃料喷嘴外壳56具有可移动的连接件282 (例如，弹性金属密封件)，而板194和196与燃料喷嘴外壳56具有固定连接并与管192具有可移动的连接件(例如，滑动接头)。另一实施例中，板196与管192具有固定连接并与燃料喷嘴外壳56具有可移动的连接件(例如，弹性金属密封件)，而板194和198与燃料喷嘴外壳56具有固定连接并与管192具有可移动的连接件(例如，滑动接头)。在又一些实施例中，板194、196和198中每个都可与管192具有固定连接并与燃料喷嘴外壳56具有可移动的连接件(例如,弹性金属密封件)。这些实施例中的每个中,可移动的连接件282 (例如，弹性金属密封件)配置用于响应于管192、燃料喷嘴外壳56或燃烧器16任何其他结构的热膨胀或热收缩而膨胀和收缩，从而减少热诱导应力，同时维持流体密封性密封。
[0080]在系统10操作中，多管燃料喷嘴94中每个管192通过入口流量调节器90接收近似等量气流并且通过腔室272内的燃料入口 276接收燃料260。燃料和空气在每个管192内混合，并且随后作为燃料空气混合物262通过燃料空气混合物出口 280排放，以供在燃烧器16内燃烧。应当了解，出口 280附近温度因燃烧器16内燃烧而升高。另外，气流284温度可实质大于燃料流260的温度。例如，气流284温度可为约250至500摄氏度，而燃料流260温度可为约20至250摄氏度。由于这些温度梯度、零件(例如，管192、燃料喷嘴外壳56等等)材料组成以及其他因素，管192可能在微混合器系统16操作中经受热膨胀。可移动的连接件282 (例如，弹性金属密封件)配置用于吸收此热膨胀(和任何热收缩，例如，在关机过程中)，以便保护多管燃料喷嘴94和燃烧器16的各零件。在没有可移动的连接件282(例如，弹性金属密封件)时，管192、燃料喷嘴外壳56以及其他支撑结构可能受到显著的热应力，其可导致多管燃料喷嘴94的过早磨损、应力裂缝和寿命减少。因此，可移动的连接件282 (例如，弹性金属密封件)可帮助改进多管燃料喷嘴94的可操作性、性能以及寿命(例如，减少的应力和疲劳)。例如，可移动的连接件282可使得多管燃料喷嘴94能够承受更大温差，从而允许在不损坏多管燃料喷嘴94或者微混合器系统16的情况下增强性能。如下进一步地详细讨论，可移动的连接件282维持燃料喷嘴外壳56与板194和198之间的工作密封，同时还因管192的热膨胀或收缩实现轴向移动。
[0081]图10是图9所示微混合器系统16沿线10-10取得的截面图，示出弹性金属密封件300 (例如，金属波纹管302)的实施例。如下讨论，金属波纹管302包括带有一个或多个转弯或拐弯的壁303，其可在轴向方向304上膨胀和收缩。如图10所示，弹性金属密封件300(例如，金属波纹管302)在燃料喷嘴外壳56与板198之间延伸，从而形成燃料喷嘴外壳56与板198之间的工作密封。板198固定到管192，并且因此，板198和管192响应于热膨胀和收缩一起移动，而弹性金属密封件300 (例如，金属波纹管302)在轴向方向304上膨胀和收缩。所不实施例中，弹性金属密封件300设置在燃料喷嘴外壳56与板198之间、位于袋囊306 (例如，环状袋囊或者扇形袋囊)中，所述袋囊306可由燃料喷嘴外壳56中与板198外围部分310相对的凹槽308 (例如，环状凹槽或者扇形凹槽)形成。凹槽308可设置在第二环结构120的内表面312与燃料喷嘴外壳56的内突起或唇部314 (例如，环状唇部或者扇形唇部)之间。袋囊306 (例如，由凹槽308与部分310、312和314形成)大体沿着燃料喷嘴外壳56与板198之间界面延伸，从而提供能够在轴向方向304上膨胀和收缩的工作密封。
[0082]某些实施例中，弹性金属密封件300 (例如，金属波纹管302)可相对燃料喷嘴外壳56和/或板198固定或不固定(S卩，自由移动)。例如，密封件300可具有相对的第一端部316和第二端部318，所述第一端部316和第二端部318可焊接、铜焊、栓接或以其他方式固定到凹槽308和外围部分310。然而，端部316和318中的一个或两个可不固定到燃料喷嘴外壳56或板198。另外，弹性金属密封件300 (例如，金属波纹管302)可在壁303中具有一个或多个柔性的转弯、拐弯、弯曲、折叠或大体轴向可调整的转弯320，从而转弯320使密封件300能够在轴向方向304上膨胀和收缩。所示实施例中，弹性金属密封件300 (例如，金属波纹管302)具有多个交替的转弯320，其限定了波形图案322。例如，所示密封件300逆转方向五次，从而在壁303中限定五个轴向可调整的转弯320。另外，端部316和318可在径向方向42上定向。当端部316和318在径向方向42上定向时，弹性金属密封件300可促进板198与燃料喷嘴外壳56之间的密封。确切地说，如果腔室270中燃料的压力超过壁198相反侧的空气压力，那么金属波纹管302可在轴向方向40上膨胀，由此维持密封。然而，如果端部316和318定向在相反方向上，那么金属波纹管302可在腔室270中燃料的压力大于板198相反侧上空气压力的情况下收缩,从而降低金属密封件300的密封力。出于这个原因，端部316和318的定向可根据板194、196、198的相反侧上的流体压力不同而变化。例如，连接到板194和196的金属密封件300可为带有与图10所示相反定向的端部316和318的金属波纹管302。这可增加与板194和196接触的金属密封件300的能力，以便在板194和196的相反侧上的流体压力不同时维持与外壳56的密封。其他实施例中，密封件300可包括单个轴向可调整的转弯320，或者任何数量轴向可调整的转弯320 (例如，I至100个转弯)。因此，密封件300的转弯320可限定C形、U形、V形、W形、E形或任何类型的振荡图案。其他实施例中，密封件300可具有O形或J形。弹性金属密封件300中更大数量的转弯320可增加轴向移动304范围。弹性金属密封件300可由用于高温金属应用的任何合适金属制成，所述金属例如为不锈钢级321、不锈钢级347、不锈钢A-286、镍合金、钴合金和镍铬基超级合金(例如，Inconei? X-750)或其任何组合。
[0083]图11是具有适于图4至6多管燃料喷嘴94的扇形构型340 (例如，截顶饼形)的弹性金属密封件300实施例的前端视图。如图所示，扇形构型340包括具有两个大体平行侧部342和344以及两个非平行侧部346和348的楔形或截顶饼形。侧部342和344是弧形的，而侧部346和348是直线型的(例如，在径向方向350上发散)。然而，某些实施例中，密封件300的扇形构型340可包括其他形状，例如，具有三个侧部的饼形。另外，密封件300的一些实施例可成形为圆形、矩形、三角形或其他几何形状。在图8的实施例中，多管燃料喷嘴94和关联的密封件300可分段成围绕中心燃料喷嘴12的三个扇形。然而，外多管燃料喷嘴94和关联的密封件300可划分成任何数量扇形，例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个扇形。
[0084]图12、13和14是图9所示多管燃料喷嘴94的局部横截面侧视图，示出在壁303中具有不同数量轴向可调整转弯320的弹性金属密封件300 (例如，金属波纹管302)的实施例。例如，图12是图9所示燃料喷嘴12的局部横截面侧视图，示出具有单个转弯或拐弯320 (例如，U形或C形352)的弹性金属密封件300的实施例。图13是图9所示多管燃料喷嘴94的局部横截面侧视图，示出具有限定出波形图案322的多个转弯或拐弯320(例如，E形或W形354)的弹性金属密封件300的实施例。图14是图9所示多管燃料喷嘴94的局部横截面侧视图，示出具有限定出比图10更大波形图案322的多个转弯或拐弯320的弹性金属密封件300的实施例。具体来说，图14的波形图案322具有9个转弯或拐弯320，其可被描述成波形、振荡或Z形图案356。其他实施例中，图案356可具有任何数量的转弯或拐弯320。例如，在具有更大温差的应用中，带有大量转弯320的弹性金属密封件300 (例如，金属波纹管302)可用于允许更大轴向移动，同时仍然保持燃料喷嘴外壳56与多管燃料喷嘴94的板198之间的工作密封。另外，在图12、13和14的每个实施例中，相反端部316和318可相对燃料喷嘴外壳56和板198固定或不固定(即，能够移动)。例如，端部316和318中的一个可以是固定的，而另一个端部是不固定的，从而简化燃料喷嘴12的安装和移除。
[0085]图15是后板组件92的分解透视图。后板组件92屏蔽多管燃料喷嘴94以免于燃烧区84中燃料空气混合物262的燃烧反应并且冷却多管燃料喷嘴94，使得后板组件92帮助延长多管燃料喷嘴94的操作寿命。后板组件92包括后板370、冲击板372、第一圆柱374 (例如，外壁)、第二圆柱376 (例如，内壁)以及第一密封箍378 (例如，环形密封件(hulaseal))和第二密封箍380 (例如，环形密封件)。密封箍378和380是大体环状的密封件，具有环状的壁377，所述环状的壁377在直径上先增加后减小以便限定弧形横截面或弹簧元件379。弧形横截面379帮助在径向方向上适应热膨胀和收缩，同时维持密封。如图所示，后板370和冲击板372包括相应管孔隙382和384，它们能够实现后板组件92在多管燃料喷嘴94的管192上的附接。后板370和冲击板372还可包括相应中心喷嘴孔隙或通道386和388。中心喷嘴孔隙386和388使第二圆柱376能够延伸穿过冲击板372和后板370并且通过中心通道385接收中心燃料喷嘴或值班喷嘴96。后板组件92用销162 (参见图9)附接到燃料喷嘴外壳56，销162通过孔隙390连接到第一圆柱374 (例如，径向安装)。销162使得后板组件92径向生长，但会阻止朝向燃烧器12后端转动或移动。另外，销锁构型使后板370或后板组件92的其他部分易于更换。
[0086]所示实施例中，板370和372中每个接收燃料喷嘴外壳56的多个容器(例如，三个扇形和/或截顶饼形布置)中的用于燃料喷嘴94的所有混合管192。换句话说，并非对每个容器190提供一个单独板，而是所示实施例在所有容器190之间共享板370和372，从而限定一体化的板370和一体化的板372。一体化后板370具有管孔隙382，所述管孔隙382设置在大体整个板370上的由扇形隔件381 (例如，径向分隔空间)分开的扇形(例如，饼形扇形)中，所述扇形隔件381与容器190之间的分隔壁242大体对齐。类似地是，一体化冲击板372具有管孔隙384，所述管孔隙384设置在大体整个板372上，除了扇形隔件383，所述扇形隔件383与容器190之间的分隔壁242大体对齐。因此，后板370和冲击板372的一体化构造会有助于为混合管192增加管孔隙382覆盖度，同时还减少了潜在泄漏路径数量。一体化的板370和372还简化了微混合器系统16的构造、安装、移动和维护，尤其简化了管192的安装和移除。
[0087]图16是根据实施例的图9中微混合器系统16沿线16_16的截面图。如图所示，后板组件92被组装成后板370连接到冲击板372并且冲击板372连接到第一圆柱374。后板370、冲击板372和第一圆柱374可通过焊接、铜焊或紧固件(例如，带螺纹的紧固件)连接。一旦组装，后板组件92通过延伸穿过燃料喷嘴外壳56中的孔隙164和第一圆柱374中的孔隙390的销162来连接到燃料喷嘴外壳56。气流通过密封箍378被限制在后板组件92与燃烧内衬72之间。如上提及，后板组件92允许实现冷却并且可阻止燃烧区84中燃料空气混合物262的燃烧与多管燃料喷嘴94中的管192直接接触。因此，后板370可由能够长时间地承受高温的材料制成(例如，哈氏合金(hastalloy) X,海纳(haynes) 188、钴铬合金(cobalt chromium)、因科镍(inconnel)等等)。另外，后板370可包括如热障涂层(TBC)400的涂层，以便提供另外的热保护，从而减少后板370上的热磨损并限制到管道192的热量传输。
[0088]后板组件92也可与板198组合形成空气冷却腔室402。如上说明，燃料喷嘴外壳56包括径向空气冷却孔隙128，其使压缩空气76能够行进通过环状空间74进入空气冷却腔室402。当气流76进入腔室402时，气流76围绕管192旋流并对其进行对流冷却(即，将热量从管192传递走)。另外，气流76可帮助移除可能泄露到管192与壁198之间的空气冷却腔室402中的任何燃料260，从而实质减少或者消除积累在后板370后的燃料。腔室402在方向404上朝冲击板372指引冷却气流76。如图所示，冲击板372与后板370偏移以形成空间406。空间406形成压降以便吸引气流76通过冲击孔隙408。当气流76通过冲击板372时，气流76冲击到后板370的前端侧部410上，以对板370进行冲击冷却。在冲击冷却了冲击板370的前端侧部410后，气流76可通过扩散冷却孔隙和/或在后板370与管192之间离开。当冷却空气76离开后板组件92时，气流76将热量和可能的燃料传递到燃烧区84中，由此保护微混合器系统16以免于热磨损。
[0089]其他实施例中，后板组件92可不包括冲击板372。因此，冷却气流76可直接接触后板370的前端侧部410，并且随后通过管192与后板370之间间隙和/或通过扩散冷却孔隙离开。即使进行冷却，后板370也可能变得比微混合器系统16中的其他部件更热。然而，到燃料喷嘴外壳56的销的附接使后板组件92能够径向生长，但阻止转动和下游轴向移动。因此，微混合器系统16减少或者阻止了后板组件92与燃料喷嘴外壳56之间的机械负载和应力。
[0090]图17是包括管孔隙382和扩散冷却孔隙420的后板370的截面图。如上说明，在冷却空气76冲击到后板370的前端侧部410上后，冷却气流76可通过扩散冷却孔隙420和/或通过管孔隙382离开。如图所示,管孔隙382具有宽度422并且管192具有宽度424。宽度422和424之间的差别426形成环状空间428，以供冷却气流76通过后板370离开微混合器系统16。冷却气流76还可通过扩散冷却孔隙420离开。扩散冷却孔隙420可位于管孔隙382的一些或全部之间。一些实施例中，可存在介于相邻管孔隙382中每个之间的一个以上扩散冷却孔隙420 (例如，1、2、3、4、5或更多个)。扩散冷却孔隙420可垂直于后板370或相对后板370的平面432形成某个角度。例如，扩散冷却孔隙的角度430和431可相对平面432为约30至150度、50至130度、70至110度、80至100度、30度、45度、60度、75度或90度。在操作中，扩散冷却孔隙420使得冷却气流薄膜能够覆盖后板370的后端434。冷却空气薄膜可帮助保护后板370免于燃烧器12中的燃烧反应。尽管图17示出后板370，但相同冷却特征可应用于冲击板372。确切地说，冲击板372的冲击孔隙408可相对冲击板372的平面形成某个角度。冲击板372还可包括介于管孔隙384之间的多个冲击孔隙408 (例如，1、2、3、4、5或更多个冲击孔隙)，以更有效地冷却后板370。
[0091 ] 图18是入口流量调节器90的后透视图。如上说明，入口流量调节器90充当过滤器，防止碎片进入多管燃料喷嘴94，并且使得气流能够近似均匀分布到多管燃料喷嘴94中的每个管192。入口流量调节器90包括第一圆柱450 (例如，外壁)、第二圆柱452 (例如，内壁)以及将第一圆柱450连接至第二圆柱452的板454。如图所示，第一圆柱450包括孔隙158，其使入口流量调节器90能连接到燃料喷嘴外壳56。另外，第一圆柱450还可包括气流孔隙456 (例如，径向孔隙)，所述气流孔隙456彼此沿轴向40并沿第一圆柱450周向44间隔开。孔隙456所具有的直径可小于多管燃料喷嘴94中的管192的直径。直径上的差别使得入口流量调节器90阻止压缩空气76中的碎片通过入口流量调节器90并进入管192。在本实施例中，气流孔隙456定位在板454附近。然而，其他实施例中，气流孔隙456可定位在第一圆柱450上与板454相反侧上,或者气流孔隙456可定位在第一圆柱450圆周周围的任何点上。所示实施例中，气流孔隙456是圆形的；然而，其他实施例中，孔隙可以是矩形、方形或椭圆形的。另外，孔隙456可在第一圆柱450周围布置成不同图案(例如，成行)。
[0092]板454还可包括多个气流孔隙458 (例如，轴向孔隙)。类似孔隙456，孔隙458所具有的直径可小于多管燃料喷嘴94中的管192的直径。直径上的差别使得入口流量调节器90阻止压缩空气76中的碎片通过入口流量调节器90并进入管192。如上所述，微混合器系统16将燃料径向42输送到多管燃料喷嘴94。因此，板454的区域可大体充满气流孔隙458，由此在压缩空气76通过入口流量调节器90时减少压力损失。类似气流孔隙456，气流孔隙458可以是圆形、矩形、方形或椭圆形的。另外，气流孔隙458可在第二圆柱452周围布置成图案(例如，成同心圆形的行)。然而，不同实施例中，气流孔隙458可不同地布置。第二圆柱452置于板454内并且限定中心燃料喷嘴孔隙460。中心燃料喷嘴孔隙460使得中心燃料喷嘴或值班燃料喷嘴96能够通过入口流量调节器90并进入燃料喷嘴外壳56。其他实施例中，入口流量调节器90可不包括中心燃料喷嘴孔隙460，但是可替代地包括附加气流孔隙458，所述附加气流孔隙458将压缩空气76送到多管燃料喷嘴94。
[0093]图19是图18所示入口流量调节器90的前透视图。如图所示，入口流量调节器90包括分隔壁或支撑板470 (例如，径向支架)。支撑板470连接到第一圆柱450、第二圆柱452、板454，并连接到转向导件472 (例如，转向导叶、挡板或壁)。支撑板470可通过焊接、铜焊或紧固件(例如，带螺纹的紧固件)进行连接，以对转向导件472和第二圆柱452提供另外支撑。除了提供支撑之外，支撑板470可帮助将通过前板454中孔隙458的气流引导到特定容器190和多管燃料喷嘴94。在本实施例中，入口流量调节器90包括与燃料喷嘴外壳56中的三个多管燃料喷嘴94对应的三个支撑板470。然而，其他实施例中，可存在附加支撑板470 (例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个)，其可与容器190和多管燃料喷嘴94的数量对应。另外，支撑板470可从板454延伸到第一圆柱450的相反端474，由此，在多管燃料喷嘴94之间划分通过入口流量调节器90的气流。
[0094]类似于后板组件92的板370和372，图18和19所示入口流量调节器90可为一体化(例如，单件)结构，其在多个容器190、多个燃料喷嘴94以及所有的管192之间是共享的。换句话说，孔隙458可实质覆盖整个板454，除了与容器190之间的分隔壁242大体对齐的支撑板470。因此，孔隙458可帮助在轴向方向40上朝着混合管192将气流实质均匀地供应到整个板458上，而孔隙456帮助在径向方向42上朝着混合管192将气流实质均匀地围绕第一圆柱450供应。同样，孔隙456和458有助于将气流更均匀地分布到所有的管192，以使各个管192接收实质等量的空气流。另外，入口流量调节器90的一体化构造简化了燃料喷嘴94和混合管192的构造、安装、移除和维修。
[0095]如上提及，入口流量调节器90包括转向导件472。转向导件472可帮助将气流指引到多管燃料喷嘴94中的径向最外侧管192。确切地说，转向导件472可从第一圆柱450中的气流孔隙456指引气流。在又一些实施例中，转向导件472可将气流从孔隙456和458指引到多管燃料喷嘴94的径向最外侧管192，由此使得气流能够实质均匀地分布到多管燃料喷嘴94中的每个管192。
[0096]图20是入口流量调节器90的截面图。如图所示，转向导件472重新定向通过孔隙456进入入口流量调节器90的气流。确切地说，当气流76通过孔隙456进入入口流量调节器90时，气流接触转向导件472。转向导件472使气流76转向并且指引气流76沿着入口流量调节器90的内表面476流动。当气流在内表面476附近行进时，入口流量调节器90使得径向最外侧管192能与多管燃料喷嘴94的径向最内侧管192接收大致相同量的气流。在本实施例中，转向导件472使通过孔隙456进入入口流量调节器90的气流转向。然而，其他实施例中，转向导件472也可使通过板454中的一些孔隙458进入入口流量调节器90的气流转向。
[0097]图21是入口流量调节器90的实施例的截面图。所示实施例中，入口流量调节器90没有将气流引导到多管燃料喷嘴94的径向最外侧管192的转向导件。相反，气流孔隙456与第一圆柱450形成角度480、482和484，其中角度480、482和484大体定向在朝着管192的下游方向上。孔隙456角度重新定向进入入口流量调节器90的气流。更确切地，孔隙456角度促使气流在入口流量调节器90的内表面476附近流动，由此，将与径向最内侧管192接收到的近似等量的气流供应到径向最外侧管192上。角度480、482和484可为约90至170度、110至150度或130至140度，或者大于约100度、120度、140度或160度。一些实施例中，孔隙456可具有不同角度，由此促使通过不同孔隙456的气流更接近或更远离内表面476流动。例如，角度480、482和484中的每个可互不相同，或角度480、482和484中的一些可彼此相等。另一实施例中，角度480、482和484可在轴向方向40上从一个孔隙456到另一个逐渐增加。在又一些实施例中，角度480、482和484可在轴向方向40上从一个孔隙456到另一个逐渐减小。在这些实施例中每个中，孔隙456角度可有助于将近似等量气流提供到多管燃料喷嘴94中的每个管192。
[0098]图22是入口流量调节器90的实施例的截面图。类似于图22中的实施例，图22所示入口流量调节器90不包括转向导件。相反，入口流量调节器90包括孔隙456和458，它们与第一圆柱450和板454形成相应角度。确切地说，孔隙456与第一圆柱450形成角度480,482和484，而孔隙458则形成角度490,492,494和496。在本实施例中，孔隙456中的两个所具有的角度大于九十度，而第三孔隙相对第一圆柱450呈九十度。另外，一些孔隙458与板454形成大于90度的角度(例如，角度490和492)，而剩余孔隙458则形成九十度角度494和496。具有非垂直角度490和492的两个孔隙458与形成非垂直角度482和484的孔隙456的组合(所有角度都为大于90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度或170度)增加沿第一圆柱450的内表面476到达多管燃料喷嘴94的径向最外侧管192的气流。因此，第一圆柱450中的孔隙456和沿板454的孔隙458可增加到达多管燃料喷嘴94的径向最外侧管192的气流，由此使得近似等量气流进入多管燃料喷嘴94的管 192。角度 480、482、484、490、492、494 和 496 可为约 90 至 170 度、110 至 150 度、130 至140度，或约90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度或170度。一些实施例中，孔隙456和458可具有不同角度，由此指引通过不同孔隙456和458的气流更接近或更远离内表面472流动。例如，角度480、482、484、490、492、494和496中的每个可互不相同，或可相对角度480、482、484、490、492、494和496中的一些有所不同。另一实施例中，角度480、482和484可在轴向方向40上从一个孔隙到另一个逐渐增加。又一实施例中，角度480、482和484可在轴向方向40上从一个孔隙到另一个逐渐减小。角度490、492、494和496的角度也可在径向方向42上从一个孔隙到另一个逐渐增加，或者在径向方向42上从一个孔隙到另一个逐渐减小。另外，仅仅孔隙456和458中的一些可形成大于90度的角度，而剩余孔隙则与第一圆柱450和第二圆柱454形成90度的角度。当每个管192通过流量调节器90接收近似等量气流时，多管燃料喷嘴94以合适比率混合并且分布燃料空气混合物，以便实现最佳燃烧、排放、燃料耗量以及功率输出。确切地说，微混合器系统16可减少来自燃气涡轮系统的非期望的排放物(例如，NOx, CO、CO2等等)水平。
[0099]本发明的技术效果包括一种模块化的微混合器系统。模块化的微混合器系统促进对单独部件的检查、维护和更换，所述部件包括多管燃料喷嘴、入口流量调节器、后板组件和弹性金属密封件(例如，金属波纹管)。如上说明，燃料喷嘴外壳支撑单独部件，同时将燃料径向提供到多管燃料喷嘴。径向燃料输送使得能在燃烧器上使用简化端板，并且增加多管燃料喷嘴的管可使用的可用空间。其他技术效果包括入口流量调节器，其能从压缩空气中过滤碎片并使近似等量气流进入多管燃料喷嘴中的每个管中。另外，微混合器系统包括后板组件，所述后板组件配置用于形成能够对流冷却多管燃料喷嘴的冷却空气腔室，也能防止多管燃料喷嘴与燃烧区中燃烧反应的直接接触。最后，弹性金属密封件减少或阻止多管燃料喷嘴内的温度梯度所造成的磨损。确切地说，弹性金属密封件(例如，金属波纹管)可在轴向方向上膨胀或收缩，以便减小管的热膨胀或收缩效应，同时维持燃料喷嘴外壳与多管燃料喷嘴之间的连续工作密封。
[0100]本说明书使用实例来公开本发明、包括最佳模式，同时也使所属领域中的任何技术人员都能够实践本发明、包括制造并使用任何装置或系统并且执行所涵盖的任何方法。本发明的专利保护范围由权利要求书界定，并且可包括所属领域中的技术人员所想出的其他实例。如果此类其他实例具有的结构元素与权利要求书的字面意义相同，或者如果此类其他实例包括的等效结构元素与权利要求书的字面意义并无实质差别，那么此类其他实例也在权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种系统，所述系统包括: 多个多管燃料喷嘴，每个多管燃料喷嘴具有在轴向方向上延伸的多个管，其中所述多个管中的每个管包括空气入口、燃料入口以及燃料空气混合物出口 ；以及 燃料喷嘴外壳，所述燃料喷嘴外壳包括: 外壁，所述外壁围绕中心轴线周向延伸； 多个径向壁，所述多个径向壁从所述外壁向内朝所述中心轴线延伸； 多个燃料喷嘴容器，所述多个燃料喷嘴容器设置在所述外壁内，其中所述多个径向壁使得所述多个燃料喷嘴容器彼此分开，并且所述多个多管燃料喷嘴设置在所述多个燃料喷嘴容器中； 安装结构，所述安装结构包括从所述外壁向外延伸的多个径向支撑臂。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述多个多管燃料喷嘴中的每个燃料喷嘴具有围绕相应燃料喷嘴周长暴露的所述多个管，并且所述燃料喷嘴外壳围绕每个燃料喷嘴的所述周长延伸。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述多个燃料喷嘴容器包括第一容器和第二容器，并且所述多个多管燃料喷嘴包括设置在所述第一容器中的第一多管燃料喷嘴和设置在所述第二容器中的第二多管燃料喷嘴。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述多个燃料喷嘴容器包括第三容器，并且所述多个多管燃料喷嘴包括设置在所述第三容器中的第三多管燃料喷嘴。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述第一容器包括由所述外壁以及所述多个径向壁中的第一和第二径向壁至少部分限定的第一饼形周长，所述第二容器包括由所述外壁和所述多个径向壁中的第二和第三径向壁至少部分限定的第二饼形周长，并且所述第三容器包括由所述外壁和所述多个径向壁中的第一和第三径向壁至少部分限定的第三饼形周长。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述外壁包括环绕圆形区域的环状外壁，其中所述第一、第二以及第三饼形周长各自包括占所述圆形区域约120度的扇形。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述燃料喷嘴外壳包括与所述外壁大体同轴的内壁，其中所述内壁连接至所述多个径向壁。
8.如权利要求7所述的系统，其包括中心燃料喷嘴，所述中心燃料喷嘴设置在延伸通过所述内壁的中心通道中。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述多个燃料喷嘴容器中的每个容器通过所述多个径向支撑臂中的至少一个臂连接至一个燃料通道。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述多个径向壁中的每个壁包括至少一个孔隙，所述至少一个孔隙在所述多个燃料喷嘴容器中的相邻容器之间延伸。
【文档编号】F23R3/02GK104048323SQ201410093498
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】J.T.斯图尔特, C.P.基纳, H.M.奥斯特比 申请人:通用电气公司