具有中心体组件的燃料喷射器的制作方法

[0001]
本公开总体上涉及燃气涡轮发动机，并且涉及具有中心体组件的燃料喷射器。


背景技术：

[0002]
燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮部段。燃烧器包括为燃烧过程提供燃料的燃料喷射器。在燃料喷射器的操作期间，液体燃料的贫油直接喷射可能导致在点火且加速到怠速期间产生一些烟雾。
[0003]
授予j.zelina等人的美国专利第2002/0162333号公开了一种用于燃气涡轮发动机中的低排放燃料喷射系统和燃烧室，其包括具有双回路的一个燃料喷射体，以用于供应引燃燃料系统和主燃料系统。引燃液体燃料回路和主液体燃料回路均在基本上相同的轴向和径向位置处喷射燃料。凹入的引燃燃料喷射部位沿着燃烧器中心线进入由轴向空气旋流器产生的旋流空气通路中。主燃料以复合角度径向喷射穿过多个喷射部位，进入由径向空气旋流器产生的旋流空气通路的内径中。进入燃烧室之前的燃料/空气停留时间相对较短，从而最小化了自动点火的可能性。在仅引燃回路操作期间，火焰通过旋流器产生的再循环区稳定，产生高温以完全燃烧燃料，产生低co和uhc(未燃烧的碳氢化合物)排放。在中等和高发动机功率条件期间，主燃料回路和引燃回路将燃料排放到旋流器中，旋流器产生高气流再循环区，产生燃料贫油低温火焰以降低nox排放。
[0004]
本公开旨在克服发明人发现的一个或多个问题。


技术实现要素：

[0005]
本文公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器的中心体组件。在实施例中，中心体组件包括中心体和液体主组件。中心体限定液体管端口、液体主端口和主液体通路。液体管端口在中心体中延伸并且延伸到中心体的基部端中。液体主端口延伸到中心体的液体主端中。液体主端口包括液体主端口表面，液体主端口表面是液体主端口的底表面。主液体通路从液体管端口延伸到液体主端口并且与液体管端口流动连通。
[0006]
液体主组件在液体主端口处接合到中心体。液体主组件限定液体主体、液体主基部、液体主基部凸缘、液体廊道、液体主第一通路、液体主第二通路和雾化器组件。液体廊道可以与主液体通路流动连通。液体廊道是位于液体主基部中的通道，围绕液体主基部延伸，并且邻接液体主端口表面，邻近主端口并与主液体通路流动连通。
[0007]
液体主第一通路与液体廊道流动连通。液体主第二通路与液体主第一通路流动连通。雾化器组件与液体主第二通路流动连通。
附图说明
[0008]
图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。
[0009]
图2是图1的燃料喷射器的分解图。
[0010]
图3是图2的燃料喷射器的一个实施例的横截面视图。
[0011]
图4是图2和图3中的分配块沿着线iv-iv的横截面视图。
[0012]
图5是图2和图3中的喷射器头的横截面视图。
[0013]
图6是图2的燃料喷射器的一个替代性实施例的横截面视图。
[0014]
图7是图6的喷射器头的横截面视图。
[0015]
图8是图6的喷射器头的一部分的横截面视图。
[0016]
图9是图2-8的中心体组件的横截面视图。
[0017]
图10是图9的中心体组件的分解横截面视图。
[0018]
图11是图2-8的实施例的喷射器头的一部分的等距视图。
[0019]
图12是图2-8的实施例的喷射器头的一部分的横截面视图。
[0020]
图13是用于贫油直喷液体燃料的方法的流程图。
具体实施方式
[0021]
本文公开的系统和方法包括用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器。在实施例中，燃料喷射器包括两股流设计，其将液体燃料喷射到主区中。一支液体燃料流是主流且是多射流的构造，且另一液体燃料流是引燃流且是单射流的构造。在点火期间和加速至怠速期间，通过引燃液体燃料回路供应受控燃料量。通过在此操作阶段期间使用通过引燃液体燃料回路的受控量的液体燃料，燃料雾化可以足以提供燃烧系统周围的可靠打火并最小化烟雾产生。一旦操作处于或接近怠速，燃料就供应到主液体燃料回路和引燃液体燃料回路两者，其中大部分燃料流过主液体燃料回路。可通过怠速上方的操作范围维持分流以最小化烟雾排放和液体燃料系统压力。
[0022]
图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。为了清楚和便于解释起见，(在该图和其它附图中)省略或放大了某些表面。为清楚起见，一些附图标记未针对在附图中示出多于一次的相同或几乎相同的(例如镜像)元件的每次出现，特别是针对其多次出现都被示出。此外，本公开可能提及前方向和后方向。大体上，除非另有说明，否则对“前”和“向”的所有提及均与主空气(即，在燃烧过程中使用的空气)的流动方向相关联。例如，前为相对于主气流的“上游”，而后为相对于主气流的“下游”。
[0023]
另外，本公开通常可提及燃气涡轮发动机的旋转中心轴线95，其一般可由燃气涡轮发动机的轴120(由多个轴承组件150支承)的纵向轴线限定。中心轴线95可以与各种其它发动机同心部件共有或共用。除非另有说明，否则对径向、轴向和周向方向以及测量的所有提及均指中心轴线95，并且诸如“内”和“外”的术语一般表示远离更小的或更大的径向距离，其中径向96可为垂直于中心轴线95并且从该中心轴线向外辐射的任何方向。
[0024]
一种燃气涡轮发动机100包括入口110、轴120、燃气发生器或“压缩机”200、燃烧器300、涡轮机400、排气装置500和动力输出联接装置50。燃气涡轮发动机100可具有单轴配置或双轴配置。
[0025]
压缩机200包括压缩机转子组件210、压缩机固定叶片(“定子”)250和入口导流叶片255。压缩机转子组件210机械地联接到轴120。如图所示，压缩机转子组件210是轴流转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机盘组件220。每个压缩机盘组件220包括压缩机转子盘，其周向地设置有压缩机转子叶片。定子250沿轴向跟随压缩机盘组件220的每一个。与跟随压缩机盘组件220的相邻定子250配对的每个压缩机盘组件220被视为是一个
压缩机级。压缩机200包括多个压缩机级。入口导流叶片255轴向地位于压缩机级之前。
[0026]
燃烧器300包括一个或多个燃料喷射器600，并且包括一个或多个燃烧室390。每个燃料喷射器600包括凸缘组件610，喷射器头630以及在凸缘组件610和喷射器头630之间延伸的燃料管690。在所示的燃气涡轮发动机中，每个燃料喷射器600沿相对于通过燃烧器壳体398的径向壳体部分399或压缩机扩散器壳体的中心轴线95的轴向方向安装到燃烧器300中。
[0027]
涡轮机400包括涡轮机转子组件410和涡轮机喷嘴450。涡轮机转子组件410机械地联接到轴120。如图所示，涡轮机转子组件410是轴流转子组件。涡轮机转子组件410包括一个或多个涡轮盘组件420。每个涡轮盘组件420包括周向设置有涡轮叶片的涡轮盘。涡轮机喷嘴450轴向地位于每个涡轮盘组件420之前。与在涡轮盘组件420之前的相邻涡轮机喷嘴450配对的每个涡轮盘组件420被视为是一个涡轮机级。涡轮机400包括多个涡轮机级。
[0028]
排气装置500包括排气扩散器510和排气收集器520。
[0029]
燃料喷射器600可以包括用于将燃料输送到燃烧室390的多个燃料回路。图2是图1的燃料喷射器600的分解图。参考图2，凸缘组件610可以包括凸缘611、分配块612、管件和柄部620。每个燃料回路可以使用单个管件。凸缘611可以是圆柱形盘并且可以包括用于将燃料喷射器600紧固到燃烧器壳体398的孔。
[0030]
分配块612从凸缘611延伸并且可以在凸缘611的轴向方向上延伸。凸缘611和分配块612可以形成为整体件。分配块612可以用作一个或多个燃料回路的歧管，以通过多个燃料管或通路将一个或多个回路的燃料流分配。
[0031]
燃料管690可以包括第一主管601、第二主管602、副管603和管杆604。第一主管601和第二主管602可以是主主气体燃料回路的一部分。第一主管601和第二主管602可以是平行的并且可以平行于组件轴线797延伸。组件轴线797包括到中心体组件700的纵向轴线。组件径向轴线896垂直于组件轴线797并从组件轴线向外辐射。
[0032]
副管603可以是主主气体燃料回路的一部分或者可以是副主气体燃料回路的一部分。副管603可以从分配块612以相对于第一主管601和第二主管602成角度延伸到喷射器头630，并且可以用作喷射器头630的支承管以防止喷射器头630的偏斜。管杆604可以包括用于主液体燃料回路、引燃液体燃料回路和引燃气体燃料回路的通路。
[0033]
喷射器头630可以包括喷射器本体640、外帽632、内部预混合管660、外部预混合筒670、中心体组件700、锁定环634和紧固件635。喷射器本体640可以包括第一主燃料输送管件651、第二主燃料输送管件652和副燃料输送管件653。第一主管601可以在第一主燃料输送管件651处连接到喷射器头630。第二主管602可在第二主燃料传输管件652处连接到喷射器头630，并且副管603可在副燃料传输管件653处连接到喷射器头630。
[0034]
外帽632可以连接到喷射器本体640并且可以位于喷射器本体640和凸缘组件610之间。外帽632可以包括允许压缩机排气进入喷射器头630的开口。
[0035]
凸缘组件610、气体管、液体管、管杆604、喷射器本体640、内部预混合管660、外部预混合筒670和中心体组件700包括或可以被组装以形成用于主气体燃料回路、主液体燃料回路、引燃液体燃料回路和引燃气体燃料回路的通路。本文公开了这些燃料回路的实施例，并将结合其余附图进行讨论。
[0036]
锁定环634和紧固件635可以用于将各种部件保持在一起。锁定环634可用于将内
部预混管660固定到喷射器本体640。
[0037]
图3是图2的燃料喷射器600的一个实施例的横截面视图。图4是图2和图3中的分配块612沿着线iv-iv的横截面视图。在图3和图4所示的实施例中，第一主管601、第二主管602和副管603形成单个主气体燃料回路。
[0038]
参考图3，凸缘组件610可以包括固定到凸缘611的主气体管件621和与主气体管件621流动连通的进气通路614。进气通路614可以延伸穿过凸缘611并进入分配块612中。参考图4，分配块612包括第一主通路615、第二主通路616和副通路617。在所示的实施例中，第一主通路615、第二主通路616和副通路617全部与进气通路614流动连通。如图4所示，第一主通路615、第二主通路616和副通路617可以连接到进气通路614，并且可以处于平行流配置。
[0039]
凸缘组件610还可以包括第一主管端口638，第二主管端口639和副管端口619。第一主管601可以在第一主管端口638处连接至分配块612，可以与第一主通路615流动连通，并且可以将第一主通路615流体连接至第一主管601。第二主管602可以在第二主管端口639处连接至分配块612，可以与第二主通路616流动连通，并且可以将第二主通路616流体连接至第二主管602。副管603可以在副管端口619处连接至分配块612，可以与副通路617流动连通，并且可以将副通路617流体连接至副管603。
[0040]
参考图3和图4，第一主通路615、第二主通路616和副通路617可全部与进气通路614在相同位置相交。在所示的实施例中，第一主通路615、第二主通路616和副通路617是交叉钻出的。第一主通路615从分配块612的侧面以一定角度钻出，与进气通路614相交并延伸到第一主管端口638。第二主通路616从分配块612的相对侧面以一定角度钻出，与进气通路614及第一主通路615相交并延伸到第二主管端口639。副通路617从分配块612的底部向上钻出，与进气通路614、第一主通路615及第二主通路616相交，并延伸到副管端口619。凸缘组件610可以在每个通路的远离其相应管端口的端部处包括塞子618。
[0041]
在一些实施例中，第一主通路615、第二主通路616和副通路617可全部从进气通路614开始并延伸到它们各自的管端口。例如，第一主通路615、第二主通路616和副通路617可以在增材制造过程期间与分配块612同时形成，并且可以不需要交叉钻出。
[0042]
凸缘组件610还可以包括杆腔622。杆腔622可以延伸穿过凸缘611并且还可以延伸穿过分配块612。在所示的实施例中，分配块612成形为围绕管杆604延伸。
[0043]
管杆604可延伸穿过凸缘组件610并进入喷射器头630中。管杆604可以包括贯穿其延伸的主液体管腔605，引燃液体管腔606以及引燃气体通路625。
[0044]
燃料喷射器600还可以包括连接到远离喷射器头630的管杆604的主液体管件627，引燃液体管件628和引燃气体管件691。在实施例中，燃料喷射器600包括延伸穿过主液体管腔605的主液体管607和延伸穿过引燃液体管腔606的引燃液体管608。主液体管607与主液体管件627流动连通，并且引燃液体管608与引燃液体管件628流动连通。在所示的实施例中，燃料喷射器600包括用于引燃液体管608的支架，以保持引燃液体管608和管杆604在引燃液体管腔606处的间隔。
[0045]
图5是图2和图3中的喷射器头630的横截面视图。喷射器头630可以包括组件轴线797。所有提及的喷射器头630的径向、轴向和圆周方向以及测量以及喷射器头630的元件均指组件轴线797，并且诸如“内”和“外”的术语一般表示远离该组件轴线797更小的或更大的径向距离。凸缘611的中心可以从组件轴线797偏移。
[0046]
参考图3和图5，喷射器头630可以包括喷射器本体640、外帽632、外部预混合筒670、内部预混合管660、预混合筒帽681、引燃管屏蔽件629和中心体组件700。喷射器本体640可以包括后部分641和前部分642。
[0047]
后部分641可以具有圆柱形形状并且可以是具有围绕组件轴线797旋转的“c”、“u”或“j”形横截面的中空圆柱体。前部分642也可以具有圆柱形基部并且也可以是中空圆柱体。前部分642还可以包括从基部沿着向后方向延伸的同轴中空圆柱部。中空圆柱部的直径可以大于形成用于内部预混合管660的扩孔的基部的直径。前部分642还可以包括用于锁定环634的扩孔，该扩孔可以用于将内部预混合管660固定到前部分642。前部分642还可以包括喷射器本体面649。喷射器本体面649可以是环形的并且可以朝向向前轴向方向，与后部分641相对。前部分642和后部分641可以例如通过钎焊或焊接而以冶金方式结合。
[0048]
第一主燃料输送管件651、第二主燃料输送管件652和副燃料输送管件653可以与后部分641一体化并且可以相对于前部分642位于后部分641的相对轴向侧上。
[0049]
喷射器头630还包括主气体廊道643、主廊道入口658、副廊道入口659和本体主气体通路646。后部分641和前部分642可以接合在一起以形成主气体廊道643。主气体廊道643可以是围绕组件轴线797延伸的环形空腔。在实施例中，围绕组件轴线797旋转的“c”、“u”或“j”型横截面形状的后部分641可以在被固定到前部分642时形成主气体廊道643。
[0050]
喷射器头630可以包括邻近每个主燃料输送管件651(例如第一主燃料输送管件651和第二主燃料输送管件652)的主廊道入口658。主廊道入口658可以是延伸穿过后部分641的后端的开口，其延伸到主气体廊道643，使得连接到相邻主燃料输送接头651的主气体管道与主气体廊道643流动连通。在所示的实施例中，副廊道入口659是延伸穿过后部分641的后端的开口，其延伸到主气体廊道643，使得副管603与主气体廊道643流动连通。
[0051]
本体主气体通路646可从主气体廊道643轴向延伸通过前部分642，以提供主气体燃料到外部预混合筒670的路径。在图3-5所示的实施例中，主气体燃料在单个主气体燃料回路内提供给外部预混合筒670。主气体燃料回路包括主气体管件621、进气通路614、第一主通路615、第二主通路616、副通路617、第一主管601、第二主管602、副管603、主气体廊道643和本体主气体通路646。
[0052]
喷射器头还可以包括头部杆腔650、中心体开口655和供气通路654。头部杆腔650可以延伸穿过后部分641并且可以是后部分641的中空圆柱形状的中空部分。中心体开口655可以与前部分642同轴并且可以沿轴向方向延伸穿过前部分642的基部。供气通路654也可沿轴向方向延伸穿过前部分642的基部。供气通路654可以位于组件轴线797和中心体开口655的径向外侧，并且可以位于前部分642的中空圆柱部分的内表面的径向内侧。
[0053]
外帽632可以是圆顶形帽，其在后部分641的径向外表面处连接到喷射器本体640。外帽632可以包括用于燃料管690中的一个或多个并且用于压缩机排气进入燃料喷射器600的多个孔和通路。
[0054]
外部预混合筒670接合到喷射器本体640并且位于内部预混合管660的径向外侧。外部预混合筒670可以包括筒671、筒端672和预混管外表面680。筒671可以包括主体部674、筒部675、叶片673、叶片主气体通路676、主气体出口677、排气通路678和排气出口679。主体部674可以具有环形盘形状。筒部675可以从主体部674轴向向后延伸。在所示的实施例中，筒部675从主体部674的后部分和径向内部延伸。筒部675可以具有中空圆柱体或圆柱管形
状。中空圆柱体或圆柱管状可以是锥形的或具有锥形内表面。
[0055]
叶片673可以从主体部674轴向向前延伸。叶片673可以是楔形的并且可以截短或去除楔形的尖端。叶片673可以包括配置成引导和旋转空气进入预混合通路669的其它形状。
[0056]
叶片主气体通路676可以轴向延伸到每个叶片673中。每个叶片主气体通路676与本体主气体通路646对齐并流动连通。主气体出口677从叶片主气体通路676延伸并且穿过叶片673。在所示的实施例中，主气体出口677横向于叶片主气体通路676延伸，使得主气体燃料将从相邻叶片673之间的主气体出口677沿相对于组件轴线797的切线方向离开并进入预混合通路669。在所示的实施例中，叶片主气体通路676和主气体出口677是主气体燃料回路的一部分。
[0057]
排气通路678也可以轴向延伸到每个叶片673中并且可以位于叶片主气体通路676附近。排气出口679从排气通路678延伸通过叶片673，并且可以在楔形的窄端处离开叶片673，以防止在叶片673的端部形成低压槽。
[0058]
筒端672可以在筒部675的后端处以冶金方式接合到筒671，例如焊接或钎焊。筒端部672可以具有与筒部675的形状类似的中空圆柱体或圆柱管形状。预混合筒帽681可以在筒端部672的外表面处例如通过焊接或铜焊而以冶金方式接合到筒端部672的后端。预混合筒帽681可以具有围绕组件轴线797旋转的“c”、“u”或“j”形横截面。预混合筒帽681可以与筒端672形成气槽或通道。
[0059]
预混合管外表面680可以包括筒671和筒端672的径向内部圆柱表面。当安装在喷射器头630中时，预混合管外表面680可以位于内部预混合管660的径向外侧。
[0060]
参考图2，外部预混合筒670可以通过紧固件635固定到喷射器本体640。当外部预混合筒670接合到喷射器本体640时，叶片673可以接触喷射器本体面649。
[0061]
再次参考图3和图5，内部预混合管660可以接合到喷射器本体640并且可以包括过渡端661、中间管662、尖端端部663、尖端面665和预混合管内表面664。在图3所示的实施例中，过渡端661是双曲线漏斗，其相对于组件轴线797从径向方向到轴向方向形成过渡。
[0062]
中间管662可以以冶金方式接合到过渡端661的后端，例如通过焊接或钎焊。在所示的实施例中，中间管662延续了过渡端661的双曲线漏斗形状。在其它实施例中，中间管662可以是圆锥台、漏斗或由具有围绕内部预混合管660的轴线旋转的弯曲外表面和内表面的横截面形成。
[0063]
尖端端部663可以以冶金方式接合到中间管662的远离过渡端661的后端。尖端面665从尖端端部663径向向内延伸并且可以与尖端端部663成一体。尖端面665可以从尖端端部663向内延伸和敲入到尖端开口666，其中尖端面665在尖端端部663处径向更宽并且在尖端开口666处径向更窄。尖端面665可以远离组件径向轴线896成角度。尖端面665可以包括雾化器开口857，以提供用于雾化器组件850的开口。雾化器开口857可以是圆柱形形状，或者可以是顶部移除的锥形形状，例如截头体形状。尖端开口666可以具有由尖端端部663形成的环形盘形状。
[0064]
预混合管内表面664是内部预混合管660的外表面的至少一部分。预混合管内表面664可以是围绕内部预混合管660的轴线的旋转表面，其从径向或环形圆环表面过渡到圆周或圆柱表面。在所示的实施例中，预混合管内表面664是双曲漏斗，或是伪球面的一部分。在
其它实施例中，径向表面可以通过围绕内部预混合管660的轴线旋转的线段或曲线的组合过渡到圆柱形表面。
[0065]
预混合管内表面664与预混合管外表面680间隔开，从而在两者间形成预混合通路669。预混合通路669可以是环形通路。压缩机排气可以进入叶片673之间的预混合通路669中，并且可以与离开主气体出口677的气体燃料混合。预混合通路669可以将燃料空气混合物引导至燃烧室390中用于燃烧。
[0066]
引燃液体管608可以包括引燃管尖端609。引燃管尖端609可以是单个雾化喷嘴并且可以是引燃液体燃料回路的一部分。引燃管尖端609可以包括压力旋涡构型或平口构型。引燃管屏蔽件629可以包括位于中心体组件700的径向内侧的轴向部分，并且构造成覆盖引燃管尖端609。
[0067]
中心体组件700可以位于内部预混合管660和喷射器体640的径向内侧。中心体组件700也可以轴向邻近管杆604并且可以例如通过钎焊或焊接以冶金方式结合到管杆604。
[0068]
参考图5，中心体组件700可以包括中心体710和液体主组件870。中心体710可以与管杆604相邻。液体主组件870可以位于与管杆604相对的中心体710的端部处。液体主组件870也从中心体710的该端部延伸。液体主组件870包括液体主体871、液体主凸缘872和液体廊道880。液体主凸缘872从液体主体871径向向外延伸并且邻近内部预混合管660的尖端端部663。
[0069]
中心体710包括后引燃孔716、引燃气体端口725和引燃进气口719。后引燃孔716可以是扩孔，其相对于组件轴线797同轴地延伸到中心体710中。引燃气体端口725与引燃气体通路625流动连通，并且可以轴向延伸到与后引燃孔716径向邻近的中心体710中。引燃进气口719将引燃气体端口725连接到后引燃孔716，并且可在引燃气体端口725与后引燃孔716之间径向延伸。引燃气体管件691、引燃气体通路625、引燃气体端口725和引燃进气口719形成引燃气体燃料回路，用于将引燃气体燃料提供给后引燃孔716，以将引燃气体燃料导出尖端开口666用于燃烧。
[0070]
参考图3，中心体710还包括液体管端口722和主液体通路721。液体管端口722与主液体管607流动连通。如图9-10中所示，液体管端口722可以轴向延伸到中心体710的基部端711中。主液体通路721与液体管端口722流动连通。主液体通路721从液体管端口722通过中心体710延伸到液体主端口823，以将主液体燃料传送到图9-10中所示的液体廊道880。主液体管件627、主液体管607、液体管端口722和主液体通路721形成主液体燃料回路，用于将主液体燃料从主液体管件627提供到液体廊道880。液体廊道880通过液体主第一通路875和液体主第二通路879与雾化器组件850流动连通。主液体燃料由雾化器组件850雾化并分配以用于燃烧。
[0071]
图6是图2的燃料喷射器的一个替代性实施例的横截面视图。在图6所示的实施例中，第一主管601和第二主管602形成主气体燃料回路的一部分，而副管603形成副气体燃料回路的一部分。
[0072]
主气体管件621与第一主管601和第二主管602流动连通。主气体管件621不与副管603流动连通。在图6所示的实施例中，凸缘组件610包括与副通路617和副管603流动连通的副气体管件623。凸缘组件610可以包括将副气体管件623流体连接到副通路617的副进气通路692。分配块612可以被配置为将副气体管件623及副管603相对于主气体管件621、第一主
管601和第二主管602隔离。
[0073]
杆腔622、管杆604、主液体管件627、引燃液体管件628、引燃气体管件691以及它们的相关特征可以与以上相对于先前实施例所描述的特征相同或相似。
[0074]
图7是图6的喷射器头630的横截面视图。图8是图6的喷射器头630的一部分的横截面视图。参照图6-8，该实施例中的喷射器头630包括主气体廊道643和副气体廊道644。主气体廊道643和副气体廊道644可以是相邻的环形腔体。如图所示，主气体廊道643和副气体廊道644可以径向间隔开，一个在另一个径向内侧。
[0075]
图6-8的实施例还包括主廊道入口658(图8中所示)，本体主气体通路646，叶片主气体通路676和主气体出口677。主廊道入口658位于第一主管601与主气体廊道643之间，以及第二主管602与主气体廊道643之间。本体主气体通路646，叶片主气体通路676和主气体出口677可以与结合前述实施例所描述的那些相同或相似。
[0076]
主气体燃料回路包括主气体管件621、第一主管601、第二主管602、主气体廊道643、本体主气体通路646、叶片主气体通路676和主气体出口677。第一主管601和第二主管602每个均与主气体管件621和主气体廊道643流动连通。主气体廊道643与本体主气体通路646、叶片主气体通路676和主气体出口677流动连通。主气体燃料回路被配置成将主气体燃料从主气体管件621经由主气体出口677传送到预混合通路669。
[0077]
图6-8的实施例还包括副廊道入口659(在图6和图7中示出)、副气体出口648和副气体通路647。副廊道入口659位于副管603和副廊道644之间。每个副气体出口648可以位于相邻叶片673之间的喷射器本体面649处。副气体出口648可以被配置成在叶片673之间沿轴向方向引导主气体燃料。每个副气体出口648可以从喷射器本体面649延伸到前部分642内。副气体出口648可以沿圆周方向均匀地分布，使得副气体出口648位于每组相邻叶片673之间。
[0078]
每个副气体通路647从副气体出口648延伸穿过前部分642到副气体通路644以将副气体出口648连接到副气体廊道644。在实施例中，每个副气体通路647从副气体通路644沿轴向向后方向和径向向外方向延伸到副气体出口648
[0079]
副气体燃料回路包括副气体管件623、副管603、副气体廊道644、副气体通路647和副气体出口648。副气体燃料回路被配置成将主气体燃料从副气体管件623经由副气体出口648传送到预混合通路669。
[0080]
图9是图2-8的中心体组件700的横截面视图。图10是图9的中心体组件700的分解横截面视图。参考图9和图10，中心体710可以包括基部端711、中间部分712、液体主端813和杆连接器714。基部端711可以包括圆柱形并且可以相对于中间部分712形成凸缘。中间部分712在基部端711和液体主端813之间延伸并且可以从基部端711到液体主端813渐缩。液体主端813在基部端711的远侧，并且可以相对于中间部分712形成凸缘。杆连接器714可以是中空圆柱形状并且可以沿着与液体主端813相反的方向从基部端711延伸。杆连接器714可用于将中心体710连接到管杆604。在一些实施例中，杆连接器714还可以是延伸到基部端711中并接收管杆604的一部分的扩孔。
[0081]
中心体710还包括后引燃孔716、液体主端口823、前引燃孔717、内凸缘715和引燃管孔718。后引燃孔716可从基部端711延伸并进入中间部分712。后引燃孔716可从杆连接器714延伸到内凸缘715。液体主端口823延伸到液体主端813中。液体主端口823可以与液体主
端813同心。液体主端口823可以是构造成接收液体主组件870的扩孔。前引燃孔717可从液体主端口823延伸至内凸缘715。液体主端口823可包括液体主端口表面824，液体主端口表面是液体主端口823的底表面。液体主端口表面824可以是环形的形状。
[0082]
内凸缘715可以从中间部分712径向向内延伸。内凸缘715可以是中空圆柱体并且可以形成引燃管孔718。引燃管孔718可以将后引燃孔716连接到前引燃孔717。引燃管孔可以与后引燃孔716流动连通，并且可以与前引燃孔717流动连通。中心体710还可以包括通过中间部分712延伸到前引燃孔717的引燃空气入口720。引燃空气入口720可允许压缩机排气进入前引燃孔717并在被引导至燃烧室390中之前与引燃气体燃料混合。
[0083]
引燃气体入口719、后引燃孔716、引燃管孔718和前引燃孔717也可形成引燃气体燃料回路的一部分。
[0084]
引燃组件可以包括后引燃孔716、引燃管孔718、前引燃孔717、引燃气体端口725和引燃气体入口270。引燃组件可以与引燃气体通路625流动连通。例如，引燃组件可以是用于将引燃燃料引导通过中心体710的引燃组件装置。
[0085]
液体主组件870可以包括液体主基部凸缘869、液体主基部874、液体主体871、液体主凸缘872、液体主体面868、液体主雾化器孔876和液体主尖端873。液体主基部凸缘869从液体主基部874朝向基部端711延伸并且邻近液体主端口823，用于将液体主组件870接合到中心体710。液体主基部凸缘869可以是中空圆柱形状，并且可以具有比液体主基部874的外径更小的外径。液体主基部凸缘869的尺寸可设定成配合在前引燃孔717内，使得液体主基部874可以在邻近前引燃孔717的液体主端口823内邻接液体主端813。
[0086]
液体主基部874位于液体主端口823中且邻接液体主端口表面824。液体主基部874可邻近液体主体871，且可相对于液体主端口823设定大小。液体主组件870和中心体710可以在液体主基部874和液体主端口823处接合。液体主基部874可位于液体主端口823中且可邻接液体主端口表面824。
[0087]
液体主体871邻近液体主基部874。液体主体871可在其远离液体主基部874延伸时沿着外边缘渐缩。液体主体871可沿着液体主体面868从液体主凸缘872到液体主尖端873渐缩。液体主体871可以是围绕组件轴线797旋转的横截面形状。
[0088]
液体主凸缘872邻近液体主体871。液体主凸缘872可从液体主体871向外延伸，以相对于燃料喷射器600的内部预混合管660定位中心体组件700。
[0089]
由液体主体871和最接近尖端面665的液体主凸缘872形成的表面是液体主体面868。液体主体面868可平行于尖端面665成形。液体主体面868可远离组件径向轴线896成角度。
[0090]
液体主体871可包括从液体主体面868向内延伸到液体主体871的液体主雾化器孔876。液体主雾化器孔876可形成从液体主体面868向内轴向延伸到液体主第二通路879的扩孔。液体主雾化器孔876可以形成垂直于液体主体面868的扩孔，所述扩孔尺寸适当地设定成配合雾化器组件850。雾化器组件850可以用位于液体主体871中的液体主雾化器孔876固定。液体主雾化器孔876也可以是用于雾化器插入件858的扩孔，雾化器插入件可用于将雾化器组件850固定到液体主体871。
[0091]
液体主尖端873从液体主体871向远侧延伸到液体主基部凸缘869。液体主尖端873可以是环形形状。
[0092]
液体主组件870还可以是具有液体主孔表面878的液体主孔877。
[0093]
液体主孔877可从液体主基部凸缘869延伸到液体主尖端873。液体主孔877可以与前引燃孔717流动连通。液体主孔877可以是圆柱形形状。圆柱形形状可为锥形的或具有锥形液体主孔表面878。液体主孔877可备选地是截头体形状，其中液体主孔877在液体主基部凸缘869处比在液体主尖端873处更宽。液体主孔877可以允许压缩机排出空气和气体引燃空气的混合物进入燃气涡轮发动机的燃烧室390。液体主孔877可以将引燃气体燃料和压缩机排出空气的混合物从前引燃孔717通过尖端开口666引导到燃烧室390。
[0094]
液体主孔表面878可以是液体主孔877的表面。液体主孔表面878可限定液体主孔877的轮廓。液体主孔877可以是圆柱形形状。圆柱形形状可为锥形的。
[0095]
液体廊道880与主液体通路721对准并流动连通。液体廊道880包括位于液体主基部874中的通道，围绕液体主基部874延伸，并且邻接液体主端口表面824，邻近液体主端口823。参考图9-10，液体廊道880可以是在液体主基部874内和周围的周向槽。在一个实施例中，液体廊道880可以是随着其从主液体通路721延伸得更远而从邻近主液体通路721减小尺寸或渐缩到较小横截面区域的横截面面积。液体廊道880可以是围绕组件轴线797旋转的恒定横截面形状。液体廊道880可相对于组件轴线797径向渐缩。
[0096]
液体主组件870还可以包括液体主第一通路875、液体主第二通路879和雾化器组件850。
[0097]
参考图9，液体主第一通路875与液体廊道880流动连通。液体主第一通路875可在液体廊道880与液体主第二通路879之间流动连通。液体主第一通路875可以是在液体主基部874和液体主体871内轴向延伸的中空圆柱形腔。液体主第一通路875可备选地是从液体廊道880延伸穿过液体主基部874、进入液体主体871并与液体主第二通路879流动连通的孔。
[0098]
液体主第二通路879与液体主第一通路875流动连通。液体主第二通路879可在液体主第一通路875与雾化器组件850之间流动连通。液体主第二通路879可以从液体主第一通路875延伸到雾化器入口851。液体主第二通路879可以是穿过液体主体871的从雾化器轴线859径向延伸的孔。
[0099]
雾化器组件850可以包括雾化器入口851、雾化器孔852、雾化器出口853、雾化器凸缘854、雾化器插入件858、雾化器本体855、雾化器尖端856和雾化器轴线859。雾化器组件850与液体主第二通路879流动连通。雾化器组件850可以包括压力旋涡构型或平口构型。例如，雾化器组件850可以是用于在其进入燃烧室390时提供用于燃烧的主液体燃料的雾化的雾化器组件850装置(参见图1)。雾化器组件850可以连接到液体主体871，使得雾化器组件850远离组件轴线797成角度。雾化器组件850可以连接到液体主体871，使得雾化器组件850相对于组件轴线797平行。当组装时，雾化器组件850可突出穿过尖端面665中的雾化器开口857。
[0100]
雾化器入口851可以与液体主第二通路879流动连通。雾化器入口851可以从液体主第二通路延伸并且邻接与液体主第二通路879相对的雾化器孔852。雾化器入口851可以从雾化器轴线859径向延伸。雾化器入口851可以是相对于雾化器孔852的埋头孔，使得雾化器入口851在液体主第二通路879处更宽并且在雾化器孔852处更窄。雾化器入口851可具有截头圆锥形形状。
[0101]
雾化器孔852可以与雾化器入口851流动连通。雾化器孔852可以从雾化器入口851延伸并且邻接与雾化器入口851相对的雾化器出口853。雾化器孔852允许液体燃料从雾化器入口851传送到燃烧室390。雾化器孔852可以从雾化器入口851与雾化器出口853之间的雾化器轴线859径向延伸，并且可以是圆柱形的。
[0102]
雾化器出口853可以远离雾化器入口851，并且是由雾化器孔852输送的液体燃料的出口。雾化器出口853可以从雾化器轴线859径向延伸。
[0103]
雾化器凸缘854可以从雾化器孔852沿径向邻近雾化器入口851延伸并且轴向延伸到雾化器本体855。当组装时，雾化器凸缘854可以邻接或连接到液体主雾化器孔876内的液体主体871。雾化器凸缘854可以成形为具有空隙的中空圆筒，所述空隙具有形成雾化器入口851的截头圆锥形形状。
[0104]
雾化器插入件858可位于雾化器凸缘854的顶部附近。雾化器插入件858可以环绕雾化器本体855并且是环形形状。雾化器插入件858可用于将雾化器组件850固定到液体主雾化器孔876内的液体主体871。雾化器插入件858可以平行于液体主体面868定位。雾化器插入件858可以是空置空间。
[0105]
雾化器本体855可以从雾化器孔852径向延伸，并从雾化器凸缘854延伸并延伸到液体主尖端873。当组装时，雾化器本体855可以延伸到或穿过尖端面665中的雾化器开口857。雾化器本体855可成形为中空圆筒。
[0106]
雾化器尖端856可以从雾化器本体855朝向雾化器出口853延伸。雾化器尖端856可以延伸到或穿过尖端面665中的雾化器开口857。雾化器尖端856可成形为中空圆筒。雾化器尖端856可以从雾化器孔852径向延伸并且具有截头圆锥形形状，其中孔穿过中心。
[0107]
液体主组件还可包括液体主凸缘面867、液体主凸缘空气通路841和液体主凸缘边缘空气通路842。液体主凸缘面867可包括面向液体主基部874并面向液体主体面868的相反方向的液体主凸缘872的表面。液体主凸缘面867可以平行于液体主体面868成形。
[0108]
液体主凸缘空气通路841可以是进入液体主凸缘面867的孔，其延伸穿过液体主凸缘872并离开液体主体面868。液体主凸缘空气通路841可以垂直于液体主凸缘面867定位。液体主凸缘空气通路841可用于提供来自空气路径699的压缩机排出空气，以帮助促进液体燃料远离雾化器组件850移动。
[0109]
液体主凸缘边缘空气通路842可以是沿着液体主凸缘872的孔，其位于液体主凸缘872邻近尖端端部663的内表面的位置。液体主凸缘边缘空气通路842可以是沿着液体主凸缘872的环形间隙，其位于液体主凸缘872邻近尖端端部663的内表面的位置。液体主凸缘边缘空气通路842可用于提供来自空气路径699的压缩机排出空气，以帮助促进液体燃料远离雾化器组件850移动。
[0110]
可以选择雾化器组件850的数量以将足够的雾化燃料提供到燃烧室390中。在实施例中，液体主组件可包括多个雾化器组件850以提供用于燃烧的足够燃料。
[0111]
图11是图2-8的实施例的喷射器头630的一部分的等距视图。在一个实施例中，液体主组件870包括四个雾化器组件850，其中雾化器尖端856从尖端面665中的雾化器开口857突出。在图11所示的实施例中，示出了尖端开口666、液体主尖端873和引燃管屏蔽件629。
[0112]
主液体燃料回路还可包括液体廊道880、液体主第一通路875、液体主第二通路879
和雾化器组件850。
[0113]
尽管中心体组件700的实施例包括中心体710和液体主组件870作为独立部件，这些部件例如通过以冶金方式结合而接合在一起，但是一些实施例包括两个或更多个中心体组件700部件作为整体件。该整体件可以通过增材制造或类似的制造工艺形成。
[0114]
本文公开的钻孔、通路、腔体、孔和其它类似的元件例如通过铸造或机加工工艺形成在凸缘组件610、管杆604或喷射器头630中的一个中。钻孔、通路、腔体、孔和其它类似元件由它们延伸通过的部件所限定。
[0115]
工业适用性
[0116]
燃气涡轮发动机可适用于多种工业应用，如石油和天然气工业的各个方面(包括石油和天然气的传输、收集、储藏、抽出和起升)、发电工业、废热发电、航空航天和其它运输工业。
[0117]
参照图1，气体(典型地是空气10)进入入口110作为“工作流体”并且由压缩机200压缩。在压缩机200中，由一系列的压缩机盘组件220在环形流动路径115中压缩工作流体。特别地，空气10在编号的“级”内被压缩，级与每个压缩机盘组件220相关联。例如，“第四级空气”可与在下游或“向后”方向(从入口110朝向排气装置500)上的第四压缩机盘组件220相关联。同样，每个涡轮盘组件420可与编号的级相关联。
[0118]
一旦压缩空气10离开压缩机200，它就进入燃烧器300，在此处扩散并添加诸如液体燃料或气体燃料的燃料。空气10和燃料通过燃料喷射器600被喷射到燃烧室390中并燃烧。由一系列的涡轮盘组件420中的每一级通过涡轮机400从燃烧反应中提取能量。排出的废气90然后可以在排气扩散器510中扩散，收集并改变方向。排出的废气90经由排气收集器520离开该系统并且可进行进一步处理(例如，以减少有害排放和/或从排出的废气90中回收热)。
[0119]
通过燃料喷射器600中的管的燃料可能导致管内的温度变化并且可能导致管膨胀或收缩。在图3-5所公开的实施例中，燃料喷射器600被配置成提供将单个主气体燃料源分流成三个平行路径的单主气体燃料回路，这三个平行路径将主气体燃料导入主气体廊道643。在所示的实施例中，分配块612分成引导燃料进入第一主管601的第一主通路615，引导燃料进入第二主管602的第二主通路616和引导燃料进入副管603的副通路617。
[0120]
通过在分配块612中以三种方式对燃料进行分流，主气体燃料可以均匀地供应到每个管，并且可以向每个管提供类似的温度梯度，导致每个管中的相似热膨胀。在每个管中保持相似的热膨胀可以特别防止一个或多个管的机械变形，并且可以防止喷射器头630的偏斜。
[0121]
在图6-8所公开的实施例中，主气体燃料由双主气体燃料回路(例如主气体燃料回路和副气体燃料回路)供应。在所示的实施例中，主气体燃料回路通过叶片673将主气体燃料喷射到预混合通路669中，并且副气体燃料回路通过喷射器本体640的后平面在喷射器本体面649处将主气体燃料喷射到预混合通路669中。
[0122]
双主气体燃料回路可以使燃气涡轮发动机的工作范围内的燃料压力需求最小化，并且可以提供对用于贫油预混燃烧的预混合通路669中的主气体燃料传送的鲁棒控制。这种鲁棒控制可以保证低热值燃料(如基于烃的低沃泊指数燃料)和使用相同硬件的高热值燃料(如天然气)满足排放保证。
[0123]
当燃气涡轮发动机100以低热值气体燃料(例如具有从450-750的沃泊指数的气体燃料)运行时，主和副主气体燃料回路两者可以在整个工作范围内向预混合通路669供应燃料，包括点火、加速到怠速以及从怠速到满载的整个负载范围。引燃气体燃料回路还可以在整个工作范围内供应用于燃烧的气体燃料。在实施例中，通过副主气体燃料回路供应的燃料流的百分比可以保持恒定，同时通过主主气体燃料回路和通过引燃气体燃料回路供应的燃料流的百分比可以根据工作条件和排放保证要求而改变。
[0124]
当燃气涡轮发动机100以高热值气体燃料(例如具有从750-1320的沃泊指数的气体燃料)运行时，副主气体燃料回路和引燃气体燃料回路可为较低流量状态提供气体燃料，例如点火、怠速以及达到预定百分比的负载。主主气体燃料回路还可以提供具有副主气体燃料回路和引燃气体燃料回路的气体燃料，用于较高流量燃料状态，例如从预定百分比到满载。仅通过副主气体燃料回路和引燃气体燃料回路向较低流量状态提供气体燃料可以帮助控制在较低燃料流量下副主气体燃料回路内的压降。在较高流量燃料状态时通过主主气体燃料回路和副主气体燃料回路提供气体燃料可以帮助控制具有较高燃料流量的压降并且可发促进预混合通路669中的适当空气燃料混合模式以符合排放保证。
[0125]
中心体组件700配置成向燃烧室390中喷射雾化液体燃料流。图12是图2-8的实施例的喷射器头630的一部分的横截面视图。如图12中的主要参考线899所示，液体燃料流可在雾化器出口853处离开雾化器孔852且形成圆锥形流。尖端面665和液体主体面868可相对于组件径向轴线896成角度，以帮助控制雾化器组件850周围的空气流的量。可以选择雾化器开口857的形状以帮助控制雾化器组件850周围的空气流的量。雾化器组件850可以相对于组件轴线797成角度，以帮助改善燃烧并减少烟雾。
[0126]
中心体组件700还可以配置成在液体廊道880周围保持几乎恒定的流体速度。液体廊道880的横截面面积可从主液体通路721处开始减小尺寸，并且随着液体廊道880远离主液体通路721移动而减小尺寸。横截面面积的这种减小可以是恒定的锥度，或可以沿着液体廊道880的长度变化。例如，区段之间的锥形可以配置成使得液体廊道880中的流体速度在每个液体主第一通路875的入口处相同。减小液体廊道880的横截面面积可以有助于确保不会在流动路径中发生突变。减小液体廊道880的横截面面积还可有助于将液体燃料均匀地供给到液体主第一通路875并有助于液体燃料的均匀分布。
[0127]
减小液体廊道880的横截面面积还可以将液体燃料的速度保持在阈值量以上，以防止过多的热量传递给液体燃料(这可能导致液体燃料焦化)。
[0128]
再次参考图12，引燃管尖端609可以如引燃参考线798所示的以圆锥形形式将引燃液体燃料喷射到燃烧室390中。引燃液体燃料的锥形扩展可以位于由中心体组件700喷射出的液体燃料的主参考线799所示的锥形扩展之间。
[0129]
由主液体燃料回路经由中心体组件700和由引燃液体燃料回路经由引燃管尖端609喷射的液体燃料的量可以被优化用于在各个阶段操作期间的贫油直喷，以尽量减少点火和加速至怠速期间的烟雾，并尽量减少该系统的燃料压力需求。
[0130]
图13是用于贫油直喷液体燃料的方法的流程图。所述方法包括步骤810，在点火期间通过引燃液体燃料回路(例如本文所述的引燃液体燃料回路)将全部(即百分之百)液体燃料喷射到燃烧室390中。该方法还包括在步骤820处，在燃气涡轮发动机100朝着怠速加速期间通过引燃液体燃料回路将液体燃料以两股流喷射到燃烧室390中。在点火和加速至怠
速期间离开引燃管尖端609的液体燃料的燃料雾化可使烟气生成最小化，同时在燃烧系统周围提供可靠的点火。
[0131]
该方法进一步包括在步骤830处，当燃气涡轮发动机100处于怠速时，通过引燃液体燃料回路并通过包括多雾化器构造的主液体燃料回路(例如包括中心体组件700的主液体燃料回路)以两股液流将液体燃料喷射入燃烧室390中。步骤830包括通过主液体燃料回路喷射大部分(例如大约百分之八十五)的液体燃料，而其余的液体燃料通过引燃液体燃料回路喷射。在一些实施例中，大部分液体燃料是喷射的液体燃料的百分之八十到百分之九十。在其它实施例中，大部分是喷射的液体燃料的百分之八十三到百分之八十七。
[0132]
所述方法可以包括在怠速转期间或之前的过渡期间(例如接近怠速时)，由通过液体引燃燃料回路喷射所有液体燃料转变为通过两股液流喷射液体燃料，其中大部分液体燃料通过主液体燃料回路喷射。
[0133]
该方法还进一步包括在怠速以上的操作作范围内以和步骤830中相同或相似的喷射水平以两股液流喷射液体燃料。通过两股液流喷射液体燃料，并且大部分液体燃料通过主液体燃料回路以雾化流喷射可使该系统的燃料压力需求最小化，同时为贫油直喷提供所需的液体燃料和空气混合物。
[0134]
前面的具体实施例仅仅是示例性的，而不是用来限制本发明或本发明的应用和使用。所描述的实施例并不限于与特定类型的燃气涡轮发动机一起使用。因此，尽管为了便于解释，本公开为描绘并描述了特定的燃料喷射器，但应理解的是，根据本公开的燃料喷射器可以以各种其它构造来实施，可与各种其它类型的燃气涡轮发动机一起使用，并可用在其它类型的机器中。此外，并没有意图使本发明受前面的背景技术和具体实施方式中提出的任何理论的束缚。也应理解，图示可包括放大的尺寸，以更好地图示示出的引用项，而不应认为如此限制，除非特别说明。

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