CN106066049B - 具有燃料喷嘴的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有燃料喷嘴的***和方法。具体而言，一种燃气涡轮***包括第一主体，该第一主体包括从混合区延伸至该第一主体的第一下游端部部分处的中央出口的中央通路、该混合区中的燃料出口、该混合区中的氧化剂出口、和外通路，该外通路包括沿下游方向朝该第一下游端部部分延伸的第一通路和沿上游方向从该第一下游端部部分延伸到该混合区中的第二通路。

Description

具有燃料喷嘴的***和方法
技术领域
本文中公开的主题涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言，涉及燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件。
背景技术
燃气涡轮发动机燃烧燃料和空气的混合物以生成热燃烧气体，该热燃烧气体又驱动一个或更多个涡轮级。具体而言，热燃烧气体迫使涡轮叶片旋转，从而驱动轴来使一个或更多个负载(例如发电机)旋转。燃气涡轮发动机包括一个或更多个燃料喷嘴组件，以将燃料和空气喷射到燃烧器中。燃料喷嘴组件的设计和构造可显著地影响排气排放(例如氮氧化物、一氧化碳等)以及燃料喷嘴组件的构件的寿命。而且，燃料喷嘴组件的设计和构造可显著地影响安装、移除、维护、和一般检修的时间、成本、和复杂性。因此，改进燃料喷嘴组件的设计和构造将是合乎需要的。
发明内容
在下面总结了在范围上与原始要求保护的发明相当的某些实施例。这些实施例不意图限制本主张发明的范围，相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要总结。事实上，本发明可涵盖多种形式，它们可与在下面提出的实施例相似或不同。
在第一实施例中，一种燃气涡轮***包括第一主体，该第一主体包括从混合区延伸至该第一主体的第一下游端部部分处的中央出口的中央通路、该混合区中的燃料出口、该混合区中的氧化剂出口、和外通路，该外通路包括沿下游方向朝该第一下游端部部分延伸的第一通路和沿上游方向从该第一下游端部部分延伸到该混合区中的第二通路。
在第二实施例中，一种燃气涡轮***包括燃料喷嘴，该燃料喷嘴包括第一主体和第二主体，该第一主体包括从混合区延伸至该第一主体的第一下游端部部分处的中央出口的中央通路、配置在该混合区中的多个涡旋导叶、和外通路，该外通路包括沿下游方向朝该第一下游端部部分延伸的第一通路和沿上游方向从该第一下游端部部分延伸到该混合区中的第二通路，该第二主体围绕该第一主体配置。第二主体包括延伸至该第二主体的第二下游端部部分的流体通路。
在第三实施例中，一种方法包括：使第一流体沿下游方向朝燃料喷嘴的第一主体的第一下游端部部分流动；使第一流体沿上游方向从第一下游端部部分流到混合区中；在混合区中将第一流体与第二流体混合以生成混合流体。混合区包括多个涡旋导叶、燃料出口、氧化剂出口、或它们的组合。该方法还包括使混合流体从混合区穿过中央通路流动到燃料喷嘴的第一下游端部部分处的中央出口。
一种燃气涡轮***，包括：
燃料喷嘴，包括：
第一主体，其包括从混合区延伸至所述第一主体的第一下游端部部分处的中央出口的中央通路、所述混合区中的燃料出口、所述混合区中的氧化剂出口、和外通路，所述外通路包括沿下游方向朝所述第一下游端部部分延伸的第一通路和沿上游方向从所述第一下游端部部分延伸到所述混合区中的第二通路。
优选地，所述混合区包括多个导叶。
优选地，所述多个导叶包括多个涡旋导叶。
优选地，所述多个导叶限定向内延伸到所述中央通路中的多个径向通路。
优选地，所述多个导叶在所述中央通路中围绕中央毂配置。
优选地，所述中央毂包括所述氧化剂出口。
优选地，所述中央毂包括所述燃料出口。
优选地，内通路包括所述氧化剂出口。
优选地，所述中央通路的宽度在所述混合区与所述中央出口之间变化。
优选地，所述宽度在所述混合区与所述中央出口之间沿下游方向变化。
优选地，所述第一和第二通路是同心的环形通路。
优选地，所述第一主体包括在所述第一和第二通路之间延伸的多个径向通路。
优选地，所述外通路包括配置在所述第一下游端部部分附近的冷却室。
优选地，该燃气涡轮***包括具有多个冲击端口的冲击板，其中，所述冷却室配置在所述冲击板与所述第一下游端部部分之间。
优选地，所述第一主体包括围绕所述中央通路配置的第一壁和围绕所述第一壁配置的第二壁，所述第一和第二通路配置在所述第二壁的相反侧上，且所述第二壁包括多个冲击端口。
优选地，所述外通路包括径向入口、轴向入口、或它们的组合。
优选地，该燃气涡轮***包括围绕所述第一主体配置的第二主体，其中，所述第二主体包括延伸至所述第二主体的第二下游端部部分的流动通路。
优选地，所述流动通路包括多个涡旋导叶、至少一个氧化剂端口、和至少一个燃料端口。
优选地，该燃气涡轮***包括具有所述燃料喷嘴的燃气涡轮燃烧器、或燃气涡轮发动机、或它们的组合。
一种燃气涡轮***，包括：
燃料喷嘴，包括：
第一主体，其包括从混合区延伸至所述第一主体的第一下游端部部分处的中央出口的中央通路、配置在所述混合区中的多个涡旋导叶、和外通路，所述外通路包括沿下游方向朝所述第一下游端部部分延伸的第一通路和沿上游方向从所述第一下游端部部分延伸到所述混合区中的第二通路；和
第二主体，其围绕所述第一主体配置，其中，所述第二主体包括延伸至所述第二主体的第二下游端部部分的流动通路。
一种方法，包括：
使第一流体沿下游方向朝燃料喷嘴的第一主体的第一下游端部部分流动；
使所述第一流体沿上游方向从所述第一下游端部部分流到混合区中；
在所述混合区中将所述第一流体与第二流体混合以生成混合流体，其中，所述混合区包括多个涡旋导叶、燃料出口、氧化剂出口、或它们的组合；和
使所述混合流体从所述混合区穿过中央流路流动至所述燃料喷嘴的第一下游端部部分处的中央出口。
优选地，该方法包括利用所述第一流体来冷却所述燃料喷嘴的第一下游端部部分。
优选地，冷却包括使所述第一流体的多个流相对于所述第一下游端部部分的内部表面冲击。
技术方案1：一种燃气涡轮***，包括：
燃料喷嘴，包括：
第一主体，其包括从混合区延伸至所述第一主体的第一下游端部部分处的中央出口的中央通路、所述混合区中的燃料出口、所述混合区中的氧化剂出口、和外通路，所述外通路包括沿下游方向朝所述第一下游端部部分延伸的第一通路和沿上游方向从所述第一下游端部部分延伸到所述混合区中的第二通路。
技术方案2：根据技术方案1所述的燃气涡轮***，其中，所述混合区包括多个导叶。
技术方案3：根据技术方案2所述的燃气涡轮***，其中，所述多个导叶包括多个涡旋导叶和/或向内延伸到所述中央通路中的多个径向通路中的至少一者。
技术方案4：根据技术方案2所述的燃气涡轮***，其中，所述多个导叶在所述中央通路中围绕中央毂配置。
技术方案5：根据技术方案4所述的燃气涡轮***，其中，所述中央毂包括所述氧化剂出口和所述燃料出口中的至少一者。
技术方案6：根据技术方案1所述的燃气涡轮***，其中，所述中央通路的宽度在所述混合区与所述中央出口之间变化。
技术方案7：根据技术方案1所述的燃气涡轮***，其中，所述第一和第二通路是同心的环形通路。
技术方案8：根据技术方案1所述的燃气涡轮***，其中，所述第一主体包括在所述第一和第二通路之间延伸的多个径向通路，或者其中，所述第一主体包括围绕所述中央通路配置的第一壁和围绕所述第一壁配置的第二壁，所述第一和第二通路配置在所述第二壁的相反侧上，且所述第二壁包括多个冲击端口。
技术方案9：根据技术方案1所述的燃气涡轮***，其中，所述外通路包括配置在所述第一下游端部部分附近的冷却室或径向入口、轴向入口、或它们的组合。
技术方案10：根据技术方案9所述的燃气涡轮***，包括具有多个冲击端口的冲击板，其中，所述冷却室配置在所述冲击板与所述第一下游端部部分之间。
技术方案11：根据技术方案1所述的燃气涡轮***，包括围绕所述第一主体配置的第二主体，其中，所述第二主体包括延伸至所述第二主体的第二下游端部部分的流动通路。
技术方案12：根据技术方案1所述的燃气涡轮***，包括具有所述燃料喷嘴的燃气涡轮燃烧器、或燃气涡轮发动机、或它们的组合。
技术方案13：一种燃气涡轮***，包括：
燃料喷嘴，包括：
第一主体，其包括从混合区延伸至所述第一主体的第一下游端部部分处的中央出口的中央通路、配置在所述混合区中的多个涡旋导叶、和外通路，所述外通路包括沿下游方向朝所述第一下游端部部分延伸的第一通路和沿上游方向从所述第一下游端部部分延伸到所述混合区中的第二通路；和
第二主体，其围绕所述第一主体配置，其中，所述第二主体包括延伸至所述第二主体的第二下游端部部分的流动通路。
技术方案14：一种方法，包括：
使第一流体沿下游方向朝燃料喷嘴的第一主体的第一下游端部部分流动；
使所述第一流体沿上游方向从所述第一下游端部部分流到混合区中；
在所述混合区中将所述第一流体与第二流体混合以生成混合流体，其中，所述混合区包括多个涡旋导叶、燃料出口、氧化剂出口、或它们的组合；和
使所述混合流体从所述混合区穿过中央流路流动至所述燃料喷嘴的第一下游端部部分处的中央出口。
技术方案15：根据技术方案14所述的方法，包括利用所述第一流体来冷却所述燃料喷嘴的第一下游端部部分。
附图说明
当参照附图阅读下列详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中，遍及附图，类似的字符代表类似的部分，在附图中：
图1是具有燃料喷嘴组件的涡轮***的实施例的框图，该燃料喷嘴组件包括中央主体；
图2是图1的涡轮***的燃烧器的实施例的截面图，其中，燃烧器包括具有中央主体的多个燃料喷嘴组件；
图3是图1的燃料喷嘴组件和中央主体的实施例的截面图，其中，中央主体包括末梢冷却通路和冷却剂回收通路，它们在燃料喷嘴组件的混合区中流体地联接于导叶；
图4是中央主体的实施例的透视俯视图，其中，中央主体包括中央引燃器、围绕中央引燃器周向地延伸的多个燃料开口、围绕燃料开口周向地延伸的涡旋导叶、和围绕涡旋导叶周向地延伸的氧化剂出口；
图5是中央主体的实施例的截面图，其中，中央主体包括导管，导管限定冷却剂回收通路和中央引燃器通路的至少一部分，该中央引燃器通路远离燃料喷嘴组件的中心线轴线径向向外非线性地增大，使得中央引燃器和冷却剂回收通路具有球状形状；
图6是中央主体的实施例的截面图，其中，中央主体包括导管，该导管限定冷却剂回收通路和中央引燃器通路的至少一部分，该中央引燃器通路远离燃料喷嘴组件的中心线轴线径向向外非线性地增大，使得中央引燃器和冷却剂回收通路具有槽形形状(flutedshape)；
图7是中央主体的穿孔板的实施例的末梢视图，其中，该穿孔板包括多个冲击孔；
图8是中央主体的下游端部部分的实施例的截面图，其中，中央主体包括在冷却室上游的穿孔板，该冷却室流体地联接末梢冷却通路和冷却剂回收通路，且末梢冷却通路使冷却流体流朝下游方向流动且冷却剂回收通路使冷却流体向上游方向流动；
图9是中央主体的下游端部部分的实施例的截面图，其中，限定末梢冷却通路和冷却剂回收通路二者的壁包括在穿孔板上游的多个开口；且
图10是图1的涡轮***的燃烧器的实施例的截面图，其中，燃烧器包括具有瓣(lobe)的多个燃料喷嘴组件。
具体实施方式
下面将描述本公开的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何此种实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须进行许多实现方式特定的决定以实现开发者的具体目标，诸如遵守与***相关和与商业相关的约束，它们可从一个实现方式到另一个而不同。而且，应当理解的是，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但尽管如此，对于享有本公开益处的本领域技术人员而言将只是设计、制造、和加工的例行任务。
当介绍本发明的各种实施例的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”、和“所述”意图指存在一个或更多个要素。用语“包括”、“包含”、和“具有”意图为包含性的且意思是可存在除所列出的要素之外的附加要素。
本公开涉及用于在燃气涡轮发动机中使用的燃料喷嘴组件。燃料喷嘴组件将燃料和氧化剂(即空气)的混合物提供至燃气涡轮发动机的燃烧器的燃烧区(例如，火焰区)，以生成火焰，该火焰又生成热燃烧气体。涡轮将来自火焰(即，热燃烧气体)的热能转换成机械能，该机械能用于对机器，例如发动机、泵等提供动力。燃料喷嘴组件大体上控制燃烧区中的燃料喷嘴组件的下游的火焰的特性(例如，长度、形状等)以及排放物的产生。例如，燃料喷嘴组件包括支撑结构(例如，主要主体)，该支撑结构限定内部容积，该内部容积用于接收燃料和空气流，从而生成混合物。支撑结构包括中央主体，该中央主体将燃料和空气混合物的至少一部分供应至燃烧区，且使在燃烧区内生成的火焰稳定。燃料喷嘴组件还包括喷嘴护罩，该喷嘴护罩在燃料喷嘴组件的下游端部部分处联接至支撑结构。在某些实施例中，喷嘴护罩可将燃料和空气混合物的流分离成与彼此间隔开的多个射流。例如，喷嘴护罩可包括延伸至燃料喷嘴组件的下游端部部分的瓣，从而有助于在射流从燃料喷嘴组件离开时分离它们。通过在燃料喷嘴组件中将燃料和空气混合物分离成多个射流，在燃烧区中生成的主火焰可被分离成与由非分割的燃料和空气混合物生成的主火焰相比具有短的火焰长度的多个火焰。
在燃料和空气混合物的燃烧期间，燃料喷嘴组件的下游端部部分可暴露于范围从大约1000摄氏度(℃)到大于大约2100℃的温度。此种高温可导致燃料喷嘴表面的热应力、磨损、和退化，从而提高维护和更换成本。冷却方法可用于通过冷却燃料喷嘴组件的下游端部部分(例如，在燃烧区附近)来提高燃料喷嘴组件的寿命。例如，燃料喷嘴组件的下游端部部分可被通过膜冷却、冲击冷却、或任何其他合适的冷却技术利用冷却流体(例如，氧化剂诸如空气、不活泼气体、蒸汽、燃料、或非燃料)冷却。一般来说，冷却流体在冷却之后被排放到燃烧区中。排放的冷却流体(例如，非燃料诸如空气)可稀释用于在燃烧区中生成火焰的燃料和空气混合物，从而改变燃料-空气混合物的燃料/空气比。此外，排放的冷却流体可使燃料-空气混合物骤冷，且改变跨过燃料喷嘴组件的下游端部部分的压力。因此，在没有所公开的实施例的情况下，火焰可不稳定，从而降低***10的效率且增多燃烧排放物。因此，在冷却下游端部部分之后，回收且使用冷却流体以在燃料喷嘴组件的预混合区中生成燃料-空气混合物可能是合乎需要的。以此方式，与将冷却流体直接排出到燃烧区中相关的燃料/空气比、温度、和压力波动可通过再循环和预混合而得到减轻。因此，可提高***效率，且可降低操作和维护成本。
图1例示了涡轮***10的实施例的框图。如在下面更详细地描述的，所公开的涡轮***10(例如，燃气涡轮发动机)可采用如下所述的燃料喷嘴组件，其可改善***耐久性、操作性、和可靠性。如图所示，***10包括压缩机12(例如，具有一个或更多个压缩级)、一个或更多个涡轮燃烧器14、和涡轮16(例如，具有一个或更多个涡轮级)。涡轮燃烧器14可为围绕涡轮***10的旋转轴线周向地延伸的环形燃烧器，或者***10可包括围绕该旋转轴线周向地间隔的多个燃烧器14。涡轮燃烧器14可包括一个或更多个燃料喷嘴组件20，燃料喷嘴组件20构造成接收燃料22和加压氧化剂24二者，氧化剂诸如空气、氧、富氧空气、减氧空气、或它们的任何组合。虽然以下论述将作为空气24参照氧化剂，但可与所公开的实施例一起使用任何适合的氧化剂。而且，在某些实施例中，一种或更多种流体(例如，燃料、蒸汽、不活泼气体诸如氮、排气气体再循环(EGR)气体、或它们的任何组合)可在燃料喷嘴组件20的上游添加至氧化剂。燃料喷嘴组件20将燃料22(例如，液体燃料和/或气体燃料，诸如天然气、合成气、或它们的组合)发送到涡轮燃烧器14中。各燃料喷嘴组件20包括中央主体26，中央主体26具有流动通路，该流动通路将冷却流体(例如，燃料22和/或空气24)回收且引导至燃料喷嘴组件20的混合区，其在下面参照图3-9更详细地说明。例如，燃料喷嘴组件20将空气24的流分成两个射流，一个射流流入主要主体导叶中(例如，主要主体空气)，且另一射流流入中央主体26中(例如，中央主体空气)。主要主体空气射流可在流过燃料喷嘴组件20的总空气24的大约90%和大约98%之间(例如，穿过主要主体导叶和中央主体26的空气24)。中央主体26也可在中央吹扫喷口(jet)与内部末梢冷却回收回路之间***中央主体空气24。中央主体26配置在燃料喷嘴组件20中，由燃料喷嘴支撑结构和喷嘴护罩的至少一部分包围。中央主体26构造成将空气24分成两个射流。例如，中央主体26可将空气24的第一射流引导到冷却通路，该冷却通路在燃料喷嘴组件20的下游端部部分27处流体地联接至冷却室，且可将空气24的第二射流引导到中央主体26内的中央吹扫喷口。此外，中央主体26可在冷却下游端部部分27之后回收冷却流体(例如，空气24的第一射流)，且将该回收的冷却流体引导至与中央引燃器流体地联接的预混合区。来自空气24的第二射流的回收流体与燃料22和空气24的第一射流混合，从而生成燃料-空气混合物。回收冷却流体且引导至燃料喷嘴组件20的预混合区以生成燃料-空气混合物可减轻燃烧器14中的燃料-空气混合物的稀释。因此，可维持适合的燃料/空气比，从而与将冷却流体直接排出到燃烧器14中的燃料喷嘴组件相比提高燃烧效率。而且，可减少与将冷却流体直接排放到燃烧器14中相关的跨过下游端部部分27的压力和温度波动。因此，可使燃烧器14中的由燃料-空气混合物生成的火焰稳定，且可通过在上游预混合来减少燃烧排放。
作为压缩机12的构件而包括压缩机叶片。压缩机12内的叶片联接至轴28，且将在通过涡轮16驱动轴28旋转时旋转，如下面所描述的。压缩机12内的叶片的旋转将来自空气进口32的空气30压缩成加压空气24。然后将加压空气24供给到涡轮燃烧器14的燃料喷嘴组件20中。加压空气24的第一部分(例如，总燃料喷嘴空气的大约2%到大约10%)可用于冷却燃料喷嘴中央主体末梢组件20的下游端部部分27(例如通过冲击冷却)，且再循环至中央主体26中的预混合区。因此，冷却流体(例如，加压空气24)不被直接释放到燃烧器14中。而且，由于来自下游端部部分27的热吸收，所回收的流体(例如，热空气24)可在预混合区中预热燃料22。这可提高燃烧器14中的燃料和空气混合物的总体燃烧效率。加压空气24的第二、小部分(例如，穿过燃料喷嘴组件20的总空气24的大约0.1%到大约1%)可被通过吹扫喷口引导至中央混合区，且与燃料的一部分和所回收的冷却流体预混合，以生成燃料-空气混合物的至少一部分。
涡轮燃烧器14点燃且燃烧燃料-空气混合物，且然后将热加压燃烧气体34(例如，排气)传递至涡轮16中。涡轮叶片联接至轴28，轴28也贯穿涡轮***10联接至若干其他构件。在燃烧气体34朝涡轮16中的涡轮叶片流动且在叶片之间流动时，涡轮16被驱动旋转，该旋转导致轴28旋转。最终，燃烧气体34通过排气出口36(例如，排气导管)离开涡轮***10。而且，轴28可联接至负载38，负载38通过轴28的旋转而被供能。例如，负载38可为可通过涡轮***10的旋转输出而生成功率的任何适当的装置，诸如发电机、飞机的螺旋桨等。
如上所述，中央主体26将加压空气24的流分离(例如，分割)成两个流或射流(例如，末梢冷却射流和中央引燃器射流)，且将所回收的冷却流体(例如，热加压空气24)再循环至预混合区。预混合区配置在中央主体26的中央毂(central hub)内。在以下论述中，可参照涡轮***10的轴向轴线或方向40、径向轴线或方向42、和/或周向轴线或方向44。图2是***10的涡轮燃烧器14(例如，环形燃烧器)的透视图，该***10具有一个或更多个燃料喷嘴组件20和相关的中央主体26，以用于对涡轮燃烧器14供应燃料22和空气24的混合物。虽然以下论述作为环形燃烧器参照涡轮燃烧器14，但任何其他适合的燃烧器构造可与燃料喷嘴组件20一起使用。在例示的实施例中，涡轮燃烧器14包括环形区46，环形区46由第一燃烧器边界48(例如，外环形壁)和第二燃烧器边界50(例如，内环形壁)限定。壁50(例如，第二燃烧器边界)围绕旋转轴线51周向地配置，区46围绕壁50周向地配置，且壁48(例如，第一燃烧器边界)围绕区46和壁50周向地配置。涡轮燃烧器14包括在环形区46内的多个喷嘴杆52(例如，径向突起、臂、辐条或悬臂部件)。例如，涡轮燃烧器14可包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、或更多个喷嘴杆52。各喷嘴杆52与相邻的喷嘴杆52周向地(例如，沿周向轴线44)间隔开距离53。喷嘴杆52可包括安装结构(例如，安装凸缘)以有助于联接，且将喷嘴杆52固连至涡轮燃烧器14。
例示的喷嘴杆52各自包括两个燃料喷嘴组件20。例如，喷嘴杆52可包括外燃料喷嘴组件54和内燃料喷嘴组件56。在某些实施例中，喷嘴杆52可各自包括一个燃料喷嘴组件20或任何数量的喷嘴组件20(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个)。如上所述，燃料喷嘴组件20构造成将燃料22和空气24的混合物发送到涡轮燃烧器14的燃烧器区中。例如，燃料喷嘴组件20将燃料-空气混合物引导到涡轮燃烧器14的环形区46中，在此，燃料-空气混合物经历燃烧，以生成热能，该热能用于对涡轮16供能且驱动一个或更多个机器(例如，发电机、飞机螺旋桨等)。各相应的喷嘴杆52上的外和内燃料喷嘴组件54、56可经由第一喷嘴开口58(例如，环形开口)和/或第一中央引燃器开口60输出相同或不同的类型、成分、和/或量的燃料22和/或氧化剂24。例如，外燃料喷嘴组件54可输出液体燃料22且内燃料喷嘴组件56可输出气体燃料22，或反之亦然。类似地，外燃料喷嘴组件54可输出空气24且内燃料喷嘴组件56可输出天然气和/或合成气(例如，氧化剂24)，或反之亦然。
图3是燃料喷嘴组件20的实施例的截面图，该燃料喷嘴组件20可用于对涡轮燃烧器14供应燃料22和空气24。除了中央主体26之外，燃料喷嘴组件20包括主要主体70(例如，支撑结构)和喷嘴护罩72。在图4-8中示出中央主体26的详细视图，贯穿图3的论述参照图4-8。在一个实施例中，主要主体70、喷嘴护罩72、和中央主体26是分开的结构，它们例如通过可移除的紧固件，诸如螺栓、夹具、过盈配合、公-母接头、或它们的任何组合而可移除地联接在一起。主要主体70、喷嘴护罩72、和中央主体26各自围绕燃料喷嘴组件20的轴向轴线76周向地44延伸，且可具有大体上环形的形状。在某些实施例中，燃料喷嘴组件20的各构件(例如，主要主体70、喷嘴护罩72、和中央主体26)能够通过联接特征而分离。在其他实施例中，主要主体70和中央主体26是单个结构(例如，作为单件而一体地形成)，且喷嘴护罩72是分开的结构，其可移除地联接至该单个结构(例如，主体26、70)。即，主体26、70是不可分离的，且喷嘴护罩72是可分离的(例如，可移除的)。如应注意到的，主要主体70、喷嘴护罩72、和中央主体26可为单个结构(即，不可分离的)。主要主体70、喷嘴护罩72、和中央主体26可通过3-D打印/添加制造技术来制造，使得主要主体70、喷嘴护罩72、和中央主体26为一个结构(例如，不是可移除地联接的)或分开的结构(例如，可移除地联接的)。在使喷嘴护罩72可移除地联接至主要主体70的实施例中，主要主体70和喷嘴护罩72可包括联接特征，诸如螺栓、螺钉、螺纹紧固件、螺纹对接件、过盈配合、夹具、公-母接头、或有助于主要主体70和喷嘴护罩72的联接和断开的其他任何适合的联接机构。在某些实施例中，中央主体26可通过过盈配合而联接至主要主体70、喷嘴护罩72、或它们的组合。
燃料喷嘴组件20包括有助于燃料22和空气24的穿过燃料喷嘴组件20内部容积的流动的各种特征，该内部容积由主要主体70、喷嘴护罩72、和中央主体26限定。例如，主要主体26包括中央引燃器导管78(例如，中央环形壁)，导管78限定中央引燃器80，中央引燃器80具有在燃料喷嘴组件20的下游端部部分27处的第一中央引燃器开口60(例如轴向开口)、和在端部部分27的轴向40上游的第二中央引燃器开口82。导管78(或壁)围绕轴向轴线76周向地44延伸，从而限定轴向通路86，轴向通路86在开口60和82之间轴向地40延伸。如应注意到的，开口58围绕开口60和轴线76周向地44延伸。
第二中央引燃器开口82流体地联接至燃料喷射器90，燃料喷射器90具有第一中央引燃器通路92(例如，导管)和一个或更多个第二中央引燃器通路94(例如，导管)。第一中央引燃器通路92沿轴向轴线76延伸，而该一个或更多个第二中央引燃器通路94与轴向轴线76径向地52偏移(还见图4的详细视图)。在某些实施例中，通路92、94与彼此和/或与燃料喷嘴组件20的轴向轴线76同轴或同心。例如，第二中央引燃器通路94可围绕第一中央引燃器通路92周向地44配置，使得第二中央引燃器94围绕第一中央引燃器通路92形成环带(也见图4)。通路92、94接收燃料22和/或(例如来自压缩机12的)加压空气24的至少一部分，且分别通过一个或更多个第一和第二引燃器开口100、102(例如，轴向开口)将燃料22和/或空气24供应至与中央引燃器80相关的混合区96(例如，如由虚线框指示的)，该一个或更多个第一和第二引燃器开口100、102沿轴向方向40定向燃料流。例如，燃料引燃器通路104流体地联接至通路94，且将燃料22的至少一部分引导至混合区96(例如，通过通路94)。类似地，一部分(例如，在穿过燃料喷嘴组件20的总燃料喷嘴空气24的大约0.1%与大约1%之间)流过通路92且流到混合区96中，在此，其与燃料22和所回收的冷却流体混合，如在上面更详细地论述的。在某些实施例中，喷嘴燃料22的一部分(例如，在大约0.5%和大约20%之间)与混合区96上游的通路92中的空气24混合(例如，紊流混合)。如应注意到的，在某些实施例中，燃料22可流过通路92且空气24可流过通路104。
第一混合区96可包括一个或更多个导叶106(例如，涡旋导叶或径向涡旋器)，以有助于燃料22和空气24的混合。例如，第一混合区96可包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个涡旋导叶106，涡旋导叶106围绕轴线76和通路92、94的至少下游部分周向地延伸(见图4)。如下面更详细地论述的，第一混合区96还从与该一个或更多个导叶106流体地联接的氧化剂出口108(例如，径向出口)接收额外的空气24(例如，所回收的冷却流体)。氧化剂出口108将额外空气24的流沿径向方向42引导至混合室96中，径向方向42相对于分别穿过开口100、102的燃料22和空气24的流交叉地(例如，垂直)定向。在某些实施例中，流入混合区96中的燃料22在空气24的两个射流(例如，所回收的冷却流体和通路92中的空气24)之间流动。即，燃料22被“夹”在所回收的冷却流体(例如，空气24)与来自通路92的空气24之间。该流动型式可有助于混合燃料22和空气24，以生成均质的燃料-空气混合物。
除了燃料喷射器90之外，燃料喷嘴组件20包括主要主体充气室110(例如，环形室)，充气室110包围(例如围绕轴向轴线76)中央主体26和/或一个或更多个主要主体导叶112(例如，1到50个导叶)。在某些实施例中，主要主体导叶112中的各个可为涡旋导叶，诸如轴向和/或径向涡旋导叶，其构造成使流动涡旋，以增强燃料和空气的混合。主要主体充气室110和该一个或更多个主要主体导叶112(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个)在混合室118的上游，该混合室118配置在燃料喷嘴组件20的第二混合区120中。该一个或更多个主要主体导叶112包括多个主要导叶开口124(例如，每个导叶1到50个)，主要导叶开口124使得空气24能够流入混合室118中。主要导叶开口124可轴向地40布置在各导叶112的前缘126与后缘127之间，正好在后缘127处或接近后缘127，或任何其他合适的位置。主要主体70包括在主要主体外壁130上的主要主体开口128(例如，径向开口)，主要主体开口128将空气24的径向流(例如，沿径向轴线42)供应至一个或更多个主要主体导叶112。来自主要主体充气室110的燃料22的轴向40流与来自一个或更多个主要主体导叶112的空气24混合。主要主体导叶112(例如，涡旋导叶)有助于混合室118中燃料22和空气24的混合。
燃料通路104和主要主体充气室110中的燃料22可相同或不同。例如，在一个实施例中，燃料通路104中的燃料22可为一种类型的燃料，且主要主体充气室110中的燃料22可为与燃料通路104中的第一类型的燃料22不同的第二类型的燃料22。例如，燃料可为不同的气体燃料、不同的液体燃料、或不同的气体和液体燃料的组合。在其他实施例中，燃料通路104和主要主体充气室110二者中的燃料22的类型可相同。此外，燃料通路104和主要主体充气室110中的燃料22可为相同或不同的成分。多个燃料喷射通路(例如，燃料通路104和主要主体充气室110)使燃料喷嘴组件20能够使用至少两种不同的燃料。而且，燃料可为不同的气体和/或液体燃料。
在某些实施例中，燃料喷嘴组件20可包括联接至混合室118的额外的燃料通路和燃料喷射端口。该额外的燃料通路(例如，燃料导管)和端口(例如，燃料出口)可对混合室118提供额外的燃料22。在混合室118中，来自主要主体充气室110的燃料22和来自一个或更多个主要主体导叶112的空气24可与来自额外的燃料通路的额外燃料22混合。燃料端口(例如，大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、50个或更多个)可在不同的轴向、径向和周向位置处围绕轴向轴线76周向地44间隔，且燃料端口可相对于轴向轴线76以不同的角度定向(例如，平行、垂直，或以10、20、30、40、50、60、70、或80度锐角地成角度)。
混合室118由第一中央主体导管134的一部分(例如壁)和喷嘴护罩壁136的至少一部分(例如环形壁)限定。第一中央主体导管134大体上围绕轴向轴线76周向地44延伸(例如，环形壁134)。在某些实施例中，导管134可沿上游方向朝上游端部部分138远离轴线76径向向外42逐渐地发散(例如，直线地、非直线地、弯曲)。在某些实施例中，导管134可沿下游方向朝第一喷嘴开口58远离轴线76径向向外42逐渐地发散。喷嘴护罩壁136大体上围绕轴向轴线76和导管134的至少一部分周向地44延伸(例如，环形壁136)。混合室118在下游端部部分27处的开口58的上游。在某些实施例中，开口58可包括多个周向地44间隔的瓣140，瓣140将在混合室118中生成的燃料-空气混合物在流入燃烧区46之前分离(例如，周向地44分割)到分立的流动路径中(例如，见图10)。例如，瓣140限定瓣通路142，瓣路径142将燃料-空气混合物引导到燃烧区46中。在例示的实施例中，混合室118的径向尺寸146(例如，在导管134的一部分与喷嘴护罩壁136之间)向下游方向从导叶112的后缘127到壁136中的突起142(例如，限定具有减小的截面流动面积的区域的环形突起)减小。该减小的截面流动面积可有助于在导叶112下游的燃料22和空气24的混合。例如，燃料-空气流可经历截面流动面积的收敛和相关的压力下降，以及流动速率增大，从而增强流过第二混合区120的流的燃料-空气混合。而且，突起142下游的增大的径向尺寸146(例如，突起142与第一喷嘴开口58之间的发散的截面流动面积)还可增多燃料-空气混合物在室118中的滞留时间，从而增强第二混合区120中的燃料22和空气24的混合。在某些实施例中，室118包括在第一喷嘴开口58与后缘27或突起142之间的瓣，瓣将燃料和空气混合物在流到燃烧区46中之前分离到分立的流动路径中。将燃料-空气混合物分离到分立的流动路径中可通过生成与由燃料和空气混合物的非分割流生成的主火焰相比具有短的长度的多个主火焰来减小主火焰的长度。因此，由燃料和空气混合物的燃烧生成的排放物对于高火焰温度(例如，高于1500℃)而言减少，并且/或者可使用具有小的反应区域的小燃烧器。
如上所述，燃料和空气混合物在燃烧区46中的燃烧可导致超过1000℃的温度。为了缓解燃料喷嘴组件20的由高温导致的退化，利用冷却流体148来冷却燃料喷嘴组件20的下游端部部分27。在没有所公开的实施例的情况下，在对燃料喷嘴组件的下游端部进行冷却之后，冷却流体(例如，空气24)可被排放到燃烧区和/或中央引燃器80的与第一中央引燃器开口60邻近的区中。将冷却流体排放到燃烧区46中和/或第一中央引燃器开口60的附近可影响燃烧区46中的燃料/空气比和火焰稳定性。而且，排放的冷却流体可导致跨过下游端部部分27的压力和温度的波动，从而导致燃料-空气混合物的到燃烧区46中的不一致的流动和不均匀的燃烧。来自直接排放到燃烧区46中的冷却流体的燃料/空气比、压力、和温度方面的波动可使主火焰不稳定，从而导致排放物(例如NOx和CO)的增多和***10效率的降低。因此，所公开的实施例回收且使用冷却流体来生成燃料-空气混合物(例如，在燃烧区96中)。此外，将冷却流体供应至混合区96可预热燃料22，从而提高***10的燃烧效率。
如上所述，中央主体26接收用于在燃烧区46中生成火焰的燃料22和空气24的一部分。中央主体26将空气24的轴向40流分离成两个分开的射流。例如，空气24的第一部分(例如，穿过燃料喷嘴组件20(例如，中央主体26和主要主体70)的空气24的总流量的大约0.1%和大约1%之间)可被穿过通路92供应至混合区96，且空气24的第二部分(例如穿过燃料喷嘴组件20的空气24的总流量的大约2%和大约10%之间)可用于冷却燃料喷嘴组件20的下游端部部分27，且将额外的空气24供应至混合区96以生成燃料-空气混合物。因此，中央主体26包括末梢冷却通路150(例如，外通路)，末梢冷却通路150与轴向轴线76和中央引燃器80径向地42偏移，且由导管134的至少一部分、从导管134轴向地40延伸的第二中央主体导管152(例如，环形壁)、和第三中央主体导管154(例如环形壁)限定。末梢冷却通路150可包括围绕轴向轴线76周向地44间隔的多个分立的通路和/或围绕轴向轴线76周向地44延伸的公共环形通路。在某些实施例中，末梢冷却通路92可与中央引燃器80同轴或同心(例如，沿轴向轴线76)。末梢冷却通路150(例如，在导管134、152和154之间)周向地44围绕中央引燃器80的在下游端部部分27处的至少一部分(例如，导管78)。
在例示的实施例中，导管134大体上围绕导管154的第一部分和中央轴线76周向地44延伸。导管152大体上围绕导管154的第二部分(例如，在导管154的上游端部处)和轴线76周向地44延伸。导管154大体上围绕轴线76和导管78(例如，环形壁78)周向地44延伸。中央主体26还包括冷却剂回收通路160(例如，内环形通路)。通路160由导管154和导管78限定。因此，通路160在导管154的相反侧上布置在通路150附近。如下面更详细地论述的，冷却剂回收通路160将冷却流体(例如，燃料22、氧化剂24、或它们的组合)经由出口108引导至混合区96。
通路150沿下游方向朝下游端部部分27延伸，且通路160沿上游方向从下游端部部分27延伸到混合区96。通路150、160大体上围绕轴向轴线76和中央引燃器80(例如，环形通路150、160)周向地44延伸，且通路150大体上围绕通路160周向地44延伸。中央引燃器80的径向尺寸170由箭头170示出，通路150的径向尺寸172由箭头172示出(例如，在导管134/152、154之间)、且通路160的径向尺寸174由箭头174示出(例如在导管78、154之间)。
在某些实施例中，中央引燃器80和/或通路150、160可为截头圆锥体的。因此，与中央引燃器80和通路150、160相关的径向尺寸170、172、和/或174可为在轴向方向上可变和/或不变的。例如，如在图5和6中例示的，与中央引燃器80相关的导管78大体上沿下游方向从混合区96朝下游端部部分27远离轴向轴线76径向向外42发散(例如，直线地、非直线地、弯曲)，且因此径向尺寸170沿下游方向逐渐增大(例如，直线地、非直线地、或弯曲)。导管78可为圆柱形、圆锥形、凹入、和/或凸出形状的任何组合。例如，图5和6例示了中央引燃器80的径向尺寸170的非直线(例如弯曲的)增大。如图5中例示的，导管78可为凹入的，使得中央引燃器80具有球状形状。然而，导管78和中央引燃器80可为圆柱形、圆锥形、凹入、和/或凸出形状的任何组合。例如，在其他实施例中，导管78可为凸出的，且中央引燃器80可具有槽形形状，如在图6中例示的。在一些实施例中，径向尺寸170可在沿下游方向增大之前减小和/或保持不变以一些轴向距离。如应注意到的，在某些实施例中，导管78可不远离轴线76径向向外发散。相反，导管78可与轴线76同轴，使得径向尺寸170在混合区96与引燃器开口60之间不变。
导管134/152、154可符合或者可不符合中央引燃器80的形状。例如，在某些实施例中，与通路150、160相关的径向尺寸172、174中的至少一者可沿下游方向与径向尺寸170反向地变化(例如，减小或增大)。因此，壁134/152、154中的至少一者可沿上游方向朝上游端部部分138远离轴线76径向向外42逐渐地发散(例如，直线地、非直线地、弯曲)。如图3中例示的，壁154沿上游方向从轴线76径向向外逐渐地发散，使得通路160具有朝上游端部部分138逐渐增大的径向尺寸174(即，沿与增大的径向尺寸170相反的方向)。通路150的径向尺寸172可沿与径向尺寸174相同或反向的方向增大。例如，如在图3中例示的，限定通路150的壁134、152的至少一部分可沿下游方向(例如，朝下游端部部分27)远离轴线76沿径向方向42逐渐发散。因此，通路150的径向尺寸172沿下游方向朝下游端部部分27与通路160的径向尺寸174反向地增大。在某些实施例中，导管134、152沿上游方向远离中央轴线76径向向外42逐渐发散。因此，通路160的径向尺寸172朝上游端部部分138沿与径向尺寸170相同的方向逐渐增大。
在其他实施例中，壁134/152、154的至少一部分符合中央引燃器80的形状。作为示例，图5和6例示了沿下游方向从轴线76径向向外42发散的导管78、154二者。因此，与通路160相关的径向尺寸174沿与径向尺寸170相同的方向(例如，朝下游端部部分27)增大。在某些实施例中，与通路150、160相关的径向尺寸172、174在相应的导管134/152、154之间可为不变的。在其他实施例中，通路80、150、160可具有可变的径向尺寸170、172、174(例如，沿下游方向逐渐增大和/或减小)。
如上所述，通路150、160使冷却流体148(例如，沿下游方向的加压空气24)沿下游方向朝下游端部部分27且沿上游方向朝混合区96流动。以下论述将作为空气24来参照冷却流体148。然而，在某些实施例中，冷却流体148还可包括燃料22、蒸汽、不活泼气体、或任何其他合适的流体、以及它们的组合。通路150可使冷却流体148沿轴线方向40朝下游端部部分27流动。如上所述，中央主体26将空气24的轴向流40分割成末梢冷却射流(例如，穿过通路150)和中央引燃器蒸汽(例如，穿过通路92)。例如，穿过燃料喷嘴组件20(例如，中央主体26和主要主体70)的空气24的总流量的大约2%和大约10%之间可流过通路150，且总燃料喷嘴空气24的大约0.1%和大约1%之间可流过通路92。冷却流体148沿下游方向朝下游端部部分27流过末梢冷却通路150(例如，在导管134/152和154之间)，如由箭头148例示的，且冷却燃料喷嘴组件20的下游端部部分27(例如，通过膜冷却、冲击冷却、或任何其他合适的冷却技术)。例如，在例示的实施例中，冷却流体148在下游端部部分27附近流过穿孔冷却板186(例如，冲击和/或膜冷却板)中的一个或更多个轴向冲击开口182(例如，1到100个)，且冲击在燃料喷嘴组件20的冷却室188(例如，径向通路)的内表面190(例如，轴向端部板)上，从而冷却内表面190。如下面更详细地论述的，冷却室188流体地联接通路150和160，以在冷却内表面190之后沿上游方向将冷却流体148引导到混合区96。
各冲击开口182具有比冷却通路150(即，冲击开口182的上游)的径向尺寸172小的直径。以此方式，流过冲击开口182的冷却流体148的速率增大，从而有助于冷却流体148的冲击和内表面190的冷却。大体上，冷却流体148沿轴向方向40朝内表面190流过冲击开口182。然而，冷却流体148的轴向流40可不到达内表面190的某些区。例如，基于冲击开口182的位置，冷却流体148可不在适合的速率下冲击在内表面190的边缘192(例如，邻近导管134的边缘)上以有效地冷却边缘192附近的区域。因此，可能期望以相对于轴向轴线76的角度(例如，以10、20、30、40、50、60、70、或80度锐角地成角度)定向冲击开口182的一部分196。
图7例示具有多个冲击开口182、196(例如，大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、50、或更多个)的穿孔冷却板186的一部分的俯视图，该多个冲击开口182、196围绕轴向轴线76沿板186在不同的径向和周向位置处周向地44间隔。为了有助于边缘192的冷却，冲击开口196可配置为远离壁154径向距离198。冲击开口196沿朝导管134的方向定向(例如相对于轴线76向外锐角地成角度)。因此，冲击开口196可朝边缘192引导冷却流体148，从而在接近边缘192的区域中以适合的速率到达内表面190以用于有效的冲击冷却。在某些实施例中，冲击开口182、196的直径200可相对于相邻开口192、196的直径200沿径向方向42远离轴向轴线76减小。例如，与导管154邻近的冲击开口182可具有比与导管134邻近的冲击开口182、196的直径200大的直径200。在某些实施例中，与导管154邻近的冲击开口182的直径200可为与导管134邻近的冲击开口182、196的直径200的1.1至5倍、1.2至4倍、1.2至3倍、1.4至2倍。这可能部分地由于在燃料-空气混合物在燃烧区96中的燃烧期间跨过内壁190的温度梯度。例如，内壁190的温度可由于主火焰的位置而远离中央轴线76径向向外42增大。因此，因为冲击冷却效率与冷却流体148的冲击速率相关，故冷却内表面190的在导管134附近的区域(即，内表面190的沿径向方向42最远离轴线76的区域)的冷却流体148的冲击速率可比冷却内表面190的在导管154附近的区域(即，内表面190的沿径向方向42最接近轴线76的区域)的冷却流体148的冲击速率高。
图8例示了中央主体26的在燃料喷嘴组件20的下游端部部分27处的一部分。如上所述，冷却流体148穿过冲击开口182、196流入冷却室188(例如径向通路)中，且冲击在内表面190上，从而在燃料喷嘴组件20的下游端部部分27处冷却中央主体26。在冲击在内表面190上之后，在冷却室188内流动的冷却流体148(现在是加热后流体206)改变流动方向。例如，加热后流体206可沿径向方向42朝轴线76流动且流到通路160(例如，导管78和154之间)中。而在通路160中，加热后流体206沿上游轴向方向40在导管78和154之间流动。即，加热后流体206沿与通路150中(例如，在导管134和154之间)的冷却流体148的流动方向相反的方向流动。如图3所例示的，通路160向上游朝第一混合区96引导加热后流体206，在此，加热后流体206在第一混合区96内经由穿过导管78(例如，中央引燃器80的环形壁)的一个或更多个径向开口108(例如，1到100个)离开通路160。开口108在混合区96内，且流体地联接到导叶112(例如，在导叶112之间间隔)。因此，加热后流体206可流入混合区96中且与来自通路92、94的燃料22和空气24混合。多个径向开口108(例如，大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、50个或更多个)可沿导管78在不同的轴向和周向位置处围绕轴向轴线76周向地44间隔，且径向开口108可相对于轴向轴线76以不同的角度定向(例如，垂直，或以10、20、30、40、50、60、70、或80度锐角地成角度)。加热后流体206在导叶106之间流动且在第一混合区96中与离开燃料喷射器90的燃料22和空气24混合。以此方式，加热后流体206(例如，加压空气24)可被回收，且用于在混合区96中生成燃料和空气混合物，从而减轻大体上与将冷却流体直接排放到燃烧区46中的燃料喷嘴组件相关的由燃料/空气比的变化导致的火焰不稳定和跨过下游端部部分27的压力波动。此外，回收和使用流体148、206以在混合区96中生成燃料-空气混合物可减少与不稳定的火焰相关的排放。
在某些实施例中，导管154可包括沿导管154的一部分配置的开口。例如，图9例示了沿导管154的长度的至少一部分轴向地40间隔开的开口210。开口210还可沿导管154在不同的轴向位置处围绕轴向轴线76周向地44延伸，且可相对于径向轴线42成角度地定向(例如，垂直、或以10、20、30、40、50、60、70、或80度锐角地成角度)。例如，在某些实施例中，开口212可远离径向轴线42朝下游端部部分27定向。在其他实施例中，开口210可远离径向轴线42朝上游端部部分138定向。开口210可将冷却流体148的至少一部分在穿孔板186的上游引导到通路160中。冷却流体148可在通路160中与加热后流体206混合，从而在与燃料22在混合区96中混合之前降低流体206的温度。此外，类似于开口182、196，开口210可提供导管78的冲击冷却。
如上所述，燃料喷嘴组件20的某些实施例包括将冷却流体在冷却后引导至混合区的冷却流体回收通路。所回收的冷却流体用于生成经由中央引燃器供应至燃烧区的燃料-空气混合物的一部分，从而有助于燃烧器14的反应区域(例如，燃烧区)中的火焰稳定。燃料喷嘴组件20包括中央主体26，中央主体26具有流体地联通至冷却流体回收通路160的末梢冷却通路150。冷却通路150将冷却流体148(例如，空气24)经由配置在穿孔板186上的冲击开口182、196引导至冷却室188。冲击开口182、196增大冷却流体148的流动速率，以有助于在下游端部部分27处在内表面190上的冲击冷却。冲击开口196可相对于燃料喷嘴组件20的中心线轴线76成角度地定向，以有助于内表面190的对于冷却流体148的轴向流而言不可接近的某些区域上的冲击冷却。冷却室188流体地联接至通路150、160，且使得能够回收加热后冷却流体(例如，加热后流体206)。通路160将加热后流体206引导至导叶106(例如，涡旋器)，导叶106有助于燃料22、加热后流体206、和来自通路92、94的空气24的混合。以此方式，可减轻大体上与直接排放到燃烧区中的冷却流体相关的燃料/空气比和跨过下游端部部分27的压力和温度的波动。因此，与不回收和使用冷却流体来生成燃料-空气混合物的燃料喷嘴组件相比，可提高***10的火焰稳定和燃烧效率，且可减少燃烧排放和操作/维护成本。
本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何设备或***并且实行任何合并的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包含其他本领域人员想到的示例。如果它们具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的文字语言无显著差别的等同结构元件，则这种其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种燃气涡轮***，包括：
燃料喷嘴，包括：
第一主体，其包括
从混合区延伸至所述第一主体的第一下游端部部分处的中央出口的中央通路，其中，所述中央通路由第一环形壁限定，并且其中，所述第一环形壁相对于所述中央通路的中央轴线在朝向所述第一下游端部部分的下游方向上径向地发散；
第二引燃器燃料出口，所述第二引燃器燃料出口从所述第一主体的上游端部部分轴向地延伸到所述混合区中，其中，所述第二引燃器燃料出口平行于所述中央轴线指向并且包围第一中央引燃器燃料通路，所述第一中央引燃器燃料通路构造成将空气和燃料输出到所述混合区中；
所述混合区中的氧化剂出口；和
外通路，所述外通路包括沿所述下游方向朝所述第一下游端部部分延伸的第一通路和沿上游方向从所述第一下游端部部分延伸到所述混合区中的第二通路，其中，所述第二通路相对于所述中央轴线朝上游方向上径向发散，使得所述第二通路毗邻于所述第一下游端部部分的第一径向尺寸小于所述第二通路毗邻于所述混合区的第二径向尺寸，并且其中，所述燃料喷嘴构造成使流体流动通过所述第一通路、所述第二通路、所述氧化剂出口并且进入所述混合区中。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮***，其中，所述混合区包括多个导叶。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮***，其中，所述多个导叶包括多个涡旋导叶和/或向内延伸到所述中央通路中的多个径向通路中的至少一者。
4.根据权利要求2所述的燃气涡轮***，其中，所述多个导叶围绕在所述中央通路中的中央毂配置。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮***，其中，所述中央毂包括所述氧化剂出口和所述燃料出口中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮***，其中，所述中央通路的宽度在所述混合区与所述中央出口之间变化。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮***，其中，所述第一和第二通路是同心的环形通路。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮***，其中，所述第一主体包括在所述第一和第二通路之间延伸的多个径向通路，或者其中，所述第一主体包括围绕所述中央通路配置的第一壁和围绕所述第一壁配置的第二壁，所述第一和第二通路配置在所述第二壁的相反侧上，且所述第二壁包括多个冲击端口。
9.根据权利要求1所述的燃气涡轮***，其中，所述外通路包括配置在所述第一下游端部部分附近的冷却室或径向入口、轴向入口、或它们的组合。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮***，包括具有多个冲击端口的冲击板，其中，所述冷却室配置在所述冲击板与所述第一下游端部部分之间。
11.根据权利要求1所述的燃气涡轮***，包括围绕所述第一主体配置的第二主体，其中，所述第二主体包括延伸至所述第二主体的第二下游端部部分的流动通路。
12.根据权利要求1所述的燃气涡轮***，包括具有所述燃料喷嘴的燃气涡轮燃烧器、或燃气涡轮发动机、或它们的组合。
13.一种燃气涡轮***，包括：燃料喷嘴，包括：
第一主体，其包括
从所述第一主体的上游端部部分延伸到混合区中的燃料出口，其中，所述混合区围绕所述燃料出口；
从混合区延伸至所述第一主体的第一下游端部部分处的中央出口的中央通路，其中，所述中央通路由第一环形壁限定，并且其中，所述第一环形壁相对于所述中央通路的中央轴线在所述混合区的出口处径向地发散，形成窄口，并且相对于所述中央轴线在从所述窄口到所述第一下游端部部分的下游方向上径向地发散；
配置在所述混合区中的多个涡旋导叶；
外通路，所述外通路包括沿所述下游方向朝所述第一下游端部部分延伸的第一通路和沿上游方向从所述第一下游端部部分延伸到所述混合区中的第二通路，其中，所述燃料喷嘴构造成使流体流动通过所述第一通路、所述第二通路、氧化剂出口并且进入所述混合区中，其中，所述第二通路相对于所述中央轴线在从所述下游端部部分至所述混合区的所述上游方向上径向发散，使得所述第二通路毗邻于所述第一下游端部部分的第一径向尺寸小于所述第二通路毗邻于所述混合区的第二径向尺寸；和
第二主体，其围绕所述第一主体配置，其中，所述第二主体包括延伸至所述第二主体的第二下游端部部分的流动通路。
14.一种运行任一前述权利要求中所述的燃气涡轮***的方法，包括：
使第一流体沿下游方向朝燃料喷嘴的第一主体的第一下游端部部分流动；
使所述第一流体沿上游方向从所述第一下游端部部分流到混合区中；
在所述混合区中将所述第一流体与第二流体混合以生成混合流体，其中，所述混合区包括多个涡旋导叶、燃料出口、氧化剂出口、或它们的组合；和
使所述混合流体从所述混合区穿过中央流路流动至所述燃料喷嘴的第一下游端部部分处的中央出口。
15.根据权利要求14所述的方法，包括利用所述第一流体来冷却所述燃料喷嘴的第一下游端部部分。
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