本發(fā)明大體涉及燃氣渦輪發(fā)動機，其燃燒與空氣混合的烴燃料以產(chǎn)生高溫氣流，該高溫氣流驅(qū)動渦輪葉片以使附連到葉片的軸旋轉(zhuǎn)。更特別地，但不通過限制的方式，本發(fā)明涉及包括導(dǎo)向噴嘴的燃燒器燃料噴嘴，該導(dǎo)向噴嘴預(yù)混合燃料和空氣以得到更低的氮氧化物。

背景技術(shù)：

燃氣渦輪發(fā)動機廣泛地用于產(chǎn)生動力以用于許多應(yīng)用。常規(guī)燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機、燃燒器和渦輪。在典型的燃氣渦輪發(fā)動機中，壓縮機提供壓縮空氣到燃燒器。進入燃燒器的空氣與燃料混合且燃燒。燃燒的熱氣體從燃燒器排出且流入渦輪的葉片以使連接到葉片的渦輪軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸的一些機械能驅(qū)動壓縮機和/或其他機械系統(tǒng)。

由于政府法規(guī)不贊成將氮氧化物釋放到大氣中，燃氣渦輪發(fā)動機的作為操作的副產(chǎn)物的形成力圖維持在可允許水平以下。滿足這種法規(guī)的一個途徑是從擴散火焰燃燒器轉(zhuǎn)到采用貧燃料和空氣混合物的燃燒器，其使用完全預(yù)混合操作模式來減少例如氮氧化物(通常表示為nox)和一氧化氮(co)的排放。這些燃燒器在本領(lǐng)域中不同地稱為干式低nox(dln)燃燒系統(tǒng)、干式低排放物(dle)燃燒系統(tǒng)或貧預(yù)混合(lpm)燃燒系統(tǒng)。

燃料－空氣混合影響燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒的熱氣體中產(chǎn)生的氮氧化物的水平和發(fā)動機的性能兩者。燃氣渦輪發(fā)動機可采用一個或更多個燃料噴嘴來吸入空氣和燃料，以促進燃燒器中的燃料-空氣混合。燃料噴嘴可位于燃燒器的頭端，且可構(gòu)造成吸入待與燃料輸入混合的空氣流。典型地，每個燃料噴嘴可通過位于燃料噴嘴的內(nèi)部的中心體在內(nèi)部支撐，且導(dǎo)向件可安裝在中心體的下游端處。例如在美國專利第6438961號中所述，所謂的旋流噴嘴(swozzle)可安裝到中心體的外部且位于導(dǎo)向件的上游，該專利通過此引用以其全部內(nèi)容并入本文中以用于各種目的。旋流噴嘴具有彎曲靜葉，其從中心體越過環(huán)形流動通路徑向地延伸，且燃料從彎曲靜葉引入環(huán)形流動通路中以夾帶到通過旋流噴嘴的靜葉渦旋的空氣流中。

描述燃氣渦輪發(fā)動機中的燃燒過程的各種參數(shù)與氮氧化物的產(chǎn)生相關(guān)。例如，燃燒反應(yīng)區(qū)中的較高燃氣溫度是產(chǎn)生較大量的氮氧化物的原因。降低這些溫度的一個方法是通過預(yù)混合燃料-空氣混合物以及減少燃燒的燃料與空氣的比率。當(dāng)燃燒的燃料與空氣的比率降低時，氮氧化物的量也降低。然而，存在對燃氣渦輪發(fā)動機的性能的折衷。因為當(dāng)燃燒的燃料與空氣的比率降低時，燃料噴嘴的火焰熄滅的傾向增大，且因此造成燃氣渦輪發(fā)動機的操作不穩(wěn)定。已使用擴散火焰型導(dǎo)向件以用于燃燒器中更好的火焰穩(wěn)定，但是這樣做增加nox。因此，依然存在對于改進的導(dǎo)向噴嘴組件的需要，該改進的導(dǎo)向噴嘴組件提供火焰穩(wěn)定的益處，而且還使通常與導(dǎo)向噴嘴相關(guān)聯(lián)的nox排放盡可能少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請因此描述了一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴，其包括：伸長的中心體；伸長的外圍壁，其形成在中心體周圍以便限定其間的主要流環(huán)帶；主要燃料供應(yīng)和主要空氣供應(yīng)，其與主要流環(huán)帶的上游端流體連通；以及導(dǎo)向噴嘴。形成在中心體中的導(dǎo)向噴嘴可具有軸向地伸長的空氣管和混合管，其在分別穿過導(dǎo)向噴嘴的上游面和下游面限定的入口和出口之間延伸。輔助空氣供應(yīng)可構(gòu)造成以便與空氣管和混合管中的每一個的入口流體連通。燃料端口可定位在混合管中的每一個的入口和出口之間，以用于將混合管中的每一個連接至輔助燃料供應(yīng)。在空氣管中的每一個的入口和出口之間的不中斷的側(cè)壁密封結(jié)構(gòu)可將穿過其的空氣流與輔助燃料供應(yīng)隔離。多個管可構(gòu)造為斜向管，其是相對燃料噴嘴的中心軸線成角度的，以便在來自其的共同排出物中引起下游渦流。

實施方案1.一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器的燃料噴嘴，所述燃料噴嘴包括：

軸向地伸長的中心體；

軸向地伸長的外圍壁，其形成在所述中心體周圍以便限定其間的主要流環(huán)帶，其中所述外圍壁限定所述燃料噴嘴的中心軸線；

與所述主要流環(huán)帶的上游端流體連通的主要燃料供應(yīng)和主要空氣供應(yīng)；以及

包括所述中心體的下游區(qū)段的導(dǎo)向噴嘴，所述導(dǎo)向噴嘴包括：

管，其限定在中心體壁內(nèi)，所述管包括空氣管和混合管，其中所述管中的每一個在穿過所述導(dǎo)向噴嘴的上游面限定的入口與穿過所述導(dǎo)向噴嘴的下游面形成的出口之間軸向地伸長；

輔助空氣供應(yīng)，其構(gòu)造成以便與所述空氣管和所述混合管中的每一個的所述入口流體地連通；

燃料端口，其定位在所述混合管中的每一個的所述入口和所述出口之間，以用于將所述混合管中的每一個連接至輔助燃料供應(yīng)；以及

在所述空氣管中的每一個的所述入口和所述出口之間的不中斷的側(cè)壁密封結(jié)構(gòu)，其將在其中的空氣流與所述輔助燃料供應(yīng)隔離；其中多個所述管構(gòu)造為斜向管，其是相對于所述燃料噴嘴的所述中心軸線成角度的，以便在來自其的共同排出物中引起下游渦流。

實施方案2.根據(jù)實施方案1所述的燃料噴嘴，其特征在于，在穿過所述導(dǎo)向噴嘴的所述下游面形成的所述出口處，斜向混合管各自包括相對于所述燃料噴嘴的所述中心軸線的切向成角度的定向；

其中所述共同排出物包括來自多個混合管的排出物和來自多個空氣管的排出物的組合；以及

其中：

多個所述混合管構(gòu)造為所述斜向管；以及

多個所述空氣管構(gòu)造為所述斜向管。

實施方案3.根據(jù)實施方案2所述的燃料噴嘴，其特征在于，來自所述多個混合管的所述排出物包括燃料和空氣混合物，以及來自所述多個空氣管的所述排出物包括不含燃料的空氣；以及

其中所述斜向管各自構(gòu)造成使得所述共同排出物的所述下游渦流沿與由定位在所述主要流環(huán)帶內(nèi)的旋流器靜葉引起的下游渦流相同的方向渦旋。

實施方案4.根據(jù)實施方案2所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管中的每一個包括出口區(qū)段，其限定為位于鄰近所述出口的所述斜向管的軸向地狹窄的下游區(qū)段；

其中所述斜向管中的每一個的所述出口區(qū)段構(gòu)造成將排出方向給予來自其的排出物；

其中所述排出方向限定相對于所述燃料噴嘴的所述中心軸線的下游延續(xù)的銳角切向排出角，所述切向排出角包括在10°到70°之間的范圍；以及

其中所述斜向管各自構(gòu)造成使得所述共同排出物的所述下游渦流沿與由定位在所述主要流環(huán)帶內(nèi)的旋流器靜葉引起的下游渦流相反的方向渦旋。

實施方案5.根據(jù)實施方案2所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向管中的每一個包括出口區(qū)段，其限定為位于鄰近所述出口的所述斜向管的軸向地狹窄的下游區(qū)段；

其中切向排出角形成在所述斜向管中的每一個的所述出口區(qū)段的中心軸線的下游延續(xù)和所述燃料噴嘴的所述中心軸線的下游延續(xù)之間；以及

其中對于所述斜向管中的每一個的所述切向排出角包括銳角。

實施方案6.根據(jù)實施方案5所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述導(dǎo)向噴嘴的所述混合管和所述空氣管中的每一個構(gòu)造為所述斜向管中的一個；

其中所述斜向管包括關(guān)于彼此平行的布置；以及

其中對于所述斜向管中的每一個的所述切向排出角包括在10°到70°之間的角。

實施方案7.根據(jù)實施方案6所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述外圍壁和所述中心體壁各自包括圓柱形形狀，且其中所述外圍壁是在所述中心體壁周圍同心地布置的；以及

其中所述中心體包括軸向堆疊區(qū)段，其包括：包括所述輔助燃料供應(yīng)和所述輔助空氣供應(yīng)的前區(qū)段；以及構(gòu)造為所述導(dǎo)向噴嘴的后區(qū)段；

其中所述中心體的所述前區(qū)段包括：軸向地延伸的中心供應(yīng)管線；以及，形成在所述中心供應(yīng)管線周圍的輔助流環(huán)帶，所述輔助流環(huán)帶在朝所述中心體的上游端形成的到空氣源的連接部與所述導(dǎo)向噴嘴的所述上游面之間軸向地延伸；以及

其中所述中心體壁限定所述中心體的外壁且限定所述輔助流環(huán)帶的外側(cè)邊界。

實施方案8.根據(jù)實施方案7所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述主要流環(huán)帶包括旋流噴嘴構(gòu)造，其包括跨過所述主要流環(huán)帶徑向地延伸的多個旋流器靜葉；以及

其中所述旋流器靜葉包括相對于所述燃料噴嘴的所述中心軸線沿切向成角度的定向，以用于引起來自其的下游流沿第一方向在所述中心軸線周圍渦旋；以及

其中所述混合管中的每一個的所述燃料端口包括側(cè)向燃料端口，以用于經(jīng)由穿過所述混合管的側(cè)壁形成的開口噴射燃料。

實施方案9.根據(jù)實施方案8所述的燃料噴嘴，其特征在于，從與所述混合管中的一個形成的連接部，所述燃料端口中的每一個沿外側(cè)方向延伸以便與所述輔助燃料供應(yīng)連接，所述輔助燃料供應(yīng)包括正好在所述混合管的外側(cè)和所述中心體壁內(nèi)形成的燃料通道。

實施方案10.根據(jù)實施方案8所述的燃料噴嘴，其特征在于，從與所述混合管中的一個形成的連接部，所述燃料端口中的每一個沿內(nèi)側(cè)方向延伸以便與所述輔助燃料供應(yīng)連接；以及

其中所述燃料端口中的每一個包括相對于從所述混合管的所述入口至所述出口移動穿過所述混合管的預(yù)期的流的所述混合管中的上游位置。

實施方案11.根據(jù)實施方案6所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述混合管中的每一個包括多個所述燃料端口；以及

其中所述多個燃料端口相對于從所述混合管的所述入口至所述出口移動穿過所述混合管的預(yù)期的流朝向所述混合管的上游端集中。

實施方案12.根據(jù)實施方案6所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述混合管中的每一個構(gòu)造成接受穿過所述入口的空氣流和穿過所述燃料端口的燃料流，以用于穿過所述出口排出其混合物；

其中所述混合管和所述空氣管中的每一個的所述出口與所述燃燒器的燃燒室流體地連通；以及

其中所述混合管和所述空氣管中的每一個包括分段配置，其包括至標志方向改變的接合處的每一側(cè)的上游節(jié)段和下游節(jié)段。

實施方案13.根據(jù)實施方案12所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述空氣管和所述混合管各自包括其中所述上游節(jié)段是線性的且所述下游區(qū)段是彎曲的配置。

實施方案14.根據(jù)實施方案12所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述空氣管和所述混合管各自包括其中所述上游節(jié)段是線性的且所述下游區(qū)段是線性的配置。

實施方案15.根據(jù)實施方案12所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述空氣管和所述混合管各自包括其中所述上游節(jié)段是彎曲且所述下游區(qū)段是線性的配置。

實施方案16.根據(jù)實施方案12所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述空氣管和所述混合管各自包括其中所述上游節(jié)段是彎曲的且所述下游區(qū)段是彎曲的配置。

實施方案17.根據(jù)實施方案12所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述空氣管和所述混合管各自包括一種配置，其中所述上游節(jié)段是線性的且軸向地定向的，并且所述下游節(jié)段是彎曲的且在所述燃料噴嘴的所述中心軸線周圍螺旋地形成的。

實施方案18.根據(jù)實施方案5所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述導(dǎo)向噴嘴包括：在2和10個之間的混合管；以及在2和10個之間的空氣管；

其中所述導(dǎo)向噴嘴的所述混合管和所述空氣管中的每一個構(gòu)造成所述斜向管中的一個；

其中所述斜向管包括關(guān)于彼此平行的布置；以及

其中對于所述斜向管中的每一個的所述切向排出角包括在20°到55°之間的角。

實施方案19.根據(jù)實施方案6所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述導(dǎo)向噴嘴包括：在2和10個之間的混合管；以及在2和10個之間的空氣管；以及

其中所述混合管和所述空氣管根據(jù)交替的布置在所述中心體壁內(nèi)周向地間隔開，使得：

所述混合管中的每一個設(shè)置在所述空氣管中的每一個的每一側(cè)；以及

所述空氣管中的每一個設(shè)置在所述混合管中的每一個的每一側(cè)。

實施方案20.一種燃氣渦輪，具有包括燃料噴嘴的燃燒器，其中所述燃料噴嘴包括：

軸向地伸長的中心體；

軸向地伸長的外圍壁，其形成在所述中心體周圍以便限定其間的主要流環(huán)帶，其中所述外圍壁限定所述燃料噴嘴的中心軸線；

與所述主要流環(huán)帶的上游端流體連通的主要燃料供應(yīng)和主要空氣供應(yīng)；以及

包括所述中心體的下游區(qū)段的導(dǎo)向噴嘴，所述導(dǎo)向噴嘴包括：

管，其限定在中心體壁內(nèi)，所述管包括空氣管和混合管，其中所述管中的每一個在穿過所述導(dǎo)向噴嘴的上游面限定的入口與穿過所述導(dǎo)向噴嘴的下游面形成的出口之間軸向地伸長；

輔助空氣供應(yīng)，其構(gòu)造成以便與所述空氣管和所述混合管中的每一個的所述入口流體地連通；

燃料端口，其定位在所述混合管中的每一個的所述入口和所述出口之間，以用于將所述混合管中的每一個連接至輔助燃料供應(yīng)；以及

在所述空氣管中的每一個的所述入口和所述出口之間的不中斷的側(cè)壁密封結(jié)構(gòu)，其將在其中的空氣流與所述輔助燃料供應(yīng)隔離；其中多個所述管構(gòu)造為斜向管，其是相對于所述燃料噴嘴的所述中心軸線成角度的，以便在來自其的共同排出物中引起下游渦流，所述斜向混合管各自包括相對于所述燃料噴嘴的所述中心軸線在穿過所述導(dǎo)向噴嘴的所述下游面形成的所述出口處的切向成角度的定向；以及

其中：

多個所述混合管構(gòu)造為所述斜向管；以及

多個所述空氣管構(gòu)造為所述斜向管。

附圖說明

圖1示出了在其中可使用本發(fā)明的實施例的示例性燃氣渦輪的框圖；

圖2是諸如可在圖1中所示的燃氣渦輪中使用的示例性燃燒器的截面視圖；

圖3包括部分透視且部分為截面的視圖，其描述了根據(jù)本發(fā)明的某些方面的示例性燃燒器噴嘴；

圖4示出了圖3的燃燒器噴嘴的更詳細的截面視圖；

圖5示出了沿著圖4中標記為5－5的視線截取的端視圖；

圖6包括可在導(dǎo)向噴嘴中使用的混合管的簡化側(cè)視圖；

圖7示出備選混合管的簡化側(cè)視圖，其具有根據(jù)本發(fā)明的某些方面的斜向配置；

圖8示出描述示例性導(dǎo)向噴嘴的截面視圖，其具有根據(jù)本發(fā)明的某些方面的斜向混合管；

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的斜向混合管的側(cè)視圖；

圖10包括圖9的混合管的透視圖；

圖11示出根據(jù)本發(fā)明的備選實施例的斜向混合管的側(cè)視圖；

圖12示出根據(jù)本發(fā)明的另一備選實施例的斜向混合管的側(cè)視圖；

圖13示出另一個實施例的側(cè)視圖，其中線性混合管與斜向混合管組合；

圖14包括圖13的混合管的透視圖；

圖15示出圖13的混合管的入口視圖；

圖16示出圖13的混合管的出口視圖；

圖17示出另一個實施例的側(cè)視圖，其包括根據(jù)本發(fā)明的某些其他方面的逆向旋轉(zhuǎn)螺旋混合管；

圖18包括圖17的混合管的透視圖；

圖19示出圖17的混合管的入口視圖；

圖20示出圖17的混合管的出口視圖；

圖21示出混合管的備選實施例的出口視圖，其包括到排出方向的外側(cè)分量；

圖22示出混合管的備選實施例的出口視圖，其包括到排出方向的內(nèi)側(cè)分量；

圖23示出根據(jù)本發(fā)明的備選實施例的斜向混合管的側(cè)視圖；

圖24示出根據(jù)本發(fā)明的另一備選實施例的斜向混合管的側(cè)視圖；

圖25示意性地示出具有線性(即，軸向)定向的混合管的方向流動分析的結(jié)果；以及

圖26示意性地示出具有沿切向斜向定向的混合管的方向流動分析的結(jié)果。

具體實施方式

本發(fā)明的方面和優(yōu)點下面在以下描述中陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過本發(fā)明的實踐來教導(dǎo)?，F(xiàn)在將對本發(fā)明的實施例進行詳細參考，其一個或更多個示例在附圖中示出。詳細描述使用數(shù)字標記來參考附圖中的特征。附圖和描述中相似或類似的標記可用于參考本發(fā)明的實施例的相似或類似的部分。

將認識到的是，每個示例通過解釋本發(fā)明而不是限制本發(fā)明的方式提供。事實上，對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，在不脫離其范圍和精神的情況下，可在本發(fā)明中做出修改和變化。例如，作為一個實施例的部分圖示或描述的特征可用在另一實施例上，以產(chǎn)生更進一步的實施例。因此，意圖使本發(fā)明覆蓋落在所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的這種修改和變化。應(yīng)當(dāng)理解，本文中所提及的范圍和限制包括位于規(guī)定的限度內(nèi)的所有子范圍，除非另外聲明，否則包括限度本身。

另外，已選定某些用語來描述本發(fā)明及其構(gòu)件子系統(tǒng)和部分。這些用語盡可能地基于該技術(shù)領(lǐng)域常用的術(shù)語選擇。然而，將認識到的是，這些用語通常有不同的解釋。例如，可在本文中參考為單個構(gòu)件的要素可在其他地方參考為由多個構(gòu)件構(gòu)成，或者，可在本文中參考為包括多個構(gòu)件的要素可在其他地方參考為單個構(gòu)件。在理解本發(fā)明的范圍時，不僅應(yīng)當(dāng)注意到所使用的特定術(shù)語，而且還應(yīng)當(dāng)注意所伴隨的描述和情境，以及所參考和描述的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、配置、功能和/或用法，包括該用語與若干附圖相關(guān)的方式，以及當(dāng)然，在所附權(quán)利要求中術(shù)語的確切用法。此外，雖然以下示例關(guān)于某些類型的渦輪發(fā)動機示出，但是本發(fā)明的技術(shù)可還適用于其他類型的渦輪發(fā)動機，如在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中由普通技術(shù)人員理解的那樣。

考慮到渦輪發(fā)動機操作的性質(zhì)，貫穿該申請可使用若干描述性的用語來解釋發(fā)動機和/或其中包括的子系統(tǒng)或構(gòu)件的功能，且在該章的開端處定義這些用語可證明是有益的。相應(yīng)地，除非另外聲明，這些用語及其定義如下。用語“向前”和“向后”，在沒有更多特殊性的情況下，指的是相對于燃氣渦輪的定向的方向。即，“向前”指的是發(fā)動機的前端或壓縮機端，而“向后”指的是發(fā)動機的后端或渦輪端。將認識到的是，這些用語中的每一個可用于指示發(fā)動機內(nèi)的移動或相對位置。用語“下游”和“上游”用于指示特定管道內(nèi)相對于移動通過其的流的大體方向的位置。(將認識到的是，這些用語參考相對于在正常操作期間期望流動的方向，其應(yīng)當(dāng)對本領(lǐng)域中的任何普通技術(shù)人員清楚地顯而易見。)用語“下游”指的是流體沿著其流動通過特定管道的方向，而“上游”指的是與其相反的方向。因此，例如，通過渦輪發(fā)動機的工作流體的主要流(其開始為移動通過壓縮機的空氣且然后變成在燃燒器內(nèi)以及在更遠處的燃燒氣體)可描述為在朝上游或者壓縮機的前端的上游位置處開始，且在朝下游或渦輪的后端的下游位置處終止。關(guān)于描述常用類型的燃燒器內(nèi)的方向，如在下文中更詳細地論述的那樣，將認識到的是，壓縮機排出空氣典型地通過沖擊端口進入燃燒器，沖擊端口朝燃燒器的后端(相對于燃燒器的縱向軸線且限定前/后區(qū)別的上述壓縮機/渦輪定位)集中。一旦在燃燒器中，壓縮空氣通過形成在內(nèi)部腔室周圍的流環(huán)帶朝燃燒器的前端引導(dǎo)，空氣流在那里進入內(nèi)部腔室且逆轉(zhuǎn)其流動方向，朝燃燒器的后端行進。然而在另一情境中，通過冷卻通路的冷卻劑流可以以相同方式處理。

另外，考慮壓縮機和渦輪在中心共同軸線周圍的配置，以及許多燃燒器類型所常用的圓柱形配置，描述相對于軸線的位置的用語可在本文中使用。就這一點而言，將認識到的是，用語“徑向”指的是垂直于軸線的移動或位置。與此相關(guān)，可要求描述距中心軸線的相對距離。在這種情形中，例如，如果第一構(gòu)件比第二構(gòu)件更靠近中心軸線置放，則第一構(gòu)件將描述為關(guān)于第二構(gòu)件“徑向朝內(nèi)”或在第二構(gòu)件的“內(nèi)側(cè)”。另一方面，如果第一構(gòu)件比第二構(gòu)件更遠離中心軸線置放，則第一構(gòu)件將在本文中描述為關(guān)于第二構(gòu)件“徑向朝外”或在第二構(gòu)件的“外側(cè)”。另外，將認識到的是，用語“軸向”指的是平行于軸線的移動或位置。最后，用語“周向”指的是在軸線周圍的移動或位置。如所述的那樣，雖然這些用語可關(guān)于延伸通過發(fā)動機的壓縮機區(qū)段和渦輪區(qū)段的共同中心軸線應(yīng)用，但是這些用語還可關(guān)于發(fā)動機的其他構(gòu)件或子系統(tǒng)使用。例如，在圓柱形燃燒器的情形中(這對許多燃氣渦輪機械是常用的)，給予這些用語相對意義的軸線是延伸通過截面形狀的中心的縱向中心軸線，該截面形狀最初是圓柱形，但是隨著其接近渦輪過渡到更環(huán)形的輪廓。

參考圖1，示出了燃氣渦輪系統(tǒng)10的若干部分的簡化圖。渦輪系統(tǒng)10可使用液體或氣體燃料，諸如天然氣和/或富氫合成氣體，以運行渦輪系統(tǒng)10。如所描述的那樣，在下文中更全面描述的類型的多個燃料-空氣噴嘴(或者，如在本文中所提到的，“燃料噴嘴12”)吸入燃料供應(yīng)14，將燃料與空氣供應(yīng)混合，以及引導(dǎo)燃料-空氣混合物到燃燒器16內(nèi)以用于燃燒。燃燒的燃料-空氣混合物產(chǎn)生熱加壓排氣，其可朝排氣出口20引導(dǎo)通過渦輪18。當(dāng)排氣通過渦輪18時，氣體迫使一個或更多個渦輪葉片使軸22沿著渦輪系統(tǒng)10的軸線旋轉(zhuǎn)。如圖所示，軸22可連接到渦輪系統(tǒng)10的各種構(gòu)件，包括壓縮機24。壓縮機24還包括可聯(lián)接到軸22的葉片。當(dāng)軸22旋轉(zhuǎn)時，壓縮機24內(nèi)的葉片也旋轉(zhuǎn)，從而壓縮來自進氣口26的空氣通過壓縮機24且進入燃料噴嘴12和/或燃燒器16。軸22還可連接到負載28，其可為運載工具或靜止負載，例如，諸如在動力設(shè)施中的發(fā)電機或在飛行器上的推進器。將認識到的是，負載28可包括能夠通過渦輪系統(tǒng)10的旋轉(zhuǎn)輸出驅(qū)動的任何合適裝置。

圖2是圖1中示意性描述的燃氣渦輪系統(tǒng)10的若干部分的截面視圖的簡化圖。如在圖2中示意性示出的那樣，渦輪系統(tǒng)10包括位于燃氣渦輪發(fā)動機10中的燃燒器16的頭端27中的一個或更多個燃料噴嘴12。每個圖示燃料噴嘴12可包括一起整合成組的多個燃料噴嘴和/或獨立的燃料噴嘴，其中，每個圖示的燃料噴嘴12至少大致或完全地依賴于內(nèi)部結(jié)構(gòu)支撐(例如，承載負載的流體通路)。參考圖2，系統(tǒng)10包括壓縮機區(qū)段24，用于對經(jīng)由進氣口26流動到系統(tǒng)10內(nèi)的氣體(諸如空氣)加壓。在操作中，空氣通過進氣口26進入渦輪系統(tǒng)10且可在壓縮機24中加壓。應(yīng)當(dāng)理解，雖然該氣體可在本文中指的是空氣，但是該氣體可為適合于在燃氣渦輪系統(tǒng)10中使用的任何氣體。從壓縮機區(qū)段24排出的加壓空氣流入燃燒器區(qū)段16，其大體特征在于在系統(tǒng)10的軸線周圍布置成環(huán)形排列的多個燃燒器16(僅其中一個在圖1和圖2中示出)。進入燃燒器區(qū)段16的空氣與燃料混合且在燃燒器16的燃燒室32內(nèi)燃燒。例如，燃料噴嘴12可以將燃料-空氣混合物以用于最佳燃燒、排放、燃料消耗和動力輸出的合適燃料-空氣比噴射到燃燒器16內(nèi)。燃燒產(chǎn)生熱加壓排氣，其然后從每個燃燒器16流動到渦輪區(qū)段18(圖1)以驅(qū)動系統(tǒng)10和產(chǎn)生動力。熱氣體驅(qū)動渦輪18內(nèi)的一個或更多個葉片(未示出)以使軸22以及因此壓縮機24和負載28旋轉(zhuǎn)。軸22的旋轉(zhuǎn)引起在壓縮機24內(nèi)的葉片30旋轉(zhuǎn)，且吸入并增壓通過進氣口26接收的空氣。然而，應(yīng)當(dāng)容易理解，燃燒器16不需要如上文所述和本文中圖示的那樣構(gòu)造，且通?？删哂性试S加壓空氣與燃料混合、燃燒且轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)10的渦輪區(qū)段18的任何配置。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3到圖5，根據(jù)本發(fā)明的某些方面提出預(yù)混合導(dǎo)向噴嘴40的示例性配置(或者簡單地“導(dǎo)向噴嘴40”)。導(dǎo)向噴嘴40可包括若干混合管41，燃料和空氣混合物在其內(nèi)形成以用于在燃燒室32內(nèi)燃燒。圖3至圖5圖示了一種配置，通過該配置可將燃料和空氣供應(yīng)到導(dǎo)向噴嘴40的若干混合管41。另一種這樣的燃料-空氣輸送配置關(guān)于圖8提供，且應(yīng)當(dāng)理解其他燃料和空氣供應(yīng)配置也是可能的，且這些示例不應(yīng)當(dāng)解釋為限制，除非在所附權(quán)利要求集中指示。

如圖3、圖4和圖5中所述，混合管41可具有線性和軸向配置。在這些情形中，每個混合管41可構(gòu)造成使得來自其的流體流沿平行于燃料噴嘴12的中心軸線36(或者，如在本文中使用地，包括“排出方向”)排出，或者備選地，沿至少沒有相對于燃料噴嘴的中心軸線36的切向斜向定向的方向排出。如在本文中所使用的，這種混合管41可稱為“軸向混合管”。相應(yīng)地，軸向混合管41可定向成使得其大致平行于燃料噴嘴12的中心軸線36，或者備選地，軸向混合管41可定向成包括相對于中心軸線36的徑向斜向定向，只要混合管沒有切向斜向分量。被稱為“斜向混合管”的其他混合管41可包括這種沿切向成角度或斜向的定向，使得每一個沿著相對于燃料噴嘴12的中心軸線36偏斜或者沿切向斜向的方向釋放燃料和空氣的混合物。如下文中所述，該類型的配置可用于在釋放后在燃燒區(qū)內(nèi)產(chǎn)生渦旋模式，其改善了導(dǎo)向噴嘴40的某些性能方面，且從而改善燃料噴嘴12的性能。

如圖所示，燃料噴嘴12可包括軸向地伸長的外圍壁50，其限定構(gòu)件的外包殼。燃料噴嘴12的外圍壁50具有外表面和內(nèi)表面，內(nèi)表面面對外表面且限定軸向地伸長的內(nèi)部腔。如在本文中使用的，噴嘴12的中心軸線36限定為燃料噴嘴12的中心軸線，其在該示例中限定為外圍壁50的中心軸線。燃料噴嘴12還可包括中空的軸向伸長的中心體52，其布置在由外圍壁50形成的腔內(nèi)?？紤]在外圍壁50和中心體52之間示出的同心配置，中心軸線36可為每個構(gòu)件共有的。中心體52可通過限定上游端和下游端的壁軸向地限定。主要空氣流通道51可限定在中心體52的外表面與外圍壁50之間的環(huán)形空間中。

燃料噴嘴12還可包括軸向地伸長的中空燃料供應(yīng)管線，其將在本文中稱為“中心供應(yīng)管線54”，其延伸通過中心體52的中央。伸長的內(nèi)部通路或者輔助流環(huán)帶53限定在中心體52的外壁與中心供應(yīng)管線54之間，其可從鄰近頭端27的前方位置朝導(dǎo)向噴嘴40軸向地延伸。中心供應(yīng)管線54可類似地在中心體52的前端之間軸向地延伸，其中，其可形成與通過頭端27的燃料源(未示出)的連接。中心供應(yīng)管線54可具有下游端，其布置在中心體52的后端處，且可提供最終噴射到導(dǎo)向噴嘴40的混合管41內(nèi)的燃料的供應(yīng)。

燃料噴嘴12的主要燃料供應(yīng)可通過多個旋流器靜葉56引導(dǎo)到燃燒器16的燃燒室32，該多個旋流器靜葉56如圖3中所示，其可為延伸越過主要流環(huán)帶51的固定靜葉。根據(jù)本發(fā)明的方面，旋流器靜葉56可限定所謂的“旋流噴嘴”型燃料噴嘴，其中，多個靜葉56在中心體52與外圍壁50之間徑向地延伸。如在圖3中示意性示出的那樣，旋流噴嘴的每個旋流器靜葉56可期望地設(shè)有內(nèi)部燃料管道57，其終止于燃料噴射端口58中，主要燃料供應(yīng)(其流動由箭頭指示)從該燃料噴射端口58引入到引導(dǎo)通過主要流環(huán)帶51的主要空氣流內(nèi)。由于該主要空氣流相對于旋流器靜葉56引導(dǎo)，所以賦予渦旋模式，將認識到的是，渦旋模式促進空氣和燃料供應(yīng)在主要流環(huán)帶51內(nèi)的混合。在旋流器靜葉56的下游，在流環(huán)帶51內(nèi)集合在一起的渦旋的空氣和燃料供應(yīng)可在排出到燃燒室32內(nèi)用于燃燒之前繼續(xù)混合。如在本文中使用地，當(dāng)與導(dǎo)向噴嘴40區(qū)分時，主要流環(huán)帶51可稱為“母噴嘴”，且在主要流環(huán)帶51內(nèi)集合在一起的燃料-空氣混合物可稱為源于“母噴嘴”內(nèi)。當(dāng)使用這些標記時，將認識到的是，燃料噴嘴12包括母噴嘴和導(dǎo)向噴嘴，并且這些中的每一個將單獨的燃料和空氣混合物噴射到燃燒室內(nèi)。

中心體52可描述為包括軸向堆疊的區(qū)段，其中，導(dǎo)向噴嘴40為布置在中心體52的下游處或后端處的軸向區(qū)段。根據(jù)所示的示例性實施例，導(dǎo)向噴嘴40包括布置在中心供應(yīng)管線54的下游端周圍的燃料壓室64。如圖所示，燃料壓室64可經(jīng)由一個或更多個燃料端口61與中心供應(yīng)管線54流體連通。因此，燃料可行進通過供應(yīng)管線54，以便經(jīng)由燃料端口61進入燃料壓室64。導(dǎo)向噴嘴40還可包括環(huán)形中心體壁63，其從燃料壓室64徑向朝外布置且期望地關(guān)于中心軸線36同心。

如所述的那樣，導(dǎo)向噴嘴40可包括多個軸向地伸長的中空混合管41，其布置在燃料壓室64的正外側(cè)。導(dǎo)向噴嘴40可由上游面71和下游面72軸向地限定。如圖所示，混合管41可軸向地延伸通過中心體壁63。多個燃料端口75可形成在中心體壁63內(nèi)以用于將燃料從燃料壓室64供應(yīng)到混合管41內(nèi)?；旌瞎?1中的每一個可在入口65和出口66之間軸向地延伸，入口65通過導(dǎo)向噴嘴40的上游面71形成，且出口66通過導(dǎo)向噴嘴40的下游面72形成。如此構(gòu)造，空氣流可從中心體52的輔助流環(huán)帶53引導(dǎo)到每個混合管41的入口65內(nèi)。每個混合管41可具有至少一個燃料端口75，其與燃料壓室64流體連通，使得從燃料壓室64離開的燃料流傳送到每個混合管41內(nèi)。所得的燃料-空氣混合物可然后在每個混合管41中向下游行進，且然后可從通過導(dǎo)向噴嘴40的下游面72形成的出口66噴射到燃燒室32內(nèi)。將認識到的是，考慮圖3到圖5中示出的混合管41的線性配置和軸向定向，從出口66排出的燃料-空氣混合物沿大致平行于燃料噴嘴12的中心軸線36的方向引導(dǎo)。雖然燃料-空氣混合物傾向于在噴射到燃燒室32內(nèi)后從每個混合管41徑向擴散，但是申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)徑向擴散并不顯著。事實上，研究已經(jīng)顯示，位于每個混合管41的出口66的正下游處的燃燒出口平面44的區(qū)段處的當(dāng)量比(即，空氣/燃料比)可為在位于中心軸線36的正下游處的燃燒出口平面44的區(qū)段處離開的當(dāng)量比的幾乎兩倍。在每個混合管41的出口66的正下游的位置處的高當(dāng)量比可連續(xù)和有效地點燃通過母噴嘴的燃料-空氣混合物，且從而可以甚至在火焰在貧油熄火(“l(fā)bo”)狀態(tài)附近操作時用于穩(wěn)定火焰。

圖6和圖7包括比較導(dǎo)向噴嘴40內(nèi)的單個混合管41相對于燃料噴嘴12的中心軸線36(即，如可由外圍壁50限定)的不同定向的簡化側(cè)視圖。圖6示出具有軸向配置的混合管41，其是上文中關(guān)于圖3至圖5論述的配置。如所指出的，混合管41大致平行于中心軸線36對準，以便從那里(即，從出口66)排出的燃料-空氣混合物具有近似平行于燃料噴嘴12的中心軸線36的下游延續(xù)的排出的方向(“排出方向”)80。

如圖7中所示，根據(jù)本發(fā)明的備選實施例，混合管41包括在下游端處的斜向出口區(qū)段79，其相對于燃料噴嘴12的中心軸線36成角度或沿切向斜向。在這種方式下構(gòu)造，從出口66流動的燃料-空氣混合物具有從斜向出口區(qū)段79的切向斜向定向延伸且遵循該定向的排出方向80。如在本文中所用的，斜向出口區(qū)段79可關(guān)于銳角的切向角度81限定，該角度相對于軸向參考線82(如在本文中使用的，其限定為平行于中心軸線36的參考線)的下游方向形成。

如下文中更詳細論述的，用于導(dǎo)向噴嘴40的性能優(yōu)點可通過將若干混合管構(gòu)造成包括這種斜向定向來實現(xiàn)。典型地，混合管41可各自類似地構(gòu)造和平行地配置，但是在下文中更詳細地論述的特定實施例包括對于這種情況的例外?；旌瞎?1的斜向出口區(qū)段79沿切向成角度的范圍，即，形成在排出方向80與軸向參考線82之間的切向角度81的大小可變化。將認識到的是，切向角度81可取決于若干標準。此外，雖然結(jié)果可在某些值處最佳，但是可越過對于切向角度81的值的寬泛范圍實現(xiàn)各種水平的期望性能益處。申請人已經(jīng)能夠確定現(xiàn)在將公開的若干優(yōu)選實施例。根據(jù)一個實施例，斜向混合管41的切向角度81包括在10°和70°之間的范圍。根據(jù)另一實施例，切向角度81包括在20°與55°之間的范圍。

雖然在圖7中示出的簡化版本僅示出一個混合管41，但是混合管41中的每一個可具有類似的配置，且相對于彼此可平行定向。當(dāng)成角度的定向一致地應(yīng)用到包括在導(dǎo)向噴嘴40中的多個混合管41中的每一個時，將認識到的是，排出方向的切向定向在導(dǎo)向噴嘴40的下游面72的正下游處形成渦流。如為本申請人發(fā)現(xiàn)的那樣，該渦流可用于實現(xiàn)將在下文中更詳細地描述的某些性能優(yōu)點。根據(jù)一個示例性實施例，可使得從混合管41排出的混合物與從主要流環(huán)帶51離開的渦旋燃料-空氣混合物“共同-渦旋”(即，在其中主要流環(huán)帶51包括旋流器靜葉56的情形中)。

如關(guān)于下文中提供的若干備選實施例描述的那樣，混合管41可構(gòu)造成以若干方式實現(xiàn)該切向成角度的排出方向80。例如，包括在彎頭處連接的線性節(jié)段的混合管41(如在圖7中)可用于使排出方向成角度。在其他情形中，如下文所提供的那樣，混合管41可為彎曲的和/或螺旋形地形成，以便實現(xiàn)期望的排出方向。另外，可使用線性節(jié)段和彎曲或者螺旋節(jié)段的組合，以及允許混合管41的離開流動以相對于主要流環(huán)帶51的中心軸線36成切向角度排出的任何其他幾何形狀。

圖8至圖12圖示了包括根據(jù)本發(fā)明的具有成角度或者斜向構(gòu)造的混合管41的示例性實施例。圖8示出用于混合管41的示例性螺旋配置，且還設(shè)置為示出備選的優(yōu)選配置，燃料和空氣可通過其輸送到導(dǎo)向噴嘴40的混合管41。在該情形中，外側(cè)燃料通道85布置在中心體壁63內(nèi)且從與燃料管道57的上游連接部軸向地延伸，如圖3和圖4中所示，燃料管道57還供應(yīng)燃料到旋流器靜葉56的端口58。因此，考慮圖8的配置，代替將燃料從相對于混合管41徑向朝內(nèi)定位的燃料壓室輸送，燃料從布置在混合管41的正外側(cè)處的燃料通道85輸送。

將認識到的是，外側(cè)燃料通道85可形成為在中心體52的圓周周圍形成的若干不連續(xù)管或者環(huán)形通路，以便期望地與混合管41的位置相符?？尚纬梢粋€或更多個燃料端口75以便將外側(cè)燃料通道85流體連接到混合管41中的每一個。在這種方式下，混合管41的每一個的上游端可連接到燃料源。如進一步圖示地，輔助流環(huán)帶53可形成在中心體52內(nèi)且軸向地通過其延伸以便將空氣供應(yīng)輸送到混合管41的入口65的每一個中。與圖3和圖4的實施例不同，將認識到的是，中心體52的居中布置的中心供應(yīng)管線54不用于輸送燃料到混合管41。即便如此，可包括中心供應(yīng)管線54以便提供或者允許用于燃料噴嘴12的其他燃料類型。在任何情形中，內(nèi)部通路或者輔助流環(huán)帶53可形成為伸長的通路，其限定在中心結(jié)構(gòu)(諸如中心供應(yīng)管線54的外表面)與中心體壁63的內(nèi)表面之間。其他構(gòu)造也是可能的。

類似于圖7中教導(dǎo)的配置，混合管41中的每一個可包括斜向出口區(qū)段79，其相對于燃料噴嘴12的中心軸線36切向地成角度。在這種方式下，用于移動通過混合管41的燃料-空氣混合物的排出方向80可相對于燃料噴嘴12的中心軸線36類似地斜向。根據(jù)圖8至圖10的優(yōu)選實施例，混合管41中的每一個包括過渡到下游螺旋區(qū)段87的上游線性區(qū)段86，其如指出的那樣在中心軸線36周圍彎曲。在一個實施例中，燃料端口74位于上游線性區(qū)段86中，且下游螺旋區(qū)段87促進燃料和空氣的混合，從而引起組分在混合管41內(nèi)改變方向。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該方向的改變形成輔助流動和湍流，其促進移動通過其的燃料-空氣之間的混合，使得良好混合的燃料-空氣混合物以期望的成角度的排出方向從混合管71出現(xiàn)。

根據(jù)優(yōu)選實施例，多個混合管41設(shè)置在導(dǎo)向噴嘴40的圓周周圍。例如，在十和十五個之間的管可限定在中心體壁63內(nèi)。混合管41可以以有規(guī)律的周向間隔間隔開。由斜向出口區(qū)段79限定的排出方向80可構(gòu)造成使得其與由旋流器靜葉56在主要流環(huán)帶51內(nèi)形成的渦旋的方向一致或者沿相同的方向。更具體地，根據(jù)優(yōu)選實施例，斜向出口區(qū)段79可沿著與旋流器靜葉56相同的方向成角度，以便產(chǎn)生沿關(guān)于中心軸線36的相同方向渦旋的流。

另一示例性實施例在圖11中提供，其包括具有用于混合管41的整個混合長度的彎曲螺旋形式的混合管41。如在本文中使用的，混合管41的混合長度是在初始(即，上游最遠處)燃料端口75的位置與出口66之間的軸向長度。將認識到的是，混合管41中的每一個可包括至少一個燃料端口75。根據(jù)備選實施例，每一個混合管41可包括多個燃料端口75。燃料端口75可沿著混合管41的混合長度軸向地間隔開。然而，根據(jù)優(yōu)選實施例，燃料端口75朝混合管41的上游端定位或者集中，其導(dǎo)致燃料和空氣很早聚集在一起，于是可在組合流從出口66噴射到燃燒室32內(nèi)之前發(fā)生更多的混合。

根據(jù)另一實施例，如圖12中所示，混合管41的斜向部分可被限制到混合管41的正下游區(qū)段，其如圖所示表示鄰近出口66的軸向狹窄的長度。利用該配置，仍可實現(xiàn)有益的結(jié)果，因為期望的旋轉(zhuǎn)模式仍可在來自混合管41的共同排出物中引起。然而，混合管41內(nèi)的燃料-空氣混合水平可不及最佳。

圖13至圖16圖示了其中線性和螺旋混合管41組合的額外實施例。圖13和圖14分別圖示了其中線性軸向混合管41(即，平行于中心軸線36延伸的那些)可與斜向混合管41一起配置在噴嘴40的中心體壁63內(nèi)的優(yōu)選方式的側(cè)視圖和透視圖。如圖所示，斜向混合管41可螺旋形地形成。將認識到的是，斜向混合管41還可形成為帶有線性分段配置，其包括在節(jié)段之間的彎曲部或者彎頭接合處，諸如圖12的示例。將認識到的是，圖15提供入口視圖，其示出在導(dǎo)向噴嘴40的上游面71上的軸向和斜向混合管41的入口65。圖16提供出口視圖，其示出在導(dǎo)向噴嘴40的下游面72上的軸向和斜向混合管41的出口66的代表性配置。根據(jù)備選實施例，斜向混合管41可構(gòu)造成共同旋轉(zhuǎn)，即，在中心軸線36周圍沿與主要流環(huán)帶51的母噴嘴的渦旋混合相同的方向渦旋。

軸向和斜向混合管都可從相同的空氣和燃料源供應(yīng)。作為備選，不同類型的混合管中的每一種可從不同的供應(yīng)進給供應(yīng)，使得到達混合管的燃料和空氣的水平明顯不同或者可控制。更具體地，將認識到的是，為每個管類型供應(yīng)其自己的可控制的空氣和燃料供應(yīng)實現(xiàn)機械操作的靈活性，其可允許燃燒室內(nèi)的燃料-空氣比或當(dāng)量比的調(diào)整或者調(diào)節(jié)。貫穿負載或者操作水平的范圍可使用不同的設(shè)置，其如由本公開的申請人所發(fā)現(xiàn)的，提供解決可在不同的發(fā)動機負載水平發(fā)生的特定關(guān)注領(lǐng)域的途徑。

例如，在降負荷運轉(zhuǎn)操作模式中，當(dāng)燃燒溫度相對于基準負載更低時，co是主要關(guān)注的排放物。在這些情形中，當(dāng)量比可增大以增加末梢區(qū)溫以度用于改善co燃燒。這是因為斜向混合管起作用以使母噴嘴反應(yīng)物引回到噴嘴末梢，末梢區(qū)(即，噴嘴的末梢)的溫度可保持比如果管不切向成角度時更冷。在一些情形中，這可促使燃燒器的排放物中的過量co。然而，通過經(jīng)由添加軸向混合管(如圖13至圖16中所示)來添加或者增加軸向動量，可改變、限制或控制再循環(huán)流的量，且因此，實現(xiàn)用于控制末梢區(qū)溫度的器件。該方法因此可用作當(dāng)發(fā)動機在某些模式中操作時改善燃燒特性和排放物水平的額外方式。

根據(jù)其他實施例，例如，本發(fā)明包括使用常規(guī)控制系統(tǒng)和方法以用于操縱兩種不同類型的混合管之間的空氣流水平。根據(jù)一個實施例，到軸向混合管41的氣流可增大以防止來自母噴嘴的較冷的反應(yīng)產(chǎn)物被引回到導(dǎo)向噴嘴40的末梢區(qū)內(nèi)。這可用于增加末梢區(qū)的溫度，其可降低co的水平。

另外，燃燒動態(tài)可對反應(yīng)區(qū)中的剪力具有強相關(guān)。通過調(diào)整引導(dǎo)通過不同類型的混合管(即，斜向和軸向)中的每一個的空氣的量，剪力的量可調(diào)節(jié)到積極(positively)影響燃燒的水平。這可通過構(gòu)造計量孔以便將不均勻的空氣量輸送到不同類型的混合管而實現(xiàn)。作為備選，主動控制設(shè)備可經(jīng)由常規(guī)方法和系統(tǒng)安裝和促動，以便改變操作期間的空氣供應(yīng)水平。此外，可創(chuàng)造控制邏輯和/或控制反饋回路以便設(shè)備的控制響應(yīng)于操作模式或者測量的操作參數(shù)。如所提到的那樣，這可導(dǎo)致根據(jù)發(fā)動機的操作模式(諸如當(dāng)在完全負載或者減小的負載水平下操作時)或者回應(yīng)所測量的操作者參數(shù)讀數(shù)來改變控制設(shè)置。這些系統(tǒng)還可包括關(guān)于改變供應(yīng)到不同類型的混合管的燃料量的相同類型的控制方法。這可通過預(yù)配置的構(gòu)件構(gòu)造(即，孔口尺寸等)或者通過更主動的實時控制實現(xiàn)。將認識到的是，操作參數(shù)(諸如燃燒室內(nèi)的溫度、聲音變化、反應(yīng)物流動模式)和/或涉及燃燒器操作的其他參數(shù)可用作這些控制系統(tǒng)中的反饋回路的部分。

將認識到的是，這些類型的控制方法和系統(tǒng)還可適用于本文中論述的其他實施例，包括在相同的導(dǎo)向噴嘴中涉及組合混合管的那些實施例中的任一個，這些組合管具有不同的構(gòu)造或者渦旋方向(包括，例如，關(guān)于圖17至圖20論述的逆向渦旋實施例，或者圖21和圖22的實施例，其圖示了其中流動管的子集可構(gòu)造成具有包括徑向分量的排出方向的方式)。此外，這些類型的控制方法和系統(tǒng)可適用于本文中論述的其他實施例，包括在相同的導(dǎo)向噴嘴中涉及組合混合管的那些實施例中的任一個，這些組合管具有不同的構(gòu)造或者渦旋方向(諸如關(guān)于圖17至圖20論述的逆向渦旋實施例)。

另外，這些方法和系統(tǒng)可應(yīng)用到其中混合管中的每一個以相同方式構(gòu)造且彼此平行對準的導(dǎo)向噴嘴構(gòu)造。在這些情形中，控制系統(tǒng)可操作以通過改變母噴嘴和導(dǎo)向噴嘴之間的空氣和/或燃料分離來控制燃燒過程以影響燃燒特性。根據(jù)其他實施例，控制方法和系統(tǒng)可構(gòu)造成使得在導(dǎo)向噴嘴的圓周周圍不均勻地改變?nèi)剂虾?或空氣供應(yīng)水平，這例如可用于中斷某些流動模式，或用于防止有害的聲音產(chǎn)生。這些措施可以在優(yōu)先的基礎(chǔ)上或者響應(yīng)于探測到的異常而采取。例如，燃料和空氣供應(yīng)可對混合管的特定子集增加或者減少。該動作可在預(yù)定周期的基礎(chǔ)上、響應(yīng)于測量操作參數(shù)或者其他狀態(tài)而采取。

圖17至圖20圖示了額外的示例性實施例，其中，斜向混合管41具有限定在中心體壁63內(nèi)的逆向渦旋構(gòu)造。圖17和圖18分別圖示了中心體壁63內(nèi)的逆向渦旋的螺旋混合管41的代表性配置的側(cè)視圖和透視圖。將認識到的是，圖19提供了導(dǎo)向噴嘴40的入口視圖，其圖示了在導(dǎo)向噴嘴40的上游面71上的逆向渦旋的螺旋混合管41的入口65的代表性配置。圖20提供了導(dǎo)向噴嘴40的出口視圖，其圖示了其中逆向渦旋的螺旋混合管41的出口66可配置在導(dǎo)向噴嘴40的下游面72上的優(yōu)選方式。將認識到的是，逆向渦旋的斜向混合管41的添加可在上文所論述的方式下使用以控制噴嘴的末梢區(qū)的溫度。另外，逆向渦旋的斜向混合管由于通過逆向渦旋的導(dǎo)向流引起的增加剪力而促進末梢區(qū)域中的更大混合，這對于某些操作狀態(tài)是有利的。

圖21和圖22圖示了備選實施例，其中徑向分量添加到混合管41的排出方向。將認識到的是，圖21示出了混合管的備選實施例的出口視圖，其包括到排出方向的外側(cè)分量。相比而言，圖22示出了混合管的備選實施例的出口視圖，其包括到排出方向的內(nèi)側(cè)分量。在這些方式中，本發(fā)明的斜向混合管可構(gòu)造成在排出方向中具有徑向分量和切向分量兩者。根據(jù)備選實施例，混合管可構(gòu)造成具有這樣的排出方向，其具有徑向分量但是沒有周向分量。因此，內(nèi)側(cè)和外側(cè)徑向分量可添加到軸向和斜向混合管中的任一者中。根據(jù)示例性實施例，內(nèi)側(cè)和/或外側(cè)徑向分量的角度可包括在0.1°與20°之間的范圍。如上文中所提到的，徑向分量可包括在混合管的子集上且從而可用于操縱導(dǎo)向噴嘴的剪力效應(yīng)以便有利地控制再循環(huán)。

圖23和24示出了備選實施例，其中穿過導(dǎo)向噴嘴形成的軸向地伸長的管包括致力于僅輸送空氣的管(其將稱為空氣管42)，以及致力于輸送空氣和燃料混合物的那些管，其可根據(jù)本文中已經(jīng)討論的各種混合管41中的任一個來構(gòu)造。類似于那些混合管41，空氣管42可限定在中心體壁63內(nèi)，且可在穿過導(dǎo)向噴嘴40的上游面71形成的入口65和穿過導(dǎo)向噴嘴40的下游面72形成的出口66之間伸長。實際上，空氣管42可包括本文中關(guān)于混合管41中的任一個討論的屬性中的任一個，除了空氣管42沒有至燃料源的燃料端口75或任何其它連接。而是，空氣管42可包括側(cè)壁(混合管41的燃料端口75將穿過其形成)，其構(gòu)造成具有在入口65和出口66之間延伸的不中斷的固體密封結(jié)構(gòu)。空氣管42的不中斷的側(cè)壁密封結(jié)構(gòu)可使用適用于將移動穿過空氣管42的空氣流與輔助燃料供應(yīng)或任何其它燃料供應(yīng)密封或隔離的任何固體材料來常規(guī)地形成。如所示出的，空氣管42的斜向構(gòu)造可以是按照本文中已經(jīng)關(guān)于混合管41討論的斜向構(gòu)造中的任一個。

根據(jù)某些優(yōu)選的實施例，如圖23和24中所示，導(dǎo)向噴嘴40的混合管41和空氣管42中的每一個可構(gòu)造為斜向管。該構(gòu)造可以是按照本文中已經(jīng)討論的斜向管構(gòu)造中的任一個。因此，斜向混合管41和空氣管42可包括平行的布置。另外，對于斜向混合管41和空氣管42中的每一個的切向排出角可包括在10°和70°之間的角度，或根據(jù)其它實施例，在20°與55°之間的角度。而且，導(dǎo)向噴嘴40可具有多個混合管41和空氣管42中的每一個。例如，根據(jù)某些示例性實施例，導(dǎo)向噴嘴可包括在2和10個之間的混合管41與在2和10個之間的空氣管42?；旌瞎?1和空氣管42可在中心體壁內(nèi)以規(guī)律間隔周向地間隔開。根據(jù)優(yōu)選的實施例，混合管41和空氣管42根據(jù)交替的布置在中心體壁63內(nèi)周向地間隔開。如本文中所使用的，“交替的布置”是指混合管41中的一個的放置與空氣管42中的一個的放置交替。如將認識到的，該類型的放置導(dǎo)致混合管41中的每一個具有設(shè)置在其每一側(cè)的空氣管42，而空氣管42中的每一個將具有設(shè)置在其每一側(cè)的混合管41。

如將認識到的，圖23和24的空氣管42的包括將增強包括斜向或渦旋構(gòu)造的導(dǎo)向噴嘴的性能的各方面。例如，可實現(xiàn)與此類斜向或渦旋構(gòu)造相關(guān)聯(lián)的火焰穩(wěn)定性益處，同時空氣管42的包括可進一步減少nox形成。具體地，由空氣管42輸送的空氣可降低局部火焰溫度，從而導(dǎo)致nox減少。

圖25示意性示出具有包括軸向出口區(qū)段的軸向混合管41的導(dǎo)向噴嘴40的方向流分析的結(jié)果，而圖26示意性示出具有斜向出口區(qū)段的斜向混合管41的方向流分析的結(jié)果。如圖所示，軸向混合管41可與由母噴嘴引起的渦旋形成的反向流相反，這可損害火焰穩(wěn)定性且增大貧油熄滅的可能性。相比而言，斜向出口區(qū)段可構(gòu)造成使導(dǎo)向反應(yīng)物在燃料噴嘴軸線周圍沿著與在主要或者母噴嘴中形成的渦旋相同的方向渦旋。如結(jié)果指示的，該渦流證明是有益的，因為導(dǎo)向噴嘴現(xiàn)在與母噴嘴合作工作以創(chuàng)造和/或加強中心再循環(huán)區(qū)。如圖所示，與斜向混合管相關(guān)聯(lián)的再循環(huán)區(qū)包括許多更顯著的且集中的再循環(huán)，其導(dǎo)致攜帶的反應(yīng)物從下游遠處的位置回到燃料噴嘴的出口。將認識到的是，中心再循環(huán)地帶是用于漩渦穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)，因為燃燒的產(chǎn)物引回到噴嘴出口且引入新鮮的反應(yīng)物，以便確保那些反應(yīng)物的點火，且從而繼續(xù)該過程。因此，斜向混合管可用于改善再循環(huán)且從而進一步穩(wěn)定燃燒，其可用于進一步穩(wěn)定可允許更低的nox排放物水平的貧燃料-空氣混合物。另外，如論述的那樣，具有斜向混合管的導(dǎo)向噴嘴可允許涉及co排放物水平的性能益處。這是由于在燃料噴嘴的出口處形成局部熱區(qū)的富化循環(huán)而實現(xiàn)的，其附著噴嘴火焰且允許進一步的co燃盡。另外，通過本發(fā)明的斜向混合管產(chǎn)生的顯著再循環(huán)可幫助co燃盡，其通過使燃燒期間產(chǎn)生的產(chǎn)物和co混合回到中心再循環(huán)區(qū)內(nèi)以便使co在未燃燒的情況下逸出的機會盡可能小而實現(xiàn)。

該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括其最佳模式，且還使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請專利的范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。