基于燃烧器流动路径的燃料喷射位置

摘要

提供了用于燃气轮机燃烧器的双燃料操作的系统和方法。示例性燃气轮机燃烧器可包括一个或更多个构件，诸如圆柱形燃烧衬套、流动套筒、主混合器、径向入流旋流器、燃烧器圆顶、以及燃料筒组件，它们中的一个或更多个可构造成将气态燃料或液体燃料供应至燃烧衬套中，这取决于期望的是气态燃料操作还是液体燃料操作。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请请求享有2015年6月30日提交且题为"Fuel Injection Locations Specificto Combustor Flow Path"的美国临时申请号62/186,907的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。本申请还主题涉及题为"Gas Turbine Fuel Components"且具有代理人卷号PSSF.256924的同时提交的美国专利申请号15/194,209，以及题为"Gas TurbineControl System"且具有代理人卷号PSSF.256925的同时提交的美国专利申请号15/194,213。这些相关申请中的各个还请求美国临时专利号62/186,907的优先权，其全部内容通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本技术大体上涉及燃气轮机燃烧器及燃料系统。

背景技术

燃气轮机发动机在使用期间产生通常受管制的排放，且结果，燃气轮机燃烧系统通常定制成确保排放保持在可接受的水平。来自燃气轮机燃烧器的排放可通过燃料喷射器位置、空气流速、空气/燃料混合、和燃料类型(例如，气体或液体燃料)及其它因素的变化来调整。气态燃料通常可在燃气轮机燃烧器中产生低于液体燃料的排放(由于燃料和空气的预混)，以及所得的完全燃烧。然而，尽管有相对较高的排放，但一些燃气轮机操作仍适于使用液体燃料(例如，柴油燃料、燃料/水乳剂、油等)来替代气态燃料。诸如燃料可用性和排放要求的因素可能规定了使用此类燃料。因此，需要(除了其它好处)允许可使用的燃料类型的较大通用性的燃气轮机燃烧器。

发明内容

本段中提供了本技术的各种实施例的高水平的概述，以介绍以下在本公开案的详细描述段落中进一步描述的原理的选择。该简述不旨在识别提出的主体的关键或基本的特征，也不旨在用于仅助于确定提出的主题的范围。

简言之，且在高水平下，本公开案尤其描述了一种用于燃气轮机燃烧器的双燃料燃烧系统，其可允许燃烧器使用气态燃料或液体材料在不同或组合的操作中操作，以便在构件和系统的最小过渡的情况下向燃烧器提供操作灵活性。燃烧系统可包括多种构件，诸如圆柱形燃烧衬套、主混合器、径向入流旋流器，以及燃料筒组件。这些构件中的各个还可包括构造成将液体燃料或气态燃料引入燃烧器中的各种燃料喷射位置，以提供用于燃烧的期望燃料源。此外，燃料喷射位置中的至少一些可以是可调整的，以取决于期望的燃料操作从附接的燃料回路供应液体燃料或气态燃料。此外，燃料筒组件可设在通常构造成用于气态燃料操作的燃烧器中，且可构造成提供液体燃料穿过一个或更多个燃料歧管，以通过至少部分地从燃料筒组件输送燃料来允许燃烧器的分阶段和排放控制。此外，燃气轮机燃烧器和/或相关联的燃料筒组件的操作可包括控制水、燃料、或燃料和水的混合物至不同燃料回路或引燃燃料喷射器，以及其它构件的流，以控制燃烧器简况和火焰分布，以及其它因素。

在一个实施例中，提供了一种用于燃气轮机的燃烧系统。该系统包括：具有中心轴线的圆柱形燃烧衬套；联接至圆柱形燃烧衬套，且关于中心轴线位于圆柱形燃烧衬套的径向外侧的流动套筒；以及联接至流动套筒，且关于中心轴线位于圆柱形燃烧衬套的径向外侧的主混合器。主混合器构造成将气态燃料和液体燃料中的至少一者喷射到流动套筒中。该系统还包括联接至圆柱形燃烧衬套且构造成将空气从圆柱形燃烧衬套外侧引导至圆柱形燃烧衬套内侧的径向入流旋流器。径向入流旋流器构造成将气态燃料和液体燃料中的至少一者喷射到圆柱形燃烧衬套中。该系统还包括联接至圆柱形燃烧衬套且沿中心轴线至少部分地延伸穿过径向入流旋流器的燃料筒组件，燃料筒组件构造成将液体燃料喷射到燃烧衬套中。

在另一个实施例中，提供了一种用于燃气轮机的燃烧系统。该燃烧系统包括：具有中心轴线的圆柱形燃烧衬套；联接至圆柱形燃烧衬套，且关于中心轴线位于圆柱形燃烧衬套的径向外侧的流动套筒；联接至流动套筒的主混合器；联接至圆柱形燃烧衬套且提供圆柱形燃烧衬套的内侧与外侧之间的流体连通的径向入流旋流器；位于圆柱形燃烧衬套的一端处的燃烧器圆顶；联接至圆柱形燃烧衬套且至少部分地延伸穿过径向入流旋流器的燃料筒组件；以及联接至燃料筒组件的至少一个液体燃料回路。燃料筒组件构造成将液体燃料从液体燃料回路提供至圆柱形燃烧衬套。主混合器、径向入流旋流器、以及燃烧器圆顶中的至少一者可构造成将气态燃料或液体燃料供应至圆柱形燃烧衬套。

在另一个实施例中，提供了一种基于燃烧器流动路径提供燃料喷射位置的方法。该方法包括提供燃烧系统，其包括：具有中心轴线的圆柱形燃烧衬套；联接至圆柱形燃烧衬套，且关于中心轴线位于圆柱形燃烧衬套的径向外侧的流动套筒；联接至流动套筒的主混合器；联接至圆柱形燃烧衬套且提供圆柱形燃烧衬套的内侧与外侧之间的流体连通的径向入流旋流器；位于圆柱形燃烧衬套的一端处的燃烧器圆顶；以及联接至圆柱形燃烧衬套且沿中心轴线至少部分地延伸穿过径向入流旋流器的燃料筒组件。该方法还包括将第一燃料回路联接至燃料筒组件、主混合器、以及径向入流旋流器中的至少一者，其中第一燃料回路可构造成将气态燃料或液体燃料供应至燃料筒组件、主混合器、以及径向入流旋流器中的至少一者。

附图说明

参照附图对本技术进行了详细描述，附图在性质上是示例性且非限制性的，在附图中：

图1为按照本技术的实施例的燃气轮机燃烧系统的截面视图；

图2为按照本技术的实施例的可结合图1中的燃气轮机燃烧系统使用的燃料筒组件的侧立面视图；

图3为按照本技术的实施例的穿过第一主燃料回路截取的图2的燃料筒组件的截面视图；

图4为按照本技术的实施例的图2的燃料筒组件的末梢板的端立面视图；

图5为按照本技术的实施例的穿过第二主燃料回路截取的图2的燃料筒组件的备选截面视图；

图6为按照本技术的实施例的图2的燃料筒组件的分解视图；

图7为按照本技术的实施例的图2的燃料筒组件的一部分的截面视图；

图8为按照本技术的实施例的图2的燃料筒组件的一部分的成角的局部截面视图；

图9A-9F为按照本技术的实施例的绘出燃料筒组件的中心体如何可以可除去地装固到外套筒上的一系列的图；

图10A-10B绘出了按照本技术的实施例的可结合燃料筒组件使用的压力旋流雾化器喷嘴；

图11A-11B绘出了按照本技术的实施例的可结合燃料筒组件使用的平风扇喷嘴；

图11C-11D绘出了按照本技术的实施例的用于结合燃料筒组件使用的燃料喷射器末梢的示例性定位；

图12绘出了按照本技术的实施例的用于燃烧系统中的液体燃料和水回路的分阶段过程；

图13绘出了按照本技术的实施例的用于燃烧系统中的引燃燃料和水回路的分阶段过程；

图14绘出了按照本技术的实施例的用于燃烧系统中的第一主燃料和水回路和引燃燃料和水回路的分阶段过程；

图15绘出了按照本技术的实施例的用于燃烧系统的第二主燃料和水回路、第一主燃料和水回路、以及引燃燃料和水回路的分阶段过程；

图16绘出了按照本技术的实施例的具有液体燃料喷射能力的燃烧系统的局部截面视图；

图17绘出了按照本技术的实施例的具有不同燃料喷射位置的图16的燃烧系统；

图18绘出了按照本技术的实施例的具有不同燃料喷射位置的图16-17的燃烧系统；

图19绘出了按照本技术的实施例的具有不同燃料喷射位置的图16-18的燃烧系统；

图20绘出了按照本技术的实施例的具有液体燃料喷射能力和缓冲能力的燃烧系统的局部截面视图；

图21绘出了按照本技术的实施例的具有不同燃料喷射定向的图20的燃烧系统的另一个局部截面视图；

图22绘出了按照本技术的实施例的示例性燃烧器圆顶组件；

图23绘出了按照本技术的实施例的燃料筒组件的中心体的第一构造；

图24绘出了按照本技术的实施例的燃料筒组件的中心体的第二构造；

图25绘出了按照本技术的实施例的操作燃气轮机燃烧器的第一示例性方法的框图；

图26绘出了按照本技术的实施例的操作燃气轮机燃烧器的第二示例性方法的框图；

图27绘出了按照本技术的实施例的基于燃烧器流动路径提供燃料喷射位置的示例性方法的框图；

图28绘出了按照本技术的实施例的对燃气轮机燃烧器进行分阶段的示例性方法的框图；以及

图29绘出了按照本技术的实施例的操作燃气轮机燃烧器的示例性方法的框图。

具体实施方式

在高水平下，本技术大体上涉及能够对液体燃料和/或液态燃料进行操作以将热燃烧气体提供至涡轮来用于发电的燃气轮机燃烧系统。基于燃气轮机发动机的类型、燃料可用性、以及排放要求，可供应不同燃料来用于产生热燃烧气体。在此方面，燃气轮机发动机的各个燃烧器均可包括用于将选择的燃料供应至燃烧器的一个或更多个燃料回路和组件。此外，燃烧器可构造成从多个燃料喷射位置中的一个以组合或不同的操作供应液体或气态燃料。此外，如将在下文更详细所述，燃料筒组件可包括一个或更多个燃料歧管，且可联接到燃烧器上来供应燃料用于燃烧。

本技术的申请人已开发了关于燃气轮机燃烧器的技术，包括：题为"FlameSheetCombustor"的美国专利6,935,116；题为"Method of Operating a FlameSheetCombustor"的美国专利号6,986,254；题为"FlameSheet Combustor Dome"的美国专利申请号20140090390；题为"FlameSheet Combustor Contoured Liner"的美国专利申请公开号20150075172；题为"Combustor with Radially Staged Premixed Pilot"的美国专利申请公开号20140090396；以及题为"Variable Length Combustor Dome Extension forImproved Operability"的美国专利申请公开号20140090389。这些参考文献、公告和专利中的各个均通过引用以其整体并入本文中。

首先参看图1，提供了能够对气态或液体燃料进行操作的燃烧系统100。主要关于液体燃料操作论述燃烧系统100，但燃烧系统100也可构造成用于气态燃料操作。在此方面，燃烧系统100中的各种燃料喷射位置均可构造成将燃料供应至圆柱形燃烧衬套110。取决于连接的燃料回路，燃料可为液体或气态燃料。在此方面，至少一些或所有燃料喷射位置都可以在液体燃料与气态燃料之间以有限的构件过渡或过渡过程的要求是可构造的，以提供燃烧器的使用中的较大通用性。

燃烧系统100包括具有中心轴线A-A的圆柱形燃烧衬套110，以及联接到圆柱形燃烧衬套110上且定位在圆柱形燃烧衬套110的径向外侧的流动套筒120。流动套筒120至少部分地包绕圆柱形燃烧衬套110，从而形成流动通路122，压缩空气可在其行进至圆柱形燃烧衬套的内侧时流过流动通路122来冷却圆柱形燃烧衬套110的外表面。压缩空气从圆柱形燃烧衬套110的后端112朝圆柱形燃烧衬套110的入口端114流动，在入口端114处，压缩空气可与燃料混合且喷射到燃烧衬套110的燃烧室111中来用于点燃。

燃烧系统100还包括联接到圆柱形燃烧衬套110上且定位在流动套筒120附近的主混合器130。图1中所示的主混合器130关于中心轴线A-A定位在圆柱形燃烧衬套110的径向外侧，且可构造成将气态燃料和/或液体燃料喷射到行进穿过流动套筒120的压缩空气的穿流中。在此方面，取决于期望的燃料操作，主混合器130可联接到供应气态燃料或液体燃料的燃料回路上。主混合器130还可包括联接到其上或整体结合在其中的一个或更多个旋流器，以用于将旋流给予流动套筒120内的穿过的空气流。这可在穿过的空气流中提供较大的湍流来用于加强的燃料和空气的混合。一个或更多个燃料喷射器可联接到主混合器130和任何相相关联的燃料回路上来用于从主混合器130喷射燃料到流动套筒120中。

燃烧系统100还包括径向入流旋流器140，其可用于穿过多个沿径向定向的旋流器导叶113且朝圆柱形燃烧衬套110引入压缩空气流(诸如与穿过流动套筒120的压缩空气不同或相同的压缩空气)。在此方面，径向入流旋流器140提供了圆柱形燃烧衬套110的内侧与外侧之间的流体连通。联接到一个或更多个相应燃料回路上的一个或更多个燃料喷射器115可附接到旋流器导叶113或径向入流旋流器140的另一部分上，以用于将气态和/或液体燃料喷射到旋流器导叶113中来穿入到圆柱形燃烧衬套110中。燃料可沿关于中心轴线A-A的径向定向或沿关于中心轴线A-A的轴向方向或它们的组合喷射。如图1中所示，穿过旋流器导叶113的燃料和空气的流可在其行进至圆柱形燃烧衬套110时关于中心轴线A-A从径向方向行进至轴向方向。燃料喷射器115可各自包括至少联接的燃料管线和喷射阀。

在图1中所示的燃烧系统100中，燃料筒组件150联接到圆柱形燃烧衬套110上，且大体上沿燃烧系统100的中心轴线A-A定位。燃料筒组件150至少部分地延伸穿过径向入流旋流器140，且可构造成将液体燃料喷射到燃烧室111中。在此方面，如图1和图16-19中所示，从对应的燃料回路提供的液体燃料或气态燃料可经由主混合器130、径向入流旋流器140、如图22中所示的燃烧器圆顶212，和/或经由备选的位置(诸如沿燃料筒组件150)来喷射。这些各种燃料喷射位置均可在后续点燃且由第一主燃料回路火焰锋引起的燃烧之前允许空气和燃料的预混。预混可用于通过降低火焰中的局部最大实现温度来减少控制排放所需的水。

参看图2-11B，更详细绘出和描述了燃料筒组件150的细节。图2示出了包括从燃料筒组件150的后部154延伸的第一外套筒174和第二外套筒176的燃料筒组件150的外壳体。此外，如图3中所示，燃料筒组件150包括中心体152，其包括后部154和主体156。后部154沿径向延伸至大于主体156的直径，且包括第一燃料歧管158和第二燃料歧管160。第二燃料歧管160位于第一燃料歧管158的径向内侧。在备选实施例中，第二燃料歧管160可位于第一燃料歧管158的径向外侧。第一燃料歧管158和第二燃料歧管160可提供燃料和/或燃料/水乳剂从联接到燃料筒组件150上的一个或更多个燃料和/或水回路穿过燃料桶组件150的供应。在此方面，燃料和/或燃料/水乳剂可供应穿过沿轴向延伸的燃料通路172，其经由燃料桶组件150延伸至末梢板164处的多个燃料喷射器末梢196。如图3中所示，燃料喷射器末梢196可与燃料通路172流体连通，燃料通路172各自与第一燃料歧管158或第二燃料歧管160流体连通来将燃料供应穿过燃料通路172(例如，形成用于系统100的相应燃料回路的至少一部分)。燃料回路可包括燃料源(例如，提供燃料和/或水的燃料供应管线)、燃料喷射器、和相应的燃料歧管，诸如燃料歧管158,160中的一个和其相关联的燃料通路172和燃料喷射器末梢196。燃料回路还可包括其它构件，诸如阀、燃料储存容器、以及其它燃料歧管或提供燃料供应与燃烧器的流体连通的联接件。

应当注意，末梢板164上的燃料喷射器末梢196的数目和布置可变化，以允许自燃料筒组件150的变化的燃料分布。例如，联接到第一燃料歧管158和第二燃料歧管160上的燃料通路172可以以交错径向构造来布置或以另一均匀或非均匀的构造布置。在针对特定涡轮操作定制的实施例中，非均匀的构造可用作动态降低措施，或使用喷射器组来产生富/贫燃烧区。此外，各个燃料喷射器末梢196均可包括通道，其包绕燃料喷射器末梢196来用于屏蔽空气，以减少或限制结焦。各个燃料回路中的水与燃料的比例(例如，经由第一燃料歧管158和第二燃料歧管160提供)可取决于期望的燃料/水混合物(如果期望冲洗来减少或限制结焦)和/或期望的喷射压力从0%的水变到100%的水，期望的喷射压力继而又影响燃料或燃料/水混合物喷射到其中的相关联的燃烧器中的燃料雾化。在此方面，较高的燃料与水的比例可用于延迟蒸发，且加强了燃料渗透到相关联的燃烧器中。不同的燃料回路也可用于在同时或单独的操作中在燃烧器内产生燃料、水和空气的不同混合物。

燃料筒组件150可包括和使用各种类型的引燃燃料喷射器和主燃料喷射器。此外，燃料喷射器196可包括单、双、普通喷射和/或平风扇燃料雾化器的组合来用于将燃料喷射到相关联的燃烧室中。在此方面，对于各种燃烧器负载状态，各个燃料回路和其喷射器可用于期望的燃料焚烧和燃烧器操作。燃料筒组件150上的燃料喷射器末梢196可朝末梢板164内侧沿径向定位，或朝末梢板164的外缘相对进一步伸出，或它们的组合。引燃燃料喷射器或主燃料喷射器可包括位于燃料筒组件150的末梢板164的中心与外周之间的单个喷射器或多个喷射器。

如图3中所示，燃料筒组件150的主体156包括中心体152，其从后部154沿轴向延伸至末梢板164。主体156具有容纳在其中的第一通路162，其可利用压缩空气来加压。第一通路162还可容纳延伸穿过末梢板164来用于点燃从末梢板164排出的燃料的一个或更多个点火系统。如图4中所示，示例性点火系统可包括联接或定位在末梢板164附近的火炬点火器(torch igniter)166和火花点火器168。也可使用附加或备选的燃料点火系统，包括图4中未示出的那些。火炬点火器166可联接到延伸穿过第一通路162的天然气燃料供应管线170上。一个或多个点火系统(以及火焰点)可按需要设在末梢板164中的点火开口处，以用于点燃从燃料筒组件150或与燃料筒组件150相关联的任何其它引燃点火系统供应的燃料。

如图3和5中所示，多个沿轴向延伸的燃料通路172与第一燃料歧管158和第二燃料歧管160流体连通(例如，一些与第一燃料歧管158连通且一些与第二燃料歧管160连通)。与第一燃料歧管158或第二燃料歧管160流体连通的燃料通路172的数目可取决于待从各个燃料回路供应的燃料量或末梢板164上的期望的径向燃料分布而变化。在一个实施例中，第二燃料歧管160位于主体156外，诸如燃烧系统100的另一个区域上(例如，燃烧衬套110上)，以允许燃烧器操作的各种分阶段。

如图3中所示，第一外套筒174从后部154延伸，且至少部分地包绕中心体152。燃料筒组件150还包括与主体156同轴的第二外套筒176。第二外套筒176装固到末梢板164上，但关于第一外套筒174间隔开，使得第二外套筒176能够关于第一外套筒174轴向移动。第二外套筒176与第一外套筒174之间的间距可提供成允许第一外套筒174与第二外套筒176之间的热梯度。换言之，间距可提供360度的热自由滑动接头(thermal free-sliding joint)，以用于在相关联的燃烧器的操作期间减小燃料筒组件150中的相对热增长引起的热应力。热增长的量和/或第二外套筒176的移动可使用360度热自由滑动接头来控制，以减小可能的结构失效，同时保持期望的空隙来适应期望的燃料筒喷射简况。此外，还可提供防止第一外套筒174和第二外套筒176的分离或非期望的相对移动程度的防故障机构。如图3,5和7中所示，该机构可为在第二外套筒176的后端179附近联接到燃料筒组件150上的固位C形夹177，其可抵靠第一外套筒174的后端181接合。

图6绘出了按照本技术的实施例的燃料筒组件150的分解视图。图6示出了后部154、中心体152、燃料喷射器末梢196、第一外套筒174、第二外套筒176和末梢板164。图7进一步绘出燃料筒组件150的局部截面视图，其中第一外套筒174和第二外套筒176形成热自由滑动接头，且由C形夹177固位。

回头参看图3和图5，图3绘出了穿过燃料筒组件150的第一主燃料回路截取的截面视图，且示出了燃料如何构造成从第一燃料歧管158到燃料通路172且朝末梢板164处的相关联的燃料喷射器末梢196流动。在图3中，第二燃料歧管160中的燃料至少部分地受阻或受限而不能进入联接到第一燃料歧管158上的燃料通路172。在此方面，来自第二燃料歧管160的燃料受限或被阻止而不能进入使用一系列塞焊缝(plug welds)或硬焊接头(brazejoint)与第一燃料歧管158流体连通的燃料通路172，如图5中所示，塞焊缝或硬焊接头可在燃料喷射联接件161处或附近。

参看图5，示出了沿第二主燃料回路截取的燃料筒组件150的截面视图。图5示出了燃料如何从第二燃料歧管160流至联接的燃料通路172且朝末梢板164处的相关联的燃料喷射器末梢196流动。在图5中，第一燃料歧管158中的燃料至少部分地受阻或受限而不能进入与第二燃料歧管160流体连通的燃料通路172。燃料可能受限或被阻止而不能进入使用一系列塞焊缝或硬焊接头与第二燃料歧管160流体连通的燃料通路172，如图5中所示，塞焊缝或硬焊接头可在燃料喷射联接件163处或附近。通过有选择地阻挡燃料以围绕燃料筒组件150的周向和/或交错图案进入燃料通路172，分阶段和选择的燃料喷洒图案可定制成实现期望的燃烧操作目标。

参看图8-9F，提供了第二外套筒176可如何装固到燃料筒组件150的主体156上的进一步图示。图8示出了图3和5的燃料筒组件150的成角的局部截面视图，其中多个可除去的紧固件系统180用于将第二外套筒176联接到主体156上。多个可除去的紧固件系统180中的各个均可至少包括尺寸确定成配合在主体156中的相应开口184中的锁定插入物182，以及止动螺钉186。对于图8-9F中所示的实施例，四个可除去的紧固件系统180用于将第二外套筒176装固到主体156上，但除备选的紧固件系统之外，可使用更多或更少的紧固件系统180，包括在不同位置处。

图9A-9F中更详细地示出了将第二外套筒176装固到主体156上的过程。为了将第二外套筒176装固到主体156上，锁定插入物182可首先置于主体156中的开口184中。第二外套筒176然后可在主体156上滑动，使得第二外套筒176中的开口185与主体156中的开口184对准。止动螺钉186然后可插入锁定插入物182中，且随后上紧来允许锁定插入物182沿止动螺钉186的螺纹升起来接合第二外套筒176(即，通过钻锥坑施加力)。结果，如图9E中所示，然后可提供联接力，其以可除去的方式将第二外套筒176装固到主体156上。最后，如图9F中所示，止动螺钉186的螺纹可为用桩支撑的，以便防止或限制止动螺钉186的非期望的旋转移动。此外，锁定插入物182和止动螺钉186可加工(例如，塞焊缝和齐平磨削)成提供穿过第二外套筒176的平滑表面轮廓。点焊也可应用于任何数目的可除去的紧固件系统180，且此外，若干可除去的紧固件系统180可在没有点焊的情况下提供，使得利用燃烧系统100的各轮或系列的操作，可除去的紧固件系统180的磨损和退化可通过检查任何非点焊紧固件来分析，以用于寿命检查的目的。

回头参看图3和图4，为了首先对燃料筒组件150点火，可使用引燃燃料喷射器190。如图3-4中所示，引燃燃料喷射器190可沿轴向穿过主体156的第一通路162至末梢板164。如图4中所示，引燃燃料喷射器190可用于提供专用的燃料源来通过火炬点火器166和/或火花点火器168形成火焰。至引燃燃料喷射器190的燃料流可保持或调节来有助于保持稳定火焰存在。

如图4中所示，引燃燃料喷射器190、火炬点火器166和/或火花点火器168在末梢板164处露出。末梢板164可装固到第二外套筒176上，诸如利用焊接或硬钎焊过程。在图4中，末梢板164包括位于燃烧系统100的中心轴线A-A附近的三个开口，火炬点火器166、火花点火器168和引燃燃料喷射器190中的每一个各一个开口。多个空气孔192设在末梢板164上，以用于引导压缩空气穿过末梢板164来有助于在操作期间保持末梢板164的温度。空气喷射孔192可沿轴向(即，平行于第一通路162)或关于末梢板164的表面成角定向，以便将旋流给予穿过末梢板164的空气。图4中所示的末梢板164还包括对应于多个沿轴向延伸的燃料通路172的多个开口194。燃料喷射器末梢196位于多个开口194中的各个内，燃料喷射器末梢196诸如是图3、图10A-10B和图11A-11B中所示的那些中的一个，其联接到相应的燃料通路172上。

参看图10A-11D，提供了结合燃料筒组件使用的多种示例性燃料喷射器末梢。图3和图5中所示的燃料筒组件150的各个燃料喷射器末梢196均可包括提供不同的燃料分布的许多末梢中的一个，诸如如图10A和10B中所示的压力旋流雾化器(PSA)喷嘴195，或如图11A和11B中所示的平风扇喷嘴197。通过改变结合燃料筒组件150的喷嘴的类型(例如，通过选择PSA喷嘴195或平风扇喷嘴197，或另一喷嘴)，可改变燃料的分散。燃料喷射器末梢196可关于燃烧器轴线沿径向和/或沿切向倾斜来改善燃烧室中的混合、微滴分布和烧尽。这在图11C-11D中所示的燃料喷射器末梢196的示例性布置中示出。在图11C中，燃料喷射器末梢196正交地或垂直于末梢板164的定向定位在末梢板164的开口194中。在图11C-11D中，燃料喷射器末梢196关于末梢板164成角，且风扇类型的喷嘴提供来自燃料喷射器末梢196的燃料关于末梢板164的定向的45°的分散。具有变化的分散图案的不同燃料末梢类型可使用且布置成具有末梢板164上的不同出口角的不同构造，以实现相关联的燃烧器中的最佳分散。

此外，末梢板中的喷射器末梢(诸如图11C-11D中所示的末梢板164中的喷射器末梢196)的放置或定向可不为固定的。而是，替代将喷射器末梢196固定地联接到末梢板164上，喷射器末梢196可至少部分地插入末梢板164中的开口194内或至少部分地延伸穿过末梢板164中的开口194，使得允许末梢板164关于喷射器末梢196的移动。在此方面，末梢板164关于喷射器末梢196的移动可允许自喷射器末梢的燃料分散在相关联的燃烧器的操作期间受到末梢板164的热膨胀和收缩的影响较小。通过在末梢板164中具有燃料喷射器末梢196的松弛或自由浮动的定位，可提供来自开口194内或附近的喷射器末梢196的稳定燃料分布图案。

取决于来自燃料筒组件150的期望的喷洒图案，末梢板164中的多个开口194可包括所有平风扇喷嘴222、所有PSA喷嘴223、或它们的组合(如图24中所示)，和/或备选构造的一个或更多个喷嘴。燃料喷射器末梢196(以及所使用的喷洒图案)可围绕末梢板164沿周向或沿径向变化，以产生期望的分阶段喷洒图案轮廓或基于区段的分阶段的喷洒图案轮廓。此外，如图3和4中所示，各个燃料喷射器末梢196均可至少部分地由末梢板164内的专用开口194外接，以允许由第一通路给送的屏蔽空气的连续流包绕各个相应的燃料喷射器末梢196。屏蔽空气可用于从喷嘴扫除剩余的残油，且可用于在操作和停机期间防止或减少喷嘴结焦或堵塞。

参看图23和24，提供了按照本技术的实施例的中心体152的后部154处的燃料筒组件150的内视图。取决于待供应至燃烧系统100的不同级的液体燃料的量，相比于与第二燃料歧管160连通的燃料通路172的数目，与第一燃料歧管158连通的燃料通路172的数目可在加载、出口温度分布、衬套结焦、燃烧动态和/或排放控制期间针对火焰稳定性的优化而变化。例如，在一个实施例中，如由图23中绘出的主1燃料级220和主2燃料级221所示(主1燃料级220可与第一燃料歧管158相关联，且主2燃料级221可与第二燃料歧管160相关联)，连接到第一燃料歧管158和到第二燃料歧管160上的燃料通路172的数目可相等。作为备选，可存在较少数目的连接到第一燃料歧管158或到第二燃料歧管160上的燃料通路172。可与第一燃料歧管158和第二燃料歧管160相关联的这些燃料通路172可布置成具有周向和/或径向变化，以按操作条件的要求进一步优化微滴分布和燃烧动态控制。

现在参看图12-15，提供了一系列控制曲线101,102,103和104来在发动机负载增大时识别燃烧系统的各级的相对液体燃料流和水流。例如，图12绘出了相对于发动机负载增大的两个燃料回路(例如，主1燃料回路和主2燃料回路)的控制曲线，而图13绘出了关于发动机负载的引燃喷射器燃料流和水流。引燃喷射器可用作点火回路且用作火焰稳定源，以用于自燃料筒组件(诸如图3和图5中所示的燃料筒组件150)的第一主燃料回路和/或第二主燃料回路。

在图13中，引发了水流来首先冲洗引燃喷射器，以除去可存在的任何残余燃料。当至引燃喷射器的水流减少时，至引燃喷射器的液体燃料流可增加，导致通过点火系统(例如，火炬点火器、火花点火器)中的一个的引燃点火。点火可通过由点火器点燃燃料或燃料-水乳剂中的燃料来达成。随后，水可加入燃料流来形成乳剂，其中水在燃气轮机发动机加快自旋和低负载期间加入。燃料和水然后可平衡到稳态状态，且在燃气轮机上的负载增大时保持稳定。

现在参看图14，至第一主燃料回路(即，主1，其可由图3中所示的第一燃料歧管158提供)的燃料和水的流覆盖在图12-13中的引燃燃料流和水流曲线上。相对于第一主燃料回路，一旦已利用引燃喷射器进行点火，则水首先流至第一主燃料回路，以便冲洗第一主燃料回路。然后，液体燃料供应增大，以产生具有燃料和水的乳剂，从而在负载增大时变得更平衡。结果，燃烧器出口温度简况和引燃系统的压力要求可以以可产生更均匀的出口温度简况和减少结焦的方式来控制。供应至燃料回路的燃料和水的量可大体上增大，直到第二主燃料回路点火的点，此后，可平衡至第一主燃料回路的燃料流和水流的量。特定的燃料流和水流的速率可取决于多种燃气轮机发动机的操作特征变化，且大体上在性质上不限于本文所述的那些。

现在参看图15，用于第二主燃料回路(即，主2，其可由图5中所示的第二燃料歧管160提供)的一组燃料和水的曲线覆盖在图12-13的引燃燃料流和水流曲线和图14的第一主燃料回路曲线上。第二主燃料回路可在发动机加载期间引入，以减小油系统压力要求，提供了更多燃料用于燃烧，和/或其它动机。该第二主燃料回路级通过第一主燃料回路火焰锋稳定，且可关于第一主燃料回路级改变燃料比例，以优化较高负载下的出口温度简况，且减少结焦。首先，水流被提供至第二主燃料回路，以便冲洗与第二主燃料回路相关联的通路。水流然后可被减少，同时燃料流增大，以便有助于点燃由第二燃料回路喷射的燃料。至第二主燃料回路的燃料流和水流然后可增大，直到相关联的燃气轮机上的负载在操作水平下。应当注意，图12-15中绘出的燃料流和水流曲线是示例性实施例，且可构想出其它流动过程、比例、或点火程序。

现在参看图16-19，提供了按照本技术的实施例的具有各种位置处的燃料喷射的燃烧系统200。在图16-19中，燃烧器201示为具有引燃空气进气口206、主空气进气口208，以及在不同燃料分布位置202处分配到燃烧器201中的喷射的燃料混合物204。喷射的燃料混合物204可为任何成分，例如，诸如仅有水、燃料/水混合物，或仅有燃料。燃烧系统200中的喷射的燃料混合物204的位置和角可变化，以提供燃烧器201内的不同燃料混合和燃烧效果。

作为一个实例，如图16中所示，喷射的燃料混合物204可经由引燃空气进气口206从朝燃烧器201的中心定位的燃料筒组件250提供。作为备选，如图17中所示，喷射的燃料混合物204可经由径向入流旋流器140的部分205提供，径向入流旋流器140可作用为引燃空气进气口206。如图17中所示，喷射的燃料混合物204还可经由燃烧器201的燃烧器圆顶212的圆顶延伸部210喷射。如图16中所示，喷射的燃料混合物204可作为备选经由主混合器130提供到主空气进气口208中和到燃烧器201中。喷射的燃料混合物204到燃烧器201中的分散可通过不同燃料喷射器、不同燃料喷射器位置的使用和/或不同燃料喷嘴(例如，平的、圆形的，等)的使用来变化。

图16-19和22中所示的各个分布位置202均可提供燃烧利益和定制的燃烧特征。分别如图16和22中所示，从主空气进气口208或燃料筒组件250的喷射可减少水消耗、加强火焰稳定，且改善燃烧器201内的温度扩散。如图17中所示的穿过径向入流旋流器140和引燃空气进气口206的喷射或如图18中所示沿圆顶延伸部210的喷射可减少声振幅、减少结焦、减少闪回，且还改善温度扩散。如图19中所示，从圆柱形燃烧衬套110喷射到燃烧器201可减少结焦，限制了闪回的可能性，且可优化外温度简况。如图22中所示，从燃烧器圆顶212上的圆顶缓冲器组件207的喷射可减少水消耗，改善外温度扩散，且提供用于空气和燃料的预混的通路。

回头参看图3和5，取决于待由燃料筒150供应至燃烧系统(例如，燃烧系统100或200)的不同级的液体燃料的量，与第一燃料歧管158连通的燃料通路172可容纳在燃烧筒组件150，且第二燃烧歧管160可位于第一燃料歧管158的径向外侧，和/或与燃料筒组件150分开，以在备选的喷射位置(诸如图16-22中所示的分布位置202)处供应燃料。设在这些备选的分布位置202处的喷射的燃料混合物204可从位于筒组件150外的第二燃料歧管160给送。由来自这些分布位置202的喷射产生的微滴分布简况可在加载、出口温度分布、衬套结焦、燃烧动态和排放控制期间针对火焰稳定性优化。

应当注意，在燃烧器中，燃料、燃料/水、和/或水喷射到空气通路或燃烧室中可沿径向或轴向方向，或者平行或垂直于进入燃烧室的空气流施加，且/或可组合来限定最小化特定声振幅的喷射图案。在此方面，在各种燃烧器负载状态下，具有其选择的喷射器类型的各个燃料回路可按需要操作和调整。

参看图20-21，提供了按照本技术的实施例的具有附连到燃烧器圆顶212上的一个或更多个圆顶阻尼器组件207的燃气轮机燃烧器。图20-21中的圆顶阻尼器组件207可有助于缓冲燃烧器内的压力振荡，且还向从联接到圆顶阻尼器组件207上的燃料喷射器165提供的喷射的燃料混合物204提供喷射点。喷射的燃料混合物204可如图20中所示沿轴向方向关于燃烧器的中心轴线喷射穿过圆顶阻尼器组件207，或如图21中所示沿径向方向关于燃烧器的中心轴线喷射穿过圆顶阻尼器组件207。

参看图22，又提供了按照本技术的实施例的燃烧系统200。在图22中，燃烧系统200构造成使得喷射的燃料混合物204从燃料筒组件250的一端处的燃料分布位置202处提供，该燃料筒组件250的一端至少部分地延伸穿过径向入流旋流器140。此外，燃料214(诸如喷射的燃料混合物204)从围绕燃烧器圆顶212定位的分布喷嘴216分散到燃烧器201中。燃料214可由附接的燃料回路和燃料喷射器提供，且可为液体或气态燃料和/或燃料/水乳剂。

参看图23-24，提供了按照本技术的实施例的燃料筒组件(诸如图3和5中所示的燃料筒组件150)的第一构造和第二构造。在图23-24中，提供了燃料筒组件150的后部154的后视图。燃料通路172围绕中心体152以圆形构造218对准。如图23所示，圆形构造218可从燃料筒组件150的中心线偏移，提供了关于燃烧器(例如，燃烧器201)的第一燃料输入定向。在图24中，圆形构造218大体上沿燃料筒组件150的中心线对准，提供了关于燃烧器(例如，燃烧器201)的第二燃料输入定向。燃料通路172的圆形构造218的不同定向、布置和位置是可能的且可构想出，以便允许到相关联的燃烧器中的变化的燃料分布。此外，喷洒简况可通过如图24中展示那样使主1燃料级220与主2燃料级221交错或变化，和/或通过如图24中所示在邻近末梢板164的燃料通路172的相对端处使平风扇喷嘴222与PSA喷嘴223交错来控制和/或优化。

参看图25，提供了按照本技术的实施例的对燃气轮机燃烧器进行分阶段的示例性方法的框图2500。在框2510处，燃料筒组件(诸如图3和5中所示的燃料筒组件150)内的多个燃料通路(诸如图3和5中所示的燃料通路172)利用水冲洗。在框2520处，富燃料混合物流至燃料筒组件的引燃喷射器。在框2530处，点燃引燃喷射器。在框2540处，燃料筒组件中的第一主组燃料喷射器用水冲洗。在框2550处，液体燃料流过第一主组燃料喷射器。在框2560处，燃料筒组件中的第二主组燃料喷射器用水冲洗。在框2570处，液体燃料流过第二主组燃料喷射器。液体燃料可在流过第一主组燃料喷射器和第二主组燃料喷射器之前与水混合来形成乳剂。一旦引燃喷射器点燃且引燃火焰形成，则一定量的水可流过引燃喷射器。在一个示例性实施例中，第一主组燃料喷射器和第二主组燃料喷射器可各自包括6到12个燃料喷射器和相关联的燃料喷射器末梢。

参看图26，提供了按照本技术的实施例的操作燃气轮机燃烧器的示例性方法的框图2600。在图26中，在框2610处，富燃料混合物流至燃料筒组件(诸如图3-5中所示的燃料筒组件150)的引燃喷射器。在框2620处，液体燃料流过燃料筒组件的第一主组燃料喷射器。在框2630处，液体燃料流过液体燃料筒组件的第二主组燃料喷射器。引燃喷射器、第一主组燃料喷射器、以及第二主组燃料喷射器之间的流动比可以是可调整的，以产生均匀或配置的燃烧器出口温度简况。

参看图27，提供了按照本技术的实施例的基于燃烧器流动路径提供燃料喷射位置的示例性方法的框图。在框2710处，提供了燃烧系统，诸如燃烧系统100。燃烧系统可包括圆柱形燃烧衬套(诸如图1中所示的圆柱形燃烧衬套110)，其具有中心轴线(诸如图1中所示的中心轴线A-A)；流动套筒(诸如图1中所示的流动套筒120)，其联接到圆柱形燃烧衬套上，且关于中心轴线位于圆柱形燃烧衬套的径向外侧。燃烧系统还可包括主混合器(诸如图1中所示的主混合器130)，其联接到流动套筒上；径向入流旋流器(诸如图1中所示的径向入流旋流器140)，其联接到圆柱形燃烧衬套上且提供圆柱形燃烧衬套的内侧与外侧之间的流体连通；燃烧器圆顶(诸如图20-22中所示的燃烧器圆顶212)，其位于圆柱形燃烧衬套的一端(诸如图1中所示的入口端114)处；以及燃料筒组件(诸如图3和5中所示的燃料筒组件150)，其联接到圆柱形燃烧衬套上，且沿中心轴线至少部分地延伸穿过径向入流旋流器。

参看图28，提供了按照本技术的实施例的对燃气轮机燃烧器进行分阶段的示例性方法2800的框图。在框2810处，提供了燃料筒组件，其包括多个燃料通路(诸如图3中所示的燃料通路172)；引燃喷射器(诸如图3中所示的引燃燃料喷射器190)；第一燃料回路(诸如图3和5中所示的第一燃料歧管158)；以及第二燃料回路(诸如图3和5中所示的第二燃料歧管160)。在框2820处，多个燃料通路用水冲洗。在框2830处，富燃料混合物流至引燃喷射器。在框2840处，点燃引燃喷射器。在框2850处，第一燃料回路用水冲洗。在框2860处，液体燃料流过第一燃料回路。在框2870处，第二燃料回路用水冲洗。在框2880处，液体燃料流过第二燃料回路。

在示例性实施例中，第一燃料回路可包括联接到第一燃料供应源和与第一数目的多个燃料通路流体连通的第一燃料歧管上的燃料喷射器，且第二燃料回路可包括联接到第二燃料供应源和与第二数目的多个燃料通路流体连通的第二燃料歧管上的第二燃料喷射器。在液体燃料流过第一燃料回路和第二燃料回路之前，液体燃料可与水混合来形成燃料和水的乳剂。一旦引燃喷射器点燃且引燃火焰形成，则水可流过引燃喷射器。燃料筒组件还可包括点火系统，诸如火花点火器或火炬点火器。流过第一主组燃料喷射器和/或第二主组燃料喷射器的液体燃料可使用点火系统进一步点燃。

此外，至引燃喷射器的水流可提供成在使富燃料混合物流过引燃喷射器之前冲洗引燃喷射器。此外，燃料可利用点火来开始供应至引燃喷射器，且可在引燃燃料喷嘴展示出压力局限的情况下，利用第一燃料回路，通过涡轮的全速空载状态来补充。在引燃、第一燃料回路和第二燃料回路在操作中形成之后，流过第一燃料回路或第二燃料回路的喷射的燃料混合物(例如，水/燃料乳剂或液体燃料)可过渡至主要是水，这与主要是燃料(例如，液体燃料)的类型的燃料回路过渡相反。燃料和水分到不同回路中可在监测涡轮的水消耗来控制操作特征时的情况下有用。

参看图29，提供了按照本技术的实施例的操作燃气轮机燃烧器的示例性方法2900的框图。在框2910处，提供了燃料筒组件，其包括多个燃料通路(诸如图3和5中所示的燃料通路172)；引燃喷射器(诸如图4中所示的引燃燃料喷射器190)；第一燃料回路(诸如图3和5中所示的第一燃料歧管158)；以及第二燃料回路(诸如图3和5中所示的第二燃料歧管160)。在框2920处，富燃料混合物流至引燃喷射器。在框2930处，液体燃料流过第一燃料回路。在框2940处，液体燃料流过第二燃料回路。在框2950处，提供至引燃喷射器、第一燃料回路和第二燃料回路的燃料流的比例可改变，以向燃气轮机燃烧器提供均匀的燃烧器出口温度简况。

在附加的实施例中，第一燃料回路可包括联接到第一燃料供应源和与第一数目的多个燃料通路流体连通的第一燃料歧管上的燃料喷射器，且第二燃料回路可包括联接到第二燃料供应源和与第二数目的多个燃料通路流体连通的第二燃料歧管上的第二燃料喷射器。第一或第二数目的燃料通路可包括较大数目的燃料通路，或第一数目和第二数目的燃料通路可相等。恒定的水流可通过第一燃料回路连同提供至第一燃料回路的液体燃料来保持，同时至第二燃料回路的液体燃料流增加。此外，至第二燃料回路的水流可在液体燃料流至第二液体燃料回路时增大或减小。引燃喷射器的流和燃料与水的比例可在液体燃料流至第一燃料回路和第二燃料回路时保持。

在另一个示例性实施例中，提供了一种用于对燃气轮机燃烧器进行分阶段的系统。该系统包括燃气轮机燃烧器(诸如图16-19中所示的燃烧器201)，包括至少一个燃料筒组件(诸如图3和5中所示的燃料筒组件150)，包括包含燃料筒组件内的第一燃料歧管(诸如图3和5中所示第一燃料歧管158)的第一燃料回路和包含燃料筒组件内或燃料筒组件外的第二燃料歧管(诸如图3和5中所示的第二燃料歧管160)的第二燃料回路，以及引燃燃料喷射器(诸如图4中所示的引燃燃料喷射器190)。第一液体燃料供应源和第一水供应源可联接到第一燃料回路上，第二液体燃料供应源和第二水供应源可联接到第二燃料回路上，且第三燃料供应源和第三水供应源可联接到引燃燃料喷射器上。第一燃料回路、第二燃料回路、以及引燃燃料喷射器中的每一个中的燃料与水的比例可在同时操作期间或在燃烧器操作期间是可调整的。

应当注意，本文所述的燃烧器和燃烧系统可包括燃料筒组件、径向入流旋流器、主混合器、或圆柱形燃烧衬套上的一个或更多个燃料喷射位置。任何或所有位置都可构造成联接到燃料回路上来供应液体燃料、气态燃料、或燃料/水乳剂的任何变型，从而允许相关联的燃烧器以液体或气态燃料操作。尽管本文具体论述了某些燃料喷射位置和燃料类型，但喷射到示例性双燃料燃烧器中的燃料的类型和位置可按期望变化。

从前文将看到，本文所述的技术良好适于达到上文提到的所有目标和目的。将理解的是，某些特征和子组合是实用的，且可在不参照其它特征和子组合的情况下使用。备选实施例将对于本技术所属领域的普通技术人员变得清楚，而不脱离其范围。元件的不同组合，以及未示出的元件的使用是可能的且可构想出。