CN105318357A - 用于燃气涡轮发动机燃烧器导流罩的圆锥-平坦隔热罩 - Google Patents

Abstract

燃气涡轮发动机燃烧器(16)圆锥-平坦隔热罩(110、111)包括环形圆锥区段(142、143)，其从平坦区段(144、145)向上游延伸并与之成整体，该平坦区段(144、145)带有可相对中心线(20)大体垂直或倾斜的朝下游表面(222)。平坦区段(144、145)包括：径向外和内边缘(162、164)，其中至少一个是圆形的并绕中心线(20)界定；和在中心线(20)上具有起点(176)的周向分开的顺时针和逆时针径向边缘(172、174)。燃气涡轮发动机燃烧器(16)包括在布置成非对称或不对称模式的一个或更多圆形排列(140、141)中的圆锥-平坦隔热罩(110、111)。在圆形排列(140、141)中的圆锥-平坦隔热罩(110、111)的两个或更多组(A、B、C)可安装在导流罩板(50)上，并且圆锥-平坦隔热罩(110、111)中的一个或更多不同于组(A、B、C)中的一个或更多。

Description

用于燃气涡轮发动机燃烧器导流罩的圆锥-平坦隔热罩

相关申请的交叉引用

本非临时申请根据35U.S.C.§119(e)主张对在2014年6月26日提交的名为“用于燃气涡轮发动机燃烧器导流罩(dome)的圆锥-平坦隔热罩”的美国临时专利申请No.62/017472的优先权，在此通过引用将其全部并入本文。

技术领域

本申请大体涉及燃气涡轮发动机燃烧器，并且更具体地，涉及在燃气涡轮发动机燃烧器中的燃烧器导流罩上的隔热罩。

背景技术

在全世界范围内的空气污染关注导致了更加严格的排放标准。这些标准调整作为燃气涡轮发动机运行的结果产生的氮氧化物(NOx)、未燃尽的碳氢化合物(HC)、以及一氧化碳(CO)的排放。尤其是，氧化氮在燃气涡轮发动机内作为高燃烧器火焰温度的结果形成。对燃气涡轮发动机进行改造以努力减少氧化氮排放通常会在所关联的燃气涡轮发动机的运行声学水平方面产生不利的影响。

作为基于燃料-空气化学计量法、总质量流的常规运行条件和其它运行条件的后果，破坏性的或不被期望的声学压力振动或压力脉冲可能在燃气涡轮发动机的燃烧器中产生。在燃气涡轮发动机设计中朝向满足联邦和地区空气污染标准所需的低NOx排放的当前趋势导致了贫预混燃烧系统的使用，在贫预混燃烧系统中燃料和空气在火焰反应区域上游被均匀地混合。为了维持低的火焰温度，转而将不期望的气态NOx排放的产生限制到可接受的水平，这些燃烧系统在其下运行的燃料空气比或当量比与更常规的燃烧器相比“更贫”的多。

该方法通常使用水或蒸汽喷射以用于实现低排放，但是与带有水或蒸汽喷射且在低当量比下的运行相关的燃烧不稳定也倾向于在燃烧器中不被接受地产生高动态压力振动，这能造成硬件损坏和其它运行问题。压力脉冲能在发动机上产生不利的效果，包括燃烧器硬件的机械和热疲劳。由于在这样的设计中更高得多比例的空气被导入燃料-空气混合器，因而压力脉冲的问题被发现在低排放燃烧器中甚至更加相关。

干低排放(DLE)燃烧器是倾于燃烧声学的并且典型地包括设计特征和/或控制逻辑以减小燃烧声学的激烈性。这些包括消音器、多燃料系统、以及补充燃料回路。多燃料系统允许在燃烧室内的火焰温度变化。LM2500DLE和LM6000DLE结合了被独立地供应燃料的三个预混器的环。这允许外、中、和内预混器具有不同的火焰温度。

补充燃料回路已用于在不同于主喷射位置的位置处将相对小部分的燃料喷射入燃烧器。在热释放中的该异相波动用来减少压力波动的振幅。在一些实施方式中，补充燃料也在燃烧室内引起温度变化。

在通用电气LM2500DLE和LM6000DLE燃烧器的至少一些中，补充燃料从每一个其它预混器中喷射出。通向不带有补充燃料的预混器的燃料流通常比带有补充燃料的那些预混器要低。

至少一些已知的燃气涡轮燃烧器包括多个混合器，其混合高速空气和液体燃料(例如柴油)或气体燃料(例如天然气)以增强火焰稳定性和混合。至少一些已知的混合器包括位于用于使进气旋转的旋流器的中央的单燃料喷射器。燃料喷射器和混合器两者均定位在燃烧器导流罩上。一种典型的导流罩包括支撑隔热罩的导流罩板。燃烧器包括混合器组件和有助于保护导流罩的隔热罩。隔热罩通过撞击导流罩的空气冷却以有助于维持隔热罩的运行温度在预定的限制之内。

在运行期间，从引导混合器排出的燃料-空气混合物流的膨胀可以产生绕隔热罩的环面漩涡。未燃烧的燃料可能对流入这些不稳定的漩涡。在与燃烧气体混合后，燃料空气混合物点燃，继而发生的热释放可能非常突然。在许多已知的燃烧器中，环绕隔热罩的热气体有助于稳定由点燃产生的火焰。然而，由快速的热释放产生的压力脉冲能够影响随后的漩涡的形成。随后的漩涡能够导致超出了期望或可接受的限制的在燃烧器内的压力振动。

十分期望具有用于消除或减少在燃气涡轮发动机燃烧器中的这些高水平的噪声或声响的有效装置，尤其是，具有短长度且设计用于低NOx(氮氧化物)、CO以及未燃烧碳氢化合物排放的一个有效装置。也十分期望该装置简单地采用或加装到现有发动机上且调整其以用于特定的发动机和装置。燃烧器导流罩上的圆锥形的外和内隔热罩在2013年12月3日授予MarkAnthonyMueller等的美国专利No.8596071中被公开。美国专利No.8596071被转让给当前受让人通用电气公司，并且通过引用并入本文。

燃烧不稳定在其中燃料在贫预混火焰中燃烧的DLE燃烧器中是有挑战性的问题。燃烧不稳定在一些情况下可产生很大的声压，该声压能驱动结构振动、到燃烧器壁的高热通量、回火(通过纵向方式)和火焰吹灭(通过切向或径向方式)。在一些极端情况下，结果是发动机硬件故障。消除燃烧不稳定的最有效方式中的一个是将贫预混火焰锚定在良好设计的火焰保持器上，使得滞后间隔在不稳定区域外。由于该原因，已经证实，燃烧器导流罩隔热罩的设计和形状(作为火焰保持器)在驱动燃烧声学的抑制上具有最重要效果。

发明内容

一种用于燃气涡轮发动机燃烧器的圆锥-平坦隔热罩包括环形圆锥区段，其从圆锥-平坦隔热罩的大体环形平坦区段上游或向前延伸并与之成整体。平坦区段包括径向外和内边缘，外和内边缘中的至少一者是圆形的并且绕中心线界定，并且平坦区段包括在中心线上具有起点的周向分开的顺时针和逆时针径向边缘。

平坦区段的平坦朝下游表面可相对中心线大体垂直或倾斜某一面角度。圆锥-平坦隔热罩可包括圆柱形区段，其在环形圆锥区段上游并与之成整体。

过渡区段可布置在环形圆锥区段和圆柱形区段之间并与它们成整体，圆柱形区段从环形圆锥区段向上游或向前延伸，并且过渡区段的前端可与圆柱形区段大体平齐，而过渡区段的后端与环形圆锥区段大体平齐。

圆锥-平坦隔热罩包括用于冷却在平坦区段的上游或前方的圆锥-平坦隔热罩的朝下游表面的薄膜冷却机构。圆锥-平坦隔热罩可包括：冷却空气气室，其布置于平坦区段的上游或前方的圆锥-平坦隔热罩的冷壁和热壁之间；冷却空气供应孔，其延伸穿过冷壁至冷却空气气室；以及上游成角度薄膜冷却孔，其从冷却空气气室延伸穿过热壁至在平坦区段上游或前方的圆锥-平坦隔热罩的朝下游表面。

燃气涡轮发动机燃烧器包括联接到燃烧器环形外和内衬套的导流罩板，圆锥-平坦隔热罩的一个或更多同心圆形排列被安装在导流罩板上或联接至导流罩板，并且圆锥-平坦隔热罩中的每一个包括环形圆锥区段，其从圆锥-平坦隔热罩的平坦区段向上游或向前延伸并与之成整体。

在一个或更多圆形排列中的圆锥-平坦隔热罩可布置成非对称或不对称的模式，该模式具有：圆锥-平坦隔热罩的至少第一和第二组；和分别在一个或更多圆形排列中的至少单个排列中的第一和第二组中的圆锥-平坦隔热罩的至少第一和第二不同组。

燃气涡轮发动机燃烧器可包括在圆锥-平坦隔热罩的一个或更多圆形排列中的圆锥-平坦隔热罩的两个或更多组，圆锥-平坦隔热罩中的每一个具有一个或更多设计参数，并且在两个或更多组的第一组中的圆锥-平坦隔热罩中的至少一个具有不同于在两个或更多组的第二组中的圆锥-平坦隔热罩的一个或更多设计参数的一个或更多设计参数。该一个或更多设计参数可从由下列参数组成的组中选择：沿着圆锥-平坦外和内隔热罩中的每一个的外和内平坦区段的平坦朝下游表面的总面积；圆锥区段的半圆锥角；平坦区段或圆锥-平坦外和内隔热罩从导流罩板的轴向偏移；以及外和内平坦区段的平坦朝下游表面的顺时针和/或逆时针的周向倾斜角。

燃气涡轮发动机燃烧器的另一实施例包括联接至或安装在燃烧器的导流罩板上的圆锥-平坦外和内隔热罩的两个或更多同心圆形排列。两个或更多同心圆形排列包括至少一对圆锥-平坦外和内隔热罩的径向相邻外和内圆形排列，且圆锥-平坦外和内隔热罩包括分别从圆锥-平坦外和内隔热罩的外和内平坦区段向上游或向前方延伸且与之成整体的环形外和内圆锥区段。

本发明的第一方案是一种用于燃气涡轮发动机燃烧器的圆锥-平坦隔热罩，该圆锥-平坦隔热罩包括：环形圆锥区段，其从圆锥-平坦隔热罩的大体环形的平坦区段向上游或向前方延伸并与之成整体；平坦区段，包括径向外和内边缘；外和内边缘中的至少一个是圆形的并且绕中心线界定；并且平坦区段包括在中心线上具有起点的周向地分开的顺时针和逆时针径向边缘。

本发明的第二方案是，在第一方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括相对中心线大体垂直或倾斜某一面角度的平坦区段的平坦朝下游表面。

本发明的第三方案是，在第二方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括在环形圆锥区段上游并与之成整体的圆柱形区段。

本发明的第四方案是，在第一方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括：过渡区段，其布置在环形圆锥区段和圆柱形区段之间并与它们成整体；圆柱形区段，其从环形圆锥区段向上游或向前方延伸；过渡区段的前端，其与圆柱形区段大体平齐；和过渡区段的后端，其与环形圆锥区段大体平齐。

本发明的第五方案是，在第二方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括薄膜冷却机构，用于冷却在平坦区段上游或前方的圆锥-平坦隔热罩的朝下游表面。

本发明的第六方案是，在第二方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括：冷却空气气室，其布置于在平坦区段的上游或前方的圆锥-平坦隔热罩的冷壁和热壁之间；冷却空气供应孔，其穿过冷壁延伸到冷却空气气室；以及上游成角度的薄膜冷却孔，其从冷却空气气室穿过热壁延伸到在平坦区段上游或前方的圆锥-平坦隔热罩的朝下游表面。

本发明的第七方案是，在第一方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括平坦区段，其具有带有平坦火焰稳定转角表面的平坦转角。

本发明的第八方案是，在第七方案中，还包括平坦火焰稳定转角表面至少是平坦区段的平坦朝下游表面的部分，该朝下游表面相对中心线大体垂直或倾斜某一面角度。

本发明的第九方案是，在第八方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括圆柱形区段，其在环形圆锥区段的上游或前方并与之成整体。

本发明的第十方案是，在第九方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括过渡区段，其布置在圆柱形区段和环形圆锥区段之间。

本发明的第十一方案是，在第十方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括薄膜冷却机构，其用于冷却在平坦区段的上游或前方的圆锥-平坦隔热罩的朝下游表面。

本发明的第十二方案是，在第十方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括：冷却空气气室，其布置于在平坦区段上游或前方的圆锥-平坦隔热罩上游或前方的圆锥平坦隔热罩的冷壁和热壁之间；冷却空气供应孔，其穿过冷壁延伸到冷却空气气室；以及上游成角度薄膜冷却孔，其从冷却空气气室穿过热壁延伸到在平坦区段上游或前方的过渡区段的朝下游表面。

本发明的第十三方案是一种燃气涡轮发动机燃烧器，包括：导流罩板，其联接到燃烧器环形外和内衬套；圆锥-平坦隔热罩的一个或更多同心圆排列，其安装在导流罩板上或联接到导流罩板；并且圆锥-平坦隔热罩中的每一个包括环形圆锥区段，其从圆锥-平坦隔热罩的平坦区段向上游或向前方延伸并与之成整体。

本发明第十四方案是，在第十三方案中，燃气涡轮发动机燃烧器还包括：平坦区段的朝下游的表面，其相对中心线大体垂直或倾斜某一面角度；平坦区段，包括径向外和内边缘；外和内边缘中的至少一个为圆形的并且绕中心线界定；平坦区段包括在中心线上具有起点的周向分开的顺时针和逆时针径向边缘。

本发明的第十五方案是，在第十四方案中，还包括平坦区段具有带有平坦火焰稳定转角表面的平坦转角，并且平坦火焰稳定转角表面至少是平坦朝下游表面的部分。

本发明的第十六方案是，在第十五方案中，燃气涡轮发动机燃烧器还包括：圆锥-平坦隔热罩，其在布置成非对称或不对称模式的一个或更多圆形排列中；圆锥-平坦隔热罩的至少第一和第二组(A、B)；以及在第一和第二组(A、B)中的圆锥-平坦隔热罩的至少第一和第二不同的圆锥-平坦隔热罩，该第一和第二组(A、B)分别在一个或更多圆形排列中的至少单个排列中。

本发明的第十七方案是，在第十五方案中，燃气涡轮发动机燃烧器还包括：圆锥-平坦隔热罩的两个或更多组(A、B、C)，其在圆锥-平坦隔热罩的一个或更多圆形排列中；圆锥-平坦隔热罩中的每一个具有一个或更多设计参数；并且在两个或更多组(A、B、C)的第一组中的圆锥-平坦隔热罩中的至少一个具有与在两个或更多组(A、B、C)的第二组中的圆锥-平坦隔热罩的一个或更多设计参数不同的一个或更多设计参数。

本申请的第十八方案是，在第十七方案中，还包括从由下列参数组成的组中选择的一个或更多设计参数：沿着圆锥-平坦外和内隔热罩中的每一个的外和内平坦区段的平坦朝下游表面的总面积(TA)；圆锥区段的半圆锥角；平坦区段或圆锥-平坦外和内隔热罩从导流罩板的轴向偏移(AX)；以及外和内平坦区段的平坦朝下游表面的顺时针和/或逆时针周向倾斜角。

本发明的第十九方案是，在第十八方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括：冷却空气气室，其布置于在平坦区段的上游或前方的圆锥-平坦隔热罩的冷壁和热壁之间；冷却空气供应孔，其穿过冷壁延伸到冷却空气气室；上游成角度的薄膜冷却孔，其从冷却空气气室穿过热壁延伸到在平坦区段上游或前方的过渡区段的朝下游表面。

本发明的第二十方案是，在第十五方案中，燃气涡轮发动机燃烧器还包括：圆锥-平坦隔热罩，其包括过渡区段，该过渡区段布置在圆锥区段和圆柱形区段之间并与它们成整体；圆柱形区段，其从环形圆锥区段向上游或向前延伸；过渡区段的前端，其与圆柱形区段大体平齐；以及过渡区段的后端，其与环形圆锥区段大体平齐。

本发明的第二十一方案是，在第二十方案中，圆锥-平坦隔热罩还包括：冷却空气气室，其布置于在平坦区段上游或前方的圆锥-平坦隔热罩的冷壁和热壁之间；以及冷却空气供应孔，其穿过冷壁延伸到冷却空气气室；以及上游成角度薄膜冷却孔，其从冷却空气气室穿过热壁延伸到在平直区段的上游或前方的过渡区段的朝下游表面。

本发明的第二十二方案是一种燃气涡轮发动机燃烧器，包括：圆锥-平坦外和内隔热罩的两个或更多同心圆形排列，该外和内隔热罩联接到或安装在燃烧器的导流罩板上；两个或更多同心圆形排列包括至少一对圆锥-平坦外和内隔热罩的径向相邻外和内圆形排列；并且圆锥-平坦外和内隔热罩包括环形外和内圆锥区段，其分别从圆锥-平坦外和内隔热罩的外和内平坦区段向上游或向前方延伸并与之成整体。

本发明的第二十三方案是，在第二十二方案中，燃气涡轮发动机燃烧器还包括外和内平坦区段的平坦朝下游表面，其相对中心线大体垂直或倾斜某一面角度。

本发明的第二十四方案是，在第二十三方案中，燃气涡轮发动机燃烧器还包括：朝向中心线倾斜第一面角度的外和内平坦区段中的第一个的平坦朝下游表面；和远离中心线倾斜第二面角度的外和内平坦区段中的第二个的平坦朝下游表面。

本发明的第二十五方案是，在第二十三方案中，燃气涡轮发动机燃烧器还包括：相对中心线倾斜第一面角度的外和内平坦区段中的第一个的平坦朝下游表面；和相对中心线倾斜第二面角度的外和内平坦区段中的第二个的平坦朝下游表面。

本发明的第二十六方案是，在第二十三方案中，燃气涡轮发动机燃烧器还包括：在两个或更多同心圆形排列中的圆锥-平坦外和内隔热罩的两个或更多组(A、B、C)；圆锥-平坦外和内隔热罩中的每一个具有一个或更多设计参数；以及包括外和内圆锥-平坦隔热罩的两个或更多组(A、B、C)中的至少一个组具有与在两个或更多组(A、B、C)中的其它组中的一个或更多设计参数中的一个不同的一个或更多设计参数中的至少一个。

本发明的第二十七方案是，在第二十六方案中，还包括从由下列参数组成的组中选择一个或更多设计参数：分别沿着圆锥-平坦外和内隔热罩中的每一个的外和内平坦区段的平坦朝下游表面的总面积(TA)；外和内圆锥区段分别的外和内半圆锥角；分别在圆锥-平坦外和内隔热罩的径向相邻隔热罩的外和内平坦区段处的外和内圆锥区段的外和内边沿之间的径向间隔(S)；圆锥-平坦外和内隔热罩的外和内平坦区段分别从导流罩板的轴向偏移(AX)；以及外和内平坦区段的平坦朝下游表面的顺时针和/或逆时针周向倾斜角(CL、CCL)。

附图说明

在结合附图做出的下面描述中说明圆锥-平坦隔热罩的前述方面和其它特征，其中：

图1是带有带圆锥-平坦隔热罩的导流罩的示例性燃气涡轮发动机燃烧器的剖视图说明。

图2是在图1中示出的导流罩的扇段和示例性圆锥-平坦隔热罩的剖视透视图说明。

图2A是在图1和2中示出的导流罩的一部分和示例性圆锥-平坦隔热罩以及围绕圆锥-平坦隔热罩的一部分的外燃烧器衬套的一部分的放大剖视透视图说明。

图3是在图2中示出的径向内和外隔热罩的透视图说明。

图4是在图3中示出的径向内和外隔热罩的从升高的尾部观察的前视图说明。

图5是在图3中示出的内和外隔热罩的侧视图说明。

图6是在图3中示出的内和外隔热罩的剖视侧视图说明。

图7是在图3中示出的径向内和外隔热罩的第一备选实施例的从升高的尾部观察的前视图说明。

图8是在图7中示出的内和外隔热罩的第一备选实施例的侧视图说明。

图9是在图3中示出的径向内和外隔热罩的第二备选实施例的从升高的尾部观察的前视图说明。

图10是在图9中示出的内和外隔热罩的第二备选实施例的侧视图说明。

图11是用于冷却示例性圆锥-平坦隔热罩的圆锥区段的朝向下游表面的薄膜冷却孔的透视图说明。

图12是用于向在图11中示出的薄膜冷却孔供应冷却空气的冷却空气气室的剖视透视图说明。

图13是在图1中示出的内和外隔热罩的第三备选实施例的侧视图说明，该内和外隔热罩分别具有相对发动机中心线倾斜不同角度的内和外平坦区段。

图14是在图1中示出的径向内和外隔热罩的从升高的尾部观察的前视示意图说明。

图15是在图1中示出的径向内和外隔热罩的周向混合布置的从升高的尾部观察的前视示意图说明。

图16是在图1中示出的径向内和外隔热罩的周向混合与轴向偏移布置的从升高的尾部观察的前视示意图说明。

具体实施方式

现在详细地参照附图，其中遍及附图相同的数字表示相同的元件。图1示出了绕发动机中心线20界定的示例性燃烧器16。燃烧器16包括燃烧区域或室30，其由分别限定燃烧室30的外和内边界的环形径向外和内衬套32、34限定。中心再循环区域37定位于燃烧区域或室30中。环形燃烧器外壳51绕着外和内衬套32、34周向地延伸。

参照图1，燃烧器16包括导流罩46，其具有环形导流罩板50，该导流罩板50安装或联接到限定燃烧室30的上游端部的在燃烧室30上游的外和内衬套32、34。至少两个混合器组件从导流罩板50向上游延伸以将燃料和空气的混合物输送至燃烧室30。在本文中公开的燃烧器16的示例性实施例包括径向内混合器组件38和径向外混合器组件39，其公知为双环形燃烧器(DAC)。备选地，燃烧器16可能是单环形燃烧器(SAC)或三环形燃烧器(TAC)。

通常，内和外混合器组件38、39中的每一个包括引导混合器43、主混合器41、以及在它们之间延伸的环形中心体45。具体地，在示例性实施例中，内混合器组件38包括内引导混合器40、具有后缘31的内主混合器41、以及在内主混合器41和内引导混合器40之间延伸的内环形中心体42。类似地，外混合器组件39包括外引导混合器43、具有外后缘49的外主混合器44、以及在外主混合器44和外引导混合器43之间延伸的外环形中心体45。内环形中心体42包括相对内中心线52的径向内表面35和径向外表面36、前缘29、以及后缘33。在示例性实施例中，径向内表面35是收敛-发散的，而径向外表面36弓形地延伸到后缘33。更具体地，内表面35限定了用于内引导混合器40的流路，而外表面36限定了用于主混合器41的流路。内引导中心体54在内引导混合器40内相对内中心线52大体居中。

类似地，外中心体45包括相对外中心线53的径向内表面47和径向外表面48、前缘56、以及中心体后缘63。在示例性实施例中，径向内表面47是收敛-发散的，而径向外表面48弓形地延伸到后缘63。更具体地，内表面47限定了用于外引导混合器43的流路，而外表面48限定了用于主混合器44的流路。外引导中心体55在外引导混合器43内相对外中心线53居中。

内混合器组件38包括一对同心地安装的旋流器60。更具体地，在示例性实施例中，旋流器60是轴向的旋流器，并且各包括一体成型的内旋流器62和外旋流器64。备选地，引导内旋流器62和引导外旋流器64可以是分离的部件。内旋流器62是环形的并且绕内引导中心体54周向地布置。外旋流器64周向地布置在引导内旋流器62和中心体42的径向外表面36之间。

在示例性实施例中，引导内旋流器62排放在与流动穿过引导外旋流器64的空气相同的方向上旋流的空气。备选地，引导内旋流器62可在与引导外旋流器64排放空气的方向相反的旋转方向上排放旋流的空气。

主混合器41包括外喉部表面76，其结合中心体径向内表面35限定了环形预混合器空腔74。在示例性实施例中，中心体42延伸入燃烧室30。主混合器41相对引导混合器40同心地对准并且绕内混合器组件38周向地延伸。在示例性实施例中，在主混合器41内的径向外喉部表面76弓形地形成并且限定用于主混合器41的外流路。

类似地，外混合器组件39包括一对同心地安装的旋流器61。更具体地，在示例性实施例中，旋流器61是轴向的旋流器，并且各包括一体成型的内旋流器65和外旋流器67。备选地，引导内旋流器65和引导外旋流器67可以是分离的部件。内旋流器65是环形的并且绕引导中心体55周向地布置，而外旋流器67在引导内旋流器65和中心体45的径向外表面48之间周向地布置。

在示例性实施例中，引导内旋流器65排放在与流动穿过引导外旋流器67的空气相同的方向上旋流的空气。备选地，引导内旋流器65可在与引导外旋流器64排放空气的方向相反的旋转方向上排放旋流的空气。主混合器44包括外喉部表面77，其与中心体径向内表面47结合限定环形预混合器空腔78。在示例性实施例中，中心体45延伸入燃烧室30。在示例性实施例中，在引导混合器43内的径向外喉部表面77弓形地形成并且限定用于引导混合器43的外流路。主混合器44相对引导混合器43同心地对准并且绕外混合器组件39周向地延伸。

参考图1-6和14，燃烧器16和导流罩46的示例性实施例包括圆锥-平坦外和内隔热罩110、111，其安装在导流罩板50上或联接至其并且分别布置在径向地相邻且同心的外和内圆形组140、141中。外和内隔热罩110、111包括环形外和内圆锥区段142、143，其分别从外和内平坦区段144、145向上游或向前延伸并与之成一体。外和内平坦区段144、145的平坦朝下游表面222相对发动机中心线20大体垂直或倾斜某一面角度154。外和内圆锥区段142、143分别绕外和内中心线53、52居中和界定。

尤其如图4所示，外和内平坦区段144、145相对发动机中心线20大体为环形。外和内平坦区段144、145包括径向外和内边缘162、164，其中至少一个是圆形的并且绕发动机中心线20界定。外和内平坦区段144、145具有周向分开的顺时针和逆时针径向边缘172、174，其在发动机中心线20上具有起点176。

如在图13中更特定地示出，外和内平坦区段144、145的平坦朝下游表面222可相对发动机中心线20倾斜不同的外和内面角度166、168。例如，外平坦区段144的平坦朝下游表面222可朝向发动机中心线20倾斜外面角度166，而内平坦区段145的平坦朝下游表面222可远离发动机中心线20倾斜内面角度168，如图13所示。

参考图2-6，外和内平坦区段144、145远离(相对外和内中心线53、52)外和内圆锥区段142、143的下游端或圆形外和内边沿156、158径向地延伸。如图2A所示，外圆锥区段142的切口部分130或它们与径向外衬套32相交处的外圆锥区段142中的空隙可被用于避免在外圆锥区段142和径向外衬套32之间的干涉。维持衬套的结构完整性是重要的，因而切口部分130或空隙在外圆锥区段142中使用。

外和内隔热罩110、111的示例性实施例包括环形外和内圆柱形区段146、147，其分别从外和内圆锥区段142、143向上游或向前延伸并与之成一体。环形围绕的外和内过渡区段126、127分别布置在外和内圆柱形区段146、147和外和内圆锥区段142、143之间，这由于分离而有助于允许空气流在隔热罩中以最小的损耗有效地流动。这也在图11和12中示出。过渡区段在轴向向后或向下游方向上径向向外张开。外和内过渡区段126、127的前端128与外和内圆柱形区段146、147大体平齐，而外和内过渡区段126、127的后端129分别与外和内圆锥区段142、143大体平齐。

带有外和内平坦区段144、145的圆锥-平坦外和内隔热罩110、111可与在2013年12月3日授予MarkAnthonyMueller等人的美国专利No.8596071中公开的沿着外和内周界的圆锥外和内隔热罩的径向外侧区段形成对比。在美国专利No.8596071中的圆锥外和内隔热罩不具有面向燃烧区域的平坦区段或平坦转角。

参照图2，外和内隔热罩110、111的外和内平坦区段144、145的平坦转角160沿着外和内隔热罩110、111的径向外和内边缘162、164分别提供了平坦表面以稳定火焰。平坦转角160包括平坦火焰稳定转角表面224，其至少是外和内平坦区段144、145的平坦朝下游表面222的部分。外和内隔热罩110、111的周向相邻的隔热罩220的外和内平坦区段144、145的径向相邻的平坦区段118通常在转角相交部分148处交叉。这些外和内平坦区段144、145的平坦相交转角150定位于转角相交部分148处。

局部转角流动再循环区域在发动运行期间沿着平坦相交转角150和平坦转角160形成。这样的局部转角流动再循环区域并不存在于在美国专利No.8596071中公开的燃烧器导流罩中的圆锥形外和内隔热罩中。转角再循环区域149改善了火焰稳定性和锚固，并且已经显示为消除动态或噪声并在特定燃气涡轮发动机燃烧器中减少CO和VOC排放。在本文中公开的圆锥-平坦隔热罩显著地减少了燃烧不稳定性和NOx、CO以及HC的排放。

参照图1和2，外和内隔热罩110、111是分离的不连续的罩构件。在图1和2中示出的隔热罩和导流罩板的示例性实施例中，外和内隔热罩110、111可移动地联接或安装到导流罩板50且在其下游，使得从预混合器空腔74、78排放的气体分别沿着外和内隔热罩110、111的外和内圆锥区段142、143的圆锥表面114被向下游和径向向内引导。外和内隔热罩110、111在燃烧器16内分别安装至外和内衬套32、34，使得内混合器组件38在内隔热罩111内大体居中，并且外混合组件39在外隔热罩110内大体居中。外隔热罩110绕至少一个外混合器组件39大体周向地定位，而内隔热罩111绕至少一个内混合器组件38大体周向地定位。更具体地，在示例性实施例中，至少一个混合器组件38延伸穿过隔热罩111中的开口116，而至少一个混合器组件39延伸穿过隔热罩110中的开口116。

引导内旋流器62、65、引导外旋流器64、67以及主混合器41、44被设计为有效地混合燃料和空气。引导内旋流器62、65、引导外旋流器64、67以及主混合器41、44给予燃料-空气混合物角动量，从而引起燃料-空气混合物绕混合器组件38、39旋转或涡旋。在燃料-空气混合物从各个混合器组件38、39中流出之后，混合物继续分别绕外和内中心线53、52穿过外和内隔热罩110、111的外和内圆锥区段142、143直到外和内平坦区段144、145旋流。环形外和内圆锥区段142、143绕外和内中心线53、52居中，并且分别相对外和内中心线53、52具有外和内半圆锥角153、152。

来自主混合器44的旋流的燃料-空气混合物分别沿着外和内隔热罩110、111的外和内圆锥区段142、143的圆锥表面114流动。小的外和内半圆锥角153、152产生高的速度梯度，使得燃料-空气混合物在任何条件下都不能在圆锥表面114上被点燃。当燃料-空气混合物流过隔热罩时，燃料-空气混合物分别在外和内隔热罩110、111的外和内圆锥区段142、143和外和内平坦区段144、145之间的凸起转角170处被点燃。

在燃烧室30内的流场抑制了从混合器组件38、39的大量漩涡的泄离。在缺乏火焰-漩涡交互作用下，由燃烧引起的热释放是稳定的并且较不趋于增强在湍流燃烧中固有的压力振动。这样的行为便于燃烧器部件的减少的声学量值、提高的操作性以及增加的耐久性。

圆锥-平坦外和内隔热罩110、111可由在高温下保持足够强度的材料制成。圆锥-平坦外和内隔热罩110、111可被薄膜冷却。在图11和12中所示出的是用于薄膜冷却圆锥-平坦外和内隔热罩110、111的示例性机构。尽管薄膜冷却机构示出为仅用于圆锥-平坦外隔热罩110，但是它也可以用于内隔热罩。上游有角度的薄膜冷却孔180或狭槽或其它薄膜冷却孔口可被用于分别冷却外和内隔热罩110、111的外和内圆锥区段142、143的朝下游圆锥表面114。冷却空气182行进通过穿过冷却壁190的冲击和供应孔184进入在圆锥区段内的冷却空气气室186。上游有角度的薄膜冷却孔180从冷却空气气室186内穿过热壁192将薄膜冷却空气188引导至外和内过渡区段126、127的朝下游圆锥表面114上且沿着其向下游引导。

如图13所示，圆锥-平坦外和内隔热罩110、111的外和内圆锥区段142、143可具有分别带有外和内弯曲中心线134、135的下游或尾部外和内弯曲部分132、133。外和内弯曲部分132、133的设计或形状可为分别相对外和内弯曲中心线134、135具有外和内半尾部圆锥角136、137的圆锥形。外和内半尾部圆锥角136、137的数值可与环形外和内圆锥区段142、143的外和内半圆锥角153、152相同。

这可通过绕在外和内圆锥区段142、143的圆形外和内边沿156、158上的外和内部点138、139旋转外和内平坦区段144、145的位置而设计。这形成了外和内弯曲中心线134、135，其具有相对外和内中心线53、52的外和内弯曲角234、235、和相对外和内平面241、243的外和内平坦区段144、145的外和内倾斜角度236、237，该外和内平面241、243分别正交于外和内中心线53、52。

在本文中描述的隔热罩可被用在广泛种类的燃气涡轮发动机上。前述隔热罩和混合器组件通过降低声学振幅和隔热罩热应力改善了燃烧器耐久性。在上面详细描述了隔热罩和混合器组件的示例性实施例。隔热罩和混合器组件不限于在本文中描述的具体实施例。具体地，前述隔热罩是有成本效益且十分可靠的，并且可用于在多种燃气涡轮发动机应用中安装的广泛种类的燃烧器上。

圆锥-平坦外和内隔热罩110、111可分别如图15中所示在外和内圆形组140、141中的一者或两者(或更多者)内布置成非对称或不对称的模式以用于声学减弱。至少两组成对232的径向相邻的圆锥-平坦外和内隔热罩110、111在外和内圆形组中的每一者或两者中具有不同的隔热罩。在图15中示出圆锥-平坦外和内隔热罩110、111的径向相邻对232中的三个组(第一、第二以及第三组A、B、C)的组合230。

组A在本文中示出为包括三个组合230，并且每个组合230被示出为包括三对232径向相邻成对的内隔热罩110、111。组B和C中各在本文中示出为包括圆锥-平坦外和内隔热罩110、111的一个径向相邻对232的三个组合230。在第一、第二以及第三组A、B、C中的每一个中的径向相邻的圆锥-平坦外和内隔热罩110、111的对232不同于在其它组中的每一个中的圆锥-平坦外和内隔热罩110、111。每一组也代表或示出了导流罩46的包含圆锥-平坦外和内隔热罩110、111以及导流罩板50的扇段，圆锥-平坦外和内隔热罩110、111安装在该导流罩板50上或者它们联接至该导流罩板50。

第一、第二以及第三扇段或组A、B、C中的每一个可具有不同的设计参数，尺寸或特征。在设计参数或尺寸中，可能不同的是：沿着圆锥-平坦外和内隔热罩110、111中的每一个的外和内平坦区段144、145的平坦朝下游表面222的总面积TA；外和内圆锥区段142、143的外和内半圆锥角153、152；以及在圆锥-平坦外和内隔热罩110、111中的每一个的外和内平坦区段144、145处在外和内圆锥区段142、143的外和内边沿156、158之间的径向间隔S。

在图15中示出的另一示例性不对称为绕正交于发动机中心线20的半径R的外和内平坦区段144、145的平坦朝下游表面222的周向倾斜。外和内平坦区段144、145的平坦朝下游表面222的顺时针和逆时针周向倾斜角CL、CCL在图15中显示为分别用于第二和第三扇段或组B、C。

在图16中示出可被使用的另一示例性不对称或设计差异。圆锥-平坦外和内隔热罩110、111可具有可被使用的径向内和外隔热罩的周向混合且轴向偏移的布置。组中的一些可包括圆锥-平坦外和内隔热罩110、111的外和内平坦区段144、145从导流罩板50的轴向偏移AX。轴向偏移AX的使用的示例性实施例在图16中被示出用于第二和第三组B、C。注意到，不同的组可具有不同的设计差异。例如，在组之一(即，组B)中的至少一个圆锥-平坦外和内隔热罩110、111可具有轴向偏移AX，但不是组中的其它组(即，组A和C)，并且在组的另一组(即，组C)中的至少一个圆锥平坦外和内隔热罩110、111可具有与组中的其它组(即，组A和B)不同的设计参数。

带有不同数量的圆锥-平坦隔热罩的圆形排列的环形燃烧器(例如单环形燃烧器(SAC)或三环形燃烧器(TAC)导流罩46)可被用于燃气涡轮发动机燃烧器中。例如，单环形燃烧器(SAC)可具有安装在燃烧器的导流罩板上的圆锥-平坦隔热罩的单个圆形排列。另一个实例可为可具有安装在燃烧器的导流罩板上的圆锥-平坦隔热罩的三个同心圆形排列的三环形燃烧器(TAC)。在又一实例中，圆锥区段142是完全完整的且没有被切断。在该实施例中，隔热罩110的下游平坦表面222的边缘是全部平直的，使得外和内边缘均不是部分圆形的。这可在图15和16中观察到。

虽然已经关于各种具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，本发明可实践在权利要求的精神和范围内的修改。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机燃烧器(16)的圆锥-平坦隔热罩(110、111)，所述圆锥-平坦隔热罩包括：

环形圆锥区段(142、143)，其从所述圆锥-平坦隔热罩(110、111)的大体环形的平坦区段(144、145)向上游或向前方延伸并与之成整体；

所述平坦区段(144、145)，其包括径向外和内边缘(162、164)；

所述外和内边缘(162、164)中的至少一个是圆形的并且绕中心线(20)界定，并且

所述平坦区段(144、145)包括在所述中心线上(20)具有起点(176)的周向地分开的顺时针和逆时针径向边缘(172、174)。

2.根据权利要求1所述的圆锥-平坦隔热罩(110、111)，其特征在于，还包括所述平坦区段(144、145)的平坦朝下游表面(222)，其相对中心线(20)大体垂直或倾斜某一面角度(154)。

3.根据权利要求2所述的圆锥-平坦隔热罩(110、111)，其特征在于，还包括圆柱形区段(146、147)，其在所述环形圆锥区段(142、143)的上游并与之成整体。

4.根据权利要求1所述的圆锥-平坦隔热罩(110、111)，其特征在于，还包括：

过渡区段(126、127)，其布置在所述环形圆锥区段(142、143)和圆柱形区段(146、147)之间并与它们成整体；

所述圆柱形区段(146、147)从所述环形圆锥区段(142、143)向上游或向前方延伸；以及

与所述圆柱形区段(146、147)大体平齐的所述过渡区段(126、127)的前端(128)，和与所述环形圆锥区段(142、143)大体平齐的所述过渡区段(126、127)的后端(129)。

5.根据权利要求2所述的圆锥-平坦隔热罩(110、111)，其特征在于，还包括薄膜冷却机构，其用于冷却在所述平坦区段(144、145)的上游或前方的所述圆锥-平坦隔热罩(110、111)的朝下游表面(114)。

6.根据权利要求2所述的圆锥-平坦隔热罩(110、111)，其特征在于，还包括：

冷却空气气室(186)，其布置于在所述平坦区段(144、145)的上游或前方的所述圆锥-平坦隔热罩(110、111)的冷壁和热壁(190、192)之间；

冷却空气供应孔(184)，其穿过所述冷壁(190)延伸至所述冷却空气气室(186)；以及

上游成角度的薄膜冷却孔(180)，其从所述冷却空气气室(186)穿过所述热壁(192)延伸至在所述平坦区段(144、145)的上游或前方的所述圆锥-平坦隔热罩(110、111)的朝下游表面(114)。

7.根据权利要求1所述的圆锥-平坦隔热罩(110、111)，其特征在于，还包括所述平坦区段(144、145)具有带有平坦火焰稳定转角表面(224)的平坦转角(160)。

8.根据权利要求7所述的圆锥-平坦隔热罩(110、111)，其特征在于，还包括所述平坦火焰稳定转角表面(224)至少是相对中心线(20)大体垂直或倾斜某一面角度(154)的所述平坦区段(144、145)的平坦朝下游表面(222)的部分。

9.根据权利要求8所述的圆锥-平坦隔热罩(110、111)，其特征在于，还包括圆柱形部分(146、147)，其在所述环形圆锥区段(142、143)的上游或前方并与之成整体。

10.根据权利要求9所述的圆锥-平坦隔热罩(110、111)，其特征在于，还包括过渡区段(126、127)，其布置在所述圆柱形区段(146、147)和所述环形圆锥区段(142、143)之间。