CN105371300B - 用于燃气涡轮发动机的燃烧器的下游喷嘴以及延迟贫喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器的下游喷嘴以及燃料延迟贫喷射器。所述燃烧器包括限定主喷嘴下游的燃烧区的径向内壁和环绕所述径向内壁的径向外壁以及形成在两者之间的流动环道。所述下游喷嘴可包括：在所述径向外壁与所述径向内壁之间延伸的喷射器管；邻近所述喷射器管且包括顶板和底板的第一腔室，其中所述底板在所述顶板内侧设置在所述径向内壁与所述径向外壁之间。进料通道可将所述第一腔室连接至在所述径向外壁的外侧形成的入口，并且冲击口可穿过所述第一腔室的所述底板形成。

Description

用于燃气涡轮发动机的燃烧器的下游喷嘴以及延迟贫喷射器

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机中的燃烧系统，更具体地说，涉及与设置在某些类型的燃烧器的主喷嘴下游的喷嘴或燃料喷射器有关的设备和系统。

背景技术

存在用于燃气涡轮发动机（也称“燃气涡轮机”）中的分级燃烧的多种设计，但是多数是由多个管路和接口组成的复杂组件。应当认识到，一种在燃气涡轮机中常用的分级燃烧系统称为“延迟贫（late lean）”喷射系统，所述系统包括定位在燃烧器的主喷嘴下游的喷射器。在这类系统中，延迟燃料喷射器位于主喷嘴的下游。这些喷射器可朝向燃烧区的尾部区域定位。本领域中的普通技术人员将认识到，在此下游位置燃烧燃料/空气混合物可用于改善NOx排放。NOx（即氮氧化物）是由燃烧常规烃类燃料的燃气涡轮机所产生的一种主要的不良空气污染排放物。延迟贫喷射系统还可用作空气旁路，以便用于改善“减负荷（turndown）”或低负荷运行期间的一氧化碳（即CO）排放。延迟贫喷射系统还可提供其它运行益处。

对于新型燃气涡轮机组来说，常规延迟贫喷射组件的制造成本昂贵，且难以改装到现有的机组中。其中一个原因在于常规延迟贫喷射系统的复杂性，尤其是与燃料和空气传送关联的系统部件。与这些系统关联的许多零件必须设计成能够承受涡轮机环境中的极端热负荷和机械负荷，致使制造成本和安装成本大幅提高。常规延迟贫喷射组件具有高燃料泄漏风险，这可导致自燃、火焰稳定、机组损坏以及安全问题。

此外，这些系统需要喷射器管，所述喷射器管用于运送燃料和/或空气混合物横穿流动环道，使得将所述混合物喷入燃烧区的尾部。具体而言，这类喷射器管将流动环道一分为二，从而对移动穿过所述流动环道的压缩空气流形成严重阻碍，应当认识到，这可能在多个方面对性能产生负面影响。例如，由喷射器管引起的下游尾流或涡流干扰（downstreamwake or eddy）穿过流动环道的流并且可能导致流特性的不均匀分布。当压缩空气朝燃烧器的前部移动以便导入主喷嘴内的燃料时，非均匀流可能对燃烧结果产生负面影响。这可降低发动机效率并影响排放水平。应当认识到，当传送至主喷嘴的压缩空气具有均匀特性时，不良排放物的水平通常降低，而产生不均匀燃烧的非均匀特性导致排放水平的提高。因此，需要使常规设计中常见的这类流扰动的形成减少的下游喷射器设备和系统。

此外，喷射器管下游形成的尾流可对区域内的冷却产生负面影响。应当认识到，移动穿过流动环道的空气向限定燃烧区的径向内壁提供冷却。这种冷却允许径向内壁承受能使发动机更有效率的高温。与喷射器管关联的下游尾流中断此流，特别是对于刚好定位在喷射器管下游的径向内壁上的区域。更具体地说，喷射器管中断移动穿过流动环道的空气部分，所述流动环道还用于对流冷却此区域。如果此问题可得到减轻，那么燃烧器零件的寿命便可延长。因此，需要以此方式避免影响环道冷却的新颖和创新的下游喷射器构造。

发明内容

因此，本发明描述一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器的下游喷嘴，所述燃烧器包括限定主喷嘴下游的燃烧区的径向内壁和环绕径向内壁的径向外壁，从而在两者之间形成流动环道。所述下游喷嘴可包括：在径向外壁和径向内壁之间延伸的喷射器管；邻近所述喷射器管的第一腔室，所述第一腔室包括顶板和在所述顶板内侧的底板，其中所述底板设置在所述径向内壁与所述径向外壁之间。进料通道（feed passage）可将所述第一腔室连接至在径向外壁的外侧形成的入口，并且冲击口（impingement ports）可穿过所述第一腔室的底板形成。

其中，所述喷射器管包括在所述燃气涡轮发动机运行期间相对于穿过所述流动环道的预期流限定的上游侧和下游侧；其中所述第一腔室的下游部分邻近所述喷射器管的所述下游侧定位，且至少包括多个所述冲击口；并且其中所述径向内壁的外表面穿过所述流动环道与所述径向外壁的内表面相对。

其中，所述进料通道穿过所述径向外壁并在设置在所述径向外壁外侧的入口与设置在所述径向外壁内侧的出口之间延伸，并且所述进料通道配置用于与所述第一腔室流体连通。

其中，所述径向内壁的所述外表面包括刚好限定在所述喷射器管的下游且邻近所述喷射器管的目标区域；并且其中在所述第一腔室的所述下游部分内的所述多个冲击口配置用于将从所述第一腔室中排出的加压流体引导向所述目标区域。

其中，所述第一腔室的所述下游部分包括至少八个所述冲击口；并且其中所述至少八个冲击口被均匀地隔开以便与所述目标区域相对应。

其中，所述第一腔室包括悬臂式构造，其中所述第一腔室的下游段从所述喷射器管的所述下游侧伸出；其中目标区域包括由所述第一腔室的所述悬臂式下游段悬于其上的所述径向内壁的所述外表面；并且其中所述第一腔室的所述下游段包括对准所述目标区域的多个所述冲击口。

其中，所述第一腔室配置用于悬于限定在所述径向内壁的所述外表面上的目标区域之上，所述目标区域刚好设置在所述喷射器管的下游；其中所述冲击口包括使每个所述冲击口对准所述目标区域的构造；并且其中所述第一腔室的所述底板包括大体平行于所述径向内壁的所述外表面定向的平面构造；并且其中所述第一腔室的所述底板定位在所述径向内壁的所述外表面与所述径向外壁的所述内表面之间的大致中间位置。

其中，所述第一腔室的所述顶板刚好定位在所述径向外壁的外侧；其中所述冲击口大体垂直于穿过所述流动环道的流动方向定向；其中所述下游喷嘴包括多个所述进料通道，所述多个进料通道包括配置在所述下游喷嘴的大体相反侧上的至少两个进料通道。

其中，压缩机排气壳体围绕所述燃烧器限定压缩机排气腔；并且其中所述进料通道的所述入口配置用于与所述压缩机排气腔流体连通。

其中，所述第一腔室围绕所述喷射器管形成环道；其中所述冲击口围绕所述第一腔室的所述底板散布，以便包括在所述第一腔室的所述下游部分内的集中。

其中，所述喷射器管的所述上游侧包括气动突出特征。

其中，所述气动突出特征变窄成对准相对于穿过所述流动环道的所述预期流的上游方向的尖端；并且其中所述气动突出特征包括相对于所述第一腔室的内侧位置。

其中，压缩机排气壳体围绕所述燃烧器限定压缩机排气腔；所述下游喷嘴进一步包括空气护罩，所述空气护罩包括从限定在所述径向外壁的外表面上的喷射器占用区向外侧延伸的壁，所述空气护罩配置用于大体上将所述下游喷嘴的内部与所述压缩机排气腔隔开；其中所述进料通道配置用于延伸穿过所述空气护罩以便与所述压缩机排气腔流体连通。

其中，所述下游喷嘴进一步包括围绕所述喷射器管形成的燃料腔室以及混合腔室；所述燃料腔室连接至纵向地在所述径向外壁内的燃料供应通道(fuel supplypassageway)；所述混合腔室配置用于包括各自连接至所述燃料腔室的空气进料和燃料喷射口；其中所述混合腔室连接至所述喷射器管的第一端；并且其中所述喷射器管的第二端穿过所述径向内壁连接至所述燃烧区；以及其中在所述径向外壁与所述径向内壁之间，所述喷射器管包括配置用于将移动穿过所述喷射器管的流与移动穿过所述流动环道的所述流隔开的分隔结构。

其中，所述径向内壁包括衬套，并且所述径向外壁包括导流套筒。

其中，所述径向内壁包括过渡连接件，并且所述径向外壁包括冲击套筒。

其中，所述下游喷嘴包括延迟贫喷射系统，所述延迟贫喷射系统配置用于在由所述衬套限定的所述燃烧区的尾端内喷射燃料和空气混合物；并且其中所述流动环道配置用于朝帽组件运送压缩空气供给，所述帽组件定位在装有所述主喷嘴的所述燃烧器的前端。

其中，所述冲击口包括穿过所述第一腔室的所述底板形成的槽，其中所述槽包括随着所述槽向下游延伸而变窄的锥形外形。

其中，所述槽包括在下游壁处形成的筛网，其中所述筛网包括多个口，和靠近所述燃烧器的所述径向内壁形成且大致与之平行的狭缝口。

本发明还描述一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器的延迟贫喷射器（Late LeanInjector；简称LLI），其中所述燃烧器包括在主喷嘴下游限定燃烧区的径向内壁、环绕所述径向内壁的径向径向内壁以及形成在两壁之间的流动环道，所述延迟贫喷射器包括喷射器管、第一腔室、进料通道以及穿过所述第一腔室的所述底板形成的冲击口；所述喷射器管在所述径向外壁与所述径向内壁之间延伸；所述第一腔室围绕所述喷射器管形成环道，且所述第一腔室包括顶板和在所述顶板内侧的底板，其中所述底板设置在所述径向内壁与所述径向外壁之间；所述进料通道将所述第一腔室连接至在所述径向外壁外侧形成的入口；所述冲击口围绕所述第一腔室的所述底板散布，以便在所述第一腔室的下游部分内集中；并且所述径向内壁的所述外表面包括刚好限定在所述喷射器管的下游且邻近所述喷射器管的目标区域，并且其中在所述第一腔室的所述下游部分内的冲击口的所述集中是对准所述目标区域。

结合附图和所附权利要求书阅读优选实施例的以下详细说明后，将清楚地了解本发明的这些和其它特征。

附图说明

参考附图阅读以下对本发明示例性实施例的详细说明可以更全面地理解和认识本发明的这些和其它特征，在附图中：

图1是可以使用本发明实施例的燃气涡轮发动机的截面图。

图2是可以使用本发明实施例的常规燃烧器的截面图。

图3是具有根据常规设计的下游或延迟燃料喷射器的燃烧器的放大截面图。

图4是包括本发明方面的下游燃料喷射器的截面图。

图5是根据本发明实施例的下游燃料喷射器的截面透视图。

图6是根据本发明某些实施例的下游燃料喷射器的一部分的透视图。

图7是根据本发明实施例的下游燃料喷射器的简化截面轮廓图。

图8是根据本发明替代实施例的下游燃料喷射器的一部分的透视图。

图9是图8所示的实施例的俯视图。

图10是根据本发明替代实施例的下游燃料喷射器的一部分的透视图。

图11是图10所示的实施例的俯视图。

具体实施方式

在下文中，选择某些术语来描述本发明。这些术语应尽可能地基于本领域中常见的专有名词来选择。然而，应该认识到这些术语经常具有不同的解释。例如，本说明书中可称为单个部件的情况在其它地方可称为由多个部件组成，或者，本说明书中可称为包括多个部件的情况在其它地方可称为单个部件。在理解本发明范围时，不仅应注意使用的具体专有名词，还应注意附带的描述和上下文，以及参考和描述的部件的结构、构造、功能和/或用途，包括术语与多个附图相关的方式，当然还有专有名词在附加权利要求书中的确切使用情况。

由于多个描述性术语通常用来描述涡轮发动机内的部件和系统，应当显示出在本段一开始就定义这些术语是有益的。因此，除非另作说明，否则这些术语及其定义如下。若无其它特殊情况，术语“前部”和“尾部”指相对于燃气涡轮机取向的方向。也就是说，“前部”指发动机的前部或压缩机端，而“尾部”指发动机的尾部或涡轮机端。应当认识到，这些术语中的每一个都可用于指示发动机内的移动或相对位置。术语“下游”和“上游”用于指示在指定导管内相对于移动穿过所述导管的总体流动方向的位置。（应当认识到这些术语参考相对于正常运行期间预期的流的方向，这对于本领域中的任何普通技术人员而言是显而易见的。）术语“下游”指流体流过指定导管的方向，而“上游”指所述方向的相反方向。

因此，例如，穿过涡轮发动机的工作流体的主流——由穿过压缩机且随后成为燃烧器及之后部件内的燃烧气体的空气组成——可描述成始于压缩机上游端的上游位置并终于涡轮机下游端的下游位置。关于在下文中详细讨论的普通型燃烧器内的流动方向的描述，应当认识到压缩机排出空气通常穿过冲击口进入燃烧器，所述冲击口朝燃烧器的尾端集中（相对于燃烧器的纵轴和上文提到的限定前部/尾部差别压缩机/涡轮机定位）。一旦进入燃烧器，压缩空气就由围绕内室形成的流动环道引导朝向燃烧器的前端，在此处空气流进入内室且倒转流动方向，朝燃烧器的尾端行进。穿过冷却通道的冷却剂流可以相同的方式来处理。

考虑到压缩机和涡轮机围绕共同中心轴的构造以及许多燃烧器类型中常见的圆柱形构造，将使用描述相对于轴的位置的术语。在这点上，应当认识到术语“径向”指垂直于轴的移动或位置。对此，可能需要描述与中心轴的相对距离。在这种情况下，如果第一部件与中心轴之间的距离近于第二部件，则描述成第一部件位于第二部件的“径向内部”或“径向内侧”。另一方面，如果第一部件比第二部件更远离中心轴，那么本说明书中就描述成第一部件在第二部件的“径向外部”或“径向外侧”。此外，应当认识到术语“轴向”指平行于轴的移动或位置。最后，术语“周向”是指围绕轴的移动或位置。如上所述，尽管这些术语可相对于延伸穿过发动机中的压缩机段和涡轮机段的共同中心轴来使用，但这些术语也可相对于发动机中的其它部件或子系统来使用。例如，对于许多机器中常见的圆柱形燃烧器，赋予这些术语相关含义的轴是延伸穿过横截面形状的中心的纵向中心轴，所述横截面形状初始是圆柱形的，但在靠近涡轮机时转变为环形轮廓。

下面的描述提供常规技术和本发明的实例，以及在本发明的情况下，多个示例性实施方案和解释性实施例。然而，应当认识到下列实例并不旨在详尽说明本发明的所有可能的应用。此外，尽管下列实例是关于某种类型的涡轮发动机而提供的，但是相关技术领域中的普通技术人员应理解本发明的技术适用于其它类型的涡轮发动机。

图1是可以使用本发明实施例的已知的燃气涡轮发动机10的横截面图。如图所示，燃气涡轮发动机10总体上包括压缩机11、一个或多个燃烧器12和涡轮机13。应当认识到流动路径被限定穿过燃气涡轮机10。在正常运行期间，空气可通过进气段进入燃气涡轮机10且随后被进料至压缩机11。压缩机11内的多个轴向叠置（axially -stacked）的旋转叶片级压缩空气流，使得产生压缩空气供应。压缩空气随后进入燃烧器12且被引导穿过喷嘴，在喷嘴内压缩空气与燃料供应混合以形成空气燃料混合物。所述空气燃料混合物在燃烧器的燃烧区部分内燃烧，使得产生高能热气流。所述高能热气流随后成为膨胀穿过涡轮机13的工作流体，所述涡轮机13从中吸取能量。

图2示出可以使用本发明实施例的示例性燃烧器12。本领域的普通技术人员将认识到，燃烧器12由前端和尾端轴向限定，所述前端通常称为头端15，所述尾端可由连接燃烧器12与涡轮机13的尾部框架16限定。主喷嘴17朝燃烧器12的前端定位。主喷嘴17是聚集且混合大量在燃烧器12内燃烧的燃料和空气的部件。如图所示，头端15总体上提供向喷嘴17提供燃料的各种歧管、装置和/或燃料管线18。头端15还可包括端盖19，所述端盖19形成在燃烧器12内形成的大空腔的轴向前面边界，工作流体的流动路径被限定穿过所述大空腔。

如图所示，燃烧器的内部可划分成被配置用于沿期望路径引导工作流体的多个较小的室。这些较小的室可包括通常设在称为帽组件（cap assembly）21的部件内的第一室。帽组件21容纳且在结构上支撑主喷嘴17，如图所示，主喷嘴17可定位在帽组件21的尾端。总体而言，帽组件21从它与端盖19的连接处向尾部延伸且被在它周围形成的燃烧器壳体29环绕。应当认识到在帽组件21与燃烧器壳体29之间形成环形流动路径，如下文所详细讨论的那样，所述环形流动路径可向尾部方向上延伸。此流动路径在本说明书中称为流动环道28。如图所示，第二室可刚好定位在主喷嘴17的尾部。在第二室内，燃烧区23限定在燃烧喷嘴17中聚集的燃料和空气进行燃烧的地方。燃烧区23可由衬套（liner）24周向地限定。所述第二室可从衬套24处延伸穿过朝向燃烧器12与涡轮机13连接处的过渡段。尽管其它构造也是可能的，但在本过渡段中，所述第二室的横截面由燃烧区23的圆形转变为环形，这对于将燃烧气体喷入涡轮机13来说是必要的。

导流套筒（flow sleeve）25围绕衬套24定位。衬套24和导流套筒25可为圆柱形并以同心圆柱形构造布置。以这种方式，在帽组件21与燃烧器壳体29之间形成的流动环道28向尾部方向上延伸。类似地，如图所示，冲击套筒（impingement sleeve）27可环绕过渡连接件26，使得流动环道28进一步向尾部延伸。根据所提供的实例，流动环道28可从大致端盖19处延伸至尾部框架16。导流套筒25和/或冲击套筒27可包括多个冲击口32，以允许燃烧器12外部的压缩空气流进入流动环道28。应当认识到，如图所示，压缩机排气壳体34可围绕燃烧器12的至少一部分限定压缩机排气腔35。压缩机排气腔35可配置用于接收来自压缩器11的压缩空气供应，使得所述压缩空气供应随后通过冲击口32进入燃烧器12的流动环道28中。冲击口32中的至少一些可配置用于使空气流冲击衬套24和/或过渡连接件26以便向此区域提供高效的对流冷却。具体而言，冲击流用来对流冷却衬套24和/或过渡连接件26的外表面。一旦进入流动环道28，压缩空气就被引向燃烧器12的前端。随后，通过帽组件21中的入口31，压缩空气被引入帽组件21的内部且朝主喷嘴17进料，在主喷嘴17中所述压缩空气与燃料混合。

应当认识到，帽组件21/燃烧器壳体29、衬套24/导流套筒25和过渡连接件26/冲击套筒27的配对使流动环道28在燃烧器12的几乎整个轴向长度内延伸。如本说明书所用的，术语“流动环道（flow annulus）28”一般用来指这整个环道或其任何部分。流动环道28的特定段在本说明书中可利用下列术语更具体地提及：前环道段36定义为在帽组件21与燃烧壳体29之间形成的段；中环道段37定义为在衬套24与导流套筒25之间形成的段；而尾环道段38定义为在过渡连接件26与冲击套筒27之间形成的段。

应当认识到，帽组件21和由衬套24和/或过渡连接件26限定的燃烧区23可被描述成形成轴向叠置的室，所述轴向叠置的室在本说明书中可分别称作第一室和第二室。如图所示，此第一室和第二室在主喷嘴17处隔开。此外，形成流动环道28的同心布置的圆柱形壁在本说明书中称为径向内壁和径向外壁。

主喷嘴17代表燃烧器12内的主要燃料传送部件，且如图所示，可定位在帽组件21的尾端。应当认识到，主喷嘴17聚集并混合燃料和空气供应的方式可包括许多不同的配置。例如，主喷嘴17可包括混合管、旋流器设计、微量混合技术等。主喷嘴17可进一步包括提供有多条燃料管线18的燃料喷射器阵列。燃料例如可以是天然气，但其它类型的燃料也是可能的。

图2还示出，流动环道28内可设有多个轮叶39。轮叶39可采用多种形状。通常，轮叶39具有翼形或狭窄的外形，且在与径向内壁形成的连接和与径向外壁形成的连接之间延伸。轮叶39可围绕帽组件21的圆周周向间隔。以这种方式，轮叶39向帽组件21和其中包含的主喷嘴17提供结构支撑。

图3提供包括根据本发明某些方面的下游喷射系统44（也可称为延迟贫喷射（latelean injection）系统或延迟喷射系统）的衬套24/导流套筒25组件的横截面图。如本说明书所用的，“下游喷射器系统”是在主喷嘴17下游且涡轮机13上游的位置处用于将燃料和空气混合物喷入工作流体流的系统。总体而言，下游喷射系统的一个目的包括使燃料能够在主燃烧器/主燃烧区的下游燃烧。此类操作可用于改善NOx排放性能。如图所示，延迟燃料喷射系统44包括下游喷嘴45，在下游喷嘴45内燃料和空气供给如图所示被聚集且喷入燃烧区23的下游部分。延迟燃料喷射系统44还可包括限定在导流套筒25内的燃料通道47。燃料通道47可在上游端处与燃料歧管48连接，所述燃料歧管48如图所示可被包含在导流套筒凸缘内，但其它构造也是可能的。燃料通道47可从燃料歧管48延伸至形成在下游喷嘴45内的燃料腔室52。

如图4所示，下游喷嘴45包括燃料喷射器51，所述燃料喷射器51包括燃料腔室52，所述燃料腔室52提供定位在下游喷嘴45内的多个燃料口53以便将燃料同从流动环道28或其它位置吸取的空气供应混合。传送管或喷射器管54随后运送燃料/空气混合物横穿流动环道28以便喷入燃烧区23。更具体地说，喷射器管54提供用于引导燃料/空气混合物横穿流动环道28的导管，在流动环道28中燃料/空气混合物随后可被喷入衬套24内的热气体流以供燃烧。如图所示，可提供盖或空气护罩55以便形成室56，在室56内可聚集燃料/空气混合物以供混合。应当认识到，空气护罩55还用来大体上将下游喷嘴45与环绕它的压缩机排气腔35隔离。

应当认识到，还能够以类似方式将下游喷嘴45安装在燃烧器12内相对于多幅附图中所示位置的更前或更后位置处，或者，安装在存在与上述衬套24/导流套筒25组件具有类似基本构造的流动组件的任何位置处。例如，使用类似的基本部件，下游喷嘴45还可以定位于过渡连接件26/冲击套筒27组件内。本领域的普通技术人员将认识到，考虑到某些标准和操作员的偏好，这种构造可具有优势。尽管提供的多个附图涉及衬套24/流动套管25组件内的示例性实施例，但应当认识到，这并不用于限定。因此，当以下描述指代“径向外壁”时，应当认识到，除非另作说明，这可以指代导流套筒25、冲击套筒27或类似的部件。此外，当以下描述指代“径向内壁”时，应认识到，除非另作说明，这可以指代衬套24、过渡连接件26或类似的部件。

关于使用此类下游喷嘴45的一个具体问题是由流动环道28内的喷射器管54引起的尾流所产生的负面影响。如上所述，尾流可导致头端处不良混合的流，从而对燃烧和NOx排放产生负面影响。所述尾流还可对刚好在喷射器管54下游的径向内壁的冷却产生负面影响，所述径向内壁如图4所示称为“目标区域59”。具体而言，刚好在喷射器管54下游的“死区”通过使流中断并因而对传热系数产生负面影响来影响目标区域的冷却。

图5至图7提供下游燃料喷嘴45的实施例，所述实施例根据本发明可用于减轻与中断流动环道28的喷射器管54关联的负面影响。总体而言，如下文所详细讨论的，流动环道28内设有腔室61，所述腔室61被进料来自压缩机排气腔35的压缩空气供应，并且来自腔室61的流通过多个冲击口63被引导进出现尾流的区域，从而在向目标区域提供补充冷却的同时对付所述尾流。腔室61和冲击口63可设定尺寸以便在提供足够的进料空气以“填充”喷射器管54后面的尾流位置的同时提供足够的冷却，从而消除头端处的任何分布问题。此外，可在喷射器管54的上游侧设置上游突出特征68以改善所述喷射器管的气动外形从而减少产生的尾流。通过向头端提供均匀的空气分布，主喷嘴17将接收均匀空气分布以提供将允许头端以最佳性能运行的均匀燃料/空气混合物，从而在使排放最小化的同时使输出功率最大化。通过冷却目标区域59，衬套的零件寿命将增长，这将增加燃烧间隔之间的时间并降低与损坏的硬件关联的维修成本。

下游喷嘴45可包括在径向外壁与径向内壁之间延伸的喷射器管54。在径向外壁与径向内壁之间，喷射器管54可包括配置用于将移动穿过喷射器管54的流与穿过流动环道的流隔开的实心结构。如前所述，根据下游喷嘴45的轴向位置，径向外壁可包括燃烧器壳体29、导流套筒25或冲击套筒27。相应地，径向内壁可包括帽组件21、衬套24或过渡连接件26。在优选实施例中，如图3所示，径向外壁是导流套筒25而径向内壁是衬套24。如图所示，腔室61（本说明书中可称为“第一腔室61”）可邻近喷射器管54形成。第一腔室61可包括顶板65和底板66。如本说明书所用的，顶板65是第一腔室61的径向外边界，而底板66是径向内边界。根据优选实施例，底板66设置在径向内壁与径向外壁之间。如图所示，提供将第一腔室61连接至在径向外壁外侧形成的入口的一个或多个进料通道62。下游喷嘴45还包括冲击口63，所述冲击口63穿过底板66形成，使得第一腔室61中的加压流体可被排入流动环道28。

根据本发明，第一环道61的构造可有所变化。如图所示，优选实施例包括邻近喷射器管54的下游侧定位的第一腔室61的至少一部分。应当认识到，如果相对于在运行期间穿过流动环道28的预期流来限定喷射器管54，那么所述喷射器管54可描述成具有上游侧和下游侧。如上所述，运行期间，来自压缩机11的压缩空气被传送至围绕燃烧器形成的压缩机排气腔35。压缩空气随后穿过在冲击套筒27和导流套筒25内形成的冲击口32进入流动环道28，从而发展成穿过流动环道28的被引向燃烧器12前端的快速移动的流。因此，考虑到穿过流动环道28的流动方向，喷射器管54的下游侧是面向前方的侧面（即，面向燃烧器12的头端15的侧面）。在替代实施例中，第一腔室61只邻近喷射器管54的此下游侧形成。根据优选实施例，如图所示，第一腔室61形成为围绕喷射器管54的环道。在此情况下，冲击口63可围绕第一腔室61的底板66散布，使得所述冲击口63仅仅集中或形成在第一腔室61的下游部分。

目标区域59是在径向内壁的外表面上的刚好在喷射器管54的下游且邻近喷射器管54的区域。如上所述，目标区域59是最受在喷射器管54下游形成的尾流影响的区域。也就是说，喷射器管54中断穿过流动环道28的流且对所述流对目标区域59的对流冷却产生负面影响。根据优选实施例，在第一腔室61下游部分内的冲击口63可配置用于将从第一腔室61排出的加压流体引导至目标区域59上。应当认识到，此补充冷却剂流可用于解决目标区域59内由喷射器管54的尾流引起的冷却不足的问题。穿过冲击口63的空气流出也用于“填充”被喷射器管54隔开的空气，从而使中断最小化并使传送至主喷嘴17的流内的均匀性最大化。根据优选实施例，第一腔室61的下游位置包括至少八个冲击口63。八个冲击口63被均匀地隔开从而对应目标区域59。如图7中最清楚地示出，第一腔室61可包括悬臂式构造，其中第一腔室61的下游段从喷射器管54的下游侧伸出。在这类情况下，目标区域59可限定成由第一腔室61的下游段悬于其上的径向内壁的外表面。冲击口63可大体上垂直于穿过流动环道的流动方向定向。

第一腔室61的底板66可接近径向内壁的外表面定位，以便提升穿过冲击口63的流具有的冷却效果。第一腔室61的顶板65可靠近径向外壁定位。第一腔室61的底板66可包括大体平行于径向内壁的外表面定向的平面构造。根据优选实施例，第一腔室61的底板66可定位在径向内壁的外表面与径向外壁的内表面之间的大致中间位置。第一腔室61的顶板65可刚好定位在径向外壁的外侧。根据替代实施例，第一腔室61的顶板65可刚好定位在径向外壁的内侧。

如图所示，进料通道62可配置用于穿过径向外壁并在设置在径向外壁外侧的入口与设置在径向外壁内侧的出口之间延伸，且配置用于与第一腔室61流体连通。如上所述，压缩机排气壳体34围绕燃烧器限定压缩机排气腔35。如图所示，进料通道62的入口可配置用于与压缩机排气腔35流体连通。根据替代实施例，可提供多条进料通道62。如图5和图7所示，两条进料通道62可被提供且配置在下游喷嘴45的大体相对侧上。

如图所示，下游喷嘴45可进一步包括空气护罩55。空气护罩55可包括从限定在径向外壁的外表面上的喷射器占用区（injector footprint）向外侧延伸的壁。空气护罩55可配置用于大体上将下游喷嘴45的内部与压缩机排气腔35隔开。根据优选实施例，进料通道62配置用于延伸穿过空气护罩55以便与压缩机排气腔35流体连通。应当认识到，以这种方式对第一腔室61进行供应将提供具有足够压力的流，所述压力有效地冷却目标区域59同时也阻止来自环道28的任何可能的回流。

如图6所示，喷射器管54的上游侧可包括气动突出特征（aerodynamic nosefeature）68。气动突出特征68可包括减轻喷射器管54下游的尾流形成的气动外形。在优选实施例中，如图所示，气动突出特征68可包括变窄外形，所述变窄外形在上游端包括尖端。气动突出特征可包括相对于第一腔室61的内侧位置。

与图4中示出的下游喷嘴45类似，图5至图7中的下游喷嘴45可包括燃料喷射器51，其中围绕喷射器管54形成的燃料腔室52提供多个燃料口53，所述多个燃料口53设计用于将燃料喷入正被引导进喷射器管54的压缩空气供应中。在优选实施例中，燃料腔室52连接至在径向外壁内形成的燃料供应通道。其它用于燃料传送的构造也是可能的。如图所示，下游喷嘴45还可包括在将混合流引入喷射器管54之前用于聚集燃料和空气的混合腔室或室56。应当认识到混合腔室56连接至喷射器管54的第一端，而喷射器管54的第二端穿过燃烧器12的径向内壁连接至燃烧区。下游喷嘴45可被包括在延迟贫喷射系统内，所述延迟贫喷射系统配置用于在由衬套限定的燃烧区的尾端内喷射燃料和空气混合物。此类系统可包括围绕燃烧区23周向排列的多个下游喷嘴45。

图8至图11示出替代实施例，其中图5至图7所示的冲击口63由穿过第一腔室61的底板66的下游部分形成的槽71替代。以这种方式构造的槽71可用于将较大体积的空气引导至如上所述的刚好在喷射器管54下游形成的尾流区域。移动穿过第一腔室61且被喷入尾流区域的空气的体积可通过改变槽71的尺寸进行调整，使得对刚好在喷射器管54下游的环流的干扰最小化。参照图9，槽71可具有包括侧壁72的外形，所述侧壁72随着槽向下游方向延伸而使开口变窄。应当认识到利用这种外形，来自第一腔室的空气流可集中在最受由喷射器管54中断流所影响的区域。另外，具有锥形外形的变窄流动面积将增大流的速度，这将增强它的冷却特性。

参照图10和图11，替代实施例可包括与上述槽71组合的筛网（screen）73。如图所示，筛网73可具有多个筛口75，所述筛口75与穿过环道的流大致平行对齐。筛口75可用来调节被喷入流动环道的空气流量从而限制气动损失。筛口75还可用于计量此区域中的流量。如图所示，筛网73还可包括沿筛网73的径向内缘定位的狭缝口（slit port）77。如图所示，狭缝口77可与径向内壁或衬套24大致平行对齐。狭缝口77可用于沿衬套24的外表面集中冷却剂流。狭缝口77可提供用于计量来自第一腔室16的流量以改善性能的另一种方式。应当认识到，筛口75调节被喷射的流量以便减轻喷射器管54下游的气动干扰，而狭缝口77可用来具体解决常见的冷却问题。

尽管已结合当前视作最可行且优选的实施例来描述本发明，但应了解，本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在涵盖包括在随附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器的下游喷嘴，其中所述燃烧器包括在主喷嘴下游限定燃烧区的径向内壁、环绕所述径向内壁的径向外壁以及形成在两壁之间的流动环道，其特征在于，所述下游喷嘴包括：

喷射器管，所述喷射器管在所述径向外壁与所述径向内壁之间延伸；

邻近所述喷射器管的第一腔室，所述第一腔室包括顶板和在所述顶板内侧的底板，其中所述底板设置在所述径向内壁与所述径向外壁之间；

进料通道，所述进料通道通过所述径向外壁将所述第一腔室与围绕所述燃烧器的压缩机排气腔连接以用于从所述压缩机排气腔中导入压缩空气；以及

穿过所述第一腔室的所述底板形成的冲击口；

其中，来自所述压缩机排气腔的所述压缩空气被引导穿过所述第一腔室的所述底板中的所述冲击口、冲击所述燃烧器的所述径向内壁的外表面上的目标区域、并排入所述流动环道，从而提供补充冷却剂流来解决由所述喷射器管的尾流引起的冷却不足的缺陷。

2.根据权利要求1所述的下游喷嘴，其特征在于，所述喷射器管包括在所述燃气涡轮发动机运行期间相对于穿过所述流动环道的预期流限定的上游侧和下游侧；

其中所述第一腔室围绕所述喷射器管形成环道，所述第一腔室的下游部分邻近所述喷射器管的所述下游侧定位，且至少包括多个所述冲击口，多个所述冲击口围绕所述第一腔室的所述底板散布以便集中在所述第一腔室的所述下游部分内；

其中所述径向内壁的外表面穿过所述流动环道与所述径向外壁的内表面相对；并且其中所述进料通道穿过所述径向外壁并在设置在所述径向外壁外侧的入口与设置在所述径向外壁内侧的出口之间延伸，并且所述进料通道配置用于与所述第一腔室流体连通。

3.根据权利要求2所述的下游喷嘴，其特征在于，所述径向内壁的所述外表面包括限定在所述喷射器管的下游且邻近所述喷射器管的所述目标区域；并且

其中在所述第一腔室的所述下游部分内的多个所述冲击口配置用于将从所述第一腔室中排出的所述压缩空气作为加压流体引导向所述目标区域，其中所述第一腔室的所述下游部分包括至少八个所述冲击口；并且

其中所述至少八个冲击口被均匀地隔开以便与所述目标区域相对应。

4.根据权利要求2所述的下游喷嘴，其特征在于，所述第一腔室包括悬臂式构造且配置用于悬于限定在所述径向内壁的所述外表面上的所述目标区域之上，所述目标区域设置在所述喷射器管的下游，其中所述第一腔室的下游部分从所述喷射器管的所述下游侧伸出；

其中所述第一腔室的下游部分的多个所述冲击口包括使每个所述冲击口对准所述目标区域的构造；并且

其中所述第一腔室的所述底板包括大体平行于所述径向内壁的所述外表面定向的平面构造；并且

其中所述第一腔室的所述底板定位在所述径向内壁的所述外表面与所述径向外壁的所述内表面之间的大致中间位置，其中所述第一腔室的所述顶板定位在所述径向外壁的外侧；

其中所述冲击口大体垂直于穿过所述流动环道的流动方向定向；

其中所述下游喷嘴包括多个所述进料通道，多个所述进料通道包括配置在所述下游喷嘴的大体相反侧上的至少两个进料通道。

5.根据权利要求2所述的下游喷嘴，其特征在于，压缩机排气壳体围绕所述燃烧器限定压缩机排气腔；并且

其中所述进料通道的所述入口配置用于与所述压缩机排气腔流体连通。

6.根据权利要求2所述的下游喷嘴，其特征在于，所述喷射器管的所述上游侧包括气动突出特征，其中所述气动突出特征变窄成对准相对于穿过所述流动环道的所述预期流的上游方向的尖端；并且

其中所述气动突出特征包括相对于所述第一腔室的内侧位置。

7.根据权利要求2所述的下游喷嘴，其特征在于，压缩机排气壳体围绕所述燃烧器限定压缩机排气腔；

所述下游喷嘴进一步包括空气护罩，所述空气护罩包括从限定在所述径向外壁的外表面上的喷射器占用区向外侧延伸的壁，所述空气护罩配置用于大体上将所述下游喷嘴的内部与所述压缩机排气腔隔开；

其中所述进料通道配置用于延伸穿过所述空气护罩以便与所述压缩机排气腔流体连通。

8.根据权利要求2所述的下游喷嘴，其特征在于，所述下游喷嘴进一步包括：

围绕所述喷射器管形成的燃料腔室，所述燃料腔室连接至纵向地在所述径向外壁内的燃料供应通道；以及

混合腔室，所述混合腔室配置用于包括空气进料和各自连接至所述燃料腔室的燃料喷射口；

其中所述混合腔室连接至所述喷射器管的第一端；并且

其中所述喷射器管的第二端穿过所述径向内壁连接至所述燃烧区；以及

其中在所述径向外壁与所述径向内壁之间，所述喷射器管包括配置用于将移动穿过所述喷射器管的流与移动穿过所述流动环道的所述流隔开的分隔结构，其中所述径向内壁包括衬套或过渡连接件，并且所述径向外壁包括导流套筒或冲击套筒；

其中所述下游喷嘴包括延迟贫喷射系统，所述延迟贫喷射系统配置用于在由所述衬套限定的所述燃烧区的尾端内喷射燃料和空气混合物；并且

其中所述流动环道配置用于朝帽组件运送压缩空气供给，所述帽组件定位在装有所述主喷嘴的所述燃烧器的前端。

9.根据权利要求1所述的下游喷嘴，其特征在于，所述冲击口包括穿过所述第一腔室的所述底板形成的槽，其中所述槽包括随着所述槽向下游延伸而变窄的锥形外形；其中所述槽包括在下游壁处形成的筛网，其中所述筛网包括多个口，和靠近所述燃烧器的所述径向内壁形成且大致与之平行的狭缝口。

10.一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器的延迟贫喷射器，其中所述燃烧器包括在主喷嘴下游限定燃烧区的径向内壁、环绕所述径向内壁的径向外壁以及形成在两壁之间的流动环道，其特征在于，所述延迟贫喷射器包括：

喷射器管，所述喷射器管在所述径向外壁与所述径向内壁之间延伸；

围绕所述喷射器管形成环道的第一腔室，所述第一腔室包括顶板和在所述顶板内侧的底板，其中所述底板设置在所述径向内壁与所述径向外壁之间；

进料通道，所述进料通道通过所述径向外壁将所述第一腔室与围绕所述燃烧器的压缩机排气腔连接以用于从所述压缩机排气腔中导入压缩空气；以及

穿过所述第一腔室的所述底板形成的冲击口；

其中冲击口围绕所述第一腔室的所述底板散布，以便集中在所述第一腔室的下游部分内；并且

其中所述径向内壁的外表面包括限定在所述喷射器管的下游且邻近所述喷射器管的目标区域，并且其中，来自所述压缩机排气腔的所述压缩空气被引导穿过所述第一腔室的所述底板中的所述冲击口、冲击所述燃烧器的所述径向内壁的外表面上的所述目标区域、并排入所述流动环道，从而提供补充冷却剂流来解决由所述喷射器管的尾流引起的冷却不足的缺陷。

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