CN107120687B - 燃烧器组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件包括燃烧器穹顶，燃烧器穹顶具有热侧和冷侧且至少部分地限定燃烧室。燃烧器组件另外包括燃料‑空气喷射器硬件组件，该组件具有第一部件和第二部件。第一部件至少部分地定位在燃烧器穹顶的冷侧附近，并且第二部件至少部分地定位在燃烧器穹顶的热侧附近。第一和第二部件共同限定附连接口，附连接口将第一部件连结到第二部件上，并且将燃料‑空气喷射器硬件组件安装到燃烧器穹顶上。附连接口可被遮蔽而免受燃烧室的影响，以保护附连接口免受不合需要的热膨胀量，以及使材料保持处于期望的材料运行温度极限之内。

Description

燃烧器组件
联邦赞助研究
本发明是根据美国军队的合同号W911W6-11-2-0009在政府的支持下完成的。政府可对本发明拥有某些权利。
技术领域
本主题大体涉及燃气涡轮发动机，或者更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件。
背景技术
燃气涡轮发动机大体包括风扇和核心，它们布置成彼此处于流连通。另外，燃气涡轮发动机的核心一般包括成连续流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在运行中，从风扇将空气提供给压缩机区段的入口，在那里一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到空气到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩空气混合且燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，然后通过排气区段发送到例如大气。
更普遍的是，非传统高温材料(诸如陶瓷基质复合物(CMC)材料)用作燃气涡轮发动机内的结构构件。例如，典型的燃烧区段包括内衬套、外衬套和穹顶。更普通的是，内衬套和外衬套由CMC材料形成，而穹顶则由金属材料形成。金属穹顶在传统上需要附连某些燃料-空气喷射组件。
本公开的发明人已经发现，另外用CMC材料形成穹顶，使得穹顶可更好地适于经受住燃烧区段的较高运行温度可为有益的。但是，由于这种构造，将燃料-空气喷射组件附连到穹顶可能是成问题的，因为燃料-空气喷射组件可能由金属材料形成。因此，改进用于燃气涡轮发动机的燃料-空气喷射器组件的附连组件将是有用的。更具体地，改进用于CMC燃烧器穹顶的燃料-空气喷射器组件的附连组件将是特别有益的。
发明内容
将在以下描述中部分地阐述本发明的各方面和优点，或者根据该描述，本发明的各方面和优点可为明显的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。
在本公开的一个示例性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件。燃烧器组件包括燃烧器穹顶，燃烧器穹顶至少部分地限定燃烧室且包括热侧和冷侧。燃烧器组件另外包括燃料-空气喷射器硬件组件。燃料-空气喷射器硬件组件包括至少部分地定位在燃烧器穹顶的冷侧附近的第一部件，以及至少部分地定位在燃烧器穹顶的热侧附近的第二部件。第一和第二部件共同限定附连接口，附连接口将第一部件连结到第二部件上，并且将燃料-空气喷射器硬件组件安装到燃烧器穹顶上。附连接口被遮蔽而免受燃烧室的影响。
在本公开的另一个示例性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件。燃烧器组件包括燃烧器穹顶，燃烧器穹顶至少部分地限定燃烧室且包括热侧和冷侧。燃烧器组件另外包括燃料-空气喷射器硬件组件，以将燃料-空气混合物提供给燃烧室。燃料-空气喷射器硬件组件包括至少部分地定位在燃烧器穹顶的冷侧附近的第一部件，以及热遮蔽件，热遮蔽件用于遮蔽燃料-空气喷射器硬件组件的至少一部分，并且至少部分地定位在燃烧器穹顶的热侧附近。热遮蔽件连结到第一部件上，以将燃料-空气喷射器硬件组件安装到燃烧器穹顶上。
技术方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
燃烧器穹顶，其至少部分地限定燃烧室且包括热侧和冷侧；以及
燃料-空气喷射器硬件组件，其包括
至少部分地定位在所述燃烧器穹顶的所述冷侧附近的第一部件；以及
至少部分地定位在所述燃烧器穹顶的所述热侧附近的第二部件，所述第一部件和所述第二部件共同限定附连接口，所述附连接口将所述第一部件连结到所述第二部件上，并且将所述燃料-空气喷射器硬件组件安装到所述燃烧器穹顶上，所述附连接口被遮蔽而免受所述燃烧室的影响。
技术方案2. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件包括定位在所述燃烧器穹顶的所述冷侧附近的第一凸缘，其中，所述第二部件包括定位在所述燃烧器穹顶的所述热侧附近的第二凸缘，以及其中，所述第一凸缘和所述第二凸缘被所述附连接口朝彼此挤压。
技术方案3. 根据技术方案2所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一凸缘定位成直接抵靠着所述燃烧器穹顶的所述冷侧，以及其中，所述第二凸缘定位成直接抵靠着所述燃烧器穹顶的所述热侧。
技术方案4. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件在所述附连接口处可旋转地与所述第二部件接合。
技术方案5. 根据技术方案4所述的燃烧器组件，其特征在于，通过焊接或使用机械紧固件使所述第一部件另外附连到所述第二部件上。
技术方案6. 根据技术方案4所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件限定槽口，其中，所述燃烧器穹顶限定槽口，以及其中，所述燃料-空气喷射器组件进一步包括销，所述销延伸通过所述第一部件中的所述槽口，并且延伸到所述穹顶中的所述槽口中，以防止所述第一部件相对于所述燃烧器穹顶旋转。
技术方案7. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件是密封板，以及其中，所述第二部件是热遮蔽件。
技术方案8. 根据技术方案7所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃料-空气喷射器硬件组件进一步包括旋流器，以及其中，所述旋流器附连到所述密封板上。
技术方案9. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶限定开口，以及其中，所述燃料-空气喷射器硬件组件至少部分地延伸通过所述开口。
技术方案10. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶限定多个开口，其中，所述燃烧器组件进一步包括多个燃料-空气喷射器硬件组件，其中，各个燃料-空气喷射器硬件组件至少部分地定位在所述燃烧器穹顶的所述多个开口中的一个中，以及其中，所述燃料-空气喷射器硬件组件中的一个或多个独立于相邻的燃料-空气喷射器硬件组件而附连到所述燃烧器穹顶上。
技术方案11. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶由CMC材料形成。
技术方案12. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶限定多个冷却孔，以将冷却空气流提供给所述第二部件，并且降低所述附连接口的温度。
技术方案13. 一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
燃烧器穹顶，其至少部分地限定燃烧室且包括热侧和冷侧；以及
燃料-空气喷射器硬件组件，其用于将燃料-空气混合物提供给所述燃烧室，所述燃料-空气喷射器硬件组件包括
至少部分地定位在所述燃烧器穹顶的所述冷侧附近的第一部件；以及
热遮蔽件，其用于遮蔽所述燃料-空气喷射器硬件组件的至少一部分，并且至少部分地定位在所述燃烧器穹顶的所述热侧附近，所述热遮蔽件连结到所述第一部件上，以将所述燃料-空气喷射器硬件组件安装到所述燃烧器穹顶上。
技术方案14. 根据技术方案13所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件和热遮蔽件共同限定附连接口，其中，所述第一部件在所述附连接口处连结到所述热遮蔽件上，其中，所述热遮蔽件构造成在所述燃烧器组件的运行期间保护所述附连接口免受所述燃烧室中的热量的影响。
技术方案15. 根据技术方案13所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件在所述附连接口处可旋转地与所述热遮蔽件接合。
技术方案16. 根据技术方案13所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件限定槽口，其中，所述燃烧器穹顶限定槽口，以及其中，所述燃料-空气喷射器组件进一步包括销，所述销延伸通过所述第一部件中的所述槽口，并且延伸到所述穹顶中的所述槽口中，以防止所述第一部件相对于所述燃烧器穹顶旋转。
技术方案17. 根据技术方案13所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件是密封板，其中，所述燃料-空气喷射器硬件组件进一步包括旋流器，以及其中，所述旋流器附连到所述密封板上。
技术方案18. 根据技术方案13所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶限定开口，其中，所述燃料-空气喷射器硬件组件至少部分地延伸通过所述开口，以及其中，所述附连接口至少部分地定位在所述开口中。
技术方案19. 根据技术方案13所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件包括直接定位在所述燃烧器穹顶的所述冷侧附近的第一凸缘，其中，所述热遮蔽件包括直接定位在所述燃烧器穹顶的所述热侧附近的第二凸缘，以及其中，所述第一凸缘和所述第二凸缘朝彼此挤压，以将所述燃料-空气喷射器硬件组件安装到所述燃烧器穹顶上。
技术方案20. 根据技术方案13所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶包括凸起的隆起，其在所述燃烧器穹顶的所述热侧上围绕所述开口的周边延伸，以及其中，所述燃烧器穹顶包括凹部，其在所述燃烧器穹顶的所述冷侧上围绕所述开口的周边延伸。
参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。附图结合在此说明书中且构成其一部分，附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用来说明本发明的原理。
附图说明
在说明书中对本领域普通技术人员阐述本发明的完整且能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中：
图1是根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图2是根据本公开的示例性实施例的燃烧器组件的透视图。
图3是图2的示例性燃烧器组件的前端的放大视图。
图4是图2的示例性燃烧器组件的区段的透视图。
图5是图2的示例性燃烧器组件的侧视横截面图。
图6是根据本公开的示例性实施例的附连到根据本公开的示例性实施例的燃烧器穹顶上的燃料-空气喷射器硬件组件的放大透视横截面图。
图7是附连到图2的示例性燃烧器组件的示例性燃烧器穹顶上的示例性燃料-空气喷射器硬件组件的放大侧视横截面图。
图8是附连到图2的示例性燃烧器组件的示例性燃烧器穹顶的示例性燃料-空气喷射器硬件组件的一部分的放大透视横截面图。
部件列表
10涡轮风扇喷气发动机
12纵向或轴向中心线
14风扇区段
16核心涡轮发动机
18外壳
20入口
22低压压缩机
24高压压缩机
26燃烧区段
28高压涡轮
30低压涡轮
32喷气排气区段
34高压轴/轴杆
36低压轴/轴杆
38风扇
40叶片
42盘
44促动部件
46动力齿轮箱
48机舱
50风扇壳或机舱
52出口导叶
54下游区段
56旁通空气流道
58空气
60入口
62第一空气部分
64第二空气部分
66燃烧气体
68定子导叶
70涡轮转子叶片
72定子导叶
74涡轮转子叶片
76风扇喷嘴排气区段
78热气路径
100燃烧器组件
102穹顶
104外衬套
106内衬套
108燃烧室
110外衬套前端
112外衬套后端
114内衬套前端
116内衬套后端
118后壁
120外部过渡部分
122内部过渡部分
124安装组件
126支承部件
128支架
130支承部件凸缘
132支承部件的前端
134穹顶联接凸缘
136内衬套联接凸缘
138附连部件
140支承部件的后端
142支承部件的安装凸缘
144开口
146燃料-空气喷射器硬件组件
148开口的中心
150穹顶冷侧
152穹顶热侧
154冷却孔
156密封板
158热遮蔽件
160旋流器
162热偏转唇缘
164偏转唇缘冷侧
166偏转唇缘热侧
168附连接口
170第一凸缘
172第二凸缘
174密封板中的槽口
176穹顶中的槽口
178销
180凸起的隆起
182出口
184通道
S间距
DHS热遮蔽件的外径
HA环带高度
PD穹顶的平面
DC深度。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，在附图中示出实施例的一个或多个示例。详细描述使用数字和字母标号来引用图中的特征。在图和描述中使用相同或相似标号来表示本发明的相同或相似部件。如本文所用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地用来区分一个构件与另一个构件，并且不意于表示单独的构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体流出的方向，而“下游”指的是流体流去的方向。
现在参照附图，其中，相同标号在图中指示相同元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机10，在本文称为“涡轮风扇发动机10”。如图1中显示的那样，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A(垂直于为了参照而提供的纵向中心线12延伸)、径向方向R和围绕轴向方向A延伸的周向方向(未显示)。大体上，涡轮风扇10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。
大体描绘示例性核心涡轮发动机16包括基本管状外壳18，它限定环形入口20。外壳18封闭且核心涡轮发动机16包括成连续流关系的：压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或轴杆34将将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24上。低压(LP)轴或轴杆36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷嘴区段32共同限定核心空气流径37。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，它具有多个风扇叶片40，风扇叶片以间隔开的方式联接到盘42上。如所描绘的那样，风扇叶片40大体沿着径向方向R从盘42向外延伸。各个风扇叶片40可通过风扇叶片40相对于盘42围绕变桨轴线P旋转，风扇叶片40操作性地联接到适当的桨距改变机构44上，桨距改变机构44构造成共同一致地改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42和桨距改变机构44通过跨越动力齿轮箱46的LP轴36共同围绕纵向轴线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，以将风扇38相对于LP轴36的旋转速度调节到更高效的旋转风扇速度。
仍然参照图1的示例性实施例，盘42由可旋转前毂48覆盖，可旋转前毂48在外形上以空气动力学的方式设置成促进空气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外部机舱50，它沿周向包围风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。示例性机舱50相对于核心涡轮发动机16得到多个沿周向间隔开的出口导叶52的支承。此外，机舱50的下游区段54延伸经过核心涡轮发动机16的外部部分，以在它们之间限定旁通空气流道56。
在涡轮风扇发动机10的运行期间，一定量的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关联的入口60进入涡轮风扇10。随着该一定量的空气58经过风扇叶片40，空气58的第一部分如箭头62指示的那样被引导或发送到旁通空气流道56中，并且空气58的第二部分如箭头64指示的那样被引导或发送到核心空气流径37中，或者更具体地，被引导或发送到LP压缩机22中。第一空气部分62和第二空气部分64之间的比通常称为旁通比。第二空气部分64的压力然后随着它发送通过高压(HP)压缩机24和发送到燃烧区段26中而升高，在燃烧区段26中，第二空气部分64与燃料混合且燃烧，以提供燃烧气体66。
燃烧气体66发送通过HP涡轮28，在那里，来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分通过成顺序级的联接到外壳18上的HP涡轮定子导叶68和联接到轴或轴杆34上的涡轮转子叶片70被抽取，因而使HP轴或轴杆34旋转，从而支持HP压缩机24的运行。然后燃烧气体66发送通过LP涡轮30，在那里，热能和动能的第二部分通过成顺序级的联接到外壳18上的LP涡轮定子导叶72和联接到LP轴或轴杆36上的LP涡轮转子叶片74从燃烧气体66中抽取，因而使LP轴或轴杆36旋转，从而支持LP压缩机22的运行和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66然后发送通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推力。同时，随着第一空气部分62发送通过旁通空气流道56，第一空气部分62的压力显著升高，然后从涡轮风扇10的排气区段76的风扇喷嘴排出，从而也提供推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气路径78，以发送燃烧气体66通过核心涡轮发动机16。
但应当理解的是，仅以示例的方式提供图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机10，而且在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可具有任何其它适当的构造。还应当理解，仍然在其它示例性实施例中，本公开的各方面可结合到任何其它适当的燃气涡轮发动机中。例如，在其它示例性实施例中，本公开的各方面可结合到例如涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮喷气发动机，或者功率发生燃气涡轮发动机。
现在参照图2至4，提供根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的燃烧器组件100的视图。例如，图2至4的燃烧器组件100可定位在图1的示例性涡轮风扇发动机10的燃烧区段26中，它限定轴向方向A、径向方向R和周向方向C。更具体地，图2提供燃烧器组件100的透视图；图3提供图2的燃烧器组件100的前端的放大视图；并且图4提供图2的示例性燃烧器组件100的区段的透视横截面图。
如所显示的那样，燃烧器组件100限定中心线101，并且大体包括燃烧器穹顶102和燃烧室衬套。当组装在燃气涡轮发动机中时，燃烧器组件100的中心线101与燃气涡轮发动机的中心线(参照，图1的中心线12)对齐。对于所描绘的实施例，燃烧室衬套构造成燃烧室外衬套104，并且燃烧器穹顶102和燃烧室外衬套104一体地形成。另外，燃烧器组件100包括燃烧室内衬套106(参见图4)。燃烧器穹顶102、燃烧室外衬套104和燃烧室内衬套106各自沿着周向方向C延伸。更具体地，燃烧器穹顶102、燃烧室外衬套104和燃烧室内衬套106各自沿着周向方向C连续地延伸，以限定环形形状，在多个部件本来结合的地方无任何接缝或接头。燃烧器穹顶102、燃烧室外衬套104和燃烧室内衬套106至少部分地限定燃烧室108。燃烧室108也沿着周向方向延伸，以限定环形形状。因此，燃烧器组件100可称为环形燃烧器。
仍然参照图2至4，对于所描绘的实施例，燃烧器穹顶102、燃烧室内衬套106和燃烧室外衬套104各自由陶瓷基质复合物(“CMC”)材料形成。CMC材料是具有耐高温能力的非金属材料。用于燃烧器穹顶102和燃烧室衬套(例如，外衬套104和内衬套106)的示例性CMC材料可包括碳化硅、硅、二氧化硅或者氧化铝基质材料和它们的组合。陶瓷纤维可嵌在基质内，诸如氧化稳定的加强纤维，包括单丝，如，蓝宝石和碳化硅(例如，Textron公司的SCS-6)，以及粗纱和纱线，这包括碳化硅(例如，Nippon Carbon公司的NICALON®、Ube工业公司的TYRANNO®和Dow Coening公司的SYLRAMIC ®)、硅酸铝(例如，Nextel公司的440和480)，以及切碎的须状物和纤维(例如，Nextel公司的440和SAFFIL®)，以及可选地陶瓷颗粒(例如，Si、Al、Zr、Y和它们的组合的氧化物)和无机填料(例如，叶蜡石、钙硅石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石)。
但应当理解的是，在其它实施例中，燃烧室外衬套104和燃烧器穹顶102可不一体地形成，而是可改为以任何其它适当的方式连结。另外，在其它实施例中，燃烧器穹顶102、燃烧室内衬套106和燃烧室外衬套104可不沿着周向方向C连续地延伸，而是可改为由多个单独的构件形成。另外，仍然在其它实施例中，燃烧器穹顶102、燃烧室内衬套106和燃烧室外衬套104中的一个或多个可由任何其它适当的材料形成，诸如金属材料，而且可包括一个或多个涂层，诸如环境隔离涂层。
具体地参照图4，燃烧室外衬套104和燃烧室内衬套106各自大体沿着轴向方向A延伸——燃烧室外衬套104在前端110和后端112之间延伸，并且燃烧室内衬套106类似地在前端114和后端116之间延伸。另外，燃烧器穹顶102包括前壁118和过渡部分。具体地，所描绘的燃烧器穹顶102包括外部过渡部分120和内部过渡部分122。外部过渡部分120沿着径向方向R沿着前壁118的外边缘定位，并且内部过渡部分122沿着径向方向R沿着前壁118的内边缘定位。内部过渡部分122和外部过渡部分120各自沿周向随着燃烧器穹顶102的前壁118延伸(参见图2)。
另外，外部过渡部分120从前壁118延伸向外衬套104，并且内部过渡部分122从前壁118延伸向内衬套106。如所陈述的那样，对于所描绘的实施例，外衬套104与燃烧器穹顶102(包括前壁118和外部过渡部分120)一体地形成，并且因而外部过渡部分120从前壁118无缝地延伸到外衬套104。例如，燃烧器穹顶102和燃烧室外衬套104共同限定连续且无缝的表面，它从燃烧器穹顶102延伸到燃烧室外衬套104。
相反，燃烧室内衬套106与燃烧器穹顶102和燃烧室外衬套104分开地形成。燃烧室内衬套106使用安装组件124附连到燃烧器穹顶102上。对于大体描绘的实施例，安装组件124包括基本沿着周向方向C连续地延伸的支承部件126，以及多个支架128。支承部件126包括在前端132处的凸缘130。支承部件126的凸缘130和多个支架128设置在燃烧器穹顶102的联接凸缘134和内部燃烧室内衬套106的联接凸缘136的相对的侧部上。附连部件138或者更具体地螺栓和螺母将支承部件126的凸缘132和多个支架128挤压到一起，以附连燃烧器穹顶102和燃烧室内衬套106。另外，支承部件126延伸到后端140，后端140包括安装凸缘142，以附连到燃气涡轮发动机的结构构件上，诸如壳或其它结构部件。因此，燃烧室外衬套104、燃烧器穹顶102和燃烧室内衬套106可各自在燃烧器组件100的前端处(即，在内衬套106的前端114处)通过安装组件124的支承部件126支承在燃气涡轮发动机内。
如参照图5至7将在下面更详细地描述的那样，燃烧器穹顶102另外限定开口144，并且燃烧器组件100包括燃料-空气喷射器硬件组件146。更具体地，燃烧器穹顶102限定多个开口144，并且燃烧器组件100包括相应的多个燃料-空气喷射器硬件组件146——各个开口144构造成接收多个燃料-空气喷射器硬件组件146中相应的一个。对于所描绘的实施例，各个开口144沿着周向方向C基本均匀地间隔开。具体地参照图3，由燃烧器穹顶102限定的各个开口144包括中心148，并且燃烧器穹顶102限定沿着周向方向C从一个开口144的中心148到相邻开口144的中心148测得的间距S。因此，如所描绘的那样，间距S可定义为一个开口144的中心148和相邻开口144的中心148之间的弧长。另外，虽然在图2和3中示意性地描绘了燃料-空气喷射器硬件组件146，但燃料-空气喷射器硬件组件146的中心线149(参见图5)可穿过其延伸通过其中的开口144的中心148。因此，在某些示例性实施例中，间距S还可定义为沿着周向方向C在相邻燃料-空气喷射器硬件组件146的中心线149之间(更具体地在穿过相应的开口144的中心线149的部分之间)的距离。间距S对于多个开口144中的各个可为一致的。
大体上，燃料-空气喷射器硬件组件146构造成接收来自燃料喷嘴(未显示)的可燃燃料流和来自燃气涡轮发动机(燃烧器组件100安装在其中)的压缩机区段的压缩空气(参见图1)。燃料-空气喷射器硬件组件146混合燃料和压缩空气，并且将这种燃料-空气混合物提供给燃烧室108。如还将在下面更详细地论述的那样，各个燃料空气喷射器硬件组件146包括用于将组件直接附连到燃烧器穹顶102上的构件。值得注意的是，对于所描绘的实施例，多个燃料-空气喷射器硬件组件146中的各个的这样的构件构造成使得一个或多个组件独立于相邻燃料-空气喷射器硬件组件146而附连到燃烧器穹顶102上。更具体地，对于所描绘的实施例，各个燃料-空气喷射器硬件组件146独立于其它燃料-空气喷射器硬件组件146中的各个而附连到燃烧器穹顶102上。因此，除了通过燃烧器穹顶102，燃料-空气喷射器硬件组件146没有一部分附连到相邻燃料-空气喷射器硬件组件146上。至少部分地通过将示例性燃烧器穹顶102构造成沿着周向方向C基本连续地延伸来实现这种构造。
如还可在图2至4中看到的那样，燃烧器穹顶102大体包括第一侧或冷侧150，以及第二侧或热侧152，热侧152暴露于燃烧室108。燃烧器穹顶102限定多个冷却孔154，冷却孔从冷侧150延伸到热侧152，以允许冷却空气流通过其中。如可看到的那样，多个冷却孔154包括多个冷却孔154，它们围绕燃烧器穹顶102限定的各个开口144延伸，或者改为围绕燃烧器穹顶102限定的各个开口144的周边间隔开。这种冷却孔154可构造成将冷却空气流提供给燃料-空气喷射器硬件组件146的位于燃烧室108内的某些构件。
现在参照图5至7，提供图2的示例性燃烧器组件100的额外的视图。具体地，图5提供图2的示例性燃烧器组件100的侧视横截面图；图6提供附连燃烧器穹顶102的燃料-空气喷射器硬件组件146的透视横截面图；并且图7提供附连燃烧器穹顶102的示例性燃料-空气喷射器硬件组件146的侧视横截面图。
具体参照图5，更清楚地描绘示例性燃料-空气喷射器硬件组件146至少部分地延伸通过燃烧器穹顶102限定的多个开口144中相应的一个。示例性燃料-空气喷射器硬件组件146限定中心线149，并且大体包括至少部分地定位在燃烧器穹顶102的冷侧150附近的第一部件和至少部分地定位在燃烧器穹顶102的热侧152附近的第二部件。第一和第二部件共同限定附连接口168，从而将第一部件连结到第二部件上，并且将燃料-空气喷射器硬件组件146安装到燃烧器穹顶102上。此外，附连接口168被遮蔽而免受(即，不直接暴露于)燃烧室108的影响，以保护附连接口168免受燃烧室108内较热的运行温度的影响。对于所描绘的实施例，第一部件是密封板156，并且第二部件是热遮蔽件158。燃料-空气喷射器硬件组件146进一步包括旋流器160，例如通过焊接附连到密封板156上的旋流器160。热遮蔽件158、密封板156和旋流器160可各自由金属材料形成，诸如金属合金材料。
热遮蔽件158限定外径DHS，或者更具体地，热遮蔽件158包括热偏转唇缘162，它基本定位在燃烧室108内且限定外径DHS。热偏转唇缘162构造成在运行期间保护或遮蔽燃料-空气喷射器硬件组件146的至少一部分免受燃烧室108内的较高温度的影响。值得注意的是，热偏转唇缘162大体包括背朝燃烧器穹顶102的前壁118的冷侧164和面向下游的热侧166。热遮蔽件158或者改为热偏转唇缘162可包括在热侧166(未显示)上的环境隔离涂层，或者其它适当的保护涂层。
对于所描绘的实施例，与燃烧器组件100的整体大小相比，并且更具体地，与燃烧室108和燃烧器组件100的燃烧器穹顶102的前壁118的大小相比，热遮蔽件158是更小的热遮蔽件158。例如，燃烧室108包括限定在内衬套106和外衬套104之间的环带HA高度。特别地，燃烧器穹顶102的前壁118限定与燃烧器组件100的中心线101相交的方向DFW，并且对于所描绘的实施例，在垂直于燃烧器穹顶102的前壁118的方向DFW上限定环带高度HA。另外，前壁118的方向DFW垂直于燃料-空气喷射器硬件组件146的中心线149。燃烧室108的环带高度HA与热遮蔽件158的外径DHS的比(“HA：DHS”)为至少大约1.3:1。例如，燃烧室108的环带高度HA与热遮蔽件158的外径DHS的比HA:DHS可为至少大约1.4:1，至少大约1.5:1，至少大约1.6:1，或者高达大约1.8:1。如本文所用，诸如“大约”或“大致”的近似用语指的是在10%的误差边界之内。
此外，燃烧器穹顶102的示例性前壁118沿着前壁118的方向DFW限定长度LFW。对于所描绘的实施例，从过渡部分120和前壁118之间的第一弯部121和过渡部分122和前壁118之间的第一弯部123限定前壁118的长度LFW。前壁118的长度LFW与热遮蔽件158的外径DHS比(“LFW:DHS”)为至少大约1.1:1。例如，前壁118的长度LFW和热遮蔽件158外径DHS的比LFW:DHS可为至少大约1.15:1，至少大约1.2:1，或者介于之间1.1:1和1.5:1之间。
另外，如上面关于图2所描述的那样，燃烧器组件100限定从一个开口144的中心148到相邻开口144的中心148的、沿着周向方向C测得的间距S (参见图2)。对于所描绘的实施例，间距S与热遮蔽件158的外径DHS的比(“S:DHS”)为至少大约1.3:1。例如，多个开口144的间距S与热遮蔽件158的外径DHS的比S:DHS可为至少大约1.4:1，至少大约1.5:1，至少大约1.7:1，或者高达大约1.9:1。
因此，由于这种构造，燃烧器穹顶102在燃烧器组件100的运行期间可较暴露于燃烧室108内的运行温度。但是，减小热遮蔽件158的占地面积可导致整个燃烧器组件100更轻。另外，本公开的发明人已经发现，如果燃烧器穹顶102可由CMC材料形成，则燃烧器穹顶102可特别适合经受住这样升高的温度。
尽管减小了占地面积，但热遮蔽件158仍然可保护燃料-空气喷射器硬件组件146的各种其它金属构件。例如，仍然参照图5的燃料-空气喷射器硬件组件146，密封板156和旋流器160限定最大外径DMAX(还参照下面的图7)。密封板156和旋流器160的最大外径DMAX小于或等于热遮蔽件158的外径DHS。例如，在某些示例性实施例中，热遮蔽件158的外径DHS与旋流器160和密封板156的最大外径DMAX的比(“DHS:DMAX”)可介于大约1:1和大约1.1:1之间。
现在特别参照图6和7，如前面论述的那样，燃料-空气喷射器硬件组件146包括第一部件或密封板156，以及第二部件或热遮蔽件158。燃料-空气喷射器硬件组件146另外包括旋流器160，如本文所用，旋流器160大体表示提供来接收和混合燃料和空气流，以及用将混合物提供给燃烧室108的各种构件。
密封板156至少部分地定位在燃烧器穹顶102的冷侧150附近，并且热遮蔽件158至少部分地定位在燃烧器穹顶102的热侧152附近。密封板156和热遮蔽件158彼此连结，以将燃料-空气喷射器硬件组件146安装到燃烧器穹顶102上。特别地，如上面陈述的那样，密封板156和热遮蔽件158共同限定附连接口168。在某些示例性实施例中，密封板156可旋转地与热遮蔽件158接合，并且因而附连接口168可为由密封板156和热遮蔽件158的互补螺纹表面形成的可旋转附连接口。
特别是对于所描绘的实施例，密封板156限定第一凸缘170，它定位在燃烧器穹顶102的冷侧150附近，并且热遮蔽件158包括第二凸缘172，它定位在燃烧器穹顶102的热侧152附近。对于给定燃烧器组件100，在组装期间，热遮蔽件158和密封板156可在附连接口168处上紧到期望夹持力(即，当附连接口168是可旋转附连接口168时，上紧到特定扭转)。因此，当组装好时，第一凸缘170和第二凸缘172朝彼此挤压(抵靠着燃烧器穹顶102)，使得它们附连到燃烧器穹顶102上。然后旋流器160和/或燃料-空气喷射器硬件组件146的其它构件可通过焊接或任何其它适当的方式附连到例如密封板156上。另外，一旦组装好，密封板156可在附连接口168处焊接到热遮蔽件158，以防止密封板156相对于挡热板松弛(即，防止密封板156相对于热遮蔽件158旋转)。但应当理解的是，旋流器160和/或燃料-空气喷射器硬件组件146的其它构件可按任何其它适当的方式(诸如通过使用机械紧固件或其它机械紧固器件)附连到例如密封板156上。
另外，简要参照图8，提供密封板156和燃烧器穹顶102的一部分的放大透视横截面图。密封板156限定槽口174，并且燃烧器穹顶102另外限定槽口176。燃料-空气喷射器硬件组件146包括销178，销178延伸通过密封板156中的槽口174且延伸到燃烧器穹顶102中的槽口176中。销178可为圆柱形金属销，或者备选地，可具有任何其它适当的形状，并且可由任何其它适当的材料构造而成。无论如何，销178可防止密封板156相对于燃烧器穹顶102旋转。例如，在安装密封板156之前，或者一旦密封板156和销178就位，销178可焊接或以别的方式固定到密封板156上。
仍然参照图6和7的实施例，第一凸缘170定位成直接抵靠着燃烧器穹顶102的冷侧150，并且第二凸缘172定位成直接抵靠着燃烧器穹顶102的热侧152。因此，例如在密封板156和燃烧器穹顶102或热遮蔽件158和燃烧器穹顶102之间不需要中间构件来安装燃料-空气喷射器硬件组件146。值得注意的是，燃烧器穹顶102包括凸起的隆起180(图7)，它在冷侧150上围绕燃烧器穹顶102中的开口144的周边延伸，以围绕限定在燃烧器穹顶102中的开口144对燃烧器穹顶102的附连部分提供期望厚度和额外的强度。另外，燃烧器穹顶102包括凹部181，它在热侧152上围绕燃烧器穹顶102中的开口144的周边延伸，以接收热遮蔽件158的凸缘172。但应当理解的是，在某些实施例中，燃烧器组件100可包括在第一凸缘170和第二凸缘172和燃烧器穹顶102之间的中间构件。
还对于所描绘的实施例，燃烧器穹顶102由CMC材料形成，而燃料-空气喷射器硬件组件146则由金属材料形成，诸如金属合金材料。为了防止相对于燃烧器穹顶102的热膨胀超过期望量(即，将燃料-空气喷射器硬件组件146附连到燃烧器穹顶102上的密封板156和热遮蔽件158的一部分的热膨胀)，由密封板156和热遮蔽件158限定的附连接口168至少部分地定位在燃烧器穹顶102的开口144中。由于这种构造，附连接口168可得到热遮蔽件158和/或燃料-空气喷射器硬件组件146的其它构件的保护。例如，热遮蔽件158可构造成使其在燃烧器组件100的运行期间保护或遮蔽附连接口168而免受燃烧室108中的热量的影响。因此，可防止将燃料-空气喷射器硬件组件146附连到燃烧器穹顶102上的构件在燃烧器组件100的运行期间热膨胀超过期望量，使得燃料-空气喷射器硬件组件146与燃烧器穹顶102的附连在燃烧器组件100的运行期间保持完好无损。
此外，为了使热遮蔽件158在燃烧器组件100的运行期间保持处于期望运行温度范围之内，除了保护附连接口168之外，燃烧器穹顶102构造成在燃烧器组件100的运行期间将冷却空气流提供给热遮蔽件158。如所陈述的那样，燃烧器穹顶102包括延伸通过燃烧器穹顶102的冷却孔154。特别地，对于所描绘的实施例，冷却孔154定位成将冷却空气流引导到热遮蔽件158的热偏转唇缘162上，或者改为引导到热遮蔽件158的热偏转唇缘162的冷侧164上。例如，所描绘的示例性冷却孔154从燃烧器穹顶102的冷侧150到燃烧器穹顶102的热侧152而朝燃烧器穹顶102中的开口144倾斜(即，随着其从燃烧器穹顶102的冷侧150延伸到燃烧器穹顶102的热侧152而朝开口144倾斜)。另外，冷却孔154包括在燃烧器穹顶102的热侧152处的出口182，并且对于所描绘的实施例，热遮蔽件158的热偏转唇缘162覆盖燃烧器穹顶102中的冷却孔154的出口182。例如，热偏转唇缘162的至少一部分相对于开口144的中心148延伸得比冷却孔154的出口182的至少一部分更远。例如，在图5中描绘的横截面中，热偏转唇缘163相对于开口144的中心148沿垂直于燃烧器穹顶102的前壁118方向DFW的方向延伸得比所描绘的冷却孔154的出口182的至少一部分更远。由于这种构造，通过冷却孔154的至少大部分空气流必须流到热偏转唇缘162的冷侧164上。
特别是对于所描绘的实施例，热遮蔽件158的热偏转唇缘162的冷侧164至少部分地限定通道184。特别地，通道184由热偏转唇缘162的冷侧164以及热遮蔽件158的第二凸缘172和燃烧器穹顶102的热侧152的一部分限定。对于所描绘的实施例，热偏转唇缘162沿在形状上类似于燃烧器穹顶102中的开口144的周边的圆形方向延伸。因此，通道184可称为周向通道。
在燃烧器组件100的运行期间，通过燃烧器穹顶102中的冷却孔154提供冷却空气流，而且由于冷却孔154的定位，将冷却空气流提供到通道184中，使得通道184接收冷却空气流。在某些实施例中，冷却空气流可源自燃气涡轮发动机的压缩机区段，燃烧器组件100安装到燃气涡轮发动机中(参见图1)。冷却空气流可从热偏转唇缘162移除一定的热量，以使热遮蔽件158保持在期望运行温度范围之内。另外，冷却空气流可使将燃料-空气喷射器硬件组件146附连到燃烧器穹顶102上的构件保持在期望运行温度范围之内。如所描绘的那样，所描绘的示例性通道184限定U形。因而通道184可沿着燃烧器穹顶102的热侧152使来自冷却孔154的冷却空气流改向，并且将其引导到下游，以开始也用于燃烧器穹顶102的冷却流。但是，在其它实施例中，如果需要的话，通道184可具有任何适合提供这种功能性的其它形状。
为了确保通道184实现以上功能性，通道184可限定至少最小高度DC。特别地，通道184可沿垂直于燃烧器穹顶102的前壁118的方向DFW的方向限定高度DC(参见图5)。通道184的高度DC取决于通过通道184的预计冷却空气量，以使通道184中的冷却空气的速度保持高于阈值。例如，在某些实施例中，通道184的高度DC可为至少大约0.010英寸，诸如至少大约0.025英寸，诸如至少大约0.050英寸，或任何其它适当的高度。
值得注意的是，如前面陈述的那样，燃烧器穹顶102可进一步包括多个冷却孔154，它们沿着燃烧器穹顶102中的开口144的周边间隔开。特别地，燃烧器穹顶102可进一步包括多个冷却孔154，它们定位成将冷却空气流引导到热偏转唇缘162的冷侧164上。这种构造可进一步确保热遮蔽件158在燃烧器组件100的运行期间保持在期望运行温度范围之内，并且/或者将燃料-空气喷射器硬件组件146附连到燃烧器穹顶102上的构件保持在期望运行温度范围之内。
根据本公开的一个或多个实施例的燃烧器组件可提供将大体由金属材料形成的燃料-空气喷射器硬件组件附连到大体可由CMC材料形成的燃烧器穹顶上的高效方式。另外，由于这种构造，热遮蔽件可在大小上设置成在燃烧器组件的运行期间针对燃烧室内的较高温度提供期望保护量，而不会过大和/或不会对燃烧器组件添加过度的重量。另外，包括本公开的一个或多个特征的燃料-空气喷射器硬件组件可允许热遮蔽件针对燃烧室内的较高温度提供期望保护量，同时保持在期望运行温度范围内，而且同时使将燃料-空气喷射器硬件组件146附连到燃烧器穹顶102上的构件保持在期望运行温度范围之内。仍然另外，包括通过燃烧器穹顶的多个冷却孔可允许有更紧凑的燃料-空气喷射器硬件组件，因为不需要燃料-空气喷射器硬件组件有供冷却空气流通过其中的空间。另外，提供通过燃烧器穹顶的冷却空气流可允许有更好的源压力(这与使冷却空气流过燃料-空气喷射器硬件组件相反)。
但应当理解的是，仅仅以示例的方式提供燃烧器组件100，以及特别是燃烧器穹顶102和燃料-空气喷射器硬件组件146，而且在其它实施例中，可具有任何其它适当的构造。例如，在其它示例性实施例中，燃料-空气喷射器硬件组件146可按任何其它适当的方式附连到燃烧器穹顶102上，燃料-空气喷射器硬件组件146的热遮蔽件158可具有任何其它适当的构造，而且类似地，燃烧器穹顶102可具有任何其它适当的构造。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (18)

1.一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
燃烧器穹顶，其至少部分地限定燃烧室且包括热侧和冷侧；以及
燃料-空气喷射器硬件组件，其包括
至少部分地定位在所述燃烧器穹顶的所述冷侧附近的第一部件；以及
至少部分地定位在所述燃烧器穹顶的所述热侧附近的第二部件，所述第一部件和所述第二部件共同限定附连接口，所述附连接口将所述第一部件连结到所述第二部件上，并且将所述燃料-空气喷射器硬件组件安装到所述燃烧器穹顶上，所述附连接口被遮蔽而免受所述燃烧室的影响；
其中，所述第一部件限定槽口，其中，所述燃烧器穹顶限定槽口，以及其中，所述燃料-空气喷射器硬件组件进一步包括销，所述销延伸通过所述第一部件中的所述槽口，并且延伸到所述燃烧器穹顶中的所述槽口中，以防止所述第一部件相对于所述燃烧器穹顶旋转，以及其中，所述销与所述第二部件脱开。
2.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件包括定位在所述燃烧器穹顶的所述冷侧附近的第一凸缘，其中，所述第二部件包括定位在所述燃烧器穹顶的所述热侧附近的第二凸缘，以及其中，所述第一凸缘和所述第二凸缘被所述附连接口朝彼此挤压。
3.根据权利要求2所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一凸缘定位成直接抵靠着所述燃烧器穹顶的所述冷侧，以及其中，所述第二凸缘定位成直接抵靠着所述燃烧器穹顶的所述热侧。
4.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件在所述附连接口处可旋转地与所述第二部件接合。
5.根据权利要求4所述的燃烧器组件，其特征在于，通过焊接或使用机械紧固件使所述第一部件另外附连到所述第二部件上。
6.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件是密封板，以及其中，所述第二部件是热遮蔽件。
7.根据权利要求6所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃料-空气喷射器硬件组件进一步包括旋流器，以及其中，所述旋流器附连到所述密封板上。
8.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶限定开口，以及其中，所述燃料-空气喷射器硬件组件至少部分地延伸通过所述开口。
9.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶限定多个开口，其中，所述燃烧器组件进一步包括多个燃料-空气喷射器硬件组件，其中，各个燃料-空气喷射器硬件组件至少部分地定位在所述燃烧器穹顶的所述多个开口中的一个中，以及其中，所述燃料-空气喷射器硬件组件中的一个或多个独立于相邻的燃料-空气喷射器硬件组件而附连到所述燃烧器穹顶上。
10.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶由CMC材料形成。
11.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶限定多个冷却孔，以将冷却空气流提供给所述第二部件，并且降低所述附连接口的温度。
12.一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
燃烧器穹顶，其至少部分地限定燃烧室且包括热侧和冷侧；以及
燃料-空气喷射器硬件组件，其用于将燃料-空气混合物提供给所述燃烧室，所述燃料-空气喷射器硬件组件包括
至少部分地定位在所述燃烧器穹顶的所述冷侧附近的第一部件；以及
热遮蔽件，其用于遮蔽所述燃料-空气喷射器硬件组件的至少一部分，并且至少部分地定位在所述燃烧器穹顶的所述热侧附近，所述热遮蔽件连结到所述第一部件上，以将所述燃料-空气喷射器硬件组件安装到所述燃烧器穹顶上；
其中，所述第一部件限定槽口，其中，所述燃烧器穹顶限定槽口，以及其中，所述燃料-空气喷射器硬件组件进一步包括销，所述销延伸通过所述第一部件中的所述槽口，并且延伸到所述燃烧器穹顶中的所述槽口中，以防止所述第一部件相对于所述燃烧器穹顶旋转，以及其中，所述销与所述热遮蔽件脱开。
13.根据权利要求12所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件和所述热遮蔽件共同限定附连接口，其中，所述第一部件在所述附连接口处连结到所述热遮蔽件上，其中，所述热遮蔽件构造成在所述燃烧器组件的运行期间保护所述附连接口免受所述燃烧室中的热量的影响。
14.根据权利要求13所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件在所述附连接口处可旋转地与所述热遮蔽件接合。
15.根据权利要求12所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件是密封板，其中，所述燃料-空气喷射器硬件组件进一步包括旋流器，以及其中，所述旋流器附连到所述密封板上。
16.根据权利要求13所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶限定开口，其中，所述燃料-空气喷射器硬件组件至少部分地延伸通过所述开口，以及其中，所述附连接口至少部分地定位在所述开口中。
17.根据权利要求12所述的燃烧器组件，其特征在于，所述第一部件包括直接定位在所述燃烧器穹顶的所述冷侧附近的第一凸缘，其中，所述热遮蔽件包括直接定位在所述燃烧器穹顶的所述热侧附近的第二凸缘，以及其中，所述第一凸缘和所述第二凸缘朝彼此挤压，以将所述燃料-空气喷射器硬件组件安装到所述燃烧器穹顶上。
18.根据权利要求16所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器穹顶包括凸起的隆起，其在所述燃烧器穹顶的所述热侧上围绕所述开口的周边延伸，以及其中，所述燃烧器穹顶包括凹部，其在所述燃烧器穹顶的所述冷侧上围绕所述开口的周边延伸。
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