CN109539308B - 用于燃气涡轮发动机的倾斜燃烧器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧区段，包括燃烧器组件，外壳，燃料喷射器组件和内壳。燃烧器组件包括内衬和外衬。燃烧器组件还包括圆顶组件。圆顶组件，内衬和外衬一起限定其间的燃烧室。燃烧器组件还包括隔板组件，限定联接到内衬上且包绕外衬和圆顶组件的多个壁。隔板组件的至少一部分至少部分地沿向前方向延伸，且限定隔板组件与圆顶组件之间的增压室。外壳包绕燃烧器组件，且至少部分地与燃烧器组件同方向延伸。燃料喷射器组件延伸穿过外壳、隔板组件和圆顶组件。内壳，外壳和燃烧器组件一起限定与燃烧室直接流体连通的主流径。主流径由内壳，外壳和燃烧器组件限定。氧化剂以串流流过主流径，穿过增压室和燃料喷射器组件而进入燃烧室。

Description

用于燃气涡轮发动机的倾斜燃烧器

技术领域

本公开涉及涡轮发动机燃烧器组件。

背景技术

燃气涡轮发动机，如动力生成燃气涡轮发动机受制于日益严格的排放法规。此外，许多动力生成燃气涡轮发动机如船舶或工业燃气涡轮发动机源自最初设计成用于飞行器推进的航空燃气涡轮发动机。然而，航空燃气涡轮发动机通常在生成类似或更大的能量输出的同时优先减小轴向和/或径向尺寸。因此，减小航空燃气涡轮发动机的尺寸可能不利地影响动力生成燃气涡轮发动机的燃烧组件，如，通过减小可用于满足或超过排放法规所需的充分燃料空气混合的流径长度。

已知的燃烧器组件非期望地包括显著的压力损失、流动非均匀、减小的回流裕度，或不足的流径长度、容积和燃烧气体停留时间，从而降低性能、增加排放且降低耐用性。因此，需要一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件，其增大燃烧器流径和预混器长度，同时减小压力损失，允许流动均匀且改善回流裕度，以改善性能、耐用性和排放输出。

发明内容

本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实践而得知。

本公开内容针对一种用于燃气涡轮发动机的燃烧区段。燃烧区段包括燃烧器组件，外壳，燃料喷射器组件和内壳。燃烧器组件包括内衬和外衬，其分别至少部分地沿纵向方向且相对于纵向中心线成锐角延伸。燃烧器组件还包括在内衬与外衬之间延伸的圆顶组件。圆顶组件，内衬和外衬一起限定其间的燃烧室。燃烧器组件还包括隔板组件，隔板组件限定联接到内衬上且基本上包绕外衬和圆顶组件的多个壁。隔板组件的至少一部分至少部分地沿向前方向延伸，且限定隔板组件与圆顶组件之间的增压室。外壳包绕燃烧器组件，且至少部分地与燃烧器组件同方向延伸。燃料喷射器组件延伸穿过外壳、隔板组件和圆顶组件。内壳，外壳和燃烧器组件一起限定与燃烧室直接流体连通的主流径。主流径至少沿向前方向和向后方向延伸，由内壳，外壳和燃烧器组件限定。氧化剂以串流流过主流径，穿过增压室和燃料喷射器组件而进入燃烧室。

在各种实施例中，燃烧区段还包括联接到内壳上的内壳整流罩。内壳整流罩至少部分地与内衬同方向延伸，且将氧化剂流从外壳与内壳之间沿向前方向到向后方向在外壳与内衬之间引导。在一个实施例中，内壳整流罩限定至少部分地沿径向方向向外延伸的尖端，并且其中尖端限定一个或多个尖端开口。在另一个实施例中，内壳整流罩将一个或多个尖端开口限定为多排尖端开口，其延伸穿过其到达限定在内衬与内壳整流罩之间的通路。多排尖端开口至少限定第一排，第一排限定的横截面积小于在第一排下游限定较大横截面积的第二排。在另一个实施例中，内壳整流罩限定设置在燃烧室的大约30％到70％的轴向跨度之间的端口。端口将氧化剂流提供至涡轮区段的喷嘴组件。

在又一个实施例中，燃烧区段还包括设置在内壳整流罩与喷嘴组件之间的整流罩壁。整流罩壁和内壳整流罩一起限定其间的第三腔。氧化剂流从第三腔流出到喷嘴组件，以穿过其间提供冷却。

在燃烧区段的一个实施例中，燃料喷射器组件包括燃料喷射器整流罩，其限定轮廓壁，该轮廓壁至少部分地朝氧化剂流进入增压室内的方向延伸，从该方向到达增压室内。燃料喷射器整流罩将氧化剂流从增压室经由燃料喷射器组件引导至燃烧室。

在各种实施例中，隔板组件限定轮廓整流罩，其引导氧化剂流在外衬与隔板组件之间从向内的径向方向至向外的径向方向。在一个实施例中，轮廓整流罩在其内限定第一腔。第一腔提供主流径中的氧化剂流的流动波动的阻尼。在另一个实施例中，轮廓整流罩的至少一部分限定大致径向部分，其将轮廓整流罩联接到从外壳延伸至燃烧组件的安装构件上。径向部分促进与轮廓整流罩，外衬或两者的流动附接。

在又一个实施例中，燃烧区段还包括从圆顶组件延伸至隔板组件的阻尼器构件，其中阻尼器构件提供声模的衰减。

在又一个实施例中，燃烧区段还包括从圆顶组件朝隔板组件延伸的阻尼器组件。阻尼器组件以周向布置设置在两个或多个燃料喷射器组件之间。在一个实施例中，阻尼器组件限定在阻尼器组件的壁内延伸的一个或多个阻尼器通路。阻尼器通路限定构造成阻尼一个或多个声模的容积。

在一个实施例中，燃烧器组件还包括设置成穿过外壳的一个或多个谐振器管，以及与增压室流体连通的隔板组件。

在又一个实施例中，燃烧区段还包括附件，其延伸穿过外壳，轮廓整流罩且至少部分地延伸外衬。附件限定一个或多个点火器，传感器或两者。

在另一个实施例中，隔板组件限定延伸穿过其间的隔板开口。隔板开口提供氧化剂经由其间流至限定在隔板组件与圆顶组件之间的增压室。

在各种实施例中，燃烧区段还包括从外壳延伸至燃烧组件的安装构件。在一个实施例中，安装构件限定第一开口，主流径延伸穿过第一开口来与限定在圆顶组件与隔板组件之间的增压室流体连通。

在另一个实施例中，燃烧器组件的锐角相对于纵向中心线在大约10度到大约85度之间。

在各种实施例中，隔板组件限定基本与外壳同方向至少部分地沿向前的轴向方向延伸的第二壁。多个第二壁开口限定为穿过其间，提供了增压室与外壳与隔板组件之间的主流径之间的流体连通。在一个实施例中，第二壁限定多个周向成排的第二壁开口。多个周向排沿氧化剂流的向前方向限定在增大的横截面积中。

参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明的完整和启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考附图，其中：

图1是根据本公开内容的一个方面的结合示例性燃烧器组件的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；

图2是图1中所示的示例性发动机的燃烧器组件的示例性实施例的轴向横截面视图；

图3是图2中提供的燃烧器组件的示例性实施例的一部分的详图；

图4是图2中提供的燃烧器组件的示例性实施例的另一部分的详图；

图5是图2中提供的燃烧器组件的示例性实施例的一部分的详细透视图；

图6是图2中提供的燃烧器组件的示例性实施例的一部分的另一个详细透视图；以及

图7是图2中提供的燃烧器组件的示例性实施例的一部分的又一个详细透视图。

图8是阻尼器组件150的透视图和局部断面。

在本说明书和图中参考标号的重复使用意图表示本发明的相同或相似特征或元件。

具体实施方式

现将详细参考本发明的实施例，在图中说明本发明的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本发明而提供，而非限制本发明。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。

如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，而并非意欲表示个别部件的位置或重要性。

术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流的相对方向。举例来说，“上游”是指流体从其流出的方向，而“下游”是指流体流到的方向。

大体上提供了用于燃气涡轮的燃烧器组件的实施例，其可增大燃烧器流径和预混器的长度，同时减小压力损失，允许流动均匀性，且改善回流裕度来改善性能、耐用性和排放输出(例如，减少CO排放)。本文大体上提供的燃烧器组件的实施例包括倾斜或成角的燃烧器，其大体上减小倾倒和调节损失和压力损失，且使用大致所有流径空气(即，压缩机流出空气)来用于燃烧器组件的冷却和燃烧，且提供增大的流径长度，同时对于源自航空燃气涡轮发动机的动力生成燃气涡轮发动机，保持或减小燃烧器/扩散器组件的长度和整个燃气涡轮发动机的长度，或更确切地说，气体发生器核心长度。

现在参看附图，图1是如可结合本公开内容的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机10(本文中称为“发动机10”)的示意性局部横截面侧视图。尽管下文大体上参照燃气涡轮发动机来进一步描述，但本公开内容还可大体上适用于涡轮机，包括船舶和工业燃气涡轮发动机、辅助动力单元和用于涡扇、涡轮喷气、涡轮螺旋桨和涡轮轴燃气涡轮发动机的燃气涡轮发动机核心。

如图1中所示，发动机10具有为了参考目的的延伸穿过其间的纵向或轴向中心线轴线12。发动机10限定轴向方向A和上游端99和下游端98。上游端99大体上对应于空气从其进入发动机10的发动机10的一端，并且下游端98通常对应于与上游端99大体上相对的空气在该处流出发动机10的一端。通常，发动机10可包括设置在动力涡轮14上游的气体发生器或核心发动机16。动力涡轮14大体上联接到电负载装置上，以生成和提供动力至系统或电网。

核心发动机16通常可包括限定环形入口20的大致管状的外壳。外壳以串流关系包封或至少部分地形成：压缩机区段21，其具有增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；以及涡轮区段31，其包括高压(HP)涡轮28、低压(LP)涡轮30和动力涡轮14。高压(HP)转子轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)转子轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。

图2是如图1所示出的核心发动机16的示例性燃烧区段26的横截面侧视图。如图2中所示，燃烧区段26可大体上包括燃烧器组件50，其具有分别至少部分地沿轴向方向A延伸的内衬52和外衬54。内衬52和外衬54分别相对于轴向中心线12成锐角100至少部分地延伸。圆顶组件57在内衬52与外衬54之间延伸。圆顶组件57大体上联接到内衬52和外衬54上。燃烧室62限定在内衬52、外衬54和圆顶组件57之间。

圆顶组件57分别在内衬52和外衬54的上游端58、60之间延伸。燃烧器组件50还包括设置在圆顶组件57上游的隔板组件56。如图2中所示，内衬52相对于发动机10的轴向中心线12与外衬54间隔开，且在其间限定大体上环形的燃烧室62。在其它实施例中，内衬52和外衬54可限定筒型燃烧器或筒环型燃烧器组件，其中每个燃烧器组件50限定分别以相邻布置围绕轴向中心线12限定的多个燃烧室62。在特定实施例中，内衬52、外衬54和/或圆顶组件57可至少部分地或全部地由金属合金或陶瓷基复合(ceramic matrix composite，CMC)材料形成。

燃烧区段26还包括包绕燃烧组件50的外壳110。外壳110至少部分地沿轴向方向A延伸，且在径向方向R上从轴向中心线12延伸。外壳110大体上与内衬52和隔板组件56同方向延伸，隔板组件56限定多个壁，壁联接到内衬52上，且大体上包绕外衬54和圆顶组件57。内壳120沿轴向方向A至少部分地在燃烧器组件50和外壳110内侧延伸。外壳110和内壳120分别大体上围绕发动机10的轴向中心线12环形地延伸。

外壳110内壳120和燃烧器组件50一起限定与燃烧室62直接流体连通的主流径105。此外，主流径105延伸来与燃烧区段26上游的压缩机区段21流体连通，并且与燃烧区段26的燃烧室62下游的涡轮区段31流体连通。由箭头82示意性示出的氧化剂(如空气)流从上游端99进入燃烧区段26。以串流顺序，氧化剂82在外壳110与内壳120之间流动，外壳110和内壳120一起在其间限定预扩散器65。

外壳110和内壳120一起沿轴向方向A且至少部分地沿径向方向R延伸，以便将向前的氧化剂82流(即，沿从前端95朝后端94的轴向方向A，如，沿向前方向F，为了参考而示意性提供)沿径向方向R引导到向外方向，且沿轴向方A朝前端95(即，至少部分的沿与向前方向F相对的向后方向)，如，箭头83示意性所示。氧化剂83的反向流动大体上限定在燃烧器组件50的外壳110与内衬52之间。氧化剂83的反向流动由大体上沿径向方向R向外延伸的外壳110提供，且从氧化剂82流的向前方向F沿轴向方向A朝与向前方向F相对的相反方向。

氧化剂83的向后流动进一步在外壳110与内衬52和隔板组件56的一部分的倾斜或成角设置之间提供。隔板组件56包括相对于轴向中心线12环形地延伸的多个壁。隔板组件56包括从内衬52延伸的第一壁101。第一壁101沿径向方向R至少部分地向外延伸。第一壁101可从内衬52沿轴向方向A朝前端95至少部分地进一步延伸。

第一壁101还可限定弯头111，第一壁101进一步朝后端94设置在弯头111中。因此，隔板组件56的第一壁101可从内衬52朝前端95延伸，在弯头111处弯曲，且朝后端94延伸。第一壁101还可沿径向方向R大体上向外延伸。外壳110大体上与第一壁101同方向，以便限定与第一壁101和外壳110同方向延伸的主流径105。因此，如由箭头84大体上示意性提供，氧化剂83可从反向方向朝向前方向F流动(即，从前端95沿轴向方向A朝后端94)。由第一壁101和外壳110限定的主流径105还可沿径向方向R向外进一步延伸，以相应地进一步设置氧化剂84。

隔板组件56的部分可限定延伸穿过其间的隔板开口121，以允许氧化剂流84的一部分进入限定在隔板组件56与圆顶组件57之间的增压室71中。例如，如图2中大体上提供的，隔板开口121可限定为穿过第一壁101，以允许氧化剂84流的一部分(由箭头92示意性所示的一部分)流入增压室71中。在一个实施例中，隔板开口121限定一个或多个离散开口或孔口，以限定圆形、卵形或跑道形、矩形、多边形、泪滴形或大体上长方形的横截面。在其它实例中，隔板开口121可至少部分地沿周向围绕隔板组件56限定。隔板开口121可缓解燃烧区段26内的氧化剂的压力损失。更确切地说，隔板开口121可缓解沿主流径105从预扩散器65到燃烧室62的氧化剂的压力损失。

隔板组件56还可包括联接到第一壁101上且从其延伸的第二壁102。第二壁102至少部分地沿向前方向F朝后端94延伸。在各种实施例中，如图2中所示，第二壁102还可至少部分地沿径向方向R向外延伸。大体上与第二壁102同方向限定的外壳110进一步与第二壁102限定大体上沿向前方向F的主流径105，且还沿向前方向F设置氧化剂流，如，箭头85示意性所示。

隔板组件56还可包括联接到第二壁102上且沿径向方向R至少部分地向内延伸的第三壁103。外壳110大体上与第三壁103同方向延伸，且因此在其间限定主流径105。因此，示意性地示为箭头86的氧化剂流沿径向方向R向内设置。

第三壁103大体上可限定轮廓整流罩106的至少一部分，其限定一个或多个弯头。例如，第三壁103可限定沿径向方向R向内的第三弯头113，从而将与第三壁103同方向限定的外壳110和在其间限定的流径105沿径向方向R向内设置。

隔板组件56还可限定第四壁104，其联接到第三壁103上，且还限定轮廓整流罩106的至少一部分。例如，第三壁103可沿轴向方向A限定第四弯头114和从其沿向后方向(与向前方向F相对)朝前端95延伸的第四壁104。在各种实施例中，第四壁104至少部分地沿径向方向R向外进一步延伸。

第四壁104可与外衬54至少部分地同方向或平行延伸，且进一步限定其间的主流径105。示意性地示为箭头87的氧化剂流从外壳110与轮廓整流罩106的第三壁103部分之间的主流径105流至轮廓整流罩106的第四壁104部分与外衬54之间的主流径105。因此，氧化剂87从大体上沿径向向内的方向(示为氧化剂86)围绕弯头114且至少部分地沿向后方向朝前端95流动。一起限定轮廓整流罩106的第三壁103和第四壁104可允许氧化剂86、87、88的流动转向，以便缓解压力损失，从而改善燃烧区段26的效率和性能。

第四壁104可大体上朝第三壁103、第二壁102或两者延伸，以便在其间限定第一腔107。在各种实施例中，第一腔107与主流径105流体地分开。在一个实施例中，由第二壁102、第三壁103和第四壁104限定的腔107提供主流径105中的流动波动的阻尼。

燃烧区段26还可包括安装构件130，其从外壳110和燃烧器组件50延伸且联接到外壳110和燃烧器组件50上。参看图5，大体上提供了燃烧区段26的实施例的透视图，提供了安装构件130的其它细节。在图2和5中提供的实施例中，安装构件130联接到外衬54、圆顶组件57或两者上。在其它实施例中，安装构件130联接到内衬52、圆顶组件57或两者上。

仍参看图2和5，安装构件130限定穿过安装构件130的第一开口131，以允许氧化剂85流沿外壳110与轮廓整流罩106之间的主流径105穿过。安装构件130还限定穿过安装构件130的第二开口132，以允许如箭头88示意性所示的氧化剂流沿主流径105流过其间。更确切地说，第二开口132可限定为穿过安装构件130，以允许氧化剂88流从轮廓整流罩106与外衬54之间的主流径105流入限定在隔板组件56与圆顶组件57之间的增压室71中。

参看图5，隔板组件56或更确切地说，第三壁103、第四壁104或轮廓整流罩106可包括大致径向部分134，其将轮廓整流罩106联接到安装构件130上。轮廓整流罩106的径向部分134大体上限定在外衬54与安装构件130之间的主流径125内，如，增压室71上游。包括大致径向部分134的轮廓整流罩106大体上可通过允许与轮廓整流罩106的流动附接来缓解流动分离和压力损失。尽管大体上提供为矩形横截面积，但第一开口131和第二开口132可分别限定圆形、卵形或跑道形、多边形、泪滴形或长方形的横截面积，或它们的组合。

在各种实施例中，增压室71限定在圆顶组件57与隔板组件56的第二壁102之间。在一个实施例中，增压室71限定收集器，其中沿主流径105在其上游的氧化剂的压力的任何变化在从增压室71经由燃料喷射器组件70流出到燃烧室62之前标准化。由箭头89示意性所示的来自增压室71的氧化剂流从增压室71流出到燃料喷射器组件70中。

在其它各种实施例中，增压室71进一步限定在安装构件130、圆顶组件57与隔板组件56之间。因此，安装构件130可允许将增压室71限定为腔，氧化剂的压力在腔中标准化(例如，均匀化或调平，如，大体上或大致沿周向方向C围绕轴向中心线12，使得压力的周向差异减小或消除)。

简要参看图7，提供了第二壁102的示例性实施例的详细透视图。第二壁102还限定穿过其间限定的第二壁开口133，以提供隔板组件的第二壁102与外壳110之间的主流径105与增压室71处的主流径105之间的流体连通。示意性示为箭头79的氧化剂85流的一部分经由第二壁开口133进入增压室71。第二壁开口133沿主流径105且在弯头114处缓解压力损失。

在各种实施例中，第二壁开口133限定为周向布置中的多个开口133。在一个实施例中，如图7中大体上提供的，第二壁开口133限定为沿第二壁102的多个周向排。多排可限定增大的横截面积的第二壁开口133。例如，如图7中大体上提供的，第一上游排可限定最小的横截面积，且最后的下游排可限定最大的横截面积，其中其间的任何排数可限定从上游第一排和下游的最后一排的增大的横截面积。在其它各种实施例中，每排的多个第二壁开口133的总横截面积可限定成从周向排到周向排增大，使得最后的下游排的总横截面积大于第一上游排的总横截面积。应认识到，尽管大体上示为圆形横截面，但第二壁开口133可限定卵形或跑道形、泪滴形、矩形、多边形或长方形的横截面积，或它们的组合。

参见图2，燃料喷射器组件70延伸穿过外壳110，隔板组件56，且至少部分地延伸穿过圆顶组件57。在各种实施例中，燃料喷射器组件70可更特别地延伸穿过隔板组件56的第二壁102。

在各种实施例中，燃料喷射器组件70可大体上大致沿内衬52和外衬54大体上设置成的角100延伸。例如，燃料喷射器组件70可与内衬52和外衬54中的至少一部分共线延伸。在其它实施例中，燃料喷射器组件70可相对于角100倾斜延伸，如，平行于或垂直于轴向中心线12，或其间的一个或多个。

燃料喷射器组件70向燃烧室62提供液体或气态燃料流(或其组合)。氧化剂89流穿过燃料喷射器组件70且穿过圆顶组件57，以在燃烧室62中点燃之前与燃料混合且形成燃料空气混合物90。附件72延伸穿过外壳110，且至少部分地延伸穿过燃烧室62附近的外衬54。在各种实施例中，附件72延伸穿过轮廓整流罩106。轮廓整流罩106提供用于附件72的结构支承件，其延伸穿过外壳110，且至少部分地穿过外衬54。附件72可限定点火器，点火器用于燃烧燃料空气混合物90，以产生燃烧气体91，燃烧气体91然后向下游流至涡轮区段31。

应认识到，附件72还可限定传感器，如，压力探针、热电偶等，以用于测量燃烧室62处的静态或动态压力，温度等中的一个或多个。在各种实施例中，附件72可延伸穿过外壳110且穿过燃烧室62附近的内衬52。

回头参看燃料喷射器组件70，燃料喷射器整流罩73联接到燃料喷射器组件70上，以将氧化剂89引导入且穿过燃料喷射器组件70。燃料喷射器整流罩73限定轮廓壁，其至少部分地沿轴向方向A朝氧化剂89流到来的方向延伸。例如，如图3中所示，氧化剂89沿向后方向朝前端95从增压室71流至燃料喷射器组件70。燃料喷射器整流罩73至少部分地朝燃烧区段26的后端94延伸，从燃烧区段26的后端，氧化剂89从增压室71到来。

包括燃烧器组件50、外壳110和内壳120的燃烧区段26一起限定主流径105，以提供氧化剂的向前方向和向后方向的流动，以向内衬52、外衬54和燃烧区段26的其它部分提供对流冷却。大体上提供的燃烧区段26的各种实施例允许来自上游压缩机区段21的大致全部氧化剂流用于包括内衬52和外衬54的燃烧区段26的对流冷却。

燃烧区段26还可包括联接到内壳110上的内壳整流罩115。内壳整流罩115与内衬52至少部分地同方向延伸。内壳整流罩115将氧化剂82流在外壳110与内壳120之间限定的预扩散器65之间从向前方向F沿外壳110与内衬52之间的主流径105引导至向后方向。

在图2中大体上提供的实施例中，内壳整流罩115至少部分地沿径向方向R向外延伸。内壳整流罩115还可至少部分地沿向后方向延伸(沿轴向方向A与向前方向F相对)。在一个实施例中，内壳整流罩115限定尖端116，其至少部分地沿向后方向且至少部分地沿径向方向R向外延伸。

参见图3和6，大体上提供了内壳整流罩115的示例性实施例。内壳整流罩115的尖端116可限定穿过内壳整流罩115的一个或多个尖端开口117。氧化剂83流的一部分流过尖端开口117，穿过内壳整流罩115的尖端116。经由尖端开口117提取流81有助于在氧化剂83流从向前方向F引导至向外径向方向和向后方向时缓解流动分离。在各种实施例中，经由尖端开口117流入内衬52与内壳整流罩115之间的通路125中的氧化剂81流的一部分的高速产生通路125内的高湍流，从而经由改善的传热系数改善了内衬52的冷却。

例如，在发动机10和燃烧区段26的操作期间，氧化剂82流穿过预扩散器65，分流成氧化剂83流(例如，进一步引导至燃烧室62)和氧化剂81流。氧化剂81流经由内壳整流罩115的尖端116穿过开口117(和开口118，下文进一步描述)，提供了氧化剂81流过通路125。如流83所示，当流82从向前方向F朝向后方向引导时，穿过尖端116中的开口117、118的氧化剂81流缓解氧化剂83的流动分离，以及相对于内壳整流罩115且更一般而言是内壳120的表面的压力损失。更进一步，内壳整流罩115如限定成穿过尖端116的开口117、118在氧化剂81流中引起湍流，从而促进内衬52处的热传递(例如，向内衬52提供冷却)。

仍参看图3和6，内壳整流罩115可穿过其间限定通向通路125的多排尖端开口117。例如，开口117可限定第一下游排(即，邻近上游端99)，其限定小于第二或更上游排(即，邻近下游端98)的横截面积，这由第二尖端开口118指出。较小的第一下游排允许经由开口从氧化剂83流逐渐抽吸流来作为流81，同时在其从向前方向F继续到向外的径向方向和向后方向时缓解氧化剂83流的流动分离和压力损失。

回头参看图2，在各种实施例中，示意性地示为箭头81的氧化剂82流的一部分围绕或穿过内壳整流罩115的尖端116流动，且流入穿过内壳整流罩115限定的一个或多个端口119中。端口119可限定环形通路，其至少部分地沿周向围绕轴向中心线12延伸。在另一个实施例中，端口119可限定围绕轴向中心线12成串联布置的离散的开口或孔口，如，限定圆形、卵形、矩形或长方形横截面的开口。

在各种实施例中，端口119限定在燃烧器组件50的燃烧室62的长度的大致中跨(即，从圆顶组件57到涡轮区段31沿轴向方向A的长度的大致中跨)。在一个实施例中，端口119设置在内衬62内侧，在燃烧室62的大约30％到大约70％轴向跨度之间。在另一个实施例中，端口119设置在内衬62内侧，在燃烧室62的大约40％到大约60％轴向跨度之间。

在一个实施例中，氧化剂81从内壳整流罩115与内衬52之间的通路125流过端口119并进入第二腔74中。第二腔74限定在内壳整流罩115与内壳120之间。第二腔74可进一步限定在涡轮区段31、内壳整流罩115和内壳120之间。涡轮区段31可限定与燃烧区段26成串联布置且在燃烧区段26下游的喷嘴组件33。

在另一个实施例中，氧化剂81可从开口117流过内壳整流罩115，直接进入第二腔74中。

在各种实施例中，氧化剂81可经由将第二腔74与第三腔93分开的整流罩壁126流入第三腔93。第三腔93限定在整流罩壁126，内壳整流罩115和涡轮区段31或更确切地说是喷嘴组件33之间。由箭头97示意性所示的进入第三腔93的氧化剂流可从通路125进入第三腔93，穿过内壳整流罩115，穿过整流罩壁126，或两者。氧化剂97流然后可经由喷嘴组件33的第一涡轮轮叶流出第三腔93，从而提供冷却。

喷嘴组件33可包括限定多个轮叶或通路的引流器35，轮叶或通路构造成使来自第二腔74的氧化剂80流加速穿过引流器35来向涡轮区段31提供冷却。将端口119大致设置在燃烧室62的中跨处允许了氧化剂81穿过其间流至引流器35，可提供引流器35处的改善的回流裕度。此外，将端口119大致设置在燃烧室62的中跨处可允许端口119前方的内衬52的一部分处的高热传递系数。例如，可允许较高的热传递系数在从圆顶组件57到沿轴向方向A对应于端口119的位置的内衬52的一部分的50％跨度内。

在燃烧器组件50的各种实施例中，内衬52、外衬54或两者的前端95部分由在衬层52、54附近流动的氧化剂83、87、88流来对流冷却。如示意性地示为通路125内的氧化剂81流、进入第三腔93中的氧化剂97流或两者的氧化剂流的一部分可至少部分地对流冷却内衬52的后端94部分。流动整流罩壁124可设置在主流径125内，与轮廓整流罩106的第四弯头114相对，以有助于将氧化剂86流从径向向内方向朝向后和径向向外方向引导。氧化剂86流的一部分可通过流动整流罩壁124前方的外衬54的一部分使用，以穿过其间提供膜冷却，如，由箭头78示意性所示。更进一步，氧化剂78流可进一步进入喷嘴组件33的第一涡轮轮叶，以提供穿过其间的冷却。

现在参看图4，大体上提供了包括阻尼器组件150的圆顶组件57的一部分的示例性实施例。燃烧区段26还可包括联接到增压室71内的圆顶组件57上的阻尼器组件150。阻尼器组件150可限定一个或多个阻尼器通路152，其在阻尼器组件150的壁154内延伸，与燃烧室62流体连通，且限定构造成阻尼一个或多个声模的容积。

在各种实施例中，阻尼器组件150限定赫姆霍兹阻尼器，其中阻尼器组件150可衰减的压力振荡的目标频率或其范围可由以下等式限定：

其中f是将衰减的压力振荡的频率或其范围；c是流体(即，氧化剂或燃烧气体)中的声音的速度；A是阻尼器通路152的开口的横截面积；V是阻尼器通路152的容积，阻尼器容积153(关于图8示出和描述)，或两者；并且L′是阻尼器通路152的有效长度。在各种实施例中，有效长度是阻尼器通路152的长度加上本领域中大体上了解的校正因子乘以阻尼器通路152的区域的直径。

在其它各种实施例中，多个阻尼器组件150可以以周向布置围绕圆顶组件57上的轴向中心线12设置。阻尼器组件150的周向布置可缓解或分解声模形状免于沿周向方向C传播。在又一个实施例中，阻尼器组件150可向圆顶组件57提供结构支承。例如，阻尼器组件150可进一步联接到隔板组件56上。

现在参看图8，大体上提供了图4中所示的阻尼器组件150的透视图和局部断面。如图8中所示，由箭头156示意性所示的相对少量的流从增压室71经由阻尼器通路152流出至燃烧室62。流156经由阻尼器组件150的阻尼器通路152流出而进入限定在阻尼器组件150的壁154内的阻尼器容积153中。阻尼器组件150和圆顶组件57限定邻近燃烧室62的阻尼器通路出口155。阻尼器通路出口154与阻尼器容积153流体连通，以允许流156从增压室71穿过阻尼器通路152、阻尼器容积153，且经由阻尼器通路出口155流出到燃烧室62中。

在各种实施例中，阻尼器通路152、阻尼器通路出口155或两者可限定圆形、卵形或跑道形、多边形或长方形的横截面积。如前文关于图4所述，阻尼器通路152可大体上构造为赫姆霍兹阻尼器。更确切地说，阻尼器通路152可大体上至少基于期望的有效流动面积来提供穿过阻尼器容积153到达燃烧室62的流156的计量或部分限制。

回头参看图2，燃烧区段26还可包括联接到圆顶组件57和隔板组件56上的阻尼器构件140。阻尼器构件140可在增压室71内延伸到圆顶组件和隔板组件56中的每一个。在一个实施例中，如，图2中大体上提供的，阻尼器构件140联接到隔板组件56的第一壁101上。将阻尼器构件140设置在增压室71内(如，限定预混腔)可提供非期望声模的改善的衰减。

在一个实施例中，阻尼器构件140可大体上在增压室71内沿周向延伸。阻尼器构件140和第一壁101一起限定其间的容积141。阻尼器构件140限定延伸穿过阻尼器构件140的阻尼器开口142。限定为穿过阻尼器构件140的阻尼器开口142提供容积141与增压室71之间的流体连通。例如，阻尼器开口142允许流92从主流径125流出，穿过第一壁101中的隔板开口121，穿过容积141且至增压室71。隔板开口121、阻尼器开口121和容积141可分别限定为如关于图4所述的赫姆霍兹阻尼器，以衰减燃烧器组件50处的压力振荡。

在各种实施例中，燃烧器组件50还可包括延伸穿过外壳110和隔板组件56的谐振器管160，与限定在隔板组件56与圆顶组件57之间的增压室71流体连通。燃烧器组件50可允许预混器或增压室71腔内的谐振器管160的更深浸没或更近侧放置，以更有效地衰减一个或多个声模。在各种实施例中，谐振器管160限定四分之一波管，其相对于衰减来自燃烧器组件50的一个或多个频率的声压力振荡限定一个或多个容积、长度和横截面积。在一个实施例中，谐振器管160成交错周向布置在每个燃料喷射器组件70之间。在其它实施例中，谐振器管160限定为穿过燃料喷射器组件70，如，穿过与增压室71流体连通的隔板组件56。

现在参看图1-7，发动机10将氧化剂77(如空气)流经由环形入口20接收入压缩机区段21。当氧化剂77流过压缩机区段21的连续级时，氧化剂增大压力，且导引至燃烧区段26作为压缩的氧化剂，如，由箭头82示意性所示。如前文所述，氧化剂82流过燃烧区段26，以产生燃烧气体91，燃烧气体91向下游导引至涡轮区段31。燃烧气体91在涡轮区段31处膨胀，以驱动HP涡轮28和LP涡轮30，其然后分别驱动HP压缩机24和LP压缩机22。燃烧气体91进一步驱动动力涡轮14来驱动电负载装置。

燃烧器组件的全部或一部分可为单个整体部件的一部分，且可由本领域的技术人员公知的任何数量的工艺制造。这些制造工艺包括(但不限于)被称为“增材制造”或“3D打印”的那些工艺。此外，任何数目的铸造、机械加工、熔接、钎焊或烧结工艺或其任何组合可用来建构燃烧器50，包括但不限于隔板56、隔板支承件61、衬层52、54或其组合。而且，燃烧器组件可构成机械接合(例如，通过使用螺栓、螺母、铆钉或螺杆，或者焊接或钎焊过程或其结合)或定位在空间中的一个或多个个别部件，从而达到象制造或组装为一个或多个部件的基本上相似的几何、空气动力学或热动力学结果。适合的材料的非限制性实例包括高强度钢、镍和钴基合金，和/或金属或陶瓷基复合材料，或其组合。

绘出一个或多个开口(例如，121、131、132、133、117、118、119等)的各种描述和附图可绘制为大体上圆形、卵形、椭圆形或跑道形、矩形、多边形、泪滴形或长方形的横截面积中的一个或多个。应认识到，提供的描绘可包括与附图中大体上提供的描绘的其组合，或与其相反。因此，尽管本文所示和所述的一个或多个开口、孔口等可限定一个或多个前述横截面积，但应认识到，各种实施例可包括前述横截面积或附图中目前未示出的其组合中的一个或多个。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳方式，并且还使所属领域的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执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (19)

1.一种用于燃气涡轮发动机的燃烧区段，所述燃烧区段限定径向方向，周向方向，沿纵向方向延伸的纵向中心线，以及朝下游端的向前方向和朝上游端的向后方向，所述燃烧区段包括：

燃烧器组件，包括：

分别至少部分地沿纵向方向且相对于所述纵向中心线成锐角延伸的内衬和外衬；

在所述内衬与所述外衬之间延伸的圆顶组件，其中所述圆顶组件、所述内衬和所述外衬一起限定其间的燃烧室；以及

限定联接到所述内衬上且基本上包绕所述外衬和圆顶组件的多个壁的隔板组件，其中所述隔板组件的至少一部分至少部分地沿向前方向延伸，且限定所述隔板组件与所述圆顶组件之间的增压室；

包绕所述燃烧器组件的外壳，其中所述外壳至少部分地与所述燃烧器组件同方向延伸；

延伸穿过所述外壳，所述隔板组件和所述圆顶组件的燃料喷射器组件；以及

内壳，其中所述外壳，所述内壳和所述燃烧器组件一起限定与所述燃烧室直接流体连通的主流径，并且其中所述主流径至少沿向前方向和向后方向延伸，由内壳，所述外壳和所述燃烧器组件限定，并且其中氧化剂成串流流过所述主流径，穿过所述增压室和所述燃料喷射器组件进入所述燃烧室，并且所述内壳包括内壳整流罩，所述内壳整流罩限定至少部分地沿所述径向方向向外延伸的尖端，其中所述尖端限定一个或多个尖端开口，其中所述内壳整流罩将所述一个或多个尖端开口限定为多排尖端开口，所述多排尖端开口穿过其间延伸至限定在所述内衬与所述内壳整流罩之间的通路。

2.根据权利要求1所述的燃烧区段，

其中所述内壳整流罩至少部分地与所述内衬同方向延伸，并且其中所述内壳整流罩将所述氧化剂流从所述外壳与所述内壳之间沿向前方向引导到所述外壳与所述内衬之间的向后方向。

3.根据权利要求1所述的燃烧区段，其中所述多排尖端开口限定至少第一排，所述第一排限定的横截面积小于所述第一排下游的限定较大横截面积的第二排。

4.根据权利要求2所述的燃烧区段，其中所述内壳整流罩限定设置在所述燃烧室的大约30％到大约70％轴向跨度之间的端口，其中所述端口将氧化剂流提供至涡轮区段的喷嘴组件。

5.根据权利要求2所述的燃烧区段，还包括：

设置在所述内壳整流罩与喷嘴组件之间的整流罩壁，其中所述整流罩壁和所述内壳整流罩一起限定其间的第三腔，其中氧化剂流从所述第三腔流出至所述喷嘴组件以穿过其间提供冷却。

6.根据权利要求1所述的燃烧区段，其中所述燃料喷射器组件包括燃料喷射器整流罩，所述燃料喷射器整流罩限定了至少部分地朝所述氧化剂流进入室内的方向延伸的轮廓壁，其中所述燃料喷射器整流罩将所述氧化剂流从所述增压室经由所述燃料喷射器组件引导至所述燃烧室。

7.根据权利要求1所述的燃烧区段，其中所述隔板组件限定轮廓整流罩，所述轮廓整流罩将所述氧化剂流在所述外衬与所述隔板组件之间从向内的径向方向引导至向外的径向方向。

8.根据权利要求7所述的燃烧区段，其中所述轮廓整流罩限定其内的第一腔，所述第一腔提供所述主流径中的氧化剂流的流动波动的阻尼。

9.根据权利要求7所述的燃烧区段，其中所述轮廓整流罩的至少一部分限定了将所述轮廓整流罩联接到从所述外壳延伸至所述燃烧组件的安装构件上的大致径向部分，其中所述径向部分促进与所述轮廓整流罩，所述外衬或两者的流动附接。

10.根据权利要求1所述的燃烧区段，还包括从所述圆顶组件延伸至所述隔板组件的阻尼器构件，其中所述阻尼器构件提供声模的衰减。

11.根据权利要求1所述的燃烧区段，还包括从所述圆顶组件朝所述隔板组件延伸的阻尼器组件，其中所述阻尼器组件以周向布置设置在两个或多个燃料喷射器组件之间。

12.根据权利要求1所述的燃烧区段，其中所述燃烧器组件还包括一个或多个谐振器管，所述谐振器管设置成穿过所述外壳和所述隔板组件与所述增压室流体连通。

13.根据权利要求1所述的燃烧区段，还包括延伸穿过所述外壳，所述轮廓整流罩和至少部分地穿过所述外衬的附件，其中所述附件限定一个或多个点火器，传感器或两者。

14.根据权利要求1所述的燃烧区段，其中所述隔板组件限定延伸穿过其间的隔板开口，其中隔板开口提供氧化剂穿过其间流至限定在所述隔板组件与所述圆顶组件之间的所述增压室。

15.根据权利要求1所述的燃烧区段，还包括从所述外壳延伸至所述燃烧组件的安装构件。

16.根据权利要求15所述的燃烧区段，其中所述安装构件限定第一开口，所述主流径延伸穿过所述第一开口，与限定在所述圆顶组件与所述隔板组件之间的所述增压室流体连通。

17.根据权利要求1所述的燃烧区段，其中相对于所述纵向中心线的所述锐角在大约10度到大约85度之间。

18.根据权利要求1所述的燃烧区段，其中所述隔板组件限定至少部分地沿向前轴向方向基本与所述外壳同方向延伸的第二壁，其中多个第二壁开口穿过其间限定，提供了所述增压室与所述外壳与所述隔板组件之间的所述主流径之间的流体连通。

19.根据权利要求18所述的燃烧区段，其中所述第二壁限定多个周向成排的第二壁开口，其中所述多个周向排沿所述氧化剂流的向前方向限定在增大的横截面积中。

Images