CN109804201A - 具有引燃空气供应的引燃器组件 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于燃气涡轮发动机中的燃烧容积的引燃器组件。引燃器组件包括引燃器、引燃燃料供应管线和引燃空气供应管线。引燃器具有燃烧器面，燃烧器面包括多个引燃燃料喷射孔。引燃燃料喷射孔向燃烧容积提供引燃燃料。引燃燃料供应管线被流体连接至引燃燃料喷射孔，以用于向引燃燃料喷射孔供应引燃燃料。引燃空气供应管线向引燃器提供引燃空气。引燃空气通过燃烧器面而被供应至燃烧容积。本发明还提出了引燃空气喷射孔，引燃空气喷射孔位于燃烧器面上并且被流体连接至引燃空气供应管线。引燃空气喷射孔将引燃空气喷射至燃烧容积中。还提出了一种具有该引燃器组件的燃气轮机。

Description

具有引燃空气供应的引燃器组件

技术领域

本技术总体上涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧装置的燃烧器，并且更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧装置的具有引燃空气供应的引燃器组件。

背景技术

在燃气涡轮发动机燃烧装置中，燃料被消耗或燃烧以产生热压废气，热压废气随后被馈送至涡轮级，在涡轮级中，热压废气在膨胀和冷却的同时将动量传递至涡轮动叶，由此来在涡轮转子上施加旋转运动。涡轮转子的机械功率继而可以被用于驱动发电机以产生电力或驱动机器。然而，燃烧燃料会导致废气中的大量不期望污染物，这些污染物会对环境造成破坏。因此，通常希望尽可能地减少污染物。一种污染物是氮氧化物(NO_x)。

当前燃气涡轮发动机燃烧装置(如干式低排放(DLE)燃烧装置)中的燃烧通过使用在燃烧装置的不同位置和不同操作级处馈送的引燃燃料和主燃料来启动和维持，例如，在一些DLE燃烧装置中，引燃燃料的分割百分比在满负荷时约为4％或更高，并且在部分负荷时增加，这主要是为了防止随着空气燃料比的提高而发生燃烧动力学上的停烧和熄火。然而，引燃燃料可以在非预混模式和/或部分预混模式下靠近燃烧器面而燃烧，并生成高水平的热氮氧化物NO_x。此外，作为富燃料(即非预混燃料)而被喷射到燃烧装置中的引燃燃料倾向于在燃烧装置的局部区域中燃烧，导致富燃料袋燃烧，这在燃烧装置内创建高温区域/袋或局部热点，从而对燃烧装置内的构件寿命造成不利影响。

因此，期望提供一种技术来减少由于引燃燃料在空气不足的条件下燃烧而造成的排放(尤其是NO_x)。

发明内容

因此，本公开的目的在于，提供一种技术来确保引燃燃料在足量空气中燃烧的可能性，并且因此减少排放(尤其是NO_x)。还期望本公开的技术确保引燃燃料与空气的预混合、或者通过增加燃烧装置中(尤其是燃烧装置中的引燃燃料被喷射到燃烧装置中的区域中)的紊流来促进引燃燃料与空气的混合。

上述目的通过根据本技术权利要求1的引燃器组件、以及权利要求13的具有至少一个此类引燃器组件的燃气涡轮发动机来实现。本技术的优选实施例在从属权利要求中提供。

在本技术的第一方面，提出了一种用于燃气涡轮发动机中的燃烧容积的引燃器组件。引燃器组件包括引燃器、引燃燃料供应管线和引燃空气供应管线。引燃器具有包括多个引燃燃料喷射孔(下文中被称为引燃燃料孔)的燃烧器面。引燃燃料孔向燃烧容积提供引燃燃料，即，将引燃燃料喷射到燃烧容积中以用于燃烧。引燃燃料供应管线被流体连接至引燃燃料孔。引燃燃料供应管线向引燃燃料孔提供或供应引燃燃料。引燃空气供应管线向引燃器提供引燃空气，从而使引燃空气通过燃烧器面而被供应至燃烧容积。

由于引燃空气通过燃烧器面而被引入到燃烧容积中，引燃空气被喷射到燃烧容积的如下区域中，在燃烧装置的运行期间，引燃燃料喷射孔在该区域中喷射引燃燃料。在需要时，在燃烧容积的这些区域内，引燃燃料和引燃空气可以在被喷射到燃烧容积中之前被预混合、或者可以被同时喷射。由此来确保引燃燃料在具有期望的空气(以引燃空气的形式)量的氛围中消耗。这导致排放减少并且降低了在燃烧装置内形成高温区域/袋或热点的可能性，并且由此来保持结构完整性并延长燃烧器构件(诸如引燃器的燃烧器面)的构件寿命。

在引燃器组件的实施例中，引燃空气供应管线被流体连接至引燃燃料供应管线。引燃空气供应管线向引燃燃料供应管线提供引燃空气。引燃空气继而与引燃燃料混合，以在引燃燃料供应管线内形成引燃燃料/引燃空气预混合物。引燃燃料/引燃空气预混合物经由引燃燃料孔而被提供或喷射至燃烧容积中以用于燃烧。这提供了引燃燃料和引燃空气可以在被喷射到燃烧容积中之前被预混合的实施例。

在另一实施例中，引燃器组件包括预混合室。预混合室被流体连接至引燃燃料供应管线以用于接收引燃燃料。预混合室也被流体连接至引燃空气供应管线以用于接收引燃空气。引燃燃料和引燃空气在预混合室内混合以形成引燃燃料/引燃空气预混合物。预混合室包括出口。出口被流体连接至引燃燃料孔，引燃燃料孔反过来向燃烧容积提供引燃燃料/引燃空气预混合物以用于燃烧。这提供了另一实施例，其中引燃燃料和引燃空气可以在被喷射到燃烧容积中之前被预混合。此外，由于预混合室的容积比引燃燃料供应管线和引燃空气供应管线的容积更大，在本技术的预混合室内，能够实现引燃燃料和引燃空气以各种所需比率的彻底预混合。

在引燃器组件的相关实施例中，预混合室被形成在引燃器的主体内。这提供了紧凑的引燃器组件。

在引燃器组件的另一实施例中，除多个引燃燃料孔外，燃烧器面还包括多个引燃空气喷射孔。引燃空气喷射孔(下文中也被称为引燃空气孔)被流体连接至引燃空气供应管线。引燃空气孔将引燃空气提供或喷射到燃烧容积中。在需要时，引燃燃料和引燃空气可以在燃烧容积的区域内被同时或相继地喷射。引燃空气喷射采用引燃空气喷射流的形式。此外，引燃空气采用喷射流的形式的喷射有助于在所喷射的引燃燃料中创建紊流，并且因此实现了引燃燃料的更好的分散(以及更好的同质化)，进而进一步避免在引燃燃料燃烧期间在燃烧装置中形成高温袋或热点。

在引燃器组件的另一实施例中，引燃燃料孔围绕引燃器的纵向轴线而被周向地布置在燃烧器面上。在该实施例中，引燃空气孔也围绕纵向轴线而被周向地布置。因此，引燃燃料孔和引燃空气孔可以根据引燃火焰的期望位置而以各种布置被布置。引燃燃料孔形成圆形阵列，并且引燃空气孔也形成圆形阵列，而且阵列中的一个阵列可以限制在另一阵列内。在引燃器组件的相关实施例中，引燃燃料孔和引燃空气孔围绕纵向轴线而被一致地布置。在该实施例中，引燃燃料孔和引燃空气孔被交替地排布在燃烧器面上。因此，引燃燃料孔和引燃空气孔形成单个圆形阵列，其中引燃燃料孔和引燃空气孔被交替地排布。这提供了引燃燃料孔和引燃空气孔的一种布置，以有利于引燃燃料与所喷射的引燃空气充分混合。除了促进引燃燃料在燃烧容积中的大体均匀分散之外，这种布置还促进了引燃燃料和引燃空气的均匀混合。

在引燃器组件的另一实施例中，引燃空气孔的尺寸小于引燃燃料喷射孔的尺寸。因此，如果引燃燃料供应管线和引燃空气供应管线分别以相同压力向引燃燃料孔和引燃空气孔提供引燃燃料和引燃空气，与通过与引燃燃料喷射孔尺寸相同的引燃空气孔进行的引燃空气喷射所形成的喷射流相比，这样设置的引燃空气的喷射流具有更高动量。这进一步促进了被喷射在燃烧容积中的引燃燃料的紊流。

在另一实施例中，引燃器组件包括凸缘。凸缘是一种诸如突起或平面的结构，凸缘在燃烧器面的环形区域上方轴向地悬伸，从而在燃烧器面和凸缘之间轴向地形成环形袋。燃烧器面的环形区域关于纵向轴线而被径向向外地定位。引燃燃料孔和引燃空气孔被定位在燃烧器面的环形区域内。环形袋用作预混合空间，在燃烧容积内发生引燃燃料的燃烧之前，引燃燃料和引燃空气在预混合空间中被预混合或者被至少部分地预混合。

在另一实施例中，引燃器组件包括径向旋流器。径向旋流器用于产生主燃料和空气的旋流混合物。空气通过旋流器进入燃烧容积。径向旋流器包括环形基板和多个旋流器静叶。环形基板具有径向内边缘。多个旋流器静叶围绕引燃器的纵向轴线沿周向隔开而被设置在环形基板上，并且径向地延伸。旋流器静叶包括径向内薄端。径向内薄端从环形基板的径向内边缘被向后设置，由此在紧靠环形基板的径向内边缘的径向外侧限定环形基板上的环形凸台。环形基板上的环形凸台形成凸缘。这提供了引燃器组件的紧凑布置。

在另一实施例中，引燃器组件包括引燃空气阀。引燃空气阀控制引燃空气供应管线中朝向引燃器的引燃空气流。因此，如果需要或者在需要时，可以向燃烧容积提供引燃空气。此外，向燃烧容积提供引燃空气的量或速率可以被调节。如果需要或者在需要时，也可以完全停止向燃烧容积提供引燃空气。

在另一实施例中，引燃器组件包括控制单元。控制单元引导引燃空气阀以控制引燃空气供应管线中朝向引燃器的引燃空气流，从而以引燃燃料和引燃空气的期望比率来向燃烧容积提供引燃燃料和引燃空气。控制单元可以计算并实施(基于其它操作特性，例如但不限于燃烧器表面温度、燃烧室压力等)、或者可以简单地实施(基于预先存储或预先存在的指令或者从控制单元的操作者直接接收的指令或命令)引燃燃料和引燃空气的期望比率。

在本技术的第二方面，提出一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括根据本技术的前述方面的至少一个引燃器组件。燃气涡轮发动机具有与结合本技术的第一方面所提供的前述优点相同的优点。

燃气涡轮发动机还可以包括径向旋流器，径向旋流器具有用于喷射主燃料流的主燃料喷射孔。径向旋流器包括旋流器静叶的环形阵列，该环形阵列围绕环形基板沿周向隔开而被布置，以便在相邻旋流器静叶之间形成槽。引燃器组件大体由径向旋流器包围。

引燃器组件将引燃燃料喷射到燃烧装置系统的预燃室和主燃室中。在主燃室中产生引燃火焰。引燃器组件总体上由径向旋流器包围，径向旋流器将主燃料喷射到主气流中以形成主燃料/空气混合物，该混合物流通到燃烧装置系统的预燃室中并且继而流通到主燃室中。在主燃室中产生主火焰，并且主火焰总体上(至少在一定程度上)包围引燃火焰。旋流器具有中心轴线并且包括静叶的环形阵列，该环形阵列被定位在基板上并且围绕中心轴线延伸；环形封闭板位于静叶的环形阵列的顶部。静叶的环形阵列、基板和环形封闭板形成用于混合燃料和空气的多个混合通道或槽。

多个混合通道被布置为关于中心轴线沿径向向内方向引导空气(并且继而引导空气和燃料混合物)。多个混合通道或槽还被布置为关于中心轴线沿切向和向内方向引导空气(并且继而引导空气和燃料混合物)。因此，使得空气和燃料混合物围绕中心轴线并远离基板旋流。多个混合通道还被布置为在空气经过混合通道时，平行于基板的平面引导空气(并且继而引导空气和燃料混合物)。

所有先前解释的构造可以应用于具有气体或液体燃料操作或者具有双燃料操作的引燃器和燃烧装置组件。此外，引燃器可包括一个或多个燃料喷射口，燃料喷射口被不同地定位并且作为本公开的引燃燃料喷射孔之外的补充。

附图说明

通过参考结合附图对本技术的实施例的以下描述，本技术的上述属性和其它特征以及优点及其实施方式将变得更加明显，并且将更好地理解本技术本身，在附图中：

图1以截面图示出燃气涡轮发动机的以部分，并且其中包括本技术的引燃器组件的示例性实施例；

图2示意性地示出传统已知燃烧器组件的截面图，该组件不同于本技术的引燃器组件；

图3示意性地示出本技术的引燃器组件的示例性实施例；

图4示意性地示出本技术的引燃器组件的另一示例性实施例；

图5示意性地示出本技术的引燃器组件的又一示例性实施例；

图6示意性地示出本技术的引燃器组件的示例性实施例的分解图，同时示出燃烧装置的其它构件；

图7示意性地示出图6中的引燃器组件的示例性实施例的俯视图，其中描绘了旋流器；

图8示意性地示出图6中的引燃器组件的另一示例性实施例的俯视图，其中描绘了旋流器；

图9示意性地示出本技术的引燃器组件的一部分的示例性实施例的分解图，其中示出了凸缘；

图10示意性地示出燃烧器面，其描绘了在本技术的引燃器组件的示例性实施例中，引燃燃料喷射孔和引燃空气喷射孔的布置；

图11示出图9中的引燃器的示意性横截面图，并且示出图9的凸缘；以及

图12示意性地示出根据本技术的各方面的本技术的引燃器组件的又一示例性实施例。

具体实施方式

在下文中，本技术的上述及其它特征将被详细描述。各种实施例参照附图而被描述，在附图中，使用相同的附图标记表示相同的元件。在以下描述中，出于说明的目的，给出了大量具体细节以便提供对一个或多个实施例的全面理解。可以注意到的是，示出的实施例旨在说明而非限定本发明。显而易见的是，这些实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实施。

图1以截面图示出了燃气涡轮发动机10的示例。燃气涡轮发动机10按流动顺序包括入口12、压气机或压气机部14、燃烧装置部16以及涡轮部18，这些构件总体上按流动顺序并且总体上围绕旋转轴线20并沿旋转轴线20的方向而被布置。燃气涡轮发动机10进一步包括轴22，轴22可以围绕旋转轴线20旋转并且纵向延伸穿过燃气涡轮发动机10。轴22驱动地将涡轮部18连接至压气机部14。

在燃气涡轮发动机10的运行中，通过进气口12吸入的空气24由压气机部14压缩并被输送至燃烧部或燃烧器部16。燃烧装置部16，也被称为燃烧器部16，包括燃烧器增压室26、沿纵向轴线35延伸的燃烧容积28以及被固定至燃烧容积28的至少一个引燃器30。燃烧容积28，即，由燃烧室99且可选地由预燃室88包封的空间(图6示出燃烧部16中燃烧装置100的进一步细节图)，并且燃烧器30位于燃烧器增压室26内部。穿过压气机14的压缩空气进入散流器32并从散流器32排出，进入燃烧器增压室26并从散流器32排出到燃烧器增压室26中，部分空气从燃烧器增压室26进入燃烧器30并与气态燃料或液体燃料混合。之后，空气/燃料混合物燃烧，并且来自燃烧的燃烧气体34或工作气体经由过渡管17穿过燃烧容积28而被引导至涡轮部18。

该示例性燃气涡轮发动机10具有管状燃烧装置部装置16，其由燃烧装置罐19的环状阵列构成，每个燃烧装置罐19具有燃烧器30和燃烧容积28，过渡管17具有与(图6中的)燃烧室99交界的大体圆形入口及环形段形式的出口。过渡管出口的环形阵列形成用于将燃烧气体34输送至涡轮部18的环面。

涡轮部18包括被附接至轴22的多个动叶承载盘36。在该示例中，示出了两个盘36分别承载涡轮动叶38的环形阵列。然而，动叶承载盘的数目可以不同，即，仅有一个盘或多于两个盘。此外，被固定至燃气涡轮发动机10的定子42的导流静叶40被设置在涡轮动叶38的环形阵列的级之间。导流静叶44被设置在在燃烧容积28的出口与前涡轮动叶38的入口之间，并且导流静叶44将工作气体流转向至涡轮动叶38上。

来自燃烧容积28的燃烧气体34进入涡轮部18并驱动涡轮动叶38，涡轮动叶38转而使转子旋转。导流静叶40、44用于优化燃烧气体或工作气体34在涡轮动叶38上的角度。

涡轮部18驱动压气机部14。压气机部14包括轴向串联的静叶级46和转子动叶级48。压气机部14还包括壳体50，壳体50包围转子级并且支撑静叶级46。导流静叶级包括径向延伸静叶的环形阵列，径向延伸静叶被安装至壳体50。壳体50限定压气机14的通路56的径向外表面52。通路56的径向内表面54至少部分地由转子的转子鼓53限定，转子鼓53部分地由转子动叶级48的环形阵列限定。

本技术结合上述具有单个轴或线轴的示例性涡轮发动机而被描述，该轴或线轴连接单个多级压气机以及单个一级或多级涡轮。然而，应当理解的是，本技术同样适用于两轴发动机或三轴发动机，并且可以用于工业、航空或海洋应用。此外，管状燃烧装置部装置16也被用于示例性目的，并且应当理解的是，本技术同样适用于环式燃烧装置和罐式燃烧装置。

除非另有说明，否则如上文中结合图1所使用的术语“轴向”、“径向”和“周向”是相对于发动机10的旋转轴线20而言。除非另有说明，否则在下文中以及关于除图1之外的其它附图使用的术语“轴向”、“径向”和“周向”术语是相对于引燃器30的纵向轴线9(如图6所示)而言。

本技术提出了一种被包含在燃气涡轮发动机(如图1所示的燃气涡轮发动机10)中的引燃器组件1(图1和图2中未示出，在后面的图中示出)。在解释本技术的引燃器组件1的细节之前，简要地看一下如图2中示意性示出的传统已知的燃烧器组件15将有益于理解本技术。

图2中示意性地示出的典型传统已知燃烧器组件15的一部分具有传统燃烧器27、旋流器70以及一般由燃烧器预燃室88和燃烧室99形成的燃烧容积28，该传统燃烧器27具有燃烧器表面33。主燃料通过主燃料供应管线58而被引入到旋流器70中，同时，引燃燃料通过燃烧器27进入燃烧容积28，尤其是通过位于燃烧器表面33(也被称为燃烧器面33)上的引燃燃料喷射孔3通过管道2(被称为引燃燃料供应管线2)而进入燃烧容积28。主燃料供应管线58和引燃燃料供应管线2源自燃料分流阀57，燃料分流阀57由燃料供应55馈送，燃料供应55表示向传统已知燃烧器组件15供应的总燃料供应(主燃料和引燃燃料供应)。

主燃料经由主燃料供应管线58进入旋流器70，并且从一组主燃料喷嘴(或喷射器)59中喷出，主燃料从主燃料喷嘴59沿旋流器静叶(未示出)而被引导，并在该过程中与进入的压缩空气混合。所得到的旋流器-空气/主燃料混合物维持燃烧器火焰31。来自该火焰31的热气体在燃烧容积28中被释放。如图2所示，被供应至传统已知燃烧器组件15的空气经由旋流器70并且与经由主燃料喷嘴59而被供应的主燃料混合。在传统已知燃烧器27或传统已知燃烧器组件15中，无论是与引燃燃料预混合还是与引燃燃料同时且邻近地喷射到燃烧容积28中，没有任何通过燃烧器面33供应空气的设置或功能。相反地，本技术引入了引燃空气，如图3至图5的示例性实施例中所示。

图3、图4和图5示意性地示出根据本技术各方面的引燃器组件1的不同示例性实施例。引燃器组件1(下文中也被称为燃烧器组件1)与燃气涡轮发动机10(图1中所示)中的燃烧容积28相关联或者引燃器组件1被布置有燃烧容积28。燃烧器组件1包括引燃器30、引燃燃料供应管线2和引燃空气供应管线4。引燃器30具有燃烧器面33。燃烧器面33包括多个引燃燃料喷射孔3。简单起见，图3至图5中仅示出一个此类引燃燃料喷射孔3，而后面的图7至图10中示出多个引燃燃料喷射孔3。引燃燃料喷射孔3向燃烧容积28提供(即喷射)引燃燃料以用于燃烧。引燃燃料供应管线2被流体连接至引燃燃料喷射孔3。引燃燃料供应管线2向引燃燃料喷射孔3提供引燃燃料。引燃空气供应管线4向引燃器30提供引燃空气，从而使引燃空气通过燃烧器面33而被供应至燃烧容积28中。

本技术的燃烧器组件1利用了引燃空气的新构思：引燃空气被引入燃烧容积28中，与引燃燃料预混合或与引燃燃料部分预混合，或者通过燃烧器面33从紧靠引燃燃料喷射孔3的一个或多个单独喷射孔(被称为引燃空气喷射孔5，如图5所示)被喷射。在传统已知燃烧器组件15中，如图2所示，空气通过旋流器70被供应并且主要与主燃料混合以形成具有主燃料和空气的预混可燃反应物。在传统已知燃烧器组件15中，一般不供应作为引燃空气的空气，并且因此不使用引燃空气。

本公开中使用的术语“引燃空气”是指与引燃燃料一起被引入的空气，并且可以不包括通过旋流器70而被引入的空气(如图2所示)或通过与主燃烧器或燃烧室相关联的其它进气口而被引入的空气。此外，术语“引燃空气”包括但不限于，通过燃烧器组件1的燃烧器面/表面或头部而被引入的空气，例如，“引燃空气”是通过具有一个或多个引燃燃料喷射孔5(如图5所示)的燃烧器面33而被引入的空气。

例如，如图5所示，“引燃空气”是通过燃烧器面33而被引入的空气，燃烧器面33具有一个或多个引燃燃料喷射孔3(引燃燃料通过引燃燃料喷射孔3而被引入)和一个或多个新型引燃空气喷射孔5，空气(即，引燃空气)通过引燃空气喷射孔5而被引入，并且其中引燃燃料喷射孔3和引燃空气喷射孔5存在于燃烧器面33的同一表面上。“引燃空气”的又一示例是与引燃燃料预混合的空气，并且引燃燃料和引燃空气的混合物(即，预混合的引燃燃料和引燃空气)继而通过一个或多个开口而被引入到燃烧容积28中，如图3和4所示。

具有燃烧容积28(即，燃烧座)的燃烧器组件1包括具有燃烧器面33的燃烧器30，燃烧器面33是燃烧器30与燃烧容积28邻接并且面向燃烧容积28的面或表面。燃烧容积28由燃烧器预燃室88和燃烧室99关于图1所示的轴线35而被周向包封的空间形成。与图2相似，燃烧器30可包括主燃料供应管线58，以用于通过主燃料喷嘴59而将主燃料引入到旋流器70中。主燃料供应管线58和引燃燃料供应管线2由燃料供应55馈送，燃料供应55表示到燃烧器组件1的总燃料供应，并且在燃烧器组件1的运行的不同负载水平下，引燃燃料和主燃料的各自的比率(引燃燃料比主燃料)由燃料分流阀57控制。燃料分流阀57是众所周知的，并且因此为了简洁起见，在此不再进一步详述。燃料分流阀57一般由发动机控制单元(图3至图5中未示出，但稍后作为图12中的控制单元90呈现)控制，该发动机控制单元指示燃料分流阀57将总燃料以给定负载水平分流为引燃燃料和主燃料，引燃燃料经由引燃燃料孔3而被供应至燃烧器30，主燃料经由主燃料喷嘴59而被喷射到燃烧容积28中。分流在发动机控制单元的指令下通过遵循默认分流图或通过从监测和控制技术实现的经计算/调节的分流来执行。

现在参见图3，图3已经进一步详细解释了燃烧器组件1的示例性实施例。在图3所示的燃烧器组件1的实施例中，引燃空气供应管线4被流体连接至引燃燃料供应管线2。因此，引燃空气供应管线4将引燃空气提供到引燃燃料供应管线2中。在引燃空气被供应到引燃燃料供应管线2中流向引燃器30的引燃燃料中时，引燃空气与引燃燃料供应管线2内的引燃燃料混合，并且这在引燃燃料供应线2内形成引燃燃料/引燃空气预混合物。这样形成的引燃燃料/引燃空气预混合物通过引燃燃料喷射孔3而被提供，即，从燃烧器表面33被喷出或者换句话说，被喷射到燃烧容积28中。

现在参见图4，图4已经进进一步详细解释了燃烧器组件1的另一示例性实施例。如图4所示，在燃烧器组件1的另一实施例中，引燃燃料经由引燃燃料供应管线2、经过燃烧器30并且被供应到形成于燃烧器30中的预混合室7中。引燃空气供应管线4还连接至预混合室7并因此向预混合室7供应引燃空气。在图4所示的燃烧器组件1的实施例中，预混合室7被形成或限定在燃烧器30的主体39内。替代地，在另一实施例(未示出)中，预混合室7可以被形成在燃烧器30的主体39外部，即，未被限定在燃烧器30的主体39内。

如果引燃空气被供应至预混合室7并且在被供应至预混合室7时，引燃空气与引燃燃料混合以形成引燃燃料和引燃空气的混合物，即，引燃空气在被供应至燃烧容积28之前与引燃燃料预混合。预混合室7具有出口6，出口6被流体连接至引燃燃料喷射孔3。因此，如果引燃空气被供应至预混合室7并且在被供应至预混合室7时，引燃空气与引燃燃料混合以形成引燃燃料和引燃空气的混合物，也就是说，引燃燃料在被从引燃燃料喷射孔3喷射出之前与引燃空气预混合。如上所述，虽然图4(以及图3、图5和图12)仅示出一个引燃燃料喷射孔3，但可以注意到的是，燃烧器面33上一般存在多个引燃燃料喷射孔3，如图7至图10所示。

在燃烧器组件1的该实施例中，引燃燃料和引燃空气可以以任意所需比率在预混合室7中混合，例如，如果没有向预混合室7提供引燃空气而仅供应引燃燃料，则出口6能够经由引燃燃料孔3向燃烧容积28仅提供引燃燃料，即，仅引燃燃料(而没有引燃空气)被从引燃燃料喷射孔3喷射出。另一方面，引燃燃料和引燃空气可以在预混合室7中被等量地混合，并且继而达到所需要的1:1的比率，并且出口6继而能够经由引燃燃料孔3向燃烧容积28提供从引燃燃料喷射孔3被喷射出的具有等量引燃空气的预混合引燃燃料。类似地，引燃燃料和引燃空气可以在预混合室7中以3:1的比率被混合，并且出口6继而能够经由引燃燃料孔3向燃烧容积28提供从引燃燃料喷射孔3喷射出的具有75％的引燃燃料与25％的引燃空气混合的预混合引燃燃料。

现在参见图5，图5已经进一步详细解释了燃烧器组件1的又一示例性实施例。如图5所示，引燃燃料经由引燃燃料喷射管线2、经过燃烧器30(即，经过燃烧器面33)并且被供应到通过引燃燃料喷射孔3而被喷射的燃烧容积28中。如图5所示，除具有引燃燃料孔3之外，燃烧器面33还具有多个引燃空气喷射孔5(图10中示意性地示出多个，图10示出燃烧器面33并且示出被交替布置的多个引燃燃料孔3和引燃空气喷射孔5)。虽然图5示出了一个引燃空气喷射孔5(下文中也被称为引燃空气孔5)，但如图10所示，燃烧器面33或燃烧器表面33上一般存在多个引燃燃料孔3和多个引燃空气孔5。在燃烧器组件1的该实施例中，每个引燃燃料孔3被流体连接至引燃燃料供应管线2，并且每个引燃空气孔5被流体连接至引燃空气供应管线4。引燃空气和引燃燃料都能相继地或同时地、彼此独立地被喷射到燃烧容积28中，尤其是通过燃烧器表面33而被喷射到燃烧容积28中。

在燃烧器组件1的该实施例中，引燃燃料和引燃空气可以以任意所需比率相继地或同时地向燃烧容积28提供，例如，如果没有通过引燃空气孔5提供引燃空气而仅通过引燃燃料孔3供应引燃燃料，则燃烧容积28仅接收引燃燃料，即，富引燃燃料。另一方面，在引燃燃料和引燃空气从引燃燃料孔3和引燃空气孔5以相同速率被同时提供时，则在燃烧容积28中达到了1:1的所需比率。类似地，在以从引燃空气孔5提供的引燃空气的三倍速率从引燃燃料孔3同时提供引燃燃料时，则在燃烧容积28中达到了3:1的所需比率。

图10示出在燃烧器组件1的示例中，引燃燃料孔3和引燃空气孔5在燃烧器30的燃烧器面33上的布置。引燃燃料孔3围绕引燃器30的纵向轴线9而被周向地布置在燃烧器面33上。引燃空气孔5也围绕引燃器30的纵向轴线9而被周向地布置在燃烧器面33上。如图10的燃烧器组件1的实施例中所示，引燃燃料孔3和引燃空气孔5围绕纵向轴线9而被同心地布置，尤其是在图10的实施例中被一致地布置。引燃燃料孔3和引燃空气孔5被交替地排布在燃烧器面33上。在燃烧器组件1的另一实施例(未示出)中，引燃燃料孔3和引燃空气孔5围绕纵向轴线9同心但不一致地被布置，并且因此形成两个不同的圆形阵列。

在燃烧器组件1的示例性实施例中，引燃空气孔5的尺寸小于引燃燃料孔3的尺寸，例如，引燃空气孔5的直径小于引燃燃料孔3的直径。在引燃空气孔5的直径较小的情况下，即使向引燃空气孔5供应引燃空气的压力与向引燃燃料孔3供应引燃燃料的压力相同，以喷射流形式的所喷出的引燃空气也将具有更大动量。例如，引燃空气孔5的尺寸在引燃燃料孔3的尺寸的50％至70％之间。

在下文中，结合图6至图11描述燃烧器组件1的各种实施例。

如图10和图11所示，在一个或多个实施例中，引燃器30的燃烧器面33具有环形区域60。环形区域60总体上位于紧靠燃烧器面33的外圆形边缘37的内侧外围并且从纵向轴线9径向向外。引燃燃料孔3和引燃空气孔5(优选以交替模式)被限制或定位在环形区域60内，如图10所示。燃烧器组件1包括凸缘85，如图9和图11所示，凸缘85在燃烧器面33的环形区域60上方沿轴向悬伸，即，关于引燃器30的纵向轴线9悬伸。凸缘85可以被理解为被定位在环形区域60的顶部上并且轴向地间隔开的环形表面。换句话说，凸缘85和环形区域60以及因此环形区域60所在的燃烧器表面33被平行地设置，并且均垂直于引燃器30的纵向轴线9。由于凸缘85在燃烧器表面33的环形区域60上方被轴向隔开布置，环形袋62被轴向地形成在燃烧器面33和凸缘85之间，更确切地说，被形成在环形区域60和凸缘85之间。环形袋62径向向内打开，即，朝纵向轴线9打开，如图11所示。如图11中由附图标记3、5标记的箭头所示，引燃燃料和引燃空气在从引燃燃料孔3和引燃空气孔5被喷出的同时被喷入环形袋62中。因此，引燃燃料和引燃空气先在环形袋62中被部分地预混合，然后，处于部分预混合状态的引燃燃料和引燃空气沿图11中由附图标记8标记的箭头所示的流动方向流出环形袋62。引燃空气的喷射也可以在引燃燃料的喷射之后被相继地执行，并且部分预混合也可以通过这种方式来实现。引燃空气的喷射与引燃燃料的喷射同时进行或者在引燃燃料的喷射之后相继进行引起并且/或增加引燃燃料中的紊流。

在下文中，参考图6至图8并结合图9至图11来解释燃烧器组件1的实施例，其具有凸缘85的更多细节。燃烧器组件1的其它结构细节在图6中提供，图6示意性地示出燃烧装置100的示例性实施例的分解图，该示例性实施例包括本技术的引燃器组件1的示例性实施例。可以注意到的是，燃烧器组件1和/或燃烧装置100总体上可以包括更多部件，并且在图6中，仅描绘了对于理解本技术比较重要的那些部件或构件。

燃烧装置100包括：具有燃烧器面33的引燃器30(如上文中结合图1至图5以及图9至图11所解释的)、具有旋流器静叶72的径向旋流器70、环形封闭板92以及由燃烧室99限定的燃烧容积28以及(可选地)被称为预燃室88的过渡件，旋流器静叶72一般为楔形或扇形，围绕燃烧器面33而被定位在环形基板71上，以用于创建主燃料和空气的旋流混合物，旋流器70的旋流器静叶72被附接至环形封闭板92；过渡件位于旋流器70和燃烧室99之间。一般地，过渡件88或预燃室88可以被实施为燃烧室99的朝向引燃器30的一部分延续，或者被实施为引燃器30和燃烧室99之间的单独部件。引燃器30、旋流器70、燃烧器预燃室88和燃烧室99关于纵向轴线35呈现大体旋转对称性，即，燃烧器30的纵向轴线9与燃烧容积28的纵向轴线35重合。可以注意到的是，为了理解纵向轴线9和纵向轴线35是对齐的，纵向轴线9和纵向轴线35已经以非重叠的图示被分离地示出。

在旋流器70中，多个(例如十二个)旋流器静叶72围绕环形基板71而被周向地间隔布置，以便在相邻旋流器静叶72之间形成槽75。环形基板71包括在每个槽75的径向外端处的基底喷射孔77，主燃料通过基底喷射孔77而被供应至旋流器70。每个旋流器静叶72可以附加地包括在其侧面73的径向外端处的一个或多个侧喷射孔76，主燃料还通过侧喷射孔76而被供应至旋流器70。基底喷射孔77和侧喷射孔76在图2至图5以及后面的图12中被描绘为主燃料喷射孔59。

多个固定孔78延伸穿过旋流器静叶72和环形基板71，旋流器静叶72通过固定孔78而被固定在环形基板71上，如图6所示。替代地，旋流器静叶72可以与环形基板71一体地被形成，即，旋流器静叶72作为环形基板71的一部分延伸而一体地被形成。一般地，环形基板71固定在转接板(未示出)上，转接板围绕燃烧器面33而被环形地定位，然而，对于引燃器组件1，旋流器70连同旋流器静叶72可以通过将旋流器70支撑在其它构件(未示出)上而被定位。环形基板71具有径向内边缘79，径向内边缘79限定环形基板71的被居中设置的内开口29。在燃烧器组件1被组装或集成到燃烧装置100中时，燃烧器面33适配到环形基板71的内开口29中。

如图7和图8所示，每个旋流器静叶72具有薄端74，薄端74具有径向内位置。如图8所示，旋流器静叶72的径向内薄端74从环形基板71的径向内边缘79被向后设置，由此在紧靠边缘79的径向外侧限定环形凸台86。

如图6所示，预燃室88大体为柱形的形式，并且可以与环形封闭板92一体地被形成，或者可以通过中间构件(未示出)而被附接至环形封闭板92。因此，旋流器静叶72通过多个固定孔94、利用螺母和螺栓(未示出)而被附接在环形封闭板92的一个面上，多个固定孔94被包含在环形封闭板92中，与旋流器静叶72的固定孔78对齐，并且预燃室88被一体地形成在环形封闭板92的另一面上或者通过中间件(未示出)而被附接至环形封闭板92的另一面。可以注意到的是，图6所示的旋流器70、旋流器静叶72、环形封闭板92和预燃室88的组件仅用于示例性目的，并且组件中可以存在其它部件或构件，例如将一个构件连接至另一构件的其它环形板(未示出)，例如，旋流器静叶72可以与顶板(未示出)相连或与顶板一体地被形成，顶板继而可以被连接至环形封闭板92。

空气(即，与主燃料混合的空气)被供应至旋流器70的槽75的径向外端，并沿槽75大体径向向内行进，槽75在侧面上被限制在两个相邻旋流器静叶72之间，底部由基板71限制，并且环形封闭板92的面面向旋流器静叶72。主燃料被供应至基底喷射孔77，并且可选地被供应至在槽75中开口的侧喷射孔76，以便进入槽75并与沿槽75行进的空气(在本公开中被称为旋流器空气)混合。因此，旋流器70在紧靠槽75的径向内端的径向向内的环形区域中创建主燃料和空气的旋流混合物。该旋流混合物沿燃烧装置100穿过环形封闭板92和预燃室88而轴向地行进至燃烧室99。

现在参考图9至图11并结合图7至图8解释燃烧器组件1的替代的示例性实施例。如图7所示，凸缘85可以被形成于除旋流器70之外的另一构件，例如，被形成于上述的转接板(未示出)，环形基板71可以被固定到该转接板上。在图7中，由附图标记3和5表示的箭头表示存在于凸缘85下方的引燃燃料孔3和引燃空气孔5的位置。图7中未描绘引燃燃料孔3和引燃空气孔5本身。然而，如图8所示，凸缘85可以被形成于旋流器70的环形基板71的环形凸台86。在图8中，为了理解引燃燃料孔3和引燃空气孔5关于环形基板71的环形凸台86的相对位置，用虚线描绘了下燃烧器面33的边缘37以及被交替地布置的引燃燃料孔3和引燃空气孔5。

现在，在下文中参考图12解释燃烧器组件1的进一步实施例。仅出于示例性目的，图12中的部件用图4的标记表示。除具有燃烧器表面33的燃烧器30、燃烧容积28、用于向燃烧器30提供引燃燃料的引燃燃料供应管线2、用于向燃烧器30提供引燃空气的引燃空气供应管线3之外，燃烧器组件1还包括引燃空气阀84，以用于控制引燃空气供应管线4中朝向引燃器30的引燃空气流。引燃空气阀84可以是阀单元80的一部分。燃烧器组件1还可以包括温度传感器65、压力传感器66和控制单元90中的一个或多个。控制单元90引导或指示引燃空气阀84以控制引燃空气供应管线4中朝向引燃器30的引燃空气流，从而以引燃燃料和引燃空气的期望比率向燃烧容积28提供引燃燃料和引燃空气。可以注意到的是，虽然图12已经示出为与图4的实施例相对应的示例，但本文提供的图12的进一步描述同样适用于图3和图5的实施例。

引燃空气阀84可以是阀单元80的一部分，阀单元80反过来又可以附加地包括引燃燃料阀82。通过将经由引燃燃料供应管线2和引燃空气供应管线4向燃烧器30提供的引燃燃料和引燃空气中的一者或两者的供应启动、改变或停止，阀单元80用于变更分别经由引燃燃料供应管线2和引燃空气供应管线4向燃烧器30提供的引燃燃料和引燃空气的比率。引燃燃料阀82控制进入到预混合室7、并且因此进入到燃烧容积28(或在图5的实施例中，直接进入到燃烧容积28)中的引燃燃料流。引燃空气阀84控制进入到预混合室7、并且因此进入到燃烧容积28(或在图5的实施例中，直接进入到燃烧容积28)中的引燃空气流。引燃空气阀84以及可选地阀单元80通过从控制单元90接收的指令而被控制(即，关于引燃燃料和引燃空气的比率而被指示)。阀单元80还向控制单元90报告现有比率。

温度传感器66感测部件的温度，例如但不限于，燃烧器30的燃烧器面33的温度。温度传感器66可以是被嵌入到燃烧器30中的热电偶，并且将温度信号传送给控制单元90。因此，由控制单元90接收到的温度信号指示用这种方法感测到的部件33(即，燃烧器面33)的温度。

压力传感器66感测压力信息，例如但不限于，压力振动的幅度或频率，该压力信息表示在燃烧容积28的位置处的压力。出于示例性目的，燃烧容积28中的位置被示出为预燃室88的主体。压力传感器66继而将压力信号传送给控制单元90，该压力信号指示燃烧容积28的位置(即，图12示例中的预燃室88)处的压力。图12中描绘的温度传感器65和压力传感器66的位置仅用于示例性目的，并且燃烧装置运行特性监测领域的技术人员可以理解的是，温度传感器65和压力传感器66可以被定位在燃烧装置100中的各种其它位置中。

控制单元90接收来自温度传感器65的温度信号和来自压力传感器66的压力信号。控制单元90可以是但不限于数据处理器、微处理器、可编程逻辑控制器，并且可以是单独的单元或发动机控制单元(未示出)的一部分，发动机控制单元用于监测或调节图1中的燃气涡轮发动机10的一个或多个运行参数。基于温度信号，控制单元90通过被发送至阀单元80和/或引燃空气阀84的一个或多个输出信号来指示或引导阀单元80和/或引燃空气阀84，以用于改变向燃烧器30提供的引燃燃料和引燃空气的比率。

虽然参照特定实施例对本技术进行了描述，但应当理解的是，本技术并不限于这些精确实施例。需要注意的是，术语“第一”、“第二”等的使用并不表示任何重要性顺序，而是使用术语“第一”、“第二”等将一个元件与另一元件进行区分。相反地，鉴于描述用于实践本发明的示例性模式的本公开，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明范围的情况下，许多修改和变型将是显而易见的。因此，本发明的范围由所附的权利要求书而非由上文的描述指示。权利要求书等同物的含义和范围内的所有变化、修改和变型均应视为落入其范围内。

Claims (14)

1.一种用于一个燃气涡轮发动机(10)中的一个燃烧容积(28)的引燃器组件(1)，所述引燃器组件(1)包括：

-一个引燃器(30)，包括具有多个引燃燃料喷射孔(3)的一个燃烧器面(33)，所述引燃燃料喷射孔(3)适于向所述燃烧容积(28)提供引燃燃料以用于燃烧；

-一个引燃燃料供应管线(2)，被流体连接至所述引燃燃料喷射孔(3)，并且适于向所述引燃燃料喷射孔(3)提供所述引燃燃料；以及

-一个引燃空气供应管线(4)，适于向所述引燃器(30)提供引燃空气，并且其中所述引燃空气通过所述燃烧器面(33)而被供应至所述燃烧容积(28)。

2.根据权利要求1所述的引燃器组件(1)，其中所述引燃空气供应管线(4)被流体连接至所述引燃燃料供应管线(2)，以用于将所述引燃空气提供至所述引燃燃料供应管线(2)中，来在所述引燃燃料供应管线(2)内形成引燃燃料/引燃空气预混合物，并且其中所述引燃燃料喷射孔(3)适于向所述燃烧容积(28)提供所述引燃燃料/引燃空气预混合物以用于燃烧。

3.根据权利要求1所述的引燃器组件(1)，还包括一个预混合室(7)，其中所述预混合室(7)被流体连接至所述引燃燃料供应管线(2)以用于接收所述引燃燃料，并且所述预混合室(7)被流体连接至所述引燃空气供应管线(4)以用于接收所述引燃空气，并且其中所述预混合室(7)适于在所述预混合室(7)内形成引燃燃料/引燃空气预混合物，并且所述预混合室(7)包括一个出口(6)，所述出口(6)被流体连接至所述引燃燃料喷射孔(3)，以向所述燃烧容积(28)提供所述引燃燃料/引燃空气预混合物以用于燃烧。

4.根据权利要求3所述的引燃器组件(1)，其中所述预混合室(7)被形成在所述引燃器(30)的一个主体(39)内。

5.根据权利要求1所述的引燃器组件(1)，其中所述燃烧器面(33)包括多个引燃空气喷射孔(5)，所述引燃空气喷射孔(5)被流体连接至所述引燃空气供应管线(4)，并且适于向所述燃烧容积(28)提供所述引燃空气。

6.根据权利要求5所述的引燃器组件(1)，其中所述引燃燃料喷射孔(3)围绕所述引燃器(30)的一个纵向轴线(9)而被周向地布置在所述燃烧器面(33)上，并且其中所述引燃空气喷射孔(5)围绕所述纵向轴线(9)而被周向地布置。

7.根据权利要求6所述的引燃器组件(1)，其中所述引燃燃料喷射孔(3)和所述引燃空气喷射孔(5)围绕所述纵向轴线(9)而被一致地布置，并且其中所述引燃燃料喷射孔(3)和所述引燃空气喷射孔(5)被交替地排布在所述燃烧器面(33)上。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的引燃器组件(1)，其中所述引燃空气喷射孔(5)的尺寸小于所述引燃燃料喷射孔(3)的尺寸。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的引燃器组件(1)，其中所述引燃器组件(1)包括一个凸缘(85)，所述凸缘(85)在所述燃烧器面(33)的一个环形区域(60)上方轴向地悬伸，从而在所述燃烧器面(33)和所述凸缘(85)之间轴向地形成一个环形袋(62)，其中所述燃烧器面(33)的所述环形区域(60)关于所述纵向轴线(9)而被径向向外定位，并且其中所述引燃燃料喷射孔(3)和所述引燃空气喷射孔(5)被定位在在所述燃烧器面(33)的所述环形区域(60)内。

10.根据权利要求9所述的引燃器组件(1)，还包括一个径向旋流器(70)，适于生成主燃料和空气的旋流混合物，所述旋流混合物通过所述旋流器(70)而进入所述燃烧容积(28)，所述径向旋流器(70)包括：

-一个环形基板(71)，具有一个径向内边缘(79)；以及

-多个旋流器静叶(72)，被设置在所述环形基板(71)上，多个旋流器静叶(72)围绕所述引燃器(30)的所述纵向轴线(9)沿周向隔开而被布置并且径向地延伸，其中所述旋流器静叶(72)包括多个径向内薄端(74)，并且其中所述径向内薄端(74)从所述环形基板(71)的所述径向内边缘(79)被向后设置，由此在紧靠所述环形基板(71)的所述径向内边缘(79)的径向外侧限定所述环形基板(71)上的一个环形凸台(86)；并且

其中所述凸缘(85)由所述环形基板(71)的所述环形凸台(86)形成。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的引燃器组件(1)，包括一个引燃空气阀(84)，所述引燃空气阀(84)适于控制所述引燃空气供应管线(4)中的朝向所述引燃器(30)的引燃空气流。

12.根据权利要求11所述的引燃器组件(1)，还包括一个控制单元(90)，所述控制单元(90)适于引导所述引燃空气阀(84)以控制所述引燃空气供应管线(4)中的朝向所述引燃器(30)的所述引燃空气流，从而所述引燃燃料和所述引燃空气以所述引燃燃料和所述引燃空气的期望比率而被提供至所述燃烧容积(28)。

13.一种燃气涡轮发动机(10)，包括至少一个引燃器组件(1)，所述至少一个引燃器组件(1)是根据权利要求1至12中任一项所述的引燃器组件。

14.一种根据引用权利要求1至9的权利要求13的燃气涡轮发动机(10)，所述燃气涡轮发动机(10)包括：

一个径向旋流器(70)，所述径向旋流器(70)具有用于喷射主燃料流的多个主燃料喷射孔(76、77)，所述径向旋流器(70)包括多个旋流器静叶(72)的一个环形阵列，所述环形阵列围绕一个环形基板(71)沿周向隔开而被布置，以便在相邻旋流器静叶(72)之间形成多个槽(75)，其中，

所述引燃器组件(1)大体由所述径向旋流器(70)包围。