CN110017502A - 用于燃气涡轮发动机的射流旋流空气喷射燃料喷射器 - Google Patents

用于燃气涡轮发动机的射流旋流空气喷射燃料喷射器 Download PDF

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器包括外套筒。外套筒的上游端限定入口开口,且下游端限定出口开口,其各个限定在外套筒内。外套筒限定沿径向方向延伸穿过其中的径向开口。外套筒的至少一部分限定多个凹槽。外套筒从燃料喷射器中心线沿径向方向限定多个凹槽外侧的穿过外套筒的至少一部分的燃料导管。燃料导管限定燃料喷射开口,燃料喷射开口沿径向方向在限定成穿过外套筒的径向开口内侧。臂的第一部件联接至外套筒。臂的第二部件的轮廓设计成限定大体上与燃料喷射器中心线同心的燃料喷射端口。

Description

用于燃气涡轮发动机的射流旋流空气喷射燃料喷射器
技术领域
本主题大体上涉及用于燃烧组件的燃料喷射器。
背景技术
燃气涡轮发动机且具体是其燃烧组件关于减少排放,增大功率输出和改进性能和可操作性(包括部分负载或部分功率条件下)的挑战越来越大。然而,燃气涡轮发动机中可分配给燃烧组件的重量和空间有限。
用于改进排放输出、功率输出和/或性能和可操作性的潜在解决方案是驻涡燃烧器(TVC)或轴向分级的燃烧器组件。然而,已知的燃料喷射器在应用于TVC或轴向分级燃烧器时,大体上产生燃料或燃料/氧化剂混合物的高旋流(例如,大约0.5或更大的旋流数)或相对低轴向动量流。更进一步,已知的燃料喷射器大体上包括促进火焰锚定的一个或多个特征,大体上如,火焰稳定器、叶、中心体或下游末梢结构。尽管此性能属性是在常规贫燃烧或富燃烧环形、筒形或筒-环形燃烧器组件中可认识到或优选的,但此属性可导致涡破裂、中心线逆流,以及大体上不充分的混合、性能和操作,这些不利于TVC或轴向分级燃烧器性能和操作。
因此,需要一种燃料喷射器组件,其产生相对高动量、低旋流或无旋流燃料/氧化剂流来用于驱动驻涡或轴向燃料分级稀释射流。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中被阐述,或可根据描述而显而易见,或可通过实践本发明而习知。
本公开内容涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器。燃料喷射器包括相对于燃料喷射器中心线沿周向方向且与燃料喷射器中心线至少部分地同向延伸的至少部分圆柱形的外套筒,其中外套筒的上游端限定入口开口,且外套筒的下游端限定出口开口,其中入口开口和出口开口中的各个相对于燃料喷射器中心线沿径向方向限定在外套筒内,且进一步其中外套筒相对于燃料喷射器中心线沿径向方向限定延伸穿过其中的径向开口,且其中外套筒的内径的至少一部分限定从大致入口开口延伸的多个凹槽,且进一步其中外套筒从燃料喷射器中心线沿径向方向限定多个凹槽外侧的穿过外套筒的至少一部分的燃料导管,且其中燃料导管限定喷射开口,所述喷射开口沿径向方向在限定成穿过外套筒的径向开口内侧;以及联接至外套筒且相对于燃料喷射器中心线沿径向方向延伸的臂,其中臂限定联接至外套筒的第一部件,以及沿径向方向延伸且轮廓设计成限定与燃料喷射器中心线大体上同心的燃料喷射端口的第二部件,且其中第二部件限定延伸穿过其中的与燃料喷射端口流体连通的燃料通路。
在一个实施例中,臂的第二部件限定燃料通路内的压力雾化器。
在另一个实施例中,外套筒将多个凹槽处的内径的至少一部分限定为从入口开口朝下游方向减小。
在又一个实施例中,穿过外套筒限定的径向开口沿多个凹槽的下游端的径向方向向外设置。
在又一个实施例中,穿过外套筒限定的径向开口相对于燃料喷射器中心线至少部分地沿周向方向延伸。
在再一个实施例中,燃料/氧化剂混合通路限定在外套筒内侧。燃料/氧化剂混合通路限定在多个凹槽下游和出口开口上游。
在一个实施例中,燃料导管进一步限定成穿过臂的第一部件。
在另一个实施例中,穿过外套筒的径向开口相对于燃料喷射器中心线至少部分地沿轴向方向延伸。燃料喷射器开口和多个凹槽的下游端各自沿径向方向限定在径向开口内侧。
在各种实施例中,燃料喷射器还包括沿径向方向在外套筒与臂的第二部件之间延伸的前壁。前壁大体上与燃料喷射器中心线同心,且限定穿过其中的多个壁开口。在一个实施例中,壁开口限定成穿过相对于燃料喷射器中心线沿周向方向至少部分地延伸的前壁。
本公开内容的另一个方面涉及一种限定轴向发动机中心线的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括大体上限定成与发动机中心线同心的燃烧区段。燃烧区段包括多个燃料喷射器,多个燃料喷射器以围绕发动机中心线的相邻周向布置限定。
在发动机的一个实施例中,燃烧区段限定驻涡燃烧器组件。
在发动机的另一个实施例中,多个燃料喷射器相对于发动机中心线至少部分地沿周向方向设置。
在发动机的又一个实施例中,多个燃料喷射器相对于发动机中心线至少部分地沿径向方向设置。
本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求而变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例,且连同描述用于阐释本发明的原理。
技术方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器,所述燃料喷射器包括:
至少部分地沿与燃料喷射器中心线同向延伸的外套筒,其中所述外套筒的上游端限定入口开口,并且所述外套筒的下游端限定出口开口,其中所述入口开口和所述出口开口中的各个相对于所述燃料喷射器中心线沿径向方向限定在所述外套筒内,并且进一步其中所述外套筒相对于所述燃料喷射器中心线沿所述径向方向限定延伸穿过其中的径向开口,且其中所述外套筒的内径的至少一部分限定大致从所述入口开口延伸的多个凹槽,并且进一步其中所述外套筒从所述燃料喷射器中心线沿所述径向方向限定所述多个凹槽外侧的穿过所述外套筒的至少一部分的燃料导管,并且其中所述燃料导管限定燃料喷射开口,所述燃料喷射开口沿所述径向方向在限定成穿过所述外套筒的所述径向开口内侧;以及
联接至所述外套筒且相对于所述燃料喷射器中心线沿所述径向方向延伸的臂,其中所述臂限定联接至所述外套筒的第一部件,以及沿所述径向方向延伸且轮廓设计成限定与所述燃料喷射器中心线大体上同心的燃料喷射端口的第二部件,并且其中所述第二部件限定延伸穿过其中的与所述燃料喷射端口流体连通的燃料通路。
技术方案2. 根据技术方案1所述的燃料喷射器,其特征在于,所述臂的第二部件限定所述燃料通路内的压力雾化器。
技术方案3. 根据技术方案1所述的燃料喷射器,其特征在于,所述外套筒将所述多个凹槽处的内径的至少一部分限定为从所述入口开口朝下游方向减小。
技术方案4. 根据技术方案1所述的燃料喷射器,其特征在于,限定成穿过所述外套筒的所述径向开口沿所述径向方向设置在所述多个凹槽的下游端外侧。
技术方案5. 根据技术方案1所述的燃料喷射器,其特征在于,限定成穿过所述外套筒的所述径向开口相对于所述燃料喷射器中心线至少部分地沿所述周向方向延伸。
技术方案6. 根据技术方案1所述的燃料喷射器,其特征在于,燃料/氧化剂混合通路限定在所述外套筒内侧,并且进一步其中所述燃料/氧化剂混合通路限定在所述多个凹槽下游和所述出口开口上游。
技术方案7. 根据技术方案1所述的燃料喷射器,其特征在于,所述燃料导管进一步限定成穿过所述臂的第一部件。
技术方案8. 根据技术方案1所述的燃料喷射器,其特征在于,穿过所述外套筒的所述径向开口相对于所述燃料喷射器中心线至少部分地沿轴向方向延伸,并且其中燃料喷射开口和所述多个凹槽的下游端各自沿所述径向方向限定在所述径向开口内侧。
技术方案9. 根据技术方案1所述的燃料喷射器,其特征在于,所述燃料喷射器还包括:
沿所述径向方向在所述外套筒与所述臂的所述第二部件之间延伸的前壁,其中所述前壁大体上与所述燃料喷射器中心线同心,并且其中所述前壁限定穿过其中的多个壁开口。
技术方案10. 根据技术方案9所述的燃料喷射器,其特征在于,所述壁开口限定成穿过相对于所述燃料喷射器中心线沿所述周向方向至少部分地延伸的所述前壁。
技术方案11. 一种限定轴向发动机中心线的燃气涡轮发动机,所述燃气涡轮发动机包括:
限定成大体上与所述发动机中心线同心的燃烧区段,其中所述燃烧区段包括多个燃料喷射器,所述多个燃料喷射器以围绕所述发动机中心线的相邻周向布置限定,其中所述燃料喷射器包括:
相对于燃料喷射器中心线沿周向方向且与所述燃料喷射器中心线至少部分地同向延伸的至少部分圆柱形的外套筒,其中所述外套筒的上游端限定入口开口,并且所述外套筒的下游端限定出口开口,其中所述入口开口和所述出口开口中的各个相对于所述燃料喷射器中心线沿径向方向限定在所述外套筒内,并且进一步其中所述外套筒相对于所述燃料喷射器中心线沿所述径向方向限定延伸穿过其中的径向开口,且其中所述外套筒的内径的至少一部分限定大致从所述入口开口延伸的多个凹槽,并且进一步其中所述外套筒从所述燃料喷射器中心线沿所述径向方向限定所述多个凹槽外侧的穿过所述外套筒的至少一部分的燃料导管,并且其中所述燃料导管限定燃料喷射开口,所述燃料喷射开口沿所述径向方向在限定成穿过所述外套筒的所述径向开口内侧;以及
联接至所述外套筒且相对于所述燃料喷射器中心线沿所述径向方向延伸的臂,其中所述臂限定联接至所述外套筒的第一部件,以及沿所述径向方向延伸且轮廓设计成限定与所述燃料喷射器中心线大体上同轴的燃料喷射端口的第二部件,并且其中所述第二部件限定延伸穿过其中的与所述燃料喷射端口流体连通的燃料通路。
技术方案12. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述燃料喷射器的臂的第二部件限定所述燃料通路内的压力雾化器。
技术方案13. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述燃料喷射器的外套筒将所述多个凹槽处的所述内径的至少一部分限定为从所述入口开口朝所述下游方向减小。
技术方案14. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,燃料/氧化剂混合通路限定在所述外套筒内侧,并且进一步其中所述燃料/氧化剂混合通路限定在所述多个凹槽下游和所述出口开口上游。
技术方案15. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,穿过所述燃料喷射器的所述外套筒的所述径向开口相对于所述燃料喷射器中心线至少部分地沿轴向方向延伸,并且其中燃料喷射开口和所述多个凹槽的下游端各自沿所述径向方向限定在所述径向开口内侧。
技术方案16. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述燃料喷射器还包括:
沿所述径向方向在所述外套筒与所述臂的第二部件之间延伸的前壁,其中所述前壁大体上与所述燃料喷射器中心线同心,并且其中所述前壁限定穿过其中的多个壁开口。
技术方案17. 根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述壁开口限定成穿过相对于所述燃料喷射器中心线沿所述周向方向至少部分地延伸的所述燃料喷射器的所述前壁。
技术方案18. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述燃烧区段限定驻涡燃烧器组件。
技术方案19. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述多个燃料喷射器相对于所述发动机中心线至少部分地沿周向方向设置。
技术方案20. 根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机,其特征在于,所述多个燃料喷射器相对于所述发动机中心线至少部分地沿径向方向设置。
附图说明
包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在参照附图的说明书中被阐述,在附图中:
图1为结合燃烧器组件的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图;
图2为大体上在图1中提供的燃气涡轮发动机的燃烧区段的燃烧器组件的示例性实施例的轴向横截面视图;
图3为大体上在图2中提供的燃烧器组件的示例性实施例的一部分的透视图;
图4为大体上在图2中提供的燃烧器组件的另一个示例性实施例的横截面视图;
图5为大体上在图2中提供的燃烧器组件的示例性实施例的侧视图;
图6为图2中的燃烧器组件的燃料喷射器的示例性实施例的透视图;
图7为在图9中所示的平面A-A处的图6中的示例性燃料喷射器的剖面视图;
图8为在图9中所示的平面A-A处的图6中的燃料喷射器的另一个示例性实施例的剖面视图;
图9为图6中的示例性燃料喷射器的一部分的横截面视图;
图10为图6中的燃料喷射器的另一个示例性实施例的一部分的横截面视图;以及
图11为平面11-11处的图9中的示例性燃料喷射器的一部分的横截面视图。
本说明书和附图中的参考符号的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
部件列表
10 高旁通涡扇发动机("发动机")
11 燃烧器中心线
12 轴向中心线
13 燃料喷射器中心线
14 风扇组件
16 核心发动机
18 (基本上管状的)外壳
20 环形入口
22 低压(LP)压缩机
24 高压(HP)压缩机
26 燃烧区段
28 高压(HP)涡轮
30 低压(LP)涡轮
31 涡轮区段
32 喷气排气喷嘴区段
34 高压(HP)转子轴
36 低压(LP)转子轴
38 风扇轴
40 减速齿轮
42 (多个)风扇叶片
44 环形风扇壳或机舱
46 (多个)沿周向间隔开的出口导叶或支柱
48 旁通空气流通路
50 燃烧器组件
61 主燃烧区
62 燃烧室
64 扩散器腔或压力仓室
66 次级燃烧区
67 三级燃烧区
70 主流动通路
74 一定量的空气
76 (机舱和/或风扇组件的)相关联的入口
78 空气的一部分
80 空气的另一部分
81 (扩散器壳的)内扩散器壁
82 压缩空气
83 外扩散器壁
84 压力容器或扩散器壳
86 燃烧气体
91 第一半径
92 第二半径
93 第二参考弦线
94 锐角(相对于参考弦线96)
95 周向参考线
96 参考弦线
97 锐角(相对于参考弦线96)
98 下游端(燃料喷射器)
99 上游端(燃料喷射器)
100 蜗壳壁
101 (蜗壳壁的)部分
102 蜗壳壁开口
103 (一个或多个)燃料喷射开口
104 蜗壳壁通路
105 次级流动通路
106 次级出口开口
107 次级入口开口
110 内壁
115 第二内壁
117 内冷却流动通路
120 外壁
121 (外壁的)部分
122 次级流动通路壁
123 (穿过外壁)的三级开口
125 第二外壁
127 外冷却流动通路
210 主燃料喷射器
220 次级燃料喷射器
230 三级燃料喷射器
300 燃料喷射器
305 燃料/氧化剂混合通路
307 (外套筒的)内径
309 入口开口
310 外套筒
311 出口开口
313 径向开口
314 (多个凹槽的)下游端
315 (多个)凹槽
317 燃料喷射开口
319 燃料导管
320 臂
323 第一部件
325 第二部件
327 燃料喷射端口(大体上与燃料喷射器中心线同心)
329 燃料通路
330 压力雾化器
340 前壁
342 壁开口
372 燃料
373 燃料流
380 剪切混合区域
382 氧化剂流
383 氧化剂的大体上轴向流
384 燃料/氧化剂混合物
11-11 平面
A1 轴向方向
A2 轴向方向
A3 轴向方向
A-A 平面
C1 周向方向
C2 周向方向
C3 周向方向
R1 径向方向
R2 径向方向
R3 径向方向。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例,其一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过阐释本发明而非限制本发明的方式被提供。实际上,对本领域技术人员而言将显而易见的是,可在不脱离本发明的范围或精神的情况下,在本发明中作出各种改型和变型。例如,示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。因此,意在本发明涵盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。
如本文使用的,用语"第一"、"第二"和"第三"可互换使用,以将一个构件与另一个区分开,且不意在表示独立构件的位置或重要性。
用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如,"上游"是指流体流自的方向,且"下游"是指流体流至的方向。
本文引用的近似可包括基于如本领域中使用的一个或多个测量装置的裕度,如但不限于测量装置或传感器的满量程测量范围的百分比。备选地,本文引用的近似可包括比上限值大上限值的10%或比下限值小下限值的10%的裕度。
大体上提供了产生相对高动量、低旋流或无旋流燃料/氧化剂流以驱动驻涡或轴向燃料分级稀释射流的燃料喷射器组件的实施例。本文大体上提供的燃料喷射器的各种实施例可限定小于大约0.5的燃料喷射器的下游端处的旋流数。来自燃料喷射器的燃料和氧化剂的低旋流或无旋流防止驻涡燃烧(TVC)组件中的涡破裂。更进一步,来自燃料喷射器的低旋流或无旋流燃料和氧化剂可进一步防止中心线逆流。此外,燃料喷射器提供内部剪切结构来促进来自一个或多个燃料喷射端口/开口的燃料与经由一个或多个氧化剂开口流出的氧化剂快速混合。燃料喷射器的实施例可改进TVC或燃料分级燃烧器组件的性能和可操作性,从而改进燃气涡轮发动机性能、可操作性、排放输出和功率输出。
现在参照附图,图1为示例性燃气涡轮发动机的示意性局部横截面侧视图,该示例性燃气涡轮发动机限定可结合本公开内容的各种实施例的高旁通涡扇发动机10,其在本文中被称为"发动机10"。尽管下文参照涡扇发动机进一步描述,但本公开内容还大体上可适用于燃气涡轮发动机,大体上包括涡轮机,如,涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴燃气涡轮发动机,包括船舶和工业涡轮发动机,以及辅助动力单元。本公开内容进一步可适用于用于包括火箭、导弹等设备的推进系统,如,冲压式喷气发动机、超音速冲压式喷气发动机等。发动机10大体上限定轴向方向A1、相对于为了参照目的而延伸穿过其中的轴向中心线轴线12的径向方向R1,以及相对于中心线轴线12延伸的周向方向C1。大体上,发动机10可包括风扇组件14和设置在风扇组件14下游的核心发动机16。
核心发动机16大体上可包括限定环形入口20的基本上管状的外壳18。外壳18包围或至少部分地形成成串联流动关系的:具有增压器或低压(LP)压缩机22、高压(HP)压缩机24的压缩机区段、燃烧区段26、包括高压(HP)涡轮28、低压(LP)涡轮30的涡轮区段31,以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)转子轴34将HP涡轮28驱动地连接至HP压缩机24。低压(LP)转子轴36将LP涡轮30驱动地连接至LP压缩机22。LP转子轴36还可连接至风扇组件14的风扇轴38。在特定实施例中,如图1中所示,LP转子轴36可经由减速齿轮40(如,呈间接驱动或齿轮驱动构造)连接至风扇轴38。在其它实施例中,发动机10还可包括中压(IP)压缩机和可与中压轴一起旋转的涡轮。
如图1中所示,风扇组件14包括多个风扇叶片42,其联接至风扇轴38,且从风扇轴38沿径向向外延伸。环形风扇壳或机舱44沿周向包绕风扇组件14和/或核心发动机16的至少一部分。在一个实施例中,机舱44可相对于核心发动机16由多个沿周向间隔开的出口导叶或支柱46支承。此外,机舱44的至少一部分可在核心涡轮发动机16的外部部分上延伸,以便限定其间的旁通空气流通路48。
现在参照图2,大体上提供了燃烧区段26的燃烧器组件50的轴向横截面视图。燃烧器组件50包括以环形方式围绕燃烧器中心线11延伸的蜗壳壁100。蜗壳壁100至少部分地作为螺旋曲线从周向参考线95围绕燃烧器中心线11延伸。蜗壳壁100在蜗壳壁100内侧限定燃烧室62。环形内壁110从蜗壳壁100至少部分地沿轴向方向A2延伸。环形外壁120从蜗壳壁100至少部分地沿轴向方向A2延伸。内壁110和外壁120沿径向方向R2与燃烧器中心线11分开。主流动通路70限定在内壁110与外壁120之间,与燃烧室62流体连通。
应当认识到,在各种实施例中,燃烧器中心线11可与发动机10的轴向中心线12相同。然而,在其它实施例中,燃烧器中心线11可设置成相对于轴向中心线12成锐角。更进一步,燃烧器中心线11可设置成沿相对于轴向中心线12的切线方向。因此,在各种实施例中,轴向方向A2可与轴向方向A1相同,或大体上同向或共面。然而,在其它实施例中,轴向方向A2相对于燃烧器中心线11的设置而被限定,如,同向,其可相对于发动机10的轴向方向A1以不同方向被限定。
在各种实施例中,燃烧器组件50还包括主燃料喷射器210。蜗壳壁100限定一个或多个燃料喷射开口103,经由开口103,主燃料喷射器210至少部分地延伸至燃烧室62中。在一个实施例中,参考弦线96从蜗壳壁100限定。主燃料喷射器210相对于参考弦线96成锐角97而至少部分地延伸至燃烧室62中。
在另一个实施例中,主燃料喷射器210相对于蜗壳壁100和燃烧器中心线11成切线角而至少部分地延伸至燃烧室62中。例如,主燃料喷射器210可以切线角设置,使得液体或气态燃料流相对于燃烧室62内的燃烧器中心线11(图3中所示)沿周向方向C2至少部分地沉积至燃烧室62中。
在又一些各种实施例中,主燃料喷射器210可相对于燃烧室62成轴向、径向和方位分量的复合角而至少部分地延伸至燃烧室62中。
在各种实施例中,主燃料喷射器210使液体或气态燃料流沉积至燃烧室62中,以限定燃烧室62内的主燃烧区61。在又一些各种实施例中,主燃料喷射器210和燃烧室62限定环形驻涡或环面(toroidally)稳定的主燃烧区61。驻涡主燃烧区61可在化学计量方面限定为贫或富。在一个实施例中,来自主燃料喷射器210的燃烧室62处的燃料可与氧化剂预混。在另一个实施例中,燃料和氧化剂可分开(即,扩散)。在又一些各种实施例中,扩散器和预混的燃料/氧化剂的组合可进入燃烧室62中限定的主燃烧区61。
现在参照图3,大体上提供了图2中的燃烧器组件50的一部分的透视图。参照图2-3,蜗壳壁100的部分101和外壁120的部分121一起限定其间的次级流动通路105。蜗壳壁100和外壁120一起限定邻近燃烧室62的一个或多个次级出口开口106。第二出口开口106与主流动通路70流体连通。在一个实施例中,第二出口开口106更确切地是与燃烧室62流体连通。外壁120进一步限定与次级流动通路105流体连通的一个或多个次级入口开口107和次级出口开口106。
在燃烧器组件50的一个实施例中,次级流动通路105相对于燃烧器中心线11至少部分地以环形方式延伸。在其它实施例中,如大体上在图3中所示,次级流动通路壁122延伸至蜗壳壁100的部分101和外壁120的部分121。次级流动通路壁122、蜗壳壁100的部分101和外壁120的部分121一起将次级流动通路105限定为离散通路。次级流动通路壁122限定呈围绕燃烧器中心线11的相邻周向布置的两个或更多个离散次级流动通路105。
在一个实施例中,燃烧室62内的环形驻涡主燃烧区61大体上相对于在内壁110与外壁120之间延伸的主流动通路70沿径向方向R向外设置。例如,燃烧室62大体上堆叠,且经由延伸以限定次级流动通路105的蜗壳壁100和外壁120的部分101,121而至少部分地与主流动通路70分隔开。
返回参照图2,在各种实施例中,次级流动通路105从大致次级入口开口107到大致次级出口开口106限定减小的横截面区域。减小的横截面区域大体上可限定喷嘴,其加快穿过次级流动通路105的流体流到达燃烧室62。在各种实施例中,流体流是液体或气态燃料(下文进一步描述)、氧化剂流(例如,空气),或惰性气流或它们的组合。
在一个实施例中,次级流动通路105至少部分地可提供氧化剂流,以有助于限定将氧化剂流提供至蜗壳燃烧室62的至少一个通路,蜗壳燃烧室62有助于在燃烧室62处驱动主燃烧区61的驻涡或环面稳定。
在另一个实施例中,如下文进一步所述,燃烧组件50进一步限定燃烧室62处的主燃烧区61下游的一个或多个燃料喷射位置,如,在驻涡主燃烧区61与燃烧器组件50的下游出口之间。类似于主燃料喷射器210和主燃烧区61,一个或多个下游燃料喷射位置可限定为化学计量方面的贫或富或它们的组合。更进一步,一个或多个燃料喷射位置可限定扩散或预混燃料和氧化剂,或它们的组合。在各种实施例中,下文进一步所述的下游燃料喷射器位置可限定为离开燃烧器组件50的燃烧气体的主动控制的燃料稀释。在其它各种实施例中,主燃料喷射器210、下游燃料喷射器(例如,次级燃料喷射器220、三级燃料喷射器230)中的一个或多个,或它们的组合可受控制,以选择性地将燃料或燃料/氧化剂混合物384提供至燃烧室62、主流动通路70或两者,以在形成燃烧气体86时提供燃料/氧化剂混合物384的期望停留时间。
现在参照图4,大体上提供了燃烧区段26的轴向横截面视图。在图4中所示的实施例中,燃烧器组件50还可包括经由次级入口开口107至少部分的延伸至次级流动通路105中的次级燃料喷射器220。次级燃料喷射器220构造成将液体或气态燃料流沉积至次级流动通路105中以流入燃烧室62。因此,与主流动通路70或更确切地说是燃烧室62流体连通的次级流动通路105限定大体上在主燃料喷射器210下游(沿主流动通路70)的次级燃料/氧化剂喷射端口。次级流动通路105可使燃料进入燃烧室62以混合并点燃,以形成主燃烧区61下游的如以圆66示意性所示的次级燃烧区。
仍参照图4,在燃烧器组件50的各种实施例中,蜗壳壁100从大致设置在次级出口开口106处的第一半径91延伸至大致设置在内部110处的第二半径92。第二半径92大体上大于第一半径91。因此,蜗壳壁100大体上可限定涡旋壁,涡旋壁限定环形蜗壳燃烧室62。
现在参照图2和4,燃烧器组件50还可包括穿过外壁120的三级开口123。三级开口123限定成邻近主流动通路70。例如,三级开口123大体上在燃烧室62下游。更确切地说,三级开口123可穿过外壁120限定在次级出口开口106下游。
在各种实施例中,燃烧器组件50还包括三级燃料喷射器230,其至少部分地延伸穿过外壁120处的三级开口123。在一个实施例中,三级燃料喷射器230至少部分地相对于外壁120和燃烧器中心线11成切线角延伸,以便相对于燃烧器中心线11沿周向方向C2(图3中所示)至少部分地沉积液体或气态燃料流。三级燃料喷射器230可使燃料流进入主流动通路70,以混合并点燃以形成主燃烧区61下游的如以圆67示意性所示的三级燃烧区。
现在参照图2-4,在各种实施例中,蜗壳壁100限定穿过其中的与燃烧室62流体连通的一个或多个蜗壳壁开口102。蜗壳壁开口102容许氧化剂流入燃烧室62来驱动其内的驻涡。在一个实施例中,涡驱动氧化剂可与从主燃料喷射器210分离的燃料预混,以便在燃烧室62中产生至少部分预混的混合驻涡区。
现在参照图4,在又一些各种实施例中,蜗壳壁100限定延伸至蜗壳壁开口102的蜗壳壁通路104。蜗壳壁通路104从扩散器腔或压力仓室64(例如,压缩机出口压力或P3)延伸,扩散器腔或压力仓室64包绕蜗壳壁100、内壁110和外壁120。在一个实施例中,第二参考弦线93从蜗壳壁100限定。蜗壳壁100限定相对于参考弦线96成锐角94的蜗壳壁通路104。在另一个实施例中,蜗壳壁通路104可从压力仓室64到燃烧室62限定减小的横截面区域,以便加快氧化剂流进入燃烧室62。加快的氧化剂流和/或氧化剂流进入燃烧室62所成的锐角94可进一步促进燃烧室62内的主燃烧区61处的燃烧气体的环面稳定。
仍参照图4,燃烧器组件50还可包括沿径向方向R2设置在内壁110内侧的第二内壁115。第二内壁115至少部分地沿轴向方向A2延伸。内冷却流动通路117限定在第二内壁115与内壁110之间。内冷却流动通路117提供从压力仓室64到燃烧器组件50下游的氧化剂流。例如,内冷却流动通路117可提供从压力仓室64至涡轮区段31的涡轮喷嘴的氧化剂流。内冷却流动通路117还可限定翅片或喷嘴,或变化的横截面区域,以便限定朝下游端加速氧化剂流的导流器。加速的氧化剂流还可向内壁110、第二内壁115或发动机10的下游构件(例如,涡轮喷嘴、涡轮转子、涡轮次级流径等)中的至少一者提供热衰减或热传递。
在另一个实施例中,燃烧器组件50还可包括沿径向方向R2设置在外壁120外侧的第二外壁125。第二外壁125至少部分地沿轴向方向A2延伸。外冷却流动通路127限定在外壁120与第二外壁125之间。类似于如关于内冷却流动通路117描述的,外冷却流动通路127提供从压力仓室64朝燃烧器组件50下游的氧化剂流。例如,外冷却流动通路127可提供从压力仓室64至涡轮区段31的涡轮喷嘴的氧化剂流。外冷却流动通路127还可限定翅片或喷嘴,或变化的横截面区域,以便限定朝下游端加速氧化剂流的导流器。
在各种实施例中,蜗壳壁100或内壁110、外壁120中的一个或多个可包括穿过其中的多个孔口,以允许氧化剂的一部分分别从次级流动通路105、内冷却通路117或外冷却通路127,或压力仓室64流入主流动通路70,以便调整或影响出口温度分布或其周向分配(例如,分布系数(pattern factor))。孔口可限定稀释射流、冷却块或格栅、孔或蒸腾(transpiration)。在又一些各种实施例中,多个孔口可向蜗壳壁100、内壁110或外壁120中的一个或多个提供热衰减(例如,冷却)。
仍参照图4,燃烧器组件50还可包括压力容器或扩散器壳84,其包绕蜗壳壁100、内壁110和外壁120。扩散器壳84包括沿径向方向R2限定在内壁110和蜗壳壁100内侧的内扩散器壁81。外扩散器壁83沿径向方向R2限定在外壁120和蜗壳壁100外侧。扩散器壳84至少部分地沿轴向方向A2或沿轴向方向A1延伸。扩散器壳84限定包绕蜗壳壁100、外壁120和内壁110的压力仓室64。
现在参照图5,大体上提供了在图1-4的各种实施例中大体上示出和描述的燃烧器组件50的示例性实施例的侧视图。图5中大体上提供的实施例还绘出了相对于燃烧器中心线11成切线角设置的多个主燃料喷射器210。在各种实施例中,主燃料喷射器210还可以锐角97设置,如关于图2-4所描述的。
在如大体上在图5中提供的一个实施例中,三级燃料喷射器230可相对于燃烧器中心线11大致沿径向方向R2设置。在其它实施例中,三级燃料喷射器230可至少部分地沿周向方向C2或相对于燃烧器中心线11沿切向设置。
尽管图5中未进一步绘出,但大体上提供的燃烧器组件50可包括次级燃料喷射器220,其至少部分地沿径向方向R2至少部分地设置成穿过次级入口开口107中的一个或多个,以提供燃料流来产生图4中大体上示出的次级燃烧区66。
在又一些各种实施例中,主燃料喷射器210、次级燃料喷射器220或三级燃料喷射器230中的一个或多个可限定关于图6-11进一步示出和描述的燃料喷射器300。
在发动机10的操作期间,如图1-5共同所示的,如由箭头74示意性指示的一定量空气经由机舱44和/或风扇组件14的相关联的入口76进入发动机10。当空气74横穿风扇叶片42时,如由箭头78示意性指示的空气的一部分被引导或导送至旁通空气流通路48中,同时如箭头80示意性指示的空气的另一部分被引导或导送至LP压缩机22中。空气80在其朝燃烧区段26流过LP压缩机22和HP压缩机24时逐渐受压缩。
如图2和图5中所示,如由箭头82示意性指示的新的压缩的空气流过燃烧器组件50。液体或气态燃料经由主燃料喷射器210沉积至燃烧室62中。燃料和压缩空气82混合且燃烧以产生燃烧气体86(图1中所示的)。更确切地说,燃料和空气在燃烧室62中在主燃烧区61处被混合并点燃,且经由压缩空气82而在环面上稳定,压缩空气82经由穿过次级入口开口107、蜗壳壁开口102或两者的次级流动通路105进入燃烧室62。在各种实施例中,如图3中所示,次级燃料喷射器220提供穿过次级流动通路105的附加燃料,以在主燃烧区61下游与空气和燃烧气体进一步混合。燃烧气体然后朝涡轮区段31流过主流动通路70。在各种实施例中,包括三级燃料喷射器230的燃烧器组件50还将燃料沉积至主流动通路70,以在主燃烧区61下游与燃烧气体86混合。
仍参照图1-5,在燃烧室62中生成的燃烧气体86从蜗壳壁100流至HP涡轮28中,因此致使HP转子轴34旋转,从而支持HP压缩机24的操作。如图1中所示,燃烧气体86然后被导送穿过LP涡轮30,因此致使LP转子轴36旋转,从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇轴38的旋转。燃烧气体86然后通过核心发动机16的喷气排气喷嘴区段32排出以提供推力。
应认识到,在各种实施例中,本文大体上限定的开口(如但不限于蜗壳壁开口102、次级出口开口106、次级入口开口107)和一个或多个通路(如但不限于蜗壳壁通路104和次级流动通路105、内冷却流动通路117和外冷却流动通路127)可各自限定一个或多个横截面区域,包括但不限于跑道形、圆形、椭圆形或卵形、矩形、星形、多边形或长方形,或其组合。更进一步,前述通路可限定可变横截面区域,如,减小、增大或其组合,如,会聚/发散。可变横截区域可限定提供加快的流、压力变化或流的定向的变化(如沿周向方向、径向方向或轴向方向,或它们的组合)的特征。
现在参照图6-11,大体上提供了主燃料喷射器210、次级燃料喷射器220和三级燃料喷射器230的实施例(下文共同称为"燃料喷射器300")。燃料喷射器300限定与燃料喷射器中心线13同向延伸的轴向方向A3。周向方向C3围绕燃料喷射器中心线13限定,且径向方向R3从燃料喷射器中心线13延伸。轴向方向A3独立于本文进一步描述的轴向方向A1和A2限定。燃料喷射器300进一步限定为了参照而提供的上游端99和下游端98,以大体上指示穿过燃料喷射器300的流的方向。
燃料喷射器300包括沿周向方向C3延伸的至少部分圆柱形的外套筒310。外套筒310进一步沿轴向方向A3至少部分地与燃料喷射器中心线13同向延伸。外套筒310的上游端99限定入口开口309。外套筒310的下游端98限定出口开口311。入口开口309和出口开口311中的各个沿径向方向R3限定在外套筒310内。外套筒310限定相对于燃料喷射器中心线13沿径向方向R3延伸穿过其中的径向开口313。外套筒310的内径307的至少一部分限定从大致入口开口309延伸的多个凹槽315。燃料/氧化剂混合通路305沿径向方向R3限定在外套筒310内侧。燃料/氧化剂混合通路305进一步限定在多个凹槽315下游和出口开口311上游。
在如大体上关于图8提供的各种实施例中,多个凹槽315的一部分可比多个凹槽315的其它部分沿径向方向R3向内延伸更多。进一步举例来说,备选地,限定凹槽315的脊或齿可比其它部分沿径向方向R3向内延伸更多。在大体上在图8中提供的实施例中,每隔一个凹槽315比另一个延伸更多。然而,在其它实施例中,凹槽315可沿径向方向R3或相对于燃料喷射器中心线13以非对称布置延伸更多或更少。更进一步,沿内径307从入口开口309到多个凹槽315的下游端314的角可在多个凹槽315之间不同。角可大体上是锐角,且在多个凹槽315之间改变。
外套筒310在多个凹槽315径向外侧限定穿过外套筒310的至少一部分的燃料导管319。燃料导管319限定燃料喷射开口317,燃料喷射开口317沿径向方向R3在限定成穿过外套筒310的径向开口313内侧。
燃料喷射器300还包括联接至外套筒310的臂320。臂320相对于燃料喷射器中心线13沿径向方向R3延伸。臂320限定联接至外套筒310的第一部件323。臂320进一步限定第二部件325,其沿径向方向R3延伸,且轮廓设计成限定大体上与燃料喷射器中心线13同心的燃料喷射端口327。第二部件325限定延伸穿过其中的与燃料喷射端口327流体连通的燃料通路329。
本文大体上提供的燃料喷射器300的实施例可大体上将燃料和氧化剂的低旋流或无旋流混合物提供至燃烧室62、主流动通路70(或更确切地说是主燃烧区61)、次级燃烧区66或三级燃烧区67中的一个或多个。本文所述的燃料喷射器300的各种实施例提供了更适于TVC或分级燃烧组件的燃料/氧化剂混合物384的旋流数。旋流数是流体(例如,相对于燃料喷射器中心线13的燃料/氧化剂混合物384)的角动量强度的量度,其限定为角动量的轴向通量与轴向动量的轴向通量之比。本文大体上提供的燃料喷射器300的各种实施例可限定小于大约0.5的燃料喷射器300的下游端处(例如,出口开口311处)的旋流数。在一个实施例中,燃料喷射器300将出口开口311处的旋流数限定在大约0.2到大约0.3之间。来自燃料喷射器300的低旋流或无旋流的燃料和氧化剂流防止驻涡燃烧(TVC)组件中的涡破裂,如,大体上关于图2-5所示和所描述的实施例。更进一步,来自燃料喷射器300的低旋流或无旋流的燃料和氧化剂流可进一步防止中心线逆流(例如,沿燃料喷射器中心线13)。此外,如限定多个凹槽315的外套筒310提供内部剪切结构来促进来自燃料喷射端口327、燃料喷射开口317或两者的燃料与经由入口开口309、径向开口313或两者流出的氧化剂的快速混合。
本文大体上提供的燃料喷射器300的实施例可进一步向燃烧室62、主流动通路70或两者提供燃料和氧化剂的高动量流,以便提供沿轴向分级(例如,向后或下游分级)的燃料喷射,以便改进功率输出,改进排放输出,以及改进性能和可操作性。至燃烧室62、主流动通路70或两者的燃料和氧化剂混合物的相对较高的动量流(例如,如关于次级燃料喷射器220、三级燃料喷射器230或两者示出和描述的)可为燃料分级稀释射流燃烧器组件提供燃料/氧化剂混合物384,同时减轻或消除再循环区。
更进一步,本文大体上提供的燃料喷射器300的实施例如经由无中心体结构(即,没有基本上或完全沿燃料/氧化剂混合流径向下延伸的大体上圆柱形的结构)、或叶、火焰稳定器、或大体上在燃料/氧化剂混合通路内或下游的末梢结构减轻火焰保持或锚定。例如,燃料/氧化剂混合通路305限定在中空外套筒310内,而没有可以其它方式促进火焰保持或锚定的设置在燃料/氧化剂混合通路305内的结构。
本文大体上提供的燃料喷射器300的实施例可以周向布置设置在燃烧器组件50内,如,大体上关于主燃料喷射器210(例如,图2、图5)所示和所描述的。在此实施例中,限定主燃料喷射器210的燃料喷射器300将燃料和氧化剂的预混射流旋流空气喷射混合物提供至燃烧室62以驱动TVC的驻涡。在各种实施例中,限定主燃料喷射器210的燃料喷射器300可以锐角97设置,如本文关于图2-5中所描述的。在又一些各种实施例中,限定主燃料喷射器210的燃料喷射器300可至少部分地沿周向或切向方向穿过外壁120(例如,图5)设置。例如,周向或切向方向大体上相对于延伸穿过燃烧室62的周向参考线95。
此外,本文大体上提供的燃料喷射器300的实施例可以周向布置设置在燃烧器组件50内,如,大体上关于次级燃料喷射器220和三级燃料喷射器230所示和所描述的。在此实施例中,燃料喷射器300提供燃料/氧化剂稀释射流混合物,以大体上减轻或消除主流动通路70内的再循环区的形成。
更进一步,在燃料喷射器300的各种实施例中,外套筒310至少基于燃料/氧化剂混合物384经由出口开口311流出之前燃料/氧化剂在燃料/氧化剂混合通路305内混合(例如,预混)的期望时间段沿轴向方向A3延伸。期望的时间段可至少基于燃料/氧化剂混合物384经由出口开口311流出之前燃料/氧化剂通路305中的燃料/氧化剂混合物384的蒸发、混合或两者的期望量。另外或备选地,期望的时间段可至少基于减轻燃料喷射器300内的燃料/氧化剂混合物384的自动点燃。因此,在各种实施例中,外套筒310,如,限定燃料/氧化剂混合通路305的其一部分,可至少基于减轻燃料/氧化剂混合物384的自动点燃或促进蒸发和/或混合或它们的组合的期望量来伸长或缩短。
仍参照图6-10中大体上提供的燃料喷射器300的示例性实施例,在各种实施例中,燃料导管319进一步限定为穿过臂320的第一部件323。例如,参照图9-10,燃料导管319可大体上沿周向(例如,沿周向方向C3)限定为穿过外套筒310,如,大体上包绕燃料导管319径向内侧的多个凹槽315。燃料导管319进一步与设置成穿过外套筒310的相邻周向布置的多个燃料喷射开口317流体连通。臂320可提供穿过燃料导管319且穿过燃料喷射开口317进入燃料/氧化剂混合通路305的由箭头373示意性所示的燃料流。更确切地说,燃料喷射开口317可使燃料373流出至剪切混合区域380(如下文进一步所述的)。
在一个实施例中,臂320的第二部件325限定燃料通路329内的压力雾化器330。在各种实施例中,压力雾化器可限定压力旋流雾化器、双孔口雾化器、普通或空气辅助射流,或其它适合的燃料喷射方法。
在燃料喷射器300的另一个实施例中,外套筒310将多个凹槽315处的内径307的至少一部分限定为从入口开口309朝下游方向减小。在一个实施例中,多个凹槽315处的外套筒310的内径307可在相对于多个凹槽315的上游端(例如,最邻近入口开口309)的多个凹槽315的下游端314处减小大约33%或更小。在另一个实施例中,多个凹槽315处的外套筒310的内径307可在相对于多个凹槽315的上游端的多个凹槽315的下游端314处减小大约25%或更小。在又一个实施例中,多个凹槽315处的外套筒310的内径307可在相对于多个凹槽315的上游端的多个凹槽315的下游端314处减小大约15%或更小。在再一个实施例中,多个凹槽315处的外套筒310的内径307可在相对于多个凹槽315的上游端的多个凹槽315的下游端314处减小大约7%或更小。
在燃料喷射器300的又一个实施例中,径向开口313限定成穿过外套筒310,且沿多个凹槽315的下游端314的径向方向R3进一步向外设置。因此,径向开口313提供沿径向方向R3向内穿过其中的基本上由箭头382示出的氧化剂流。氧化剂流382在其径向内部区域处遇到由线示意性示出的燃料流372。氧化剂流382和燃料流372在多个凹槽315下游的燃料/氧化剂混合通路305内的区域(示意性地示为在区域380内)中混合。例如,进入燃料/氧化剂混合通路305中的氧化剂流382的径向入流和朝燃料/氧化剂混合通路305的大体上轴向的燃料流372一起限定多个凹槽315下游的区域380处的剪切混合区。
由箭头383示意性所示的氧化剂的大体上轴向流可经由入口开口309进入外套筒310中。沿限定入外套筒310的内径307的多个凹槽315来调节氧化剂流383。氧化剂流383可进一步协助燃料/氧化剂在多个凹槽315下游的剪切混合区域380处的混合。与燃料流372,373混合的氧化剂流382,383一起产生燃料/氧化剂混合物384,其限定穿过燃料/氧化剂混合通路305且经由出口开口311流入燃烧器组件50(图1-5)的燃烧室62、主流动通路70或两者的相对低旋流高动量流。
在各种实施例中,径向开口313限定成穿过外套筒310,且进一步至少部分地沿周向方向C3或相对于燃料喷射器中心线13沿切向延伸。因此,穿过外套筒310至燃料/氧化剂混合通路305的氧化剂流382的径向入流至少部分地限定外套筒310内侧和燃料/氧化剂混合通路305中的轴向分量(沿轴向方向A3)、径向分量(沿径向方向R3)和周向分量(沿周向方向C3)。在一个实施例中,穿过外套筒310的径向开口313至少部分地沿轴向方向A3延伸。燃料喷射开口317和多个凹槽315的下游端314分别沿径向方向R3限定在径向开口313内侧。
现在参照图10-11,燃料喷射器300还可包括沿径向方向R3在外套筒310与臂320的第二部件325之间延伸的前壁340。前壁340大体上与燃料喷射器中心线13同心。前壁340限定穿过其中的多个壁开口342。氧化剂流383流过多个壁开口342,以与流出燃料喷射端口327的燃料流372混合。
前壁340可大体上提供进入外套筒310的氧化剂流383的流动计量、控制或限制。例如,多个燃料喷射器300可限定一个或若干前壁340,其限定一个或若干壁开口342。各个前壁340可限定各种流动特征(例如,横截面积、形状、体积、表面光洁度等)的壁开口342,以调节或计量穿过其中的氧化剂流383。因此,各个燃料喷射器300可至少部分地基于前壁340限定不同流动特征。作为另一个示例,主燃料喷射器210可限定第一前壁340或没有;二次燃料喷射器220可限定第二前壁340;以及三级燃料喷射器230可限定第三前壁340,其中各个前壁340限定不同流动特征的多个壁开口342以用于调节穿过其中的氧化剂流383。作为又一个示例,壁开口342可限定为穿过前壁340,如,其相对于燃料喷射器中心线13至少部分地沿周向方向C3延伸。
本文大体上提供的燃烧器组件50和燃料喷射器300的各种实施例可构造成使液体燃料、气态燃料或它们的组合流动。例如,在一个实施例中,燃料喷射器300可提供穿过燃料喷射端口327的液体燃料流372和穿过燃料喷射开口317的气态燃料流373。在其它实施例中,燃料喷射器300可提供穿过燃料喷射端口327和燃料喷射开口317中的各个的液体燃料。在其它实施例中,燃料喷射器300可经由燃料喷射端口327和燃料喷射开口317中的各个提供气态燃料。
在燃料喷射器300的其它各种实施例中,多个凹槽315可限定促进氧化剂流383进入剪切混合区域380的表面光洁度或特征。例如,多个凹槽315可限定膛线表面(如,限定螺旋凹槽),以促进氧化剂流383的高动量。大体上,外套筒310(如,内径307和/或沿燃料/氧化剂混合通路305的部分)可限定抛光、超抛光或膛线表面,以便促进燃料/氧化剂混合物384的流动。
本文大体上提供的燃烧器组件50和燃料喷射器300的实施例中的全部或部分可为单个整体构件的部分,且可由本领域的技术人员普遍已知的任何数量的工艺制造。这些制造工艺包括但不限于称为"增材制造"或"3D打印"的那些。此外,任何数量的铸造、加工、焊接、钎焊或烧结工艺,或它们的任何组合可用于单独地构造燃烧器组件50或燃料喷射器300或使燃烧器组件50或燃料喷射器300与燃烧区段26的一个或多个其它部分一体地构造。此外,燃烧器组件50可构成一个或多个独立构件,它们被机械地连结(例如,通过使用螺栓、螺母、铆钉或螺钉,或焊接或钎焊工艺,或它们的组合),或定位在空间中以实现如同制造或组装为一个或多个构件那样基本上相似的几何形状、空气动力或热动力结果。适合材料的非限制性示例包括高强度钢、镍基和钴基合金,和/或金属或陶瓷基质复合物,或它们的组合。
本书面描述使用示例来公开本发明,包括最佳模式,且还使本领域任何技术人员能够实践本发明,包括制作和使用任何装置或系统,以及执行任何并入的方法。本发明的可获得专利的范围由权利要求限定,且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素,或如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构要素,则此类其它示例意在处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器,所述燃料喷射器包括:
至少部分地沿与燃料喷射器中心线同向延伸的外套筒,其中所述外套筒的上游端限定入口开口,并且所述外套筒的下游端限定出口开口,其中所述入口开口和所述出口开口中的各个相对于所述燃料喷射器中心线沿径向方向限定在所述外套筒内,并且进一步其中所述外套筒相对于所述燃料喷射器中心线沿所述径向方向限定延伸穿过其中的径向开口,且其中所述外套筒的内径的至少一部分限定大致从所述入口开口延伸的多个凹槽,并且进一步其中所述外套筒从所述燃料喷射器中心线沿所述径向方向限定所述多个凹槽外侧的穿过所述外套筒的至少一部分的燃料导管,并且其中所述燃料导管限定燃料喷射开口,所述燃料喷射开口沿所述径向方向在限定成穿过所述外套筒的所述径向开口内侧;以及
联接至所述外套筒且相对于所述燃料喷射器中心线沿所述径向方向延伸的臂,其中所述臂限定联接至所述外套筒的第一部件,以及沿所述径向方向延伸且轮廓设计成限定与所述燃料喷射器中心线大体上同心的燃料喷射端口的第二部件,并且其中所述第二部件限定延伸穿过其中的与所述燃料喷射端口流体连通的燃料通路。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其特征在于,所述臂的第二部件限定所述燃料通路内的压力雾化器。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其特征在于,所述外套筒将所述多个凹槽处的内径的至少一部分限定为从所述入口开口朝下游方向减小。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其特征在于,限定成穿过所述外套筒的所述径向开口沿所述径向方向设置在所述多个凹槽的下游端外侧。
5.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其特征在于,限定成穿过所述外套筒的所述径向开口相对于所述燃料喷射器中心线至少部分地沿所述周向方向延伸。
6.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其特征在于,燃料/氧化剂混合通路限定在所述外套筒内侧,并且进一步其中所述燃料/氧化剂混合通路限定在所述多个凹槽下游和所述出口开口上游。
7.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其特征在于,所述燃料导管进一步限定成穿过所述臂的第一部件。
8.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其特征在于,穿过所述外套筒的所述径向开口相对于所述燃料喷射器中心线至少部分地沿轴向方向延伸,并且其中燃料喷射开口和所述多个凹槽的下游端各自沿所述径向方向限定在所述径向开口内侧。
9.根据权利要求1所述的燃料喷射器,其特征在于,所述燃料喷射器还包括:
沿所述径向方向在所述外套筒与所述臂的所述第二部件之间延伸的前壁,其中所述前壁大体上与所述燃料喷射器中心线同心,并且其中所述前壁限定穿过其中的多个壁开口。
10.根据权利要求9所述的燃料喷射器,其特征在于,所述壁开口限定成穿过相对于所述燃料喷射器中心线沿所述周向方向至少部分地延伸的所述前壁。
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GB (1) GB2571813B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115234944A (zh) * 2022-07-14 2022-10-25 中国人民解放军国防科技大学 一种旋流组合火焰稳定的冲压发动机燃烧室

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11149952B2 (en) * 2016-12-07 2021-10-19 Raytheon Technologies Corporation Main mixer in an axial staged combustor for a gas turbine engine
US10976052B2 (en) * 2017-10-25 2021-04-13 General Electric Company Volute trapped vortex combustor assembly
US11181269B2 (en) * 2018-11-15 2021-11-23 General Electric Company Involute trapped vortex combustor assembly
FR3107564B1 (fr) * 2020-02-24 2022-12-02 Safran Helicopter Engines Ensemble de combustion pour turbomachine
US20220290862A1 (en) * 2021-03-11 2022-09-15 General Electric Company Fuel mixer
US12078350B2 (en) * 2022-11-10 2024-09-03 General Electric Company Gas turbine combustion section having an integrated fuel cell assembly
US12078357B2 (en) * 2022-12-09 2024-09-03 General Electric Company Rotating detonation-enabled augmentor systems

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102459850A (zh) * 2009-06-05 2012-05-16 埃克森美孚上游研究公司 燃烧器系统和使用燃烧器系统的方法
US20170184309A1 (en) * 2015-12-29 2017-06-29 Ge Avio S.R.L. Unknown
CN106948944A (zh) * 2015-12-22 2017-07-14 通用电气公司 燃气涡轮机的燃烧系统中的分级燃料和空气喷射

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2607193A (en) 1947-10-25 1952-08-19 Curtiss Wright Corp Annular combustion chamber with multiple notched fuel nozzles
US6898938B2 (en) * 2003-04-24 2005-05-31 General Electric Company Differential pressure induced purging fuel injector with asymmetric cyclone
US7506510B2 (en) * 2006-01-17 2009-03-24 Delavan Inc System and method for cooling a staged airblast fuel injector
GB2435508B (en) 2006-02-22 2011-08-03 Siemens Ag A swirler for use in a burner of a gas turbine engine
EP1867925A1 (en) 2006-06-12 2007-12-19 Siemens Aktiengesellschaft Burner
US8061142B2 (en) * 2008-04-11 2011-11-22 General Electric Company Mixer for a combustor
US8806871B2 (en) * 2008-04-11 2014-08-19 General Electric Company Fuel nozzle
EP2192347B1 (en) 2008-11-26 2014-01-01 Siemens Aktiengesellschaft Tubular swirling chamber
EP2233836B1 (de) 2009-03-23 2015-07-29 Siemens Aktiengesellschaft Drallerzeuger, Verfahren zum Vermeiden von Flammenrückschlag in einem Brenner mit wenigstens einem Drallerzeuger und Brenner
EP2246617B1 (en) 2009-04-29 2017-04-19 Siemens Aktiengesellschaft A burner for a gas turbine engine
FR2952166B1 (fr) 2009-11-05 2012-01-06 Snecma Dispositif melangeur de carburant pour chambre de combustion de turbomachine comprenant des moyens ameliores d'alimentation en air
DE102010019772A1 (de) * 2010-05-07 2011-11-10 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Magervormischbrenner eines Gasturbinentriebwerks mit einem konzentrischen, ringförmigen Zentralkörper
US8726668B2 (en) * 2010-12-17 2014-05-20 General Electric Company Fuel atomization dual orifice fuel nozzle
US8387391B2 (en) * 2010-12-17 2013-03-05 General Electric Company Aerodynamically enhanced fuel nozzle
GB201112434D0 (en) 2011-07-20 2011-08-31 Rolls Royce Plc A fuel injector
US9182123B2 (en) 2012-01-05 2015-11-10 General Electric Company Combustor fuel nozzle and method for supplying fuel to a combustor
JP5889754B2 (ja) 2012-09-05 2016-03-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器
CA2891128C (en) * 2012-11-15 2017-06-13 General Electric Company Fuel nozzle heat shield
US10215414B2 (en) 2015-04-22 2019-02-26 General Electric Company System and method having fuel nozzle
US10234142B2 (en) * 2016-04-15 2019-03-19 Solar Turbines Incorporated Fuel delivery methods in combustion engine using wide range of gaseous fuels
US10502425B2 (en) 2016-06-03 2019-12-10 General Electric Company Contoured shroud swirling pre-mix fuel injector assembly
US10739006B2 (en) * 2017-03-15 2020-08-11 General Electric Company Fuel nozzle for a gas turbine engine
US10976053B2 (en) 2017-10-25 2021-04-13 General Electric Company Involute trapped vortex combustor assembly
US10976052B2 (en) 2017-10-25 2021-04-13 General Electric Company Volute trapped vortex combustor assembly
US10890329B2 (en) * 2018-03-01 2021-01-12 General Electric Company Fuel injector assembly for gas turbine engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102459850A (zh) * 2009-06-05 2012-05-16 埃克森美孚上游研究公司 燃烧器系统和使用燃烧器系统的方法
CN106948944A (zh) * 2015-12-22 2017-07-14 通用电气公司 燃气涡轮机的燃烧系统中的分级燃料和空气喷射
US20170184309A1 (en) * 2015-12-29 2017-06-29 Ge Avio S.R.L. Unknown

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115234944A (zh) * 2022-07-14 2022-10-25 中国人民解放军国防科技大学 一种旋流组合火焰稳定的冲压发动机燃烧室

Also Published As

Publication number Publication date
GB2571813A (en) 2019-09-11
GB201820819D0 (en) 2019-02-06
US20190212009A1 (en) 2019-07-11
GB2571813B (en) 2021-06-23
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AU2018282440B2 (en) 2020-11-19
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