CN110582674A - 燃气涡轮发动机的燃烧区段 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的燃烧区段包括内衬套、外衬套以及附接至内衬套和外衬套的圆顶。隔热罩附接至圆顶，其中圆顶、隔热罩或两者都限定开口。燃烧区段还包括至少部分地延伸到开口中的燃料喷嘴，该燃料喷嘴限定燃料喷嘴轴线和相对于燃料喷嘴轴线的径向方向。燃料喷嘴限定后端，燃料喷嘴的后端沿所述燃料喷嘴轴线定位在隔热罩的后表面的前方，使得所述燃料喷嘴的后端沿燃料喷嘴轴线限定至少大约0.15英寸的与隔热罩的后表面的最小间隔。

Description

燃气涡轮发动机的燃烧区段
技术领域
本主题大体上涉及一种燃气涡轮发动机，或更特别地涉及燃气涡轮发动机的燃烧区段。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括布置成与彼此成流动连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心大体上包括成串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气被从风扇提供至压缩机区段的入口，在该处，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到其到达燃烧区段。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。燃烧气体被从燃烧区段导送到涡轮区段。穿过涡轮区段的燃烧气体的流驱动涡轮区段，且然后被导送穿过排气区段，例如，被导送至大气。
燃气涡轮发动机的燃烧区段必须经得起极高的操作温度。由于这些高温，可在燃烧器组件的圆顶周围放置隔热罩(例如，导流板)。燃烧器组件另外包括在前端处的燃料喷嘴，用于将燃料-空气混合物喷射到燃烧室中以产生燃烧气体。然而，作为这种燃烧的副产物，燃烧气体包含某些不期望的排放物，如NOx和CO，并且进一步的燃烧过程可在燃烧室内产生燃烧器动态性(dynamics)。期望最小化在燃烧过程期间产生的不期望的排放物的量和燃烧器动态性。因此，能够减少燃烧过程期间产生的不期望的排放物和燃烧器动态性中的一者或两者的燃烧区段将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中被部分地阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而被理解到。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机的燃烧区段。燃烧区段包括内衬套和外衬套，它们一起部分地限定燃烧室。燃烧区段还包括附接至内衬套和外衬套的圆顶。燃烧系统还包括附接至圆顶并具有后表面的隔热罩。圆顶、隔热罩或两者都限定开口。燃烧区段还包括至少部分地延伸到开口中的燃料喷嘴，该燃料喷嘴限定燃料喷嘴轴线和相对于燃料喷嘴轴线的径向方向。燃料喷嘴限定后端，燃料喷嘴的后端沿所述燃料喷嘴轴线定位在隔热罩的后表面的前方，使得所述燃料喷嘴的后端沿燃料喷嘴轴线限定至少大约0.15英寸的与隔热罩的后表面的最小间隔。
在某些示例性实施例中，燃料喷嘴的后端沿燃料喷嘴轴线限定至少大约0.20英寸的与隔热罩的后表面的最小间隔。
在某些示例性实施例中，隔热罩的后表面限定与燃料喷嘴轴线相交的参考线，其中该参考线与燃料喷嘴轴线限定在大约七十五度与大约一百零五度之间的角度。例如，在某些示例性实施例中，参考线与燃料喷嘴轴线限定大约九十度的角度。
在某些示例性实施例中，隔热罩还包括基本上平行于燃料喷嘴轴线延伸的内表面，其中隔热罩的内表面限定开口。例如，在某些示例性实施例中，隔热罩还包括从内表面延伸到后表面的过渡表面，其中该过渡表面限定与燃料喷嘴轴线相交的参考线，其中该参考线与燃料喷嘴轴线限定在大约十五度与大约六十度之间的角度。另外或备选地，在某些实施例中，隔热罩在隔热罩的内表面的后端处限定第一弯部，其中燃料喷嘴的后端沿燃料喷嘴轴线与隔热罩的第一弯部对准或定位在隔热罩的第一弯部的前方。
在某些示例性实施例中，燃烧区段还包括至少部分地定位在开口内的混合器，其中燃料喷嘴至少部分地延伸通过混合器，其中混合器限定后端，并且其中混合器的后端沿燃料喷嘴轴线定位在燃料喷嘴的后端的前方。例如，在某些示例性实施例中，隔热罩还包括基本上平行于燃料喷嘴轴线延伸的内表面和从内表面延伸到后表面的过渡表面，其中过渡表面限定参考线，并且其中过渡表面的参考线与混合器的后端相交。
在某些示例性实施例中，外衬套限定用于接纳点火器的点火器开口，其中燃烧区段限定从点火器开口的中心到燃料喷嘴的后端处的燃料喷嘴轴线上的点的参考线，并且其中参考线与燃料喷嘴轴线限定在大约四十度与大约五十度之间的角度。
在某些示例性实施例中，燃烧区段还包括：燃烧器外壳；定位在燃烧室上游的扩散器；在燃烧器外壳与扩散器之间延伸的第一结构部件；以及从扩散器大体上朝内衬套延伸的第二结构部件，其中第一结构部件、第二结构部件或两者都包括热控制特征。例如，在某些示例性实施例中，第二结构部件包括热控制特征，其中热控制特征是隔热罩或热障涂层中的至少一者。
在本公开的另一示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机的燃烧区段。燃烧区段包括内衬套和外衬套，它们一起部分地限定燃烧室。燃烧区段还包括附接至内衬套和外衬套的圆顶，以及附接至圆顶并且包括后表面的隔热罩。圆顶、隔热罩或两者都限定开口。燃烧区段还包括至少部分地延伸到开口中的燃料喷嘴。燃料喷嘴限定燃料喷嘴轴线和相对于燃料喷嘴轴线的径向方向。燃料喷嘴限定后端，燃料喷嘴的后端沿燃料喷嘴轴线定位在隔热罩的后表面的前方。隔热罩的后表面限定与燃料喷嘴轴线相交的参考线，该参考线与燃料喷嘴轴线限定在大约七十五度与大约一百零五度之间的角度。
在某些示例性实施例中，燃料喷嘴的后端沿燃料喷嘴轴线限定至少大约0.15英寸的与隔热罩的后表面的最小间隔。
在某些示例性实施例中，燃料喷嘴的后端沿燃料喷嘴轴线限定至少大约0.20英寸的与隔热罩的后表面的最小间隔。
在某些示例性实施例中，参考线与燃料喷嘴轴线限定大约九十度的角度。
在某些示例性实施例中，隔热罩还包括基本上平行于燃料喷嘴轴线延伸的内表面，其中隔热罩的内表面限定开口。例如，在某些示例性实施例中，隔热罩还包括从内表面延伸到后表面的过渡表面，其中该过渡表面限定与燃料喷嘴轴线相交的参考线，其中该参考线与燃料喷嘴轴线限定在大约十五度与大约六十度之间的角度。另外或备选地，在某些示例性实施例中，隔热罩在隔热罩的内表面的后端处限定第一弯部，其中燃料喷嘴的后端沿燃料喷嘴轴线与隔热罩的第一弯部对准或定位在隔热罩的第一弯部的前方。
在某些示例性实施例中，外衬套限定用于接纳点火器的点火器开口，其中燃烧区段限定从点火器开口的中心到燃料喷嘴的后端处的燃料喷嘴轴线上的点的参考线，并且其中参考线与燃料喷嘴轴线限定在大约四十度与大约五十度之间的角度。
本发明的这些及其它特征、方面和优点将参考以下描述和所附权利要求书而变得更好理解。结合到本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且连同描述一起用于阐释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了本发明(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员而言完整且充分的公开，在附图中：
图1为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视图。
图2是适合于在图1所示的燃气涡轮发动机内使用的燃烧区段的一个实施例的示意性横截面视图；以及
图3是图2所描绘的示例性燃烧区段的燃烧器组件的特写横截面视图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的本实施例，其一个或多个实例在附图中被示出。该详细描述使用数字和字母标记来表示附图中的特征。附图和说明书中的同样或类似的标记用于表示本发明的同样或类似的部分。
如本文使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可能够互换地使用，以将一个构件与另一个构件区分开，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。
用语“前方”和“后方”表示燃气涡轮发动机内的相对位置，其中前方表示更靠近发动机入口的位置，而后方表示更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
用语“上游”和“下游”表示相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”表示流体流自的方向，且“下游”表示流体流至的方向。
单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用，除非上下文清楚地另外指出。
如本文在说明书和权利要求书各处使用的近似语言被应用于修饰如下的任何数量表达：在不会导致其涉及的基本功能的变化的情况下可容许改变。因此，由一个或多个用语如“大约”、“近似”和“基本上”修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可表示在10%的裕度内。在此和说明书以及权利要求书各处，范围限制被组合和互换，这种范围被识别且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。
现在参考附图，其中相同的数字在所有附图中指示相同的元件，图1为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视图。更特别地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为本文称为“涡扇发动机10”的高旁通涡扇喷气发动机10。如图1中所示，涡扇发动机10限定轴向方向A1(平行于被提供用于参考的纵向中心线12延伸)和径向方向R1。大体上，涡扇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。
描绘的示例性核心涡轮发动机16大体上包括基本上管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18包围成串流关系的：包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，其具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘的，风扇叶片40从盘42大体上沿径向方向R1向外延伸。每个风扇叶片40借助于风扇叶片40相对于盘42围绕变桨轴线P可旋转，风扇叶片40可操作地联接至适合的致动部件44，致动部件44构造成一致共同地改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42和致动部件44可通过横过动力变速箱46的LP轴36围绕纵向轴线12一起旋转。动力变速箱46包括多个齿轮，用于使LP轴36的转速逐步降低至更高效的旋转风扇速度。
仍参考图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前机舱48覆盖，该前机舱48的空气动力学轮廓设置成促进空气流穿过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，环形风扇壳或外机舱50沿周向包绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。对于所描绘的实施例，机舱50相对于核心涡轮发动机16由多个沿周向间隔开的出口导叶52支承。另外，机舱50的下游区段54在核心涡轮发动机16的外部上延伸，以便限定其间的旁通空气流通路56。
在涡扇发动机10的操作期间，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进入涡扇10。在一定量的空气58穿过风扇叶片40时，如由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或导送到旁通空气流通路56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或导送到LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率通常被称为旁通比。空气的第二部分64的压力然后在空气的第二部分64被导送穿过高压(HP)压缩机24且进入燃烧区段26中时增大，在燃烧区段26中，空气与燃料混合且燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导送穿过HP涡轮28，在HP涡轮28处，经由联接至HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70和联接至外壳18的HP涡轮定子导叶68的连续级提取来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分，因而致使HP轴或转轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后被导送穿过LP涡轮30，在LP涡轮30处，经由联接至LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74和联接至外壳18的LP涡轮定子导叶72的连续级从燃烧气体66提取热能和动能的第二部分，因而致使LP轴或转轴36旋转，由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被导送穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32以提供推进推力。同时，当空气的第一部分62在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被导送穿过旁通空气流通路56时，空气的第一部分62的压力显著增大，从而也提供推进推力。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体路径78，以用于将燃烧气体66导送穿过核心涡轮发动机16。
然而，应当认识到，图1中所描绘的示例性风扇发动机10仅作为实例，且在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可具有任何其它适合的构造。例如，在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可为直接驱动的涡扇发动机(即，不包括动力变速箱46)，可包括固定桨距风扇38等。另外或备选地，本公开的方面可结合到任何其它适合的燃气涡轮发动机(如涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、用于发电的陆基燃气涡轮发动机、航改燃气涡轮发动机等)中。
现在参考图2，提供了根据本发明的示例性方面的包括燃烧室组件100的燃烧区段26的一个实施例的示意性横截面视图。在所描绘的示例性实施例中，燃烧区段26构造成包括单个环形燃烧器。然而，将认识到，在其它示例性实施例中，燃烧区段26可改为构造成包括任何其它燃烧器，包括但不限于双环形燃烧器或筒环形燃烧器。
如图2所示，燃烧器组件100包括设置在燃烧器外壳106的径向内侧的内衬套104和外衬套102。外衬套102和内衬套104沿径向彼此间隔开，并且一起在其间部分地限定燃烧室110。外衬套102和外壳106在其间形成外通路112。
燃烧器组件100另外包括圆顶120，该圆顶120安装在燃烧室110的上游，并附接至外衬套102和内衬套104的前端。更特别地，对于所描绘的实施例，圆顶120是由附接至内衬套104的前端的内环形圆顶区段122和附接至外衬套102的前端的外环形圆顶区段124形成的环形圆顶(见图3)。
对于所描绘的实施例，经受高温的内衬套104、外衬套102和其它燃烧器构件可由陶瓷基复合材料(CMC)材料形成，该陶瓷基复合材料是具有高温能力和低延展性的非金属材料。用于这种衬套102和104的示例性CMC材料可包括碳化硅、硅、二氧化硅或氧化铝基质材料、以及它们的组合。陶瓷纤维可嵌入基质内，如，氧化稳定增强纤维。相比之下，圆顶120可由金属(如镍基超级合金或钴基超级合金)形成。另外或备选地，可利用热障涂层(TBC)处理这些构件。
如图2中所示，燃烧器组件100可构造成接纳来自高压压缩机24的排放出口的加压压缩机排放空气126的环形流。为了帮助引导压缩空气，对于所描绘的实施例，圆顶120包括内整流罩128和外整流罩130。压缩流体可沿大体上由箭头134指示的方向进入内整流罩128和外整流罩130之间的燃烧器组件100。压缩空气可进入到第一腔136中，该第一腔136至少部分地由环形圆顶120的内整流罩128和外整流罩130限定。如下面将更详细论述的，第一腔136中的压缩空气的一部分可用于燃烧，而另一部分可用于冷却燃烧器组件100的各个区段。
除将空气引导至第一腔136和燃烧室110中之外，内整流罩128和外整流罩130可压缩空气的一部分引导至燃烧室110的外侧周围，以便于冷却衬套102和104。例如，如图2所示，压缩机排放空气126的一部分可如箭头138指示的那样围绕燃烧室110流动，以将冷却空气提供至外通路112。
在某些示例性实施例中，内圆顶区段122(包括内整流罩128)可一体地形成为单个环形构件，并且类似地，外圆顶区段124(包括外整流罩130)也可一体地形成为单个环形构件。然而，应当认识到，在其它示例性实施例中，内圆顶区段122和/或外圆顶区段124可备选地由以任何适合的方式连结的一个或多个构件形成。另外或备选地，此外，内圆顶区段122和外圆顶区段124可一体地形成在一起。例如，内圆顶区段122和外圆顶区段124可一体地形成为单个环形构件，或备选地，形成为多个单独的周向构件。此外，尽管外整流罩130和内整流罩128被论述为分别与外圆顶区段124和内圆顶区段122的其余部分一体地形成，但是在某些示例性实施例中，这些构件中的一个或多个可单独地形成。
仍然参考图2，燃烧器组件100还包括多个混合器，或更确切地说，混合器组件142，其沿燃气涡轮发动机的周向方向(即，围绕燃气涡轮发动机的轴向方向A1延伸的方向；见图1)在外环形圆顶区段124和内圆顶区段122之间间隔开。另外，燃烧器组件100包括多个燃料喷嘴146，多个燃料喷嘴146中的每个定位在相应的混合器组件142内。如在描绘了多个燃料喷嘴146中的单个燃料喷嘴146的图2中可见的，每个燃料喷嘴146限定燃料喷嘴轴线152和相对于燃料喷嘴轴线152的径向方向R2。此外，每个燃料喷嘴146限定后端154，并且类似地，每个混合器组件142限定后端156。燃料喷嘴146的后端154是燃料喷嘴146沿燃料喷嘴轴线152的最后部分，并且类似地，混合器组件142的后端156是混合器组件142沿燃料喷嘴轴线152的最后部分。
值得注意的是，对于所描绘的示例性燃烧器组件100，提供固持器158以用于将混合器组件142安装在燃烧器组件100内。更具体而言，每个固持器158包括一个或多个附接部件160，以用于将混合器组件142安装在燃烧器组件100内。对于所描绘的实施例，附接部件160各自均构造为用于接纳相应的混合器组件142的一部分的夹具。然而，在其它示例性实施例中，附接部件160可以任何其它适合的方式构造。
此外，如还所示的，燃烧器组件100还包括附接至圆顶120的隔热罩162(有时也被称为热导板)，以用于在燃气涡轮发动机的操作期间使圆顶120与燃烧室110内产生的相对高的温度热隔离。隔热罩162可由例如CMC材料或能够承受燃烧室110内的相对高的温度的其它材料形成。在某些示例性实施例中，隔热罩162可构造为连续的环形构件。然而，备选地，在其它示例性实施例中，隔热罩162可包括沿燃气涡轮发动机的周向方向布置的多个单独形成的构件。
隔热罩162或圆顶120中的至少一个限定多个开口164，当燃烧器组件100被组装时，混合器组件142和燃料喷嘴146在开口内延伸。更特别地，对于所描绘的实施例，隔热罩162限定沿燃气涡轮发动机的周向方向间隔开的多个开口164，其中每个混合器组件142和燃料喷嘴146构造成延伸到隔热罩162的相应开口164中和/或至少部分定位在隔热罩162的相应开口164内。
燃料通过燃料分配系统(未示出)被输送到燃烧器组件100，在此其通过多个燃料喷嘴146被引入。燃料喷嘴146可以任何适合的方式并且以任何适合的方向喷射燃料。例如，燃料喷嘴146可沿燃料喷嘴146的径向方向R2向外喷射燃料，在此燃料可与进入的压缩空气一起成涡旋(swirled)。例如，燃料和压缩空气可通过混合器组件142成涡旋并混合在一起，且然后可将所得的燃料/空气混合物排放到燃烧室110中以便其燃烧。另外，燃料喷嘴146可大体上沿燃料喷嘴轴线152向下游喷射燃料。
因此，应当认识到，压缩空气可从压缩机区段被引导至一个或多个混合器组件142中或通过一个或多个混合器组件142，以支持燃烧室110的上游端中的燃烧。对于所描绘的实施例，燃烧区段26还包括定位在燃烧室110上游的扩散器166，用于从压缩机区段接纳压缩空气，并将此压缩空气提供至燃烧器组件100。
此外，燃烧器组件100以这样的方式被安装：确保在燃气涡轮发动机的操作期间燃料喷嘴146和混合器组件142与隔热罩162和其它构件保持期望的间隙。对于所描绘的特定实施例，燃烧器组件100的前端大体上在外侧沿径向方向R1和在内侧沿径向方向R1安装在燃烧区段26内。
首先参考燃烧器组件100在径向外侧的安装，燃烧区段26包括从外圆顶区段124延伸到燃烧器外壳106的外框架部件168。具体而言，对于所描绘的实施例，外框架部件168在燃烧器组件100前方的位置处从外圆顶区段124的外整流罩130延伸到燃烧器外壳106。在某些示例性实施例中，外框架部件168可被构造为“A型框架”部件，或备选地，以任何其它适合的方式被构造。此外，对于所描绘的实施例，外框架部件168与外圆顶区段124，或更确切地说，外圆顶区段124的外整流罩130一体地形成。然而，在其它实施例中，外框架部件168可改为以任何其它适合的方式附接至外圆顶区段124或燃烧器组件100的任何其它适合的构件的单独构件。
现在参考燃烧器组件100在径向内侧的安装，负载路径大体上延伸横过扩散器166。更具体而言，燃烧区段26还包括在燃烧器外壳106和扩散器166之间延伸的第一结构部件170和从扩散器166大体上朝燃烧器组件100的内衬套104延伸的第二结构部件172。对于所描绘的实施例，第二结构部件172从扩散器166延伸到内框架部件174，内框架部件174在燃烧器组件100的沿径向方向R1向内的位置处，并且在燃烧器组件100(例如包括圆顶120、隔热罩162、燃料喷嘴146和混合器组件142)的前端的后方。内框架部件174继而延伸到燃烧器组件100的前端，在该处其连接至内衬套104(在内衬套104的前端处)和圆顶120。
此外，燃烧区段26包括将扩散器166安装到燃烧器外壳106的中间框架部件176。对于所示的实施例，中间框架部件176从扩散器166的后端延伸到燃烧器外壳106。
如所陈述的，用于燃烧器组件100的以上安装特征可构造成在燃气涡轮发动机的操作期间保持例如燃烧器组件100的燃料喷嘴146和混合器组件142的一定间隙。例如，将认识到，用于安装燃烧器组件100的某些构件在燃气涡轮发动机的操作期间可能暴露于更大的温度波动，或另外可能在燃气涡轮发动机的操作期间更容易受到热增长的影响。例如，假设燃烧器外壳106的外表面在操作期间暴露于相对冷的空气中，则第一结构部件170和第二结构部件172比燃烧器外壳106更容易受到热增长的影响。另外，第一结构部件170和第二结构部件172相对于燃烧器外壳106的热增长可致使内衬套104和外衬套102、圆顶120和隔热罩162相对于燃料喷嘴146“枢转”。因此，为了减少这种相对移动，本公开的燃烧区段26包括一个或多个特征，用于控制安装燃烧器组件100的一个或多个构件的热增长。
更具体而言，对于所描绘的实施例，第一结构部件170、第二结构部件172或两者都包括热控制特征。更具体而言，对于所描绘的实施例，第二结构部件172包括热控制特征，其中该热控制特征是隔热罩或热障涂层中的至少一者。更具体而言，仍对于所描绘的实施例，第二结构部件172的热控制特征是热障涂层178，其构造成用于限制第二结构部件172在燃气涡轮发动机操作期间的热增长量。热障涂层178可为已知用于减少至下面构件的热传递的量的任何适合的热障涂层。以此方式，可在燃气涡轮发动机的操作期间保持燃料喷嘴146、混合器组件142或两者在燃烧器组件100内的间隙。
然而，应当认识到，在其它示例性实施例中，本文所描述的用于安装燃烧器组件100的各种其它构件中的一个或多个可另外包括一个或多个热控制特征。例如，在某些示例性实施例中，第一结构部件170可包括一个或多个热控制特征。例如，在某些示例性实施例中，第一结构部件170可包括或更确切地说限定用于控制第一结构部件170的温度的多个开口164或冷却孔。类似地，在某些示例性实施例中，燃烧器外壳106、外框架部件168、内框架部件174和/或中间框架部件176可包括一个或多个热控制特征。值得注意的是，本文所描述的各种热控制特征大体上可用于降低构件的温度，在其它示例性实施例中，可包括热控制特征以用于提高构件的温度。
仍参考图2，燃烧器组件100还包括适合于点燃燃烧室110内的燃料-空气混合物的点火组件。在点火时，所产生的燃烧气体可流过燃烧室110而进入并通过燃气涡轮发动机的涡轮区段。对于所描绘的实施例，点火组件包括一个或多个点火器180，其延伸穿过燃烧器外壳106并延伸到外衬套102或延伸穿过外衬套102。因此，对于所描绘的实施例，外衬套102限定用于接纳点火器180中的一个的点火器开口182。对于所描绘的实施例，燃烧区段26限定在图2中以虚线描绘的点火器参考线184，该点火器参考线184从外衬套102的点火器开口182的中心延伸到燃料喷嘴146的后端154处的燃料喷嘴轴线152的点。点火器参考线184与燃料喷嘴轴线152限定大约四十度(40°)与大约五十度(50°)之间的角度186。例如，在某些示例性实施例中，点火器参考线184与燃料喷嘴轴线152之间的角度186可为大约四十五度(45°)。
现在还参考图3，提供了以上参考图2所描述的燃烧器组件100的前端的特写横截面视图。如所描绘的，并且如前面简要提及的，每个燃料喷嘴146限定燃料喷嘴轴线152和相对于燃料喷嘴轴线152的径向方向R2。此外，如上面简要提及的，对于所描绘的实施例，隔热罩162限定多个开口164，混合器组件142和燃料喷嘴146在该多个开口164内延伸。特别地参考由图2中所描绘的隔热罩162限定的开口164，由隔热罩162限定的开口164是大体上沿燃料喷嘴146的燃料喷嘴轴线152延伸的基本上圆柱形的开口。
还如所描绘的，圆顶120包括围绕由隔热罩162限定的开口164延伸的周边凸缘188。圆顶120的周边凸缘188限定沿燃料喷嘴146的径向方向R2的内表面190(即，最靠近由隔热罩162限定的开口164的表面)。另外，隔热罩162包括围绕开口164延伸的周边凸缘192，该周边凸缘192限定沿径向方向R2的外表面194和沿径向方向R2的内表面196。对于所描绘的实施例，隔热罩162的周边凸缘192附接至圆顶120的周边凸缘188。更具体而言，圆顶120的周边凸缘188的内表面190例如通过硬钎焊、焊接或一些其它适合的附接手段联接至隔热罩162的周边凸缘192的外表面194。然而，值得注意的是，在其它示例性实施例中，圆顶120和隔热罩162可以任何其它适合的方式联接。另外或备选地，在其它示例性实施例中，圆顶120和隔热罩162中的一个或两个可不包括周边凸缘，而是可改为以任何其它适合的方式构造。
如所描绘的，对于图3的实施例，隔热罩162大体上包括三个区段，其中每个区段都包括基本上直的表面，其一起形成隔热罩162的热侧面。如本文使用的，“基本上直的”表面表示在燃料喷嘴轴线152上由径向方向R2限定的平面中，通过可用的合理构造方法限制的被构造成直的表面。更特别地，对于所描绘的实施例，隔热罩162包括内表面196，以及过渡表面198和后表面200。隔热罩162的过渡表面198从隔热罩162的内表面196延伸到隔热罩162的后表面200。另外，隔热罩162的后表面200从隔热罩162的过渡表面198大体上沿燃料喷嘴146的径向方向R2向外延伸
隔热罩162沿径向方向R2在内表面196的后端和过渡表面198的前端/径向内端(即，沿径向方向R2向内)处限定第一弯部202，并且在过渡表面198的后端/径向外端(即，沿径向方向R2向外)和后表面200的径向内端处限定第二弯部204。
还如所描绘的，隔热罩162的内表面196基本上平行于燃料喷嘴轴线152延伸并限定开口164，如先前所陈述的，对于所描绘的实施例，该开口164为基本上圆柱形的开口。另外，过渡表面198沿过渡表面参考线206延伸并限定过渡表面参考线206，该过渡表面参考线206与燃料喷嘴146的燃料喷嘴轴线152相交。过渡表面参考线206与燃料喷嘴轴线152限定在大约十五度(15°)与大约六十度(60°)之间的角度208。更具体而言，对于所描绘的实施例，由过渡表面参考线206与燃料喷嘴轴线152(为清楚起见以线152'处描绘)限定的角度208为大约四十五度(45°)。此外，对于所描绘的实施例，隔热罩162的后表面200沿后表面参考线210延伸并限定后表面参考线210，该后表面参考线210与燃料喷嘴146的燃料喷嘴轴线152相交。后表面参考线210与燃料喷嘴轴线152限定大约七十五度(75°)与大约一百零五度(105°)之间的角度212。更具体而言，对于所描绘的实施例，由后表面参考线210与燃料喷嘴轴线152限定的角度212为大约九十度(90°)。
应当认识到，如本文所使用的，用语“参考线”可由构件的表面限定，表示代表该表面延伸所沿的方向的线。例如，参考线可使表面上的任何轻微弯曲或曲线平均化，而产生代表表面延伸所沿的大体方向的直线。
如上面指出的，燃料喷嘴146和混合器组件142相对于圆顶120和隔热罩162被放置在燃烧器组件100内的特定位置。本公开的发明人已经发现，这种构造可减少例如在燃气涡轮发动机的操作期间的燃烧器动态性和/或失误(omission)。
具体而言，对于所描绘的实施例，燃料喷嘴146的后端154沿燃料喷嘴轴线152定位在隔热罩162的后表面200的前方，使得燃料喷嘴146的后端154沿燃料喷嘴轴线152限定至少大约0.15英寸的与隔热罩162的后表面200的第一最小间隔214。更特别地，对于所描绘的实施例，燃料喷嘴146的后端154与隔热罩162的后表面200沿燃料喷嘴轴线152的第一最小间隔214为至少大约0.20英寸，如至少大约0.27英寸，且最多达大约3英寸。
另外，对于所描绘的实施例，燃料喷嘴146的后端154沿燃料喷嘴轴线152与隔热罩162的第一弯部202对准或定位在隔热罩162的第一弯部202的前方。具体而言，对于所描绘的实施例，燃料喷嘴146的后端154沿燃料喷嘴轴线152定位在隔热罩162的第一弯部202的前方，使得燃料喷嘴146的后端154沿燃料喷嘴轴线152限定至少大约0.05英寸的与隔热罩162的第一弯部202的第二最小间隔216。例如，燃料喷嘴146的后端154与隔热罩162的第一弯部202沿燃料喷嘴轴线152的第二最小间隔216可为至少大约0.07英寸，如至少大约0.1英寸，并且最多达大约两英寸。
此外，对于所描绘的实施例，混合器组件142的后端156沿燃料喷嘴轴线152与燃料喷嘴146的后端154对准或定位在燃料喷嘴146的后端154的前方。更具体而言，对于所描绘的实施例，混合器组件142的后端156沿燃料喷嘴轴线152定位在燃料喷嘴146的后端154的前方，使得混合器组件142的后端156沿燃料喷嘴轴线152限定至少大约0.05英寸的与燃料喷嘴146的后端154的第三最小间隔218。例如，混合器组件142的后端156与燃料喷嘴146的后端154沿燃料喷嘴轴线152的第三最小间隔218可为至少大约0.1英寸，如至少大约0.17英寸。
值得注意的是，利用这种构造，由隔热罩162的过渡表面198限定的过渡表面参考线206与混合器组件142的后端156相交。
应当认识到，以上描述的相对位置、角度、偏移等中的每个都涉及的是在燃气涡轮发动机和燃烧器组件为“冷的”时(即，发动机关闭且其温度与环境温度基本上相同时)的情况。如将认识到的，一旦燃气涡轮发动机可操作，本文所描述的燃烧区段内的一个或多个构件便可膨胀，从而致使以上描述的相对位置、角度、偏移等相应地改变。然而，值得注意的是，本文所描述的燃烧器组件的设计允许有这种膨胀，并同时保持期望的间隙等。
本公开的发明人已经发现，包含有包括具有本文所描述的间隙和相对位置的燃料喷嘴和混合器中的一个或多个的燃烧器组件可提供更高效和更稳定的燃烧器组件。例如，本公开的发明人发现，包含有包括具有本文所描述的间隙和相对位置的燃料喷嘴和混合器中的一个或多个的燃烧器组件可在燃气涡轮发动机的操作期间产生更少的排放和更少的燃烧器动态性。此外，根据本文所描述的方式安装示例性燃烧器组件可导致燃烧器组件在燃气涡轮发动机的操作期间保持这种间隙。
本书面描述使用实例来公开本发明，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，以及执行任何结合的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例包括不异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别的等同结构要素，则这样的其它实例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种燃气涡轮发动机的燃烧区段，所述燃烧区段包括：
内衬套和外衬套，其一起部分地限定燃烧室；
圆顶，其附接至所述内衬套和所述外衬套；
隔热罩，其附接至所述圆顶并且包括后表面，所述圆顶、所述隔热罩或两者都限定开口；以及
至少部分地延伸到所述开口中的燃料喷嘴，所述燃料喷嘴限定燃料喷嘴轴线和相对于所述燃料喷嘴轴线的径向方向，所述燃料喷嘴限定后端，所述燃料喷嘴的所述后端沿所述燃料喷嘴轴线定位在所述隔热罩的所述后表面的前方，使得所述燃料喷嘴的所述后端沿所述燃料喷嘴轴线限定至少大约0.15英寸的与所述隔热罩的所述后表面的最小间隔。
2.根据权利要求1所述的燃烧区段，其特征在于，所述燃料喷嘴的所述后端沿所述燃料喷嘴轴线限定至少大约0.20英寸的与所述隔热罩的所述后表面的最小间隔。
3.根据权利要求1所述的燃烧区段，其特征在于，所述隔热罩的所述后表面限定与所述燃料喷嘴轴线相交的参考线，其中所述参考线与所述燃料喷嘴轴线限定大约七十五度与大约一百零五之间的角度。
4.根据权利要求3所述的燃烧区段，其特征在于，所述参考线与所述燃料喷嘴轴线限定大约九十度的角度。
5.根据权利要求1所述的燃烧区段，其特征在于，所述隔热罩还包括基本上平行于所述燃料喷嘴轴线延伸的内表面，其中所述隔热罩的所述内表面限定所述开口。
6.根据权利要求5所述的燃烧区段，其特征在于，所述隔热罩还包括从所述内表面延伸到所述后表面的过渡表面，其中所述过渡表面限定与所述燃料喷嘴轴线相交的参考线，其中所述参考线与所述燃料喷嘴轴线限定大约十五度与大约六十度之间的角度。
7.根据权利要求5所述的燃烧区段，其特征在于，所述隔热罩在所述隔热罩的所述内表面的后端处限定第一弯部，其中所述燃料喷嘴的所述后端沿所述燃料喷嘴轴线与所述隔热罩的所述第一弯部对准或定位在所述隔热罩的所述第一弯部的前方。
8.根据权利要求1所述的燃烧区段，其特征在于，所述燃烧区段还包括：
至少部分地定位在所述开口内的混合器，其中所述燃料喷嘴至少部分地延伸通过所述混合器，其中所述混合器限定后端，并且其中所述混合器的所述后端沿所述燃料喷嘴轴线定位在所述燃料喷嘴的所述后端的前方。
9.根据权利要求8所述的燃烧区段，其特征在于，所述隔热罩还包括基本上平行于所述燃料喷嘴轴线延伸的内表面和从所述内表面延伸到所述后表面的过渡表面，其中所述过渡表面限定参考线，并且其中所述过渡表面的所述参考线与所述混合器的所述后端相交。
10.根据权利要求1所述的燃烧区段，其特征在于，所述外衬套限定用于接纳点火器的点火器开口，其中所述燃烧区段限定从所述点火器开口的中心到所述燃料喷嘴的所述后端处的所述燃料喷嘴轴线上的点的参考线，并且其中所述参考线与所述燃料喷嘴轴线限定在大约四十度与大约五十度之间的角度。
11.根据权利要求1所述的燃烧区段，其特征在于，所述燃烧区段还包括：
燃烧器外壳；
定位在所述燃烧室上游的扩散器；
在所述燃烧器外壳和所述扩散器之间延伸的第一结构部件；以及
从所述扩散器大体上朝所述内衬套延伸的第二结构部件，其中所述第一结构部件、所述第二结构部件或两者都包括热控制特征。
12.根据权利要求11所述的燃烧区段，其特征在于，所述第二结构部件包括所述热控制特征，并且其中所述热控制特征是隔热罩或热障涂层中的至少一者。
13.一种燃气涡轮发动机的燃烧区段，所述燃烧区段包括：
内衬套和外衬套，其一起部分地限定燃烧室；
圆顶，其附接至所述内衬套和所述外衬套；
隔热罩，其附接至所述圆顶并且包括后表面，所述圆顶、所述隔热罩或两者都限定开口；以及
至少部分地延伸到所述开口中的燃料喷嘴，所述燃料喷嘴限定燃料喷嘴轴线和相对于所述燃料喷嘴轴线的径向方向，所述燃料喷嘴限定后端，所述燃料喷嘴的所述后端沿所述燃料喷嘴轴线定位在所述隔热罩的所述后表面的前方，所述隔热罩的所述后表面限定与所述燃料喷嘴轴线相交的参考线，所述参考线与所述燃料喷嘴轴线限定大约七十五度与大约一百零五度之间的角度。
14.根据权利要求13所述的燃烧区段，其特征在于，所述燃料喷嘴的所述后端沿所述燃料喷嘴轴线限定至少大约0.15英寸的与所述隔热罩的所述后表面的最小间隔。
15.根据权利要求13所述的燃烧区段，其特征在于，所述燃料喷嘴的所述后端沿所述燃料喷嘴轴线限定至少大约0.20英寸的与所述隔热罩的所述后表面的最小间隔。
16.根据权利要求13所述的燃烧区段，其特征在于，所述参考线与所述燃料喷嘴轴线限定大约九十度的角度。
17.根据权利要求13所述的燃烧区段，其特征在于，所述隔热罩还包括基本上平行于所述燃料喷嘴轴线延伸的内表面，其中所述隔热罩的所述内表面限定所述开口。
18.根据权利要求17所述的燃烧区段，其特征在于，所述隔热罩还包括从所述内表面延伸到所述后表面的过渡表面，其中所述过渡表面限定与所述燃料喷嘴轴线相交的参考线，其中所述参考线与所述燃料喷嘴轴线限定大约十五度与大约六十度之间的角度。
19.根据权利要求17所述的燃烧区段，其特征在于，所述隔热罩在所述隔热罩的所述内表面的后端处限定第一弯部，其中所述燃料喷嘴的所述后端沿所述燃料喷嘴轴线与所述隔热罩的所述第一弯部对准或定位在所述隔热罩的所述第一弯部的前方。
20.根据权利要求13所述的燃烧区段，其特征在于，所述外衬套限定用于接纳点火器的点火器开口，其中所述燃烧区段限定从所述点火器开口的中心到所述燃料喷嘴的所述后端处的所述燃料喷嘴轴线上的点的参考线，并且其中所述参考线与所述燃料喷嘴轴线限定在大约四十度与大约五十度之间的角度。
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