CN115234939A - 包括入口唇缘的燃烧器预混合器组件 - Google Patents

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CN115234939A CN202210645255.8A CN202210645255A CN115234939A CN 115234939 A CN115234939 A CN 115234939A CN 202210645255 A CN202210645255 A CN 202210645255A CN 115234939 A CN115234939 A CN 115234939A
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Abstract

一种用于燃烧器的预混合器组件，包括：至少一圈预混合器，每个预混合器具有中心轴线、围绕中心体的环形周壁、以及设置在中心体和周壁之间的至少一个旋流器，其中，周壁限定预混合器的入口区域；以及唇缘，其从周壁沿着中心轴线向前延伸，该唇缘相对于对称轴线成斜角延伸。

Description

包括入口唇缘的燃烧器预混合器组件
本申请是2020年05月08日提交的中国发明专利申请(申请号为202010381884.5，发明名称为“包括入口唇缘的燃烧器预混合器组件”，优先权日为2019年05月09日)的分案申请。
技术领域
本发明大体上涉及燃烧器，并且更特别地涉及燃气涡轮发动机燃烧器预混合器。
背景技术
燃气涡轮发动机典型地包括成串联流动连通的低压压缩机或增压器、高压压缩机、燃烧器、高压涡轮和低压涡轮。燃烧器产生燃烧气体，该燃烧气体被连续引导至高压涡轮，在高压涡轮中燃烧气体膨胀以驱动高压涡轮，并且然后被引导至低压涡轮，在低压涡轮中燃烧气体进一步膨胀以驱动低压涡轮。高压涡轮经由第一转子轴驱动地连接到高压压缩机，并且低压涡轮经由第二转子轴驱动地连接到增压器。
现有技术中已知的一种类型的燃烧器包括将环形内衬里和外衬里的上游端互连的圆顶的环形阵列。例如，这些可布置为具有一圈圆顶的“单环形燃烧器”、具有两圈圆顶的“双环形燃烧器”或具有三圈圆顶的“三环形”燃烧器。
典型地，每个圆顶设置有预混合器杯(或简称为“预混合器”)。预混合器杯布置在沿径向邻近的环形圈中。
这种预混合器的一个问题是，它们具有离散的钝(blunt)入口，这导致至与扩散器排放口未良好对准的预混合器杯的流供给不适当，从而导致总压恢复不良。此外，钝的预混合器入口导致至内燃烧器衬里流动通道和外燃烧器衬里流动通道的空气流供给不良，从而导致涡轮喷嘴冷却流的回流余量(margin)不良。
发明内容
该问题通过包括邻近预混合器或位于预混合器之间的一个或多个入口唇缘的燃烧器预混合器来解决。
根据本文所述技术的一个方面，一种用于燃烧器的预混合器组件包括：至少一圈预混合器，其具有中心轴线、围绕中心体的环形周壁、以及设置在中心体和周壁之间的至少一个旋流器，其中周壁限定预混合器的入口区域；以及唇缘，其从周壁沿着中心轴线向前延伸，该唇缘相对于中心轴线成斜角延伸。
根据本文所述技术的另一方面，一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器包括：环形内衬里；环形外衬里，其与内衬里间隔开；圆顶端，其设置在内衬里和外衬里的上游端，该圆顶端包括至少两个同心环形圆顶；每个圆顶包括预混合器的环形阵列，每个预混合器具有中心轴线、围绕中心体的环形周壁、以及设置在中心体和周壁之间的至少一个旋流器，其中周壁限定对应预混合器的入口区域，并且其中中间通道被限定在两个或更多个预混合器中的邻近的预混合器之间；以及唇缘，其从周壁中的至少一个沿着对应的中心轴线向前延伸，该唇缘相对于对应的中心轴线成斜角延伸。
技术方案1. 一种用于燃烧器的预混合器组件，包括：
至少一圈预混合器，每个预混合器具有中心轴线、围绕中心体的环形周壁、以及设置在所述中心体和所述周壁之间的至少一个旋流器，其中所述周壁限定所述预混合器的入口区域；和
唇缘，其从所述周壁沿着所述中心轴线向前延伸，所述唇缘相对于所述对称轴线成斜角延伸。
技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的组件，其特征在于：
所述周壁包括内侧壁部分和外侧壁部分；并且
所述唇缘从所述周壁的所述外侧壁部分延伸。
技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的组件，其特征在于，所述唇缘在与所述外侧壁部分相同的方向上凸形地弯曲。
技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的组件，其特征在于：
所述预混合器布置在两个或更多个沿轴向邻近的圈中；
所述周壁中的每个包括内侧壁部分和外侧部分；并且
所述唇缘从所述周壁中的一个的所述内侧壁部分延伸。
技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的组件，其特征在于，所述唇缘在与所述外侧壁部分相同的方向上凸形地弯曲。
技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的组件，其特征在于：
所述周壁中的每个包括径向内侧部分和径向外侧部分；
第一唇缘从所述周壁中的第一周壁的所述径向内侧部分延伸；
第二唇缘从邻近所述周壁中的所述第一周壁的所述周壁中的第二周壁的径向外侧壁部分延伸；并且
所述第一唇缘和所述第二唇缘相对于相应的周壁的所述中心轴线在相同的方向上成角度。
技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的组件，其特征在于：
在所述两个或更多个圈的预混合器中的邻近的圈之间限定中间通道；和
所述第一唇缘和所述第二唇缘在两者间限定通道，所述通道与所述组件的所述中间通道中的一个连通。
技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的组件，其特征在于：
所述周壁中的每个包括径向内侧部分和径向外侧部分；
整流罩将所述周壁中的第一周壁的所述径向内侧部分与邻近所述周壁中的所述第一周壁的所述周壁中的第二周壁的径向外侧壁部分互连，使得所述整流罩阻塞两个所述周壁之间的中间通道。
技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的组件，其特征在于，所述整流罩相对于所述中心轴线成斜角延伸，以便与第一周壁和第二周壁中的一个的所述入口区域的向前伸出部的至少一部分相交。
技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的组件，其特征在于，存在三圈预混合器，所述三圈预混合器在它们之间限定两个中间通道。
技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的组件，其特征在于，还包括设置在所述唇缘中的一个或多个附加流体喷射孔。
技术方案12. 一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器，包括：
环形内衬里；
环形外衬里，其与所述内衬里间隔开；
圆顶端，其设置在所述内衬里和所述外衬里的上游端，所述圆顶端包括至少两个同心环形圆顶；
每个圆顶包括预混合器的环形阵列，每个预混合器具有中心轴线、围绕中心体的环形周壁、以及设置在所述中心体和所述周壁之间的至少一个旋流器，其中所述周壁限定对应的预混合器的入口区域，并且其中，中间通道限定在两个或更多个预混合器中的邻近的预混合器之间；和
唇缘，其从所述周壁中的至少一个沿着对应的中心轴线向前延伸，所述唇缘相对于所述对应的中心轴线成斜角延伸。
技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其特征在于：
所述周壁中的每个包括内侧壁部分和外侧壁部分；并且
所述唇缘从所述周壁中的一个的所述外侧壁部分延伸。
技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其特征在于，所述唇缘在与所述外侧壁部分相同的方向上凸形地弯曲。
技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其特征在于：
所述周壁中的每个包括内侧壁部分和外侧部分；并且
所述唇缘从所述周壁中的一个的所述内侧壁部分延伸。
技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其特征在于，所述唇缘在与所述内侧壁部分相同的方向上凸形地弯曲。
技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其特征在于：
所述周壁中的每个包括径向内侧部分和径向外侧部分；
第一唇缘从所述周壁中的第一周壁的所述径向内侧部分延伸；
第二唇缘从邻近所述周壁中的所述第一周壁的所述周壁中的第二周壁的径向外侧壁部分延伸；并且
所述第一唇缘和所述第二唇缘相对于相应的周壁的所述对称轴线在相同的方向上成角度。
技术方案18. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其特征在于，所述第一唇缘和所述第二唇缘在它们之间限定通道，所述通道与所述组件的所述中间通道中的一个连通。
技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其特征在于：
所述周壁中的每个包括径向内侧部分和径向外侧部分；
整流罩将所述周壁中的第一周壁的所述径向内侧部分与邻近所述周壁中的所述第一周壁的所述周壁中的第二周壁的径向外侧壁部分互连，使得所述整流罩阻塞两个所述周壁之间的所述中间通道。
技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其特征在于，所述整流罩相对于所述中心轴线成斜角延伸，以便与第一周壁和第二周壁中的一个的所述入口区域的向前伸出部的至少一部分相交。
技术方案21. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其特征在于，存在三个预混合器，所述三个预混合器在它们之间限定两个中间通道。
技术方案22. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其特征在于，还包括：
一个或多个附加流体喷射孔，其设置在所述唇缘中；和
二次流体源，其与所述一个或多个附加流体喷射孔流体连通地联接。
技术方案23. 一种用于燃烧器的预混合器组件，包括：
成圈的外预混合器和成圈的内预混合器，所述外预混合器中的每个和所述内预混合器中的每个具有：
中心轴线；
围绕中心体的周壁，所述周壁具有内壁部分和外壁部分且限定所述预混合器的入口区域；以及
至少一个旋流器，所述至少一个旋流器设置在所述中心体与所述周壁之间，
其中，所述成圈的外预混合器中的每个外预混合器具有沿着所述中心轴线向前且从所述外壁部分沿径向向内延伸的外预混合器外侧唇缘，以及
其中，所述成圈的内预混合器中的每个内预混合器具有沿着所述中心轴线向前且从所述内壁部分沿径向向外延伸的内预混合器内侧唇缘。
技术方案24. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述外预混合器外侧唇缘具有凸形前缘和在与所述外壁部分相同的方向上弯曲的整体形状。
技术方案25. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述外预混合器外侧唇缘相对于所述中心轴线沿径向向外凸形地弯曲。
技术方案26. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述成圈的外预混合器中的每个外预混合器具有外预混合器内侧唇缘。
技术方案27. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述外预混合器内侧唇缘沿着所述中心轴线向前且从所述内壁部分沿径向向内延伸。
技术方案28. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述外预混合器内侧唇缘具有凸形前缘。
技术方案29. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，还包括位于所述成圈的外预混合器与所述成圈的内预混合器之间的成圈的中间预混合器，所述中间预混合器中的每个具有：
中心轴线；
围绕中心体的周壁，所述周壁具有内壁部分和外壁部分且限定所述预混合器的入口区域；以及
至少一个旋流器，所述至少一个旋流器设置在所述中心体与所述周壁之间。
技术方案30. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述成圈的中间预混合器包括沿着所述中心轴线向前延伸的中间预混合器外侧唇缘。
技术方案31. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述中间预混合器外侧唇缘具有凸形前缘。
技术方案32. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述成圈的外预混合器中的每个外预混合器具有外预混合器内侧唇缘，且其中，所述外预混合器内侧唇缘平行于所述中间预混合器外侧唇缘延伸。
技术方案33. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，还包括在所述外预混合器内侧唇缘与所述中间预混合器外侧唇缘之间延伸的通道。
技术方案34. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述成圈的中间预混合器中的所述中间预混合器中的每个包括整流罩。
技术方案35. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述整流罩是将所述中间预混合器的内壁部分和所述内预混合器的外壁部分互连的中间预混合器-内预混合器整流罩，所述中间预混合器-内预混合器整流罩具有凸形前缘和渐缩的过渡部分，它们在与所述中间预混合器的内壁部分和所述内预混合器的外壁部分相同的方向上弯曲。
技术方案36. 根据任意前述技术方案所述的预混合器组件，其中，所述整流罩是将所述外预混合器的内壁部分和所述中间预混合器的外壁部分互连的外预混合器-中间预混合器整流罩，所述外预混合器-中间预混合器整流罩具有凸形前缘和渐缩的过渡部分，它们在与所述外预混合器的内壁部分和所述中间预混合器的外壁部分相同的方向上弯曲。
技术方案37. 一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器，包括：
环形内衬里；
环形外衬里，所述环形外衬里与所述内衬里间隔开；
圆顶端，所述圆顶端设置在所述环形内衬里和所述环形外衬里的上游端处，所述圆顶端包括至少两个同心环形圆顶；
每个圆顶包括成圈的外预混合器和成圈的内预混合器，所述外预混合器中的每个和所述内预混合器中的每个具有：
中心轴线；
围绕中心体的周壁，所述周壁具有内壁部分和外壁部分且限定所述预混合器的入口区域；以及
至少一个旋流器，所述至少一个旋流器设置在所述中心体与所述周壁之间，
其中，所述成圈的外预混合器中的每个外预混合器具有沿着所述中心轴线向前且从所述外壁部分沿径向向内延伸的外预混合器外侧唇缘，以及
其中，所述成圈的内预混合器中的每个内预混合器具有沿着所述中心轴线向前且从所述内壁部分沿径向向外延伸的内预混合器内侧唇缘。
技术方案38. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其中，所述成圈的外预混合器中的每个外预混合器具有外预混合器内侧唇缘。
技术方案39. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，还包括位于所述成圈的外预混合器与所述成圈的内预混合器之间的成圈的中间预混合器，所述中间预混合器中的每个具有：
中心轴线；
围绕中心体的周壁，所述周壁具有内壁部分和外壁部分且限定所述预混合器的入口区域；以及
至少一个旋流器，所述至少一个旋流器设置在所述中心体与所述周壁之间。
技术方案40. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其中，所述成圈的中间预混合器包括沿着所述中心轴线向前延伸的中间预混合器外侧唇缘。
技术方案41. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其中，所述成圈的外预混合器中的每个外预混合器具有外预混合器内侧唇缘，且其中，通道在所述外预混合器内侧唇缘与所述中间预混合器外侧唇缘之间延伸。
技术方案42. 根据任意前述技术方案所述的燃烧器，其中，所述成圈的中间预混合器中的所述中间预混合器中的每个包括整流罩。
附图说明
通过参考结合附图进行的以下描述，可最好地理解本发明，在附图中：
图1是现有技术燃气涡轮发动机的示意图；
图2是与图1所示燃气涡轮发动机一起使用的现有技术燃烧器的示意性半截面视图；
图3是图2所示预混合器的一部分的放大视图；
图4是用于与图1所示燃烧器一起使用的预混合器组件的前正视图；
图5是图4的预混合器组件的侧剖视图；
图6是用于与图1所示燃烧器一起使用的备选预混合器组件的前正视图；
图7是图6的预混合器组件的侧剖视图；
图8是用于与图1所示燃烧器一起使用的备选预混合器组件的前正视图；和
图9是图8的预混合器组件的侧剖视图。
具体实施方式
参考附图，其中遍及各个视图相同的参考标号表示相同的元件，图1是包括低压压缩机12、高压压缩机14和燃烧器16的燃气涡轮发动机10的示意图。发动机10还包括高压涡轮18和低压涡轮20。压缩机12和涡轮20通过第一轴21联接，并且压缩机14和涡轮18通过第二轴22联接。负载(未示出)也通过第一轴21联接到燃气涡轮发动机10。第一轴21和第二轴22围绕发动机10的中心线轴线11同轴地设置。
注意的是，如本文所用，术语“轴向”和“纵向”都是指平行于中心线轴线11的方向，而“径向”是指垂直于轴向方向的方向，并且“切向”或“周向”是指相互垂直于轴向方向和径向方向的方向。如本文所用，术语“向前”或“前”是指穿过或围绕构件的空气流中相对上游的位置，并且术语“向后”或“后”是指穿过或围绕构件的空气流中相对下游的位置。该流的方向由图1中的箭头“F”示出。这些方向术语仅仅是为了方便描述而使用，并且不需要由其描述的结构的特定取向。
在操作中，空气流过低压压缩机12，并且压缩空气从低压压缩机12供应到高压压缩机14。高度压缩的空气被输送到燃烧器16。来自燃烧器16的空气流驱动涡轮18和20，并通过喷嘴24离开燃气涡轮发动机10。
图2和图3分别是燃气涡轮发动机10(图1中示出)中使用的燃烧器16的剖视图和放大局部剖视图。因为供应到燃烧器16的燃料/空气混合物包含比完全燃烧燃料所需的更多的空气，并且因为空气在燃烧之前与燃料混合，所以燃烧器16可被描述为贫预混燃烧器。因此，燃烧器16的燃料/空气混合物当量比可小于1。此外，因为燃烧器16不包括水喷射，所以燃烧器16是干式低排放燃烧器。燃烧器16包括环形外衬里40、环形内衬里42和分别在外衬里40和内衬里42之间延伸的圆顶端44。外衬里40和内衬里42沿径向向内与燃烧器壳体45间隔开，并限定燃烧室46。燃烧器壳体45是大体上环形的，并且从扩散器48向下游延伸。在半截面中观察，扩散器48具有扩散器轴线49，该轴线49延伸穿过扩散器48的出口平面51的中点并与出口平面51垂直。燃烧室46是大体上环形形状的，并且从衬里40和42沿径向向内设置。外衬里40和燃烧器壳体45限定外通路52，并且内衬里42和燃烧器壳体45限定内通路54。外衬里40和内衬里42延伸至设置在扩散器48下游的涡轮喷嘴55。
燃烧器圆顶端44包括以三环形构造布置的多个圆顶56。备选地，燃烧器圆顶端44包括双环形构造。在另一个实施例中，燃烧器圆顶端44包括单环形构造。外圆顶58包括固定地附接到燃烧器外衬里40的外端60和固定地附接到中间圆顶64的内端62。中间圆顶64包括附接到外圆顶内端62的外端66和附接到内圆顶70的内端68。因此，中间圆顶64分别位于外圆顶58和内圆顶70之间。内圆顶70包括附接到中间圆顶内端68的内端72和固定地附接到燃烧器内衬里42的外端74。
每个圆顶56包括多个预混合器杯(在本文中可互换地被称为“预混合器”)80，其用于允许燃料和空气在其中均匀混合，并将燃料/空气混合物引导至燃烧室46中。每个预混合器杯80包括中心体82、内旋流器84、外旋流器86和从圆顶56的上游侧90延伸到圆顶56的下游侧92的对称轴线88。在一个实施例中，内旋流器84和外旋流器86反向旋转。每个中心体82与圆顶对称轴线88同轴设置，并且包括前缘100和后缘102。在一个实施例中，中心体82被铸造在预混合器杯80内。
每个内旋流器84从中心体82沿径向向外固定到中心体82，并且包括前缘104和后缘106。每个外旋流器86从内旋流器84沿径向向外固定到内旋流器84。
毂112将每个内旋流器84与每个外旋流器86分开，并且环形混合导管120分别位于内旋流器84和外旋流器86的下游。混合导管120是环形的，并且由环形壁122限定。环形混合导管120从圆顶上游侧90到圆顶下游侧92均匀地渐缩，以增加混合导管120内的流速。
中心体82还包括圆柱形第一主体部分130和圆锥形第二主体部分132。第二主体部分132从第一主体部分130向下游延伸。
中心体82是中空的，并且包括从中心体82的外表面142延伸到内通路144的第一孔口140。第一孔口140设置在中心体第一主体部分130和中心体第二主体部分132之间的接合部处。第一孔口140是用于向预混合器杯80和内通路144供应燃料的燃料端口。孔口140与定位在中心体前缘100处的燃料喷嘴146流体连通。
多个第二通路150延伸穿过中心体82，并且与空气源(未示出)流体连通。通路150允许少量空气供应到燃烧器16，以防止邻近中心体82的尾流分离。
燃烧器圆顶端44还包括外圆顶隔热罩160、中间圆顶隔热罩162和内圆顶隔热罩164，以将每个相应的圆顶58、64和70与燃烧室46中燃烧的火焰隔绝。外圆顶隔热罩160包括环形端体166，以将燃烧器外衬里40与在外主燃烧区168中燃烧的火焰隔绝。中间圆顶隔热罩162包括环形隔热罩中心体170和172，以将中间圆顶64分别与外圆顶58和内圆顶70隔离。中间圆顶隔热罩中心体170和172从中间主燃烧区174沿径向向外设置。
内圆顶隔热罩164包括环形端体180，以将燃烧器内衬42与在内主燃烧区182中燃烧的火焰隔绝。点火器184延伸穿过燃烧器壳体45，并且设置在外圆顶隔热罩端体166的下游。
圆顶58、64和70经由预混合器和组装歧管系统(未示出)被供应燃料和空气。多个燃料管200在燃料源(未示出)和圆顶56之间延伸。具体而言，外圆顶燃料管202向设置在外圆顶58内的预混合器杯80供应燃料，中间圆顶燃料管204向设置在中间圆顶64内的预混合器杯80供应燃料，并且内圆顶燃料管(未示出)向设置在内圆顶70内的预混合器杯80供应燃料。
在燃气涡轮发动机10的操作期间，在燃料/空气混合物离开圆顶56并进入燃烧室46之前，空气和燃料在预混合器杯80中混合。
如在图3中所见，圆顶端44在径向方向上相对于扩散器48偏移。更具体而言，扩散器轴线49不与中间预混合器80(或者事实上，任何预混合器80)的对称轴线88重合。此外，扩散器轴线49不平行于任何预混合器80的对称轴线88。在实践中，这种偏移关系与预混合器80的常规形状的钝入口唇缘相结合具有导致离开扩散器48至预混合器80的空气的流供给不适当的趋势，从而导致外通路52和内通路54的不期望的压力损失和不适当的流供给。
图4和图5示出预混合器组件300的实施例，该预混合器组件300适于包含在诸如上面所描述的燃烧器16的燃烧器中。预混合器组件300包括改进至各个预混合器的流供给的特征。
预混合器组件300包括在径向方向上从外侧端304延伸至内侧端306的杆302。杆302包括一对横向间隔开的腿308，腿308在它们之间限定开放的流动空间310。一个或多个预混合器(大体上表示为312)设置在腿308之间。在示出的示例中，存在外预混合器312A、中间预混合器312B和内预混合器312C。预混合器312A、312B、312C中的每个在构造上大体上类似于上面描述的预混合器80，并且包括中心体314、内旋流器318和外旋流器320，该中心体314包括燃料排放孔口315并且定位在周壁316内。虽然如所示的中心体314构造成喷射液体燃料，但是本文所描述的概念也适用于气体燃料或双燃料(即液体/气体)预混合器。将根据已知的原理来修改中心体314，以便喷射气体燃料和/或双燃料。出于参考目的，每个周壁316可被描述为具有外侧壁部分317和内侧壁部分319。周壁316的内表面321限定邻近预混合器321的上游入口端的入口流动区域323的外边界。为了清楚起见，在图4和图5中省略了与本发明不具体相关的预混合器312A、312B、312C的元件。未具体描述的预混合器312A、312B、312C的元件可被认为与上面描述的预混合器80相同。
在实践中，预混合器组件300的环形阵列或圈将被提供用于燃烧器，诸如燃烧器16。当以环形阵列布置时，预混合器组件300的预混合器312A、312B、312C共同限定一圈外预混合器312A、一圈中间预混合器312B和一圈内预混合器312C。
预混合器组件300包括设置在外预混合器312A和中间预混合器312B之间的外侧中间通道322，以及设置在中间预混合器312B和内预混合器312C之间的内侧中间通道324。
预混合器312A、312B、312C中的至少一个设置有从其前端延伸的唇缘。唇缘的目的是捕获空气流并将其重新引导到相关联的预混合器312A、312B、312C中。如本文所用，术语“唇缘”是指相对于预混合器的中心线轴线成斜角延伸的结构。在一些实施例中，唇缘至少部分地延伸到入口流动区域323的伸出的前部区域中。换句话说，当在从前向后看的取向上观察时，这种实施例的唇缘将阻挡入口伸出区域的至少一些部分。换句话说，这种实施例的唇缘相对于对称轴线成斜角延伸，以便与对应预混合器的入口区域的向前伸出部的至少一部分相交。在其它实施例中，唇缘延伸远离混合器中心线，以限定喇叭口形状。本文所描述的任何唇缘可具有变化的轴向长度，以适合具体的应用。大体上，唇缘可用于将流导引到它们所围绕而设置的预混合器中，或者它们可起作用以帮助将流导引到沿径向邻近的混合器或燃烧器通道中。
在示出的示例中，外预混合器312A具有外预混合器外侧唇缘326，该唇缘沿着预混合器轴线向前延伸并且从外预混合器312A的外壁部分317沿径向向内延伸。它具有凸形前缘327。在前视图(图4)中，其整体形状在与外壁部分317相同的方向上弯曲，即相对于外预混合器312A的中心轴线301沿径向向外凸出。预混合器中心轴线301可平行于或倾斜于发动机中心线11。总的来说，面朝各个预混合器的轴线的唇缘的表面(即唇缘的内表面，标记为325)可在与各个预混合器的壁相同的方向上弯曲。相对的表面(即唇缘的外表面，标记为329)可围绕预混合器中心线或诸如发动机轴向中心线11的另一个中心线弯曲。唇缘的外表面相对于各个预混合器的轴向中心线可为凹形的、直的或凸形的。这种成形可应用于本文所描述的任何预混合器上的任何唇缘。
外预混合器312A还包括外预混合器内侧唇缘328，该唇缘沿着预混合器轴线向前延伸并且从外预混合器312A的内壁部分319沿径向向内延伸。它具有凸形前缘330。
中间预混合器312B包括中间预混合器外侧唇缘332，该唇缘沿着预混合器轴线向前延伸并且从外预混合器312B的外壁部分317沿径向向内延伸。它具有凸形前缘334。如在图5中所见，外预混合器内侧唇缘328可大体上平行于中间预混合器外侧唇缘332延伸，或者它可以不同的角度延伸。通道336在外预混合器内侧唇缘328和中间预混合器外侧唇缘332之间延伸，与外侧中间通道332连通。
中间预混合器-内预混合器整流罩338将中间预混合器312B的内壁部分319和内预混合器312C的外壁部分317互连。它具有凸形前缘340和渐缩的过渡部分342，它们在与相应预混合器的内壁部分和外壁部分相同的方向上弯曲。
最后，内预混合器内侧唇缘344沿着预混合器轴线向前延伸并且从内预混合器312C的内壁部分319沿径向向外延伸。它具有凸形前缘346。在侧视图(图5)中，它沿径向向外弯曲。在前视图(图4)中，其被示出为在与内壁部分319相同的方向上弯曲，即沿径向向外凹陷，但是其可具有如上面所描述的备选形状。
图6和图7示出预混合器组件400的备选实施例，该预混合器组件400适于包含在诸如上面描述的燃烧器16的燃烧器中。
预混合器组件400包括在径向方向上从外侧端404和内侧端406延伸的杆402。杆402包括一对横向间隔开的腿408，腿408在它们之间限定开放的流动空间410。一个或多个预混合器(大体上表示为412)设置在腿408之间。在示出的示例中，存在外预混合器412A、中间预混合器412B和内预混合器412C。预混合器412A、412B、412C中的每个在构造上大体上类似于上面描述的预混合器80，并且包括中心体414、内旋流器418和外旋流器420，该中心体414包括燃料排放孔口415并且定位在周壁416内。虽然如所示的中心体414构造成喷射液体燃料，但是本文所描述的概念也适用于气体燃料或双燃料(即液体/气体)预混合器。将根据已知的原理来修改中心体414，以便喷射气体燃料和/或双燃料。出于参考目的，每个周壁416可被描述为具有外侧壁部分417和内侧壁部分419。周壁416的内表面421限定邻近预混合器421的上游入口端的入口流动区域423的外边界。为了清楚起见，在图6和图7中省略了与本发明不具体相关的预混合器412A、412B、412C的元件。未具体描述的预混合器412A、412B、412C的元件可被认为与上述预混合器80相同。
在实践中，预混合器组件400的环形阵列或圈将被提供用于燃烧器，诸如燃烧器16。当以环形阵列布置时，预混合器组件400的预混合器412A、412B、412C共同限定一圈外预混合器412A、一圈中间预混合器412B和一圈内预混合器412C。
预混合器组件400包括设置在外预混合器412A和中间预混合器412B之间的外侧中间通道422，以及设置在中间预混合器412B和内预混合器412C之间的内侧中间通道424。
预混合器412A、412B、412C中的至少一个设置有从其前端延伸的唇缘。
在示出的示例中，外预混合器412A具有外预混合器外侧唇缘426，该唇缘沿着预混合器轴线向前延伸并且从外预混合器412A的外壁部分417沿径向向内延伸。它具有凸形前缘427。在前视图(图6)中，它在与外壁部分417相同的方向上弯曲，即沿径向向外凸出。
外预混合器-中间预混合器整流罩428将外预混合器412A的内壁部分419和中间预混合器412B的外壁部分417互连。它具有凸形前缘430和渐缩的过渡部分432，它们在与相应预混合器的内壁部分和外壁部分相同的方向上弯曲。
中间预混合器-内预混合器整流罩438将中间预混合器412B的内壁部分419和内预混合器412C的外壁部分417互连。它具有凸形前缘440和渐缩的过渡部分442，它们在与相应预混合器的内壁部分和外壁部分相同的方向上弯曲。
最后，内预混合器内侧唇缘444沿着预混合器轴线向前延伸并且从内预混合器412C的内壁部分419沿径向向外延伸。它具有凸形前缘446。在侧视图(图7)中，它沿径向向外弯曲。在前视图(图6)中，其被示出为在与内壁部分419相同的方向上弯曲，即沿径向向外凹陷，但是其可具有如上面所描述的备选形状。
任选地，可通过在每个预混合器412的入口处结合附加的喷射点来修改预混合器组件400。在图7所示的示例中，一个或多个喷射孔448设置在邻近入口的位置，诸如外预混合器外侧唇缘426、外预混合器-中间预混合器整流罩428、中间预混合器-内预混合器整流罩438或内预混合器内侧唇缘444。喷射孔448可与诸如气体燃料或蒸汽的二次流体源流体连通地联接。可为此目的而设置适当的设备，诸如罐、歧管、管道、阀和泵。
以450示意性地示出二次流体系统，其包括流体供应源452、控制阀454和供应管道456。将理解，可在供应管道456和穿过预混合器组件400的附加喷射孔448之间设置流体流动路径。例如，内通道可设置在杆腿408和预混合器412中。每个喷射孔448被示出为与形成内流动路径的一部分的廊道(gallery)连通。喷射孔448可联接到独立可控的回路，诸如每个预混合器412一个回路。在一些实施例中，二次流体系统450可为现有发动机系统的一部分，诸如燃料输送和计量系统。
通过喷射孔448喷射的二次流体可用于不同的目的。例如，出于增加功率的目的，蒸汽可从喷射孔448喷射。备选地，从喷射孔448喷射的燃料可提供燃烧动态抑制。例如，通过旋流器上游的喷射孔448排出的相对少量的气体燃料(例如，少于预混合器总流量的约20%)可有效地涂抹(smear out)燃料-空气预混合，从而减少当量比波，其可驱动不稳定放热，该不稳定放热可与室/燃烧声学、驱动动力学相相联系(couple)。
图8和图9示出预混合器组件500的备选实施例，该预混合器组件500适于包含在诸如上面描述的燃烧器16的燃烧器中。
预混合器组件500包括在径向方向上从外侧端504延伸到内侧端506的杆502。杆502包括一对横向间隔开的腿508，腿508在它们之间限定开放的流动空间510。一个或多个预混合器(大体上表示为512)设置在腿508之间。在示出的示例中，存在外预混合器512A、中间预混合器512B和内预混合器512C。预混合器512A、512B、512C中的每个在构造上大体上类似于上述预混合器80，并且包括中心体514、内旋流器518和外旋流器520，该中心体514包括燃料排放孔口515并且定位在周壁516内。虽然如所示的中心体514构造成喷射液体燃料，但是本文所述概念也适用于气体燃料或双燃料(即液体/气体)预混合器。将根据已知的原理来修改中心体514，以便喷射气体燃料和/或双燃料。出于参考目的，每个周壁516可被描述为具有外侧壁部分517和内侧壁部分519。周壁516的内表面524限定邻近预混合器512的上游入口端的入口流动区域523的外边界。为了清楚起见，在图8和图9中省略了与本发明不具体相关的预混合器512A、512B、512C的元件。未具体描述的预混合器512A、512B、512C的元件可被认为与上述预混合器80相同。
在实践中，预混合器组件500的环形阵列或圈将被提供用于燃烧器，诸如燃烧器16。当以环形阵列布置时，预混合器组件500的预混合器512A、512B、512C共同限定一圈外预混合器512A、一圈中间预混合器512B和一圈内预混合器512C。
预混合器组件500包括设置在外预混合器512A和中间预混合器512B之间的外侧中间通道522，以及设置在中间预混合器512B和内预混合器512C之间的内侧中间通道524。
预混合器512A、512B、512C中的至少一个设置有从其前端延伸的唇缘。
在示出的示例中，外预混合器-中间预混合器整流罩528将外预混合器512A的内壁部分519和中间预混合器512B的外壁部分517互连。它具有凸形前缘530。它在厚度上从后向前渐缩，其中最小厚度在前缘530处。整流罩528相对于预混合器轴线不对称。在前视图(图8)中，前缘530被示出为基本上是直的，但是它可具有如上面所描述的备选形状。
中间预混合器-内预混合器整流罩538将中间预混合器512B的内壁部分519和内预混合器512C的外壁部分517互连。它具有凸形前缘540和渐缩的过渡部分542，它们在与相应预混合器的内壁部分和外壁部分相同的方向上弯曲。
最后，内预混合器内侧唇缘544沿着预混合器轴线向前延伸并且从内预混合器512C的内壁部分519沿径向向外延伸。它具有凸形前缘546。在侧视图(图9)中，它沿径向向外弯曲。在前视图(图8)中，其被示出为在与内壁部分519相同的方向上弯曲，即沿径向向外凹陷，但是其可具有如上面所描述的备选形状。
任选地，可通过在每个预混合器512的入口处结合附加的喷射点来修改预混合器组件500。在图8所示的示例中，一个或多个喷射孔548设置在邻近入口的位置，诸如外预混合器-中间预混合器整流罩528、中间预混合器-内预混合器整流罩538或内预混合器内侧唇缘544。喷射孔548可与诸如气体燃料或蒸汽的二次流体源流体连通地联接。可为此目的而设置适当的设备，诸如罐、歧管、管道、阀和泵。
以550示意性地示出二次流体系统，其包括流体供应源552、控制阀554和供应管道556。将理解，可在供应管道556和穿过预混合器组件500的喷射孔548之间设置流体流动路径。例如，内通道可设置在杆腿508和预混合器512中。每个喷射孔548被示出为与形成内流动路径的一部分的廊道连通。喷射孔548可联接到独立可控的回路，诸如每个预混合器512一个回路。在一些实施例中，二次流体系统550可为现有发动机系统的一部分，诸如燃料输送和计量系统。操作可如上面所描述的那样用于二次流体系统450和喷射孔448。
本文所描述的预混合器装置具有优于现有技术的优点。它将减少整个燃烧系统的压力损失。它改进至下游构件(例如喷嘴、涡轮)的回流余量。
它将改进至预混合器的流动均匀性，从而使它们能够更有效地工作，并且降低驻焰或回火的风险，这是因为导叶-导叶间的流量变化较小。
改进的预混合器入口压力恢复对于给定的混合器尺寸而言可实现更多的流量，或者允许使用更小的混合器来实现相同的流量。
这将导致由于较低的压力损失而改进发动机性能、由于较高的回流余量而改进构件耐久性、由于较高的潜在混合器压差而改进预混合器耐久性、由于较高的潜在混合器压差和流动均匀性而改进燃烧系统燃料灵活性。
前面已经描述了用于燃烧器的预混合器组件。本说明书(包括任何所附的权利要求书、说明书摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可被组合成任何组合，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合之外。
除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附的权利要求书、说明书摘要和附图)中公开的每个特征可被用于相同、等同或类似目的的备选特征所替代。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅仅是同属系列的等同或类似特征的一个示例。
本发明不限于前述(一个或多个)实施例的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附的权利要求书、说明书摘要和附图)中公开的特征中的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或者扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖的一个或任何新颖的组合。
部件列表
10 燃气涡轮发动机
12 低压压缩机
14 高压压缩机
16 燃烧器
18 高压涡轮
20 低压涡轮
21 第一轴
22 第二轴
24 喷嘴
40 外衬里
42 内衬里
44 圆顶端
45 燃烧器壳体
46 燃烧室
48 扩散器
49 扩散器轴线
51 出口平面
52 外通路
54 内通路
55 涡轮喷嘴
56 圆顶
58 外圆顶
60 外端
62 内端
64 中间圆顶
66 外端
68 内端
70 内圆顶
72 内端
74 外端
80 预混合器
82 中心体
84 内旋流器
86 外旋流器
88 对称轴线
90 上游侧
92 下游侧
100 前缘
102 后缘
104 前缘
106 后缘
112 毂
114 中心体
120 混合导管
130 第一主体部分
132 第二主体部分
140 第一孔口
142 外表面
144 内通路
150 第二通路
160 外圆顶隔热罩
162 中间圆顶隔热罩
164 内圆顶隔热罩
166 端体
168 外主燃烧区
170 环形隔热罩中心体
172 环形隔热罩中心体
174 中间主燃烧区
180 环形端体
182 内主燃烧区
184 点火器
200 燃料管
202 外圆顶燃料管
204 中间圆顶燃料管
300 预混合器组件
301 中心轴线
302 杆
304 外侧端
306 内侧端
308 腿
310 流动空间
312A 外预混合器
312B 中间预混合器
312C 内预混合器
314 中心体
315 燃料排放孔口
316 周壁
317 外侧壁部分
318 内旋流器
319 内侧壁部分
320 外旋流器
321 内表面
322 外侧中间通道
323 入口流动区域
324 内侧中间通道
325 唇缘内表面
326 外预混合器外侧唇缘
327 前缘
328 外预混合器内侧唇缘
329 唇缘外表面
330 前缘
332 中间预混合器外侧唇缘
334 前缘
336 通道
338 中间预混合器-内预混合器整流罩
340 前缘
342 过渡部分
344 内预混合器内侧唇缘
346 前缘
400 预混合器组件
402 杆
402 杆
404 外侧端
406 内侧端
408 腿
410 流动空间
412A 外预混合器
412B 中间预混合器
412C 内预混合器
414 中心体
415 燃料排放孔口
416 周壁
417 外侧壁部分
418 内旋流器
419 内侧壁部分
420 外旋流器
421 内表面
422 外侧中间通道
423 入口流动区域
424 内侧中间通道
426 外预混合器外侧唇缘
427 前缘
428 外预混合器-中间预混合器整流罩
430 前缘
432 过渡部分
438 中间预混合器-内预混合器整流罩
440 前缘
442 过渡部分
444 内预混合器内侧唇缘
446 前缘
448 喷射孔
450 二次流体系统
452 流体供应源
454 控制阀
456 供应管道
500 预混合器组件
500 预混合器组件
502 杆
504 外侧端
506 内侧端
508 腿
512A 外预混合器
512B 中间预混合器
512C 内预混合器
512A 外预混合器
512 中间预混合器
512B 中间预混合器
512C 内预混合器
514 中心体
515 燃料排放孔口
516 周壁
517 外侧壁部分
518 内旋流器
519 内侧壁部分
520 外旋流器
522 外侧中间通道
523 入口流动区域
524 内表面
524 内侧中间通道
528 外预混合器-中间预混合器整流罩
530 前缘
538 中间预混合器-内预混合器整流罩
540 前缘
542 过渡部分
544 内预混合器内侧唇缘
546 前缘
548 喷射孔
550 二次流体系统
552 流体供应源
554 控制阀
556 供应管道。

Claims (10)

1.一种用于燃烧器的预混合器组件，包括：
成圈的外预混合器和成圈的内预混合器，所述外预混合器中的每个和所述内预混合器中的每个具有：
中心轴线；
围绕中心体的周壁，所述周壁具有内壁部分和外壁部分且限定所述预混合器的入口区域；以及
至少一个旋流器，所述至少一个旋流器设置在所述中心体与所述周壁之间，
其中，所述成圈的外预混合器中的每个外预混合器具有沿着所述中心轴线向前且从所述外壁部分沿径向向内延伸的外预混合器外侧唇缘，以及
其中，所述成圈的内预混合器中的每个内预混合器具有沿着所述中心轴线向前且从所述内壁部分沿径向向外延伸的内预混合器内侧唇缘。
2.根据权利要求1所述的预混合器组件，其中，所述外预混合器外侧唇缘具有凸形前缘和在与所述外壁部分相同的方向上弯曲的整体形状。
3.根据权利要求1所述的预混合器组件，其中，所述外预混合器外侧唇缘相对于所述中心轴线沿径向向外凸形地弯曲。
4.根据权利要求1所述的预混合器组件，其中，所述成圈的外预混合器中的每个外预混合器具有外预混合器内侧唇缘。
5.根据权利要求4所述的预混合器组件，其中，所述外预混合器内侧唇缘沿着所述中心轴线向前且从所述内壁部分沿径向向内延伸。
6.根据权利要求4所述的预混合器组件，其中，所述外预混合器内侧唇缘具有凸形前缘。
7.根据权利要求1所述的预混合器组件，还包括位于所述成圈的外预混合器与所述成圈的内预混合器之间的成圈的中间预混合器，所述中间预混合器中的每个具有：
中心轴线；
围绕中心体的周壁，所述周壁具有内壁部分和外壁部分且限定所述预混合器的入口区域；以及
至少一个旋流器，所述至少一个旋流器设置在所述中心体与所述周壁之间。
8.根据权利要求7所述的预混合器组件，其中，所述成圈的中间预混合器包括沿着所述中心轴线向前延伸的中间预混合器外侧唇缘。
9.根据权利要求8所述的预混合器组件，其中，所述中间预混合器外侧唇缘具有凸形前缘。
10.根据权利要求8所述的预混合器组件，其中，所述成圈的外预混合器中的每个外预混合器具有外预混合器内侧唇缘，且其中，所述外预混合器内侧唇缘平行于所述中间预混合器外侧唇缘延伸。
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