CN116412412A - 具有稀释开口的燃烧器 - Google Patents

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瓦伦·S·拉克什马南
迈克尔·T·巴卡罗
普拉迪普·奈克
史蒂文·C·维塞
迈克尔·A·本杰明
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Abstract

一种燃气涡轮发动机，包括沿着发动机中心线处于串行流动布置的压缩机区段和燃烧区段，燃烧区段具有燃烧器衬里，联接到燃烧器衬里的圆顶壁和位于圆顶壁中的圆顶入口，流体联接到圆顶入口的燃料喷射器，流体联接到燃料喷射器并且至少部分由燃烧器衬里和圆顶壁限定的燃烧室，以及位于圆顶壁中并且流体联接到燃烧室的至少一组稀释开口。

Description

具有稀释开口的燃烧器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年1月5日提交的美国临时申请序列号63/296,682的优先权，其内容通过引用并入本文。
技术领域
本主题大体上涉及具有稀释开口的燃烧器，更具体地，涉及具有位于圆顶壁中的一组稀释开口的燃烧器。
背景技术
涡轮发动机由穿过发动机的燃烧气体流所驱动以使多个涡轮叶片旋转。燃烧器可以设置在燃气涡轮发动机内并且与燃烧气体流入其中的涡轮流体联接。
在燃气涡轮发动机的燃烧器中使用碳氢燃料是已知的。大体上，空气和燃料被馈送到燃烧室，空气和燃料混合，然后，燃料在空气存在下燃烧，以产生热气体。然后，将热气体馈送到涡轮，热气体在涡轮处冷却并膨胀以产生动力。燃料燃烧的副产品通常包括对环境有害的毒素，诸如氮氧化物和二氧化氮(统称为NOx)、CO、UHC(例如，有助于形成大气臭氧的甲烷和挥发性有机化合物)、以及其他氧化物，包括硫的氧化物(例如，SO2和SO3)。
减少对环境不利的化合物的一种解决方案是使用碳氢以外的燃料。氢或与另一种元素或化合物混合的氢可用于燃烧，但是氢或氢混合燃料会导致比传统燃料更高的火焰温度。也就是说，与诸如石油基燃料或石油和合成燃料混合物的传统燃料相比，氢或氢混合燃料通常具有更宽的可燃范围和更快的燃烧速度。
源自世界范围内空气污染问题的标准规范了由于燃气涡轮发动机操作而生成的氮氧化物(NOx)、未燃烧碳氢(UHC)和一氧化碳(CO)的排放。特别地，在操作期间由于燃烧器火焰温度高而在燃烧器内形成氮氧化物(NOx)。期望的是，通过调节燃烧器内的分布和/或模式来减少NOx排放，同时仍维持期望的效率。
附图说明
在附图中：
图1是燃气涡轮发动机的示意图。
图2描绘了沿着燃气涡轮发动机的燃烧区段的图1的线II-II的截面图。
图3是根据本文公开的一方面的由具有多组稀释开口的燃烧器衬里形成的燃烧区段中的燃烧器的截面图。
图4是根据本文公开的一方面的具有来自图3的用于燃烧器的第一组稀释开口的部分II的变型的示意图。
图5是根据本文公开的一方面的来自图3的第一组稀释开口的变型。
图6是根据本文公开的一方面的具有圆顶壁的来自图5的部分III的变型。
图7是根据本文公开的另一方面的具有圆顶壁的来自图5的部分III的另一变型。
图8是根据本文公开的一方面的具有第一组稀释开口的来自图3的部分IV的变型的示意图。
图9是根据本文公开的另一方面的具有第一组稀释开口的来自图3的部分IV的变型的示意图。
图10是根据本文公开的一方面的具有第一组稀释开口的来自图3的部分IV的变型的示意图。
图11是根据本文公开的另一方面的同样位于图3的区域IV中的来自图10的第一组稀释开口的变型的示意图。
图12是根据本文公开的又一方面的具有第一组稀释开口的来自图3的部分IV的变型的示意图。
图13是根据本文公开的一方面的具有扩口锥部(flare cone)和圆顶壁的图3的部分V的变型的示意图。
图14是根据本文公开的另一方面的具有扩口锥部和圆顶壁的图3的部分V的变型的示意图。
图15是根据本文公开的另一方面的来自图2的截面图的一部分的变型。
图16是图示围绕发动机中心线的圆顶壁的布置的来自图2的燃烧区段的变型的示意图。
图17-21是位于如图16中布置的圆顶壁内的本文所述的第一组稀释开口中的任何稀释开口的第一、第二、第三、第四和第五示例性分布。
具体实施方式
本文描述的公开的方面涉及燃烧器，尤其涉及具有稀释开口的燃烧器衬里。为了例释的目的，将关于燃气涡轮发动机来描述本公开。然而，将理解的是，本文所述的公开的方面不限于此，并且本文所述的燃烧器可以在发动机中实施，包括但不限于涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和涡轮风扇发动机。本文讨论的公开的方面可以在具有燃烧器的非飞行器发动机内，诸如在其他移动应用和非移动工业、商业和住宅应用内，具有普遍适用性。
本文使用“示例性”一词来意指“用作示例、实例或例释”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以使一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
如本文所用，术语“上游”是指与流体流动方向相反的方向，而术语“下游”是指与流体流动方向相同的方向。术语“前向”或“前”表示在某物的前面，“后向”或“后”表示在某物的后面。例如，当用于流体流动时，前向/前可以表示上游，后向/后可以表示下游。
术语“流体”可以是气体或液体。术语“流体连通”意指流体能够在指定区域之间建立连接。
此外，如本文所用，术语“径向”或“径向地”是指远离共同中心的方向。例如，在燃气涡轮发动机的整体上下文中，径向是指沿着在发动机的中心纵向轴线和发动机外周之间延伸的射线的方向。
所有方向引用(例如，径向、轴向、近端、远端、上、下、向上、向下、左、右、横向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、前向、后向等)仅用于标识目的，以帮助读者理解本公开，并且不造成限制，特别是关于本文描述的公开的方面的位置、方位或使用的限制。连接引用(例如，附接、联接、连接和接合)将被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的结构元件以及元件之间的相对移动，除非另有指示。因此，连接引用不一定意味着两个元件直接连接并且相对于彼此固定。示例性附图仅用于例释的目的，并且在所附附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。
单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确指示。此外，如本文所用，术语“组”或“一组”元件可以是任意数量的元件，包括仅一个。
如本文中在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由诸如“大约”、“近似”、“大体上”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指代在单个值、值的范围和/或限定值的范围的端点的1％、2％、4％、5％、10％、15％或20％的余量内。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这种范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点能够彼此独立地组合。
图1是燃气涡轮发动机10的示意图。作为非限制性示例，燃气涡轮发动机10可以在飞行器内使用。燃气涡轮发动机10可以至少包括处于串行流动布置的压缩机区段12、燃烧区段14和涡轮区段16。驱动轴18旋转地联接压缩机和涡轮区段12、16，使得其中一个的旋转影响另一个的旋转，并且驱动轴18限定燃气涡轮发动机10的旋转轴线或发动机中心线21。
压缩机区段12可以包括彼此串行流体联接的低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24。涡轮区段16可以包括彼此串行流体联接的LP涡轮26和HP涡轮28。驱动轴18可以将LP压缩机22、HP压缩机24、LP涡轮26和HP涡轮28可操作地联接在一起。替代地，驱动轴18可以包括LP驱动轴(未示出)和HP驱动轴(未示出)。LP驱动轴可以将LP压缩机22联接到LP涡轮26，并且HP驱动轴可以将HP压缩机24联接到HP涡轮28。LP线轴可以被限定为LP压缩机22、LP涡轮26和LP驱动轴的组合，使得LP涡轮26的旋转可以将驱动力施加到LP驱动轴，LP驱动轴进而可以使LP压缩机22旋转。HP线轴可以被限定为HP压缩机24、HP涡轮28和HP驱动轴的组合，使得HP涡轮28的旋转可以将驱动力施加到HP驱动轴，HP驱动轴进而可以使HP压缩机24旋转。
压缩机区段12可以包括多个轴向间隔开的级。每一级包括一组周向间隔开的旋转叶片和一组周向间隔开的固定轮叶。用于压缩机区段12的一级的压缩机叶片可以被安装到盘，盘被安装到驱动轴18。用于给定级的每一组叶片可以具有其自己的盘。压缩机区段12的轮叶可以被安装到壳体，壳体可以围绕燃气涡轮发动机10周向延伸。应当理解，压缩机区段12的表示仅仅是示意性的并且可以有任何数量的级。进一步地，预期的是，在压缩机区段12内可以有任何其他数量的部件。
与压缩机区段12类似，涡轮区段16可以包括多个轴向间隔开的级，其中每一级具有一组周向间隔开的旋转叶片和一组周向间隔开的固定轮叶。涡轮区段16的一级的涡轮叶片可以被安装到盘，盘被安装到驱动轴18。用于给定级的每一组叶片可以具有其自己的盘。涡轮区段的轮叶可以以周向方式被安装到壳体。要注意的是，可以有任意数量的叶片、轮叶和涡轮级，因为图示的涡轮区段仅仅是示意性的表示。进一步地，预期的是，在涡轮区段16内可以有任何其他数量的部件。
燃烧区段14可以串行设置在压缩机区段12和涡轮区段16之间。燃烧区段14可以流体联接到压缩机区段12和涡轮区段16的至少一部分，使得燃烧区段14至少部分地将压缩机区段12流体联接到涡轮区段16。作为非限制性示例，燃烧区段14可以在燃烧区段14的上游端处流体联接到HP压缩机24，并且在燃烧区段14的下游端处流体联接到HP涡轮28。
在燃气涡轮发动机10的操作期间，环境空气或大气空气经由压缩机区段12上游的风扇(未示出)被吸入压缩机区段12，空气在压缩机区段12处被压缩，限定加压空气。然后，加压空气可以流入燃烧区段14，加压空气在燃烧区段14处与燃料混合并被点燃，从而生成燃烧气体。HP涡轮28从这些燃烧气体中提取一些功，HP涡轮28驱动HP压缩机24。燃烧气体被排出到LP涡轮26中，LP涡轮26提取附加功来驱动LP压缩机22，并且排气最终经由涡轮区段16下游的排气区段(未示出)从燃气涡轮发动机10被排出。LP涡轮26的驱动驱动了LP线轴，以使风扇(未示出)和LP压缩机22旋转。加压气流和燃烧气体可以一起限定流过燃气涡轮发动机10的风扇、压缩机区段12、燃烧区段14和涡轮区段16的工作气流。
图2描绘了沿着图1的线II-II的燃烧区段14的截面图。燃烧区段14可以包括围绕燃气涡轮发动机10的发动机中心线21设置的环形布置的燃料喷射器76。每一个燃料喷射器76可以连接到燃烧器80。应当理解，环形布置的燃料喷射器可以是一个或多个燃料喷射器，并且一个或多个燃料喷射器76可以具有不同的特性。取决于燃烧器80位于其中的发动机的类型，燃烧器80可以具有筒形、环筒形或环形布置。在非限制性示例中，环形布置被图示并且被设置在壳体78内。燃烧器80由燃烧器衬里82限定，燃烧器衬里82包括相对于彼此同心并环形围绕发动机中心线21的外环形燃烧器衬里82a和内环形燃烧器衬里82b。包括圆顶壁90的圆顶组件84与燃烧器衬里82一起可以限定环形围绕发动机中心线21的燃烧室86。第一和第二组稀释开口92、93可以位于圆顶壁90中。第一和第二组稀释开口92、93可以围绕发动机中心线21被环形布置。第一和第二组稀释开口92、93可以是环形稀释开口，其限定了围绕发动机中心线21的连续环，如图所示。图示为围绕发动机中心线21环形布置的多个燃料喷射器的至少一个燃料喷射器76流体联接到燃烧室86。压缩空气通路88可以至少部分地由燃烧器衬里82和壳体78两者限定。
图3描绘了沿着图1的线III-III获得的截面图，示出燃烧区段14。第三组稀释开口94可以位于燃烧器衬里82中，连接压缩空气通路88和燃烧器80。
燃料喷射器76可以联接到并设置在扩口锥部104上游的圆顶组件84内，以限定燃料/空气混合物出口96。燃料/空气混合物出口可以限定圆顶入口96，使得燃料/空气混合物出口和圆顶入口是同一个并且在扩口锥部104处彼此流体联接。燃料喷射器76可以包括燃料入口98和线性燃料通路100，燃料入口98可以适合于接收燃料流(F)，线性燃料通路100在燃料入口98和燃料/空气混合物出口/圆顶入口96之间延伸。第一组稀释开口92可以限定设置在燃料/空气混合物出口/圆顶入口96处的旋流器，以使进入的压缩空气(C)在离开燃料喷射器76的燃料(F)附近形成旋流，并且提供进入燃烧器80的空气和燃料的均匀混合物。
内燃烧器衬里82a和外燃烧器衬里82b都可以具有至少部分地限定燃烧室86的外表面106和内表面108。燃烧器衬里82可以由一个连续的整体部分构成或者是组装在一起的多个整体部分，以限定内燃烧器衬里82a和外燃烧器衬里82b。作为非限制性示例，外表面106可以限定燃烧器衬里82的第一块，而内表面108可以限定燃烧器衬里82的第二块，当它们组装在一起时，形成燃烧器衬里82。如本文所述，燃烧器衬里82包括第三组稀释开口94。进一步预期的是，燃烧器衬里82可以是任何类型的燃烧器衬里82，包括但不限于双壁衬里或瓷砖衬里。点火器110可设置在燃烧器衬里82处，并且在任何位置处，作为非限制性示例，在第三组稀释开口94的上游处，流体联接到燃烧室86。
在操作期间，压缩空气(C)可以通过圆顶组件84从压缩机区段72流到燃烧器80。圆顶壁90中的第一组稀释开口92允许压缩空气(C)的至少一部分，该部分限定第一稀释气流(D1)，从圆顶组件84通向燃烧室86。
此外，压缩空气(C)可以通过压缩空气通路88从压缩机区段72流到燃烧器80。燃烧器衬里82中的第三组稀释开口94允许压缩空气(C)的至少一部分，该部分限定第二稀释气流(D2)，从压缩空气通路88通向燃烧室86。
一些压缩空气(C)可以与燃料(F)混合，并且一旦进入燃烧器80，混合物在燃烧室86内通过一个或多个点火器110被点燃，以生成燃烧气体(G)。燃烧气体(G)使用通过多组稀释开口92、93、94供应的稀释气流(D1、D2)而被混合，并且在燃烧室86内混合，之后，燃烧气体(G)流过燃烧器出口112并离开到涡轮区段74中。
图4是根据本文公开的另一方面的燃烧器180(燃烧器80的变型)的一部分的示意图。燃烧器180与燃烧器80的部分III基本类似，因此，相似部分将用增加100的相似数字来标识。应该理解，燃烧器80的相似部分的描述适用于燃烧器180，除非另有注释。
燃烧器180具有燃烧室186，燃烧室186由燃烧器衬里182和包括圆顶壁190的圆顶组件184限定。扩口锥部204可以限定燃料/空气混合物出口/圆顶入口196，以及从扩口锥部204的几何中心延伸的圆顶中心线(DC)。圆顶中心线(DC)可以相对于发动机中心线21成角度，并且在基本上平行于发动机中心线21(图2)的方向上延伸。圆顶壁190可以远离圆顶中心线(DC)径向延伸。第一和第二组稀释开口192a、193a可以位于圆顶壁190中、在燃料/空气混合物出口/圆顶入口196和燃烧器衬里182之间。第一和第二组稀释开口192a、193a可以在稀释入口122和稀释出口124之间延伸，并且包括设置在稀释入口122和稀释出口124之间的至少一个轮叶120。在一个方面中，第一和第二组稀释开口192a、193a可以围绕发动机中心线21是环形的，形成同心圆(图1)，其中第一组稀释开口192a围住(circumscribe)第二组稀释开口193a。可以有围绕发动机中心线21周向定向的任何数量的轮叶120。至少一个轮叶120可以是轴向流动或径向流动轮叶，或轴向流动和径向流动轮叶的组合。轴向流动轮叶使气流在轴向方向上沿着平行于圆顶中心线(DC)延伸的主要纵向轴线移动。径向流动轮叶使空气在径向方向上沿着垂直于圆顶中心线(DC)延伸的主要垂直轴线移动。一对轮叶120可以限定喷嘴，喷嘴具有第一稀释中心线(CL1)，第一稀释中心线(CL1)朝向燃烧室186的圆顶中心线(DC)成角度。第一稀释中心线(CL1)可以与圆顶中心线(DC)形成小于90°的稀释角(α)。在一些实施方式中，稀释角(α)可以小于或等于60°。
圆顶壁190可以从扩口锥部204朝向第一组稀释开口192的出口124近似垂直于(在5％以内)圆顶中心线(DC)延伸，以限定平坦部分116。至少一个冷却孔126可以位于圆顶壁190与燃烧衬里182会合的位置。在出口124和至少一个冷却孔126之间的圆顶壁190可以远离燃料/空气混合物出口/圆顶入口196朝向燃烧衬里182成角度，以在圆顶壁190和燃烧衬里182之间限定具有钝角(β)的锥形部分114。钝角(β)大于90°。在一些实施方式中，钝角(β)可以大于130°。锥形部分114可以在第一接合部118处与平坦部分116会合。扩口锥部204可以在第二接合部128处与圆顶壁190会合。
在操作期间，至少一个轮叶120可以向燃烧室186提供旋流(SF)。此外，至少一个冷却孔126可以提供附加压缩空气(C)，用于冷却燃烧衬里182的内部表面208。
图5是用于燃烧器180的变型的图3的燃烧器80的部分II的示意图。图4的第一和第二组稀释开口192a、193a的变型被示出为位于圆顶壁190中、在燃料/空气混合物出口/圆顶入口196和燃烧器衬里182之间的第一和第二组稀释开口192b、193b。在该变型中，第二稀释中心线(CL2)远离燃烧室186的圆顶中心线(DC)成角度。第二稀释中心线(CL2)仍然可以与圆顶壁190形成小于90°的稀释角(α)。在一些实施方式中，稀释角(α)可以小于或等于60°。然而，在该特定变型中，出口124指向燃烧器衬里182。因此，应该理解，稀释角(α)可以在-60到60度之间变化。
图6示出了在作为非限制性示例的图5的区域III中的根据本文公开的另一方面的圆顶壁190的变型。圆顶壁190a可以成角度以限定围绕第一组稀释开口192b的出口124的锥形部分114a。圆顶壁190a可以包括从第二接合部128径向延伸的平坦部分116a。第一接合部118可以限定锥形部分114a的起点。锥形部分114a可以从第一接合部118朝向燃烧器衬里182径向延伸以形成钝角(β)。
图7示出了在作为非限制性示例的图5的区域III中的根据本文公开的另一方面的圆顶壁190的另一变型。圆顶壁190b可以成角度以限定锥形部分114b，锥形部分114b从第二接合部128朝向燃烧器衬里182径向延伸以形成钝角(β)。第一接合部118仍然可以位于出口124和扩口锥部204的端部128之间。圆顶壁190b可以包括从第一接合部118围绕第一组稀释开口192b的出口124径向延伸的平坦部分116b。
虽然被图示为具有相同的截面，但应当理解，圆顶壁190、190a、190b、锥形部分114、114a、114b、扩口锥部204和圆顶组件184的任何其他部分可以由实质上分离的部分形成。通过“会合”，本文描述的部分在本文描述的第一和第二接合部118、128处简单地重叠。虽然接合部可以意指物理结合在一起，但也可以意指在空间中的那个点重叠。
图8是位于作为非限制性示例的燃烧器80的图3的区域IV中的第一组稀释开口292的示意图。第一组稀释开口292与第一组稀释开口92基本上类似，因此，相似部分将用增加200的相似数字标识。应该理解，第一组稀释开口92的相似部分的描述适用于第一组稀释开口292，除非另有注释。
圆顶壁290可以限定偏转器230，偏转器230具有内区段230a和外区段230b两个部分。外区段230b可以具有面232，面232位于内区段230a的轴向前方。第一组稀释开口292可以设置在内区段230a和外区段230b之间。第一组稀释开口可以包括相对于彼此径向布置的多排234轮叶220。
图9是位于作为非限制性示例的燃烧器80的图3的区域IV中的第一组稀释开口392的示意图。第一组稀释开口392与第一组稀释开口92基本上类似，因此，相似部分将用增加300的相似数字标识。应该理解，第一组稀释开口92的相似部分的描述适用于第一组稀释开口392，除非另有注释。
圆顶壁390可以限定偏转器330，该偏转器330具有内区段330a和外区段330b两个部分。外区段330b可以具有面332，面332位于内区段330a的轴向前方。第一组稀释开口392可以设置在内区段330a和外区段330b之间。限定第三稀释中心线(CL3)的轴向延伸通道340可以在偏转器330上的出口324中终止。轴向延伸通道340可以使内区段330a与外区段330b分离。轴向延伸通道340可以限定第一组稀释开口392中的至少一个开口。轴向延伸通道340可以包括至少一个轮叶320，至少一个轮叶320设置在通道340内、靠近出口324。
图10是位于作为非限制性示例的燃烧器80的图3的区域IV中的第一组稀释开口492a的示意图。第一组稀释开口492a与第一组稀释开口92基本上类似，因此，相似部分将用增加400的相似数字标识。应该理解，第一组稀释开口92的相似部分的描述适用于第一组稀释开口492a，除非另有注释。
圆顶壁490可以限定偏转器430。偏转器430可以包括多个轴向偏转器442，图示为两个轴向偏转器。轴向偏转器442可以远离圆顶壁490轴向延伸。作为非限制性示例，第一组稀释开口492a可以包括三个稀释开口，三个稀释开口径向设置并且通过轴向偏转器442被分离。换句话说，第一组稀释开口492a可以以与轴向偏转器442处于交错关系而被设置在圆顶壁490内。第一组稀释开口492a中的每个稀释开口可以与圆顶壁490齐平。第一组稀释开口492a可以包括至少一个轮叶420或围绕扩口锥部504周向定向的任何数量的轮叶420。虽然图示为轴向流动轮叶420a，但是至少一个轮叶420可以是轴向的或径向的，或轴向和径向流动轮叶的组合。
第一轴向偏转器442a可以从圆顶壁490向下游轴向延伸第一距离(d1)。第二轴向偏转器442b可以从第一轴向偏转器442a径向向外定位。第二轴向偏转器442b可以从圆顶壁490向下游轴向延伸第二距离(d2)，其中第二距离(d2)大于第一距离(d1)。连接第一和第二轴向偏转器442a、442b的远端的直线444可以被绘制成与燃烧器衬里482相交以形成钝角(β)。
第三组稀释开口446可以位于扩口锥部504周围。第三组稀释开口446可以包括吹扫通道448，吹扫通道448在吹扫入口450和吹扫出口452之间延伸。入口气室454可以在吹扫入口450处被流体联接到第一组稀释开口492a和吹扫通道448。
在操作期间，压缩空气(C)可以流过第一组稀释开口492a以形成稀释流(DF)。在一些实施方式中，通过第一组稀释开口492a的流可以形成旋流(SF)。残留在入口气室454中的任何颗粒可以经由第三组稀释开口446作为吹扫气流(P)而被去除。燃料/空气(F/C)混合物可以沿着箭头456所示的路径流动。吹扫流(P)进一步用于冷却扩口锥部504，并确保燃料/空气(F/C)混合物不会附着到圆顶壁490的热侧。箭头456所示的路径可以通过稀释流(DF)、旋流(SF)和吹扫气流(P)的组合来被控制。
图11图示了图10的第一组稀释开口492a的变型，数字表示为位于圆顶壁490中、在燃料/空气混合物出口/圆顶入口496和燃烧器衬里482之间的第一组稀释开口492b。为清楚起见，一些部分的编号已经被去除。
第一组稀释开口492b可以至少部分地由至少一个轮叶420或围绕扩口锥部504周向定向的任何数量的轮叶420所限定。第一组稀释开口492b可以包括内开口493a、外开口493c、和设置在内开口493a和外开口493c之间的中间开口493b。外开口493c可以位于燃烧器衬里482附近并且包括轴向流动轮叶420a。
一对径向流动轮叶，第一和第二径向流动轮叶420r、421r，可以轴向设置在圆顶壁490的上游，与入口气室454流体连通。第一轴向延伸通道440a可以从第一径向流动轮叶420r处的第一稀释入口422a延伸到圆顶壁490处的第一稀释出口424a。第一径向流动轮叶420r可以在远离燃烧器衬里482的方向上从第一稀释入口422a径向向内延伸。虽然图示为径向向内延伸，但应当理解，第一径向流动轮叶420r可以径向向外延伸，或者第一和第二径向流动轮叶420r、421r都可以径向向外延伸。
第二轴向延伸通道440b可以从第二径向流动轮叶421r处的第二稀释入口422b延伸到第一和第二轴向偏转器442a、442b的远端处的第二出口424b。第二径向流动轮叶421r可以在朝向燃烧器衬里482的方向上从第二稀释入口422b径向向外延伸。虽然图示为径向向外延伸，但应当理解，第二径向流动轮叶421r可以径向向内延伸，或者第一和第二径向流动轮叶420r、421r都可以径向向内延伸。
除了本文先前描述的流之外或与本文先前描述的流一起，在操作期间，压缩空气(C)可以行进通过第一轴向流动轮叶420a，并且靠近燃烧器衬里482排放。靠近燃料/空气混合物出口/圆顶入口496的压缩空气(C)可以通过第一径向流动轮叶420r被径向抽吸到第一轴向延伸通道440a中。第二径向流动轮叶421r可以通过将压缩空气(C)从燃烧器衬里482附近抽吸到第二轴向延伸通道440b中来映照第一径向流动轮叶420r，反之亦然，这取决于轮叶取向。径向流动轮叶420r、421r可以从圆顶壁490凹入，以便为流在离开圆顶壁490之前的发展提供足够的轴向长度。
图12是位于作为非限制性示例的燃烧器80的图3的区域IV中的第一组稀释开口592的示意图。第一组稀释开口592与第一组稀释开口92基本上类似，因此，相似部分将用增加500的相似数字标识。应该理解，第一组稀释开口92的相似部分的描述适用于第一组稀释开口592，除非另有注释。
圆顶壁590可以包括间隔开以限定中间气室560的偏转器530和冲击壁558。作为非限制性示例，第一组稀释开口592可以包括径向设置在圆顶壁590内的两个稀释开口。第一组稀释开口592可以至少部分地由轴向流动轮叶520a限定，轴向流动轮叶520a在冲击壁558处的稀释入口522和偏转器530处的稀释出口524之间延伸。
第三组稀释开口546可以位于扩口锥部604周围。第三组稀释开口546可以包括吹扫通道548，吹扫通道548在吹扫入口550和吹扫出口552之间延伸。入口气室554可以流体联接到第一组稀释开口592和吹扫入口550处的吹扫通道548。
一组冲击孔562可以位于包围第一组稀释开口592的稀释入口522的冲击壁558中。冲击孔562可以排放到冲击气室560中，用于冲击到偏转器530的内表面564上。
一组膜冷却孔566可以位于偏转器530中。一组膜冷却孔566可以将冲击气室560流体联接到偏转器530的外部表面568。进一步预期的是，一组膜冷却孔将入口气室554、冲击气室560或第一组稀释开口592中的一个或其组合流体联接到外部表面568。
应当理解，虽然所示的截面图显示了同一平面中的所有孔/开口，但是每个孔/开口可以以任何合适的方式围绕燃料/空气混合物出口/圆顶入口596周向分布。
除了本文之前描述的流之外或与本文先前描述的流一起，在操作期间，压缩空气(C)可以穿过一组冲击孔562，并且冲击到偏转器530的内表面564上，以限定冲击流(I)。压缩空气(C)可以穿过一组膜冷却孔566，并且排放到外部表面568上，以限定膜冷却流(FC)。
转向图13，图示的是根据本文公开的另一方面的位于图3的部分V中的燃烧器80的扩口锥部104和圆顶壁90布置的变型的示意性放大图。扩口锥部704和圆顶壁690与燃烧器80的扩口锥部104和圆顶壁90基本类似，因此，相似部分将用增加600的相似数字标识。应当理解，扩口锥部104和圆顶壁90的相似部分的描述适用于扩口锥部704和圆顶壁690，除非另有注释。
扩口锥部704可以限定燃料/空气混合物出口/圆顶入口696。与本文先前描述的第三组稀释开口类似，第三组稀释开口646可以位于扩口锥部704周围。第三组稀释开口646可以包括吹扫通道648，吹扫通道648在吹扫入口650和吹扫出口652之间平行于并靠近扩口锥部704延伸。吹扫通道648可以限定远离燃料/空气混合物出口/圆顶入口696成角度的第四中心线(CL4)。
第三组稀释开口646可以进一步包括周边稀释通道649，周边稀释通道649在稀释入口651和稀释出口653之间在吹扫通道648径向外侧延伸。周边通道649可以限定远离燃料/空气混合物出口/圆顶入口696成角度的第五稀释中心线(CL5)。第四和第五稀释中心线(CL4，CL5)可以彼此平行，或彼此平行的20％以内。入口气室654可以在入口650、651处流体联接到第三组稀释开口646。
转向图14，图示的是根据本文公开的另一方面的位于图3的部分V中的燃烧器80的扩口锥部104和圆顶壁90布置的变型的示意性放大图。扩口锥部804和圆顶壁790与图3的燃烧器80的扩口锥部104和圆顶壁90基本类似，因此，相似部分将用增加700的相似数字标识。应当理解，扩口锥部104和圆顶壁90的相似部分的描述适用于扩口锥部804和圆顶壁790，除非另有注释。
扩口锥部804可以限定燃料/空气混合物出口/圆顶入口796。与本文先前描述的第三组稀释开口类似，第三组稀释开口746可以位于扩口锥部804周围。第三组稀释开口746可以包括吹扫通道748，吹扫通道748在吹扫入口750和吹扫出口752之间平行于并靠近扩口锥部804延伸。吹扫通道748可以限定第六稀释中心线(CL6)，第六稀释中心线(CL6)在箭头701所示的朝向扩口锥部804的第一方向上成角度，然后在箭头702所示的远离扩口锥部804的第二方向上成角度。入口气室754可以在吹扫入口750处流体联接到第三组稀释开口746。在操作期间，压缩空气(C)可以流过第三组稀释开口746，以首先形成冲击流(I)。冲击流(I)可以绕开燃料/空气混合物出口/圆顶入口796，并且作为吹扫气流(P)通过出口752排放。
转向图15，示出了燃气涡轮发动机10内的燃烧区段70的截面图的一部分的变型。在该变型中，第一组稀释开口92可以是分段的稀释开口，其中第一组稀释开口92在圆顶壁90内以如图所示的分段环形围绕发动机中心线21周向设置。因此，如本文所述的轮叶也可以以分段布置围绕发动机中心线21设置。
图16是燃烧区段370(图15的燃烧区段70的变型)的截面图，示出了围绕发动机中心线321的圆顶壁390的布置。下文中描述的每个圆顶壁可以包括围绕发动机中心线321布置的离散稀释开口。这是图2所示的环形稀释开口的变型。
图17是本文所述的且位于圆顶壁490内的类似于图16中布置的一组稀释开口492的示例性分布。虽然以数字表示了第一组稀释开口492，但应当理解，预期以周向阵列围绕燃料/空气混合物出口/圆顶入口496布置的本文所述的任何组稀释开口。
图18是本文所述的且位于圆顶壁390内的如图16中布置的一组稀释开口392的第二示例性分布。虽然以数字表示了第一组稀释开口392，但应当理解，预期围绕燃料/空气混合物出口/圆顶入口396布置的本文所述的任何组稀释开口。在该特定布置中，稀释开口设置在圆顶壁390的角部393中。
图19是本文所述的且位于圆顶壁390内的如图16中布置的一组稀释开口392的示例性分布。虽然以数字表示了第一组稀释开口392，但应当理解，本文所述的任何组稀释开口围绕燃料/空气混合物出口/圆顶入口396环形布置，用于火焰成形并防止燃烧器衬里82(图3)上的高温。
图20是本文所述的且位于圆顶壁390内的如图16中布置的一组稀释开口392的第三示例性分布。虽然以数字表示了第一组稀释开口392，但应当理解，预期围绕燃料/空气混合物出口/圆顶入口396布置的本文所述的任何组稀释开口。在该特定布置中，稀释开口是槽形开口。槽形开口可以具有任何形状，作为非限制性示例，跑道形、圆形或椭圆形。进一步地，槽形开口可以以任何合适的方式定向，作为非限制性示例，如图所示，相对于径向方向成角度。
图21是本文所述的且位于圆顶壁390内的如图16中布置的一组稀释开口392的第四示例性分布。虽然以数字表示了第一组稀释开口392，但应当理解，预期围绕燃料/空气混合物出口/圆顶入口396布置的本文所述的任何组稀释开口。一组稀释开口392可以围绕圆顶中心线(DC)是环形的。在该特定布置中，一组稀释开口392是围绕燃料/空气混合物出口/圆顶入口396环形布置的环状槽形开口。
预期了示例性圆顶壁和本文所述的稀释开口位置的变型的任何组合。图4-21仅用于例释目的，并不意味着限制。稀释孔/槽形开口可以是本文所述的任何形式。如本文所述的偏转器可以直接从罩下区域被供给或实施双压降设计。如本文所述的压缩空气可以是具有旋流的稀释流，该旋流由如本文所述的轴向/径向流动轮叶所生成。应当理解，如本文所述的稀释流可以围绕旋流器轴线或发动机轴线布置。每个示例性布置产生稀释流，该稀释流被引导，以通过将热气体推离壁而使热气体保持远离偏转器和燃烧器衬里，从而远离壁发生混合。如本文所述的偏转器可以通过背面或膜冷却或两者而被冷却。
应当理解，如本文所述的稀释开口是示例性的，如图所示。稀释开口可以以无数不同的方式组织，并且作为非限制性示例，可以包括任何形状或尺寸的肋、销组、回路、子回路、膜开口、气室、网孔和湍流器。稀释开口可以包括其他流动增强装置，作为非限制性示例，位于稀释开口后面的小开口。进一步预期的是，稀释开口可以是稀释开口的集合的一部分。还预期的是，稀释开口可以是沿着燃烧器衬里定位的冷却开口集合的补充并且与其分离。
一种用于控制存在于燃烧器80内的燃烧气体(G)中的氮氧化物或NOx的方法，包括通过位于如本文所述的圆顶壁中的稀释开口，以如本文所述的角度，将稀释气流(D)喷射到如本文所述的燃烧室。该方法可以进一步包括将吹扫流(P)喷射到如本文所述的燃烧器中。
与本文所述的燃烧器衬里和方法相关的益处是稀释开口下游的均匀温度分布，这等同于更好的NOx和燃烧器出口温度分布/模式。偏转器和衬里上的较低温度等同于更好的衬里和偏转器寿命。进一步地，本文所述的稀释开口布置能够控制燃烧室内的火焰结构。
虽然针对燃气涡轮发动机进行了描述，但应当理解，本文所述的燃烧器可以用于具有排放NOx的燃烧器的任何发动机。应当理解，本文所讨论的公开的方面的应用也可适用于具有螺旋桨区段或风扇和增压器区段的发动机以及涡轮喷气发动机和涡轮发动机。
在尚未描述的范围内，各个实施例的不同特征和结构可以根据需要组合使用或彼此替代使用。没有在所有实施例中例释一个特征并不意味着它不能被如此例释，而是为了描述的简洁而这样做。因此，可以根据需要混合和匹配不同实施例的各种特征以形成新的实施例，而无论新的实施例是否被明确描述。本文描述的特征的所有组合或置换都被本公开覆盖。
该书面描述使用示例来描述本文描述的公开的方面，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践公开的方面，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。本公开的各方面的可专利范围由权利要求所限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质差异的等效结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。
进一步的方面由以下条款的主题提供：
一种燃气涡轮发动机，包括：沿着发动机中心线处于串行流动布置的压缩机区段和燃烧区段，所述燃烧区段包括：燃烧器衬里；联接到所述燃烧器衬里的圆顶壁，和位于所述圆顶壁中的圆顶入口；与所述圆顶入口流体联接的燃料喷射器；流体联接到所述燃料喷射器并且至少部分由所述燃烧器衬里和所述圆顶壁限定的燃烧室；和位于所述圆顶壁中并且流体联接到所述燃烧室的至少一组稀释开口，所述至少一组稀释开口围绕所述发动机中心线周向布置。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述至少一组稀释开口是相对于彼此同心的第一组稀释开口和第二组稀释开口。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一组稀释开口和所述第二组稀释开口中的至少一个是环形稀释开口。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一组稀释开口和所述第二组稀释开口中的至少一个是分段稀释开口。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述至少一组稀释开口在所述圆顶壁处的稀释入口和稀释出口之间延伸。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括至少一个轮叶，所述至少一个轮叶设置在所述稀释入口和所述稀释出口之间的所述至少一组稀释开口内。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述至少一个轮叶是径向流动轮叶或轴向流动轮叶中的一个。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述圆顶入口限定圆顶中心线，并且所述至少一组稀释开口限定稀释中心线。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述稀释中心线是第一中心线，所述第一中心线朝向所述纵向轴线成角度并且与所述圆顶中心线相交以限定稀释角。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述圆顶壁限定与所述燃烧器衬里形成钝角的锥形部分，并且所述圆顶壁在所述燃料喷射器和所述燃烧器衬里之间径向延伸以限定平坦部分，其中所述平坦部分和所述锥形部分在第一接合部处会合。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述至少一组稀释开口位于所述锥形部分中。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述锥形部分在所述第一接合部和所述燃烧器衬里之间延伸。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述至少一组稀释开口位于所述平坦部分中。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述平坦部分在所述第一接合部和所述燃烧器衬里之间延伸。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括围绕所述燃料喷射器设置的扩口锥部，其中所述扩口锥部在第二接合部处与所述平坦部分会合，并且其中所述平坦部分在所述第一接合部和所述第二接合部之间延伸。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括围绕所述燃料喷射器设置的扩口锥部，其中所述扩口锥部在第二接合部处与所述锥形部分会合，并且其中所述锥形部分在所述第一接合部和所述第二接合部之间延伸。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括围绕所述燃料喷射器设置的扩口锥部，和围绕所述扩口锥部设置的吹扫通道。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括至少一个轴向偏转器。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述圆顶壁包括间隔开以限定中间气室的偏转器和冲击壁。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述至少一组稀释开口围绕所述圆顶入口周向设置。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括：
沿着发动机中心线处于串行流动布置的压缩机区段和燃烧区段，所述燃烧区段包括：
燃烧器衬里；
联接到所述燃烧器衬里的圆顶壁，和位于所述圆顶壁中的圆顶入口；
与所述圆顶入口流体联接的燃料喷射器；
流体联接到所述燃料喷射器并且至少部分由所述燃烧器衬里和所述圆顶壁限定的燃烧室；和
位于所述圆顶壁中并且流体联接到所述燃烧室的至少一组稀释开口，所述至少一组稀释开口围绕所述发动机中心线周向布置。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述至少一组稀释开口是相对于彼此同心的第一组稀释开口和第二组稀释开口。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一组稀释开口和所述第二组稀释开口中的至少一个是环形稀释开口。
4.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一组稀释开口和所述第二组稀释开口中的至少一个是分段稀释开口。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述至少一组稀释开口在所述圆顶壁处的稀释入口和稀释出口之间延伸。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括至少一个轮叶，所述至少一个轮叶设置在所述稀释入口和所述稀释出口之间的所述至少一组稀释开口内。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述至少一个轮叶是径向流动轮叶或轴向流动轮叶中的一个。
8.根据权利要求1和2中任一项所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述圆顶入口限定圆顶中心线，并且所述至少一组稀释开口限定稀释中心线。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述稀释中心线是第一中心线，所述第一中心线朝向所述纵向轴线成角度并且与所述圆顶中心线相交以限定稀释角。
10.根据权利要求1和2中任一项所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述圆顶壁限定与所述燃烧器衬里形成钝角的锥形部分，并且所述圆顶壁在所述燃料喷射器和所述燃烧器衬里之间径向延伸以限定平坦部分，其中所述平坦部分和所述锥形部分在第一接合部处会合。
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