CN116480462A - 具有贫料开口的燃烧器 - Google Patents
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Abstract
一种涡轮发动机以及利用所示和所述的燃烧器操作的方法。涡轮发动机包括燃烧器，燃烧器包括环形阵列的富料杯和环形阵列的贫料杯。一种用于控制氮氧化物的方法，包括从贫料杯和富料杯喷射燃料/空气混合物。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2022年1月13日提交的印度临时申请序列号202211002027的优先权，其内容通过引用并入本文。
技术领域
本主题大体上涉及用于涡轮发动机的燃烧器，并且更具体地，涉及贫料燃烧器。
背景技术
涡轮发动机由穿过发动机的燃烧气体流驱动，以使多个涡轮叶片旋转，多个涡轮叶片又使压缩机旋转，以向燃烧器提供压缩空气用于燃烧。燃烧器可以设置在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，空气和燃料被供给到燃烧室，空气和燃料被混合，然后燃料在空气存在下燃烧以产生热气体。然后，热气体被供给到涡轮，其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副产品，诸如氮氧化物和二氧化氮(统称为NOx)、一氧化碳(CO)、未燃烧的碳氢化合物(UHC)(例如，有助于形成大气臭氧的甲烷和挥发性有机化合物)、以及包括硫的氧化物(例如，SO2和SO3)的其他氧化物。
正在探索用于燃气涡轮发动机的各种燃料。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可能导致比传统燃料更高的火焰温度。即，氢或氢混合燃料通常比传统燃料(如石油基燃料、或石油和合成燃料混合物)具有更宽的可燃范围和更快的燃烧速度。
源自世界范围内的空气污染问题的标准规范了由于涡轮发动机操作而生成的NOx、UHC和CO的排放。特别地，由于操作期间燃烧器火焰温度高，因此在燃烧器内形成NOx。期望的是，通过调节燃烧器内的轮廓和/或图案来减少NOx排放，同时仍维持期望的效率。
附图说明
在附图中：
图1是涡轮发动机的示意图。
图2描绘了沿具有一组贫料开口的涡轮发动机的燃烧区段的图1的线II-II的横截面图。
图3是沿燃烧区段中的燃烧器的图2的线III-III截取的横截面图，其中燃料喷射器和一组贫料开口位于圆顶壁中。
图4是来自图3的部分IV的放大图，示出了限定包围燃料喷射器并延伸通过圆顶壁的一组贫料开口的通道。
图5A是沿图4的线V-V截取的通道的横截面，示出了通道入口。
图5B是根据本文公开的一方面的通道的横截面，示出了来自图5A的通道入口的变型。
图6A是沿图4的线VI-VI截取的通道的横截面，示出了在图5A的通道入口轴向下游的通道入口。
图6B是根据本文公开的一方面的通道的横截面，示出了来自图6A的通道入口的变型。
图7A是沿图4的线VII-VII截取的通道的横截面，示出了在来自图6A的通道入口轴向下游的通道入口。
图7B是根据本文公开的一方面的通道的横截面，示出了来自图7A的通道入口的变型。
图8是根据本文公开的一方面的来自图2的一部分的放大图，示出了一组贫料开口的布局的变型。
图9是根据本文公开的另一方面的放大图，示出了一组贫料开口的布局的另一变型。
图10是根据本文公开的又一方面的放大图，示出了一组贫料开口的布局的又一变型。
具体实施方式
本文描述的公开的方面针对燃烧器，并且尤其针对具有至少一个富料杯和一组贫料开口的燃烧器。为了例释的目的，将关于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“向前”和“向后”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，向前是指更靠近发动机入口的位置，而向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“向前”表示在某物的前面，“后向”或“向后”表示在某物的后面。例如，当用于流体流动时，前向/向前可以表示上游，后向/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)可以用于标识目的，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。连接引用(例如，附接、联接、连接和接合)可以被使用并被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的中间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，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是涡轮发动机10的示意图。作为非限制性示例，涡轮发动机10可以在飞行器内使用。涡轮发动机10可以至少包括压缩机区段12、燃烧区段14和涡轮区段16。驱动轴18旋转地联接压缩机区段12和涡轮区段16，使得其中一个的旋转影响另一个的旋转，并且限定涡轮发动机10的旋转轴线或中心线20。
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。用于涡轮区段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16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描绘了沿图1的线II-II的燃烧区段14的横截面图。燃烧区段14可以包括围绕涡轮发动机10的中心线20设置的环形布置的燃料喷射器30。每个燃料喷射器30可以限定流体连接到燃烧器34的至少一个富料杯32。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30可以具有不同的特性。取决于燃烧器34位于其中的发动机的类型，燃烧器34可以具有罐形、罐环形或环形布置。在非限制性示例中，环形布置被示出并且设置在壳体36内。燃烧器34由燃烧器衬里38限定，燃烧器衬里38包括相对于彼此同心并围绕发动机中心线20呈环形的外环形燃烧器衬里40和内环形燃烧器衬里42。圆顶壁44与燃烧器衬里38一起可以限定环形围绕发动机中心线20的燃烧室46。一组贫料开口48可以位于圆顶壁44中。一组贫料开口48中的至少一个贫料开口可以限定至少一个贫料杯50。至少一个贫料杯50连同至少一个富料杯32可以围绕发动机中心线20环形布置并且流体联接到燃烧室46。至少一个贫料杯50可以是如图所示的散布在多个富料杯32之中的多个贫料杯50。至少一个贫料杯50位于至少一个富料杯32的径向外侧和径向内侧。压缩空气通路52可以至少部分地由燃烧器衬里38和壳体36两者限定。如本文所述，富料杯32限定了提供空气和燃料的富混合物的区域，空气和燃料的富混合物具有空气与燃料的比率，该空气与燃料的比率低于所用航空燃料的化学计量的空气与燃料比率。贫料杯50限定了提供空气和燃料的贫混合物的区域，空气和燃料的贫混合物具有具有较高空气浓度的燃料与空气的比率，使得空气与燃料的比率高于化学计量的空气与燃料比率。
至少一个贫料杯50可以控制动力学、减少NOx并增加燃烧器衬里38的寿命。平衡贫混合物与富混合物的引入可以为发动机设计者在全发动机状况范围内关于稳定操作和低NOx排放进行开发提供了挑战。本文描述的贫料杯50相对于富料杯32的示例性布置可以提供这种必要和有益的平衡。
图3描绘了示出燃烧区段14的沿图2的线III-III截取的横截面图。圆顶组件54可以容纳燃料喷射器30。燃料喷射器30可以经由燃料通路58流体联接到燃料入口56，燃料通路58可以适于接收燃料流(F)。在一些实施方式中，燃料喷射器30可以包括旋流器60。压缩空气(C)可以经由压缩空气通路52从压缩机区段12被提供到燃烧区段14。燃料喷射器30可以终止于圆顶入口62。一组稀释开口64可以设置在燃烧器衬里38中，用于连接压缩空气通路52和燃烧室46。
通道66可以在至少一个通道入口68和通道出口70之间延伸。通道出口70可以限定一组贫料开口48。至少一个燃料室72可以设置在圆顶壁44内。至少一个燃料室72可以通过一组燃料沟道74流体联接到通道66。一组燃料沟道74可以是在至少一个燃料室72和通道66之间延伸的单个沟道，或是为通道66提供多个进口的多个沟道。
在操作期间，压缩空气(C)可以被供给到燃料喷射器30中，并且与燃料(F)混合，以限定富燃料/空气(R)混合物。富燃料/空气混合物在点燃时会产生持续火焰(consistentflame)。旋流器60可以使进入的压缩空气(C)与进入富料杯32的燃料(F)一起旋流，以提供经由圆顶入口62进入燃烧室46的空气和燃料的均匀混合物。
进一步地，压缩空气(C)可以被供给到通道66中，并且与来自至少一个燃料室72的燃料(F)混合，以限定贫燃料/空气混合物(L)。贫燃料/空气混合物(L)在点燃时会产生低排放火焰。通道66可以朝向富料杯32成角度，以便使贫燃料/空气混合物(L)与富燃料/空气混合物(R)混合，从而在燃烧室46内提供均匀的空气和燃料混合物。混合物(R)、(L)一起产生具有持续火焰和低排放火焰的特征的混合火焰。
混合物可以在燃烧室46内由一个或多个点火器76点燃，以生成燃烧气体(G)。压缩空气(C)可以另外经由一组稀释开口64进入燃烧室46，以在燃烧室46内提供稀释流(D)。燃烧气体(G)可以使用稀释流(D)被混合，或简单地通过稀释流(D)被控制，以移动通过燃烧器出口78并离开进入涡轮区段16。
图4是来自图3的部分IV的放大示意图。燃料喷射器30可以限定第一中心线(CL)。限定一组贫料杯50的每个通道66还限定了第二中心线(CL2)。每个通道66可以朝向第一中心线(CL)成角度，使得第二中心线(CL2)与第一中心线(CL)相交，以限定管角(θ)。管角(θ)可以是0到90度之间的锐角。每个通道66通过提供用于氢燃烧的空气而使火焰能够成形，其中空气可以在某些功率设定下被供应以减少总NOx产生。
在本公开的一个方面中，一组贫料开口48中的至少一个贫料开口与通道66、至少一个燃料室72和一组燃料管道74一起可以限定贫燃料回路80。贫燃料回路80可以关闭以在通道出口70处限定稀释孔49，并且可以打开以限定贫料杯50。因此，在不同的操作状况下，贫燃料回路80被关闭和打开，以平衡可操作性、NOx排放和总体部件寿命。圆顶壁44可以通过储存在至少一个燃料室72中的燃料来被冷却。燃料可以是H2燃料并且在贫燃料回路80打开时被供给到通道66中。当贫燃料回路80关闭时，H2燃料可以保持储存在至少一个燃料室72中，同时还冷却圆顶壁44。
当贫燃料回路80关闭时，一组燃料沟道74可以关闭，使得燃料(F)从通道66中被切断。压缩空气(C)仍然可以被提供到至少一个通道入口68，使得一组贫料开口48可以向燃烧室46提供压缩空气(C)。在一些实施方式中，压缩空气(C)可以以低旋流量(0.05到0.2)旋流。在其他实施方式中，压缩空气(C)可以是非旋流空气并且冲击在富燃料/空气混合物(R)上，以保持由富燃料/空气混合物(R)产生的火焰远离燃烧器衬里38(图3)。因此，一组贫料开口48用作将富燃料/空气混合物(R)从至少一个富料杯32向内推向第一中心线(CL)的稀释射流。
当贫燃料回路80打开时，一组贫料开口48可以提供贫燃料/空气混合物(L)。在一些实施方式中，贫燃料/空气混合物(L)可以以低旋流量(0.05至0.2)旋流。在其他实施方式中，贫燃料/空气混合物(L)可以是非旋流空气，并且冲击在富燃料/空气混合物(R)上，以控制由富燃料/空气混合物(R)产生的火焰并防止富燃料/空气混合物(R)扩散到燃烧器衬里38(图3)上。
图5A是沿图4的线V-V截取的通道66的横截面，示出了至少一个通道入口68。通道66可以具有限定至少一个贫料杯50的内表面82。在本文公开的一方面中，至少一个通道入口68是围绕通道66相对于第二中心线(CL2)周向设置的多个通道入口，图示为第一通道入口68a和第二通道入口68b。每个通道入口68限定第三中心线(CL3)，第三中心线(CL3)以表面角(α)与内表面82相交。在一些实施方式中，表面角(α)是等于或小于30度的浅角。第一通道入口68a和第二通道入口68b可以设置成使得第三中心线(CL3)与与至少一个通道入口68相对的内表面82相交。第一通道入口68a可以相对于图4中的横截面线V-V径向设置在第二中心线(CL2)上方，而第二通道入口68b径向设置在第二中心线(CL2)下方。换言之，第一通道入口68a和第二通道入口68b不与第二中心线(CL2)对齐。在操作期间，经由多个通道入口68a、68b进入通道66的压缩空气(C)变成压缩空气(C)的低旋流射流(S)，并且可用于如本文先前所述的旋流。
图5B是根据本文公开的另一方面的在与图5A大体类似的位置处截取的图5A的通道66的变型的横截面，示出了通道入口168，图5A的至少一个通道入口68的变型。通道入口168与至少一个通道入口68基本类似，因此，相似零件将用增加100的相似数字表示。应当理解，图5A的至少一个通道入口68的相似零件的描述适用于图5B的通道入口168，除非另有说明。
通道166可以具有限定至少一个贫料杯150的内表面182。在本文公开的一方面中，通道入口168包括围绕通道166相对于第二中心线(CL2)周向设置的多个通道入口，图示为第一通道入口168a、第二通道入口168b以及第三通道入口168c。每个通道入口168限定第三中心线(CL3)，第三中心线(CL3)以表面角(β)与内表面182相交。虽然仅示出了一个第三中心线(CL3)，但是应当理解，每个通道入口168都包括第三中心线(CL3)。在一些实施方式中，表面角(β)是85到95度之间的垂直角。第一通道入口168a、第二通道入口168b和第三通道入口168c中的每一个可以设置成使得第三中心线(CL3)与与通道入口168相对的内表面182相交。第一通道入口168a、第二通道入口168b和第三通道入口168c可以围绕第二中心线(CL2)环形地定向，使得第三中心线(CL3)和第二中心线(CL2)相交。在操作期间，经由第一通道入口168a、第二通道入口168b和第三通道入口168c进入通道166的压缩空气(C)变成压缩空气(C)的径向空气射流(A)，并且可用于如本文先前所述的冲击。
图6A是沿图4的线VI-VI截取的通道66的横截面，示出了至少一个通道入口68。该横截面与图5A的横截面轴向间隔开地并且在图5A的横截面的下游被截取。至少一个通道入口68可以包括多个通道入口68c、68d，多个通道入口68c、68d围绕通道66相对于第二中心线(CL2)与第一通道入口68a和第二通道入口68b(图5A)轴向且周向地间隔开并设置在第一通道入口68a和第二通道入口68b(图5A)的下游。
图6B是根据本文公开的另一方面的在大体与图6A类似的位置处截取的图6的通道66的变型的横截面，示出了至少一个通道入口168，图6A的至少一个通道入口68的变型。该横截面与图5B的横截面轴向间隔开地并且在图5B的横截面下游被截取。至少一个通道入口168可以包括多个通道入口168d、168e、168f，多个通道入口168d、168e、168f围绕通道166相对于第二中心线(CL2)与第一通道入口168a、第二通道入口168b和第三通道入口168c(图5B)轴向且周向地间隔开并设置在第一通道入口168a、第二通道入口168b和第三通道入口168c(图5B)的下游。
图7A是沿图4的线VII-VII截取的通道66的横截面，示出了至少一个通道入口68。该横截面与图6A的横截面轴向间隔开地并且在图6A的横截面下游被截取。至少一个通道入口68可以包括多个通道入口68e、68f，多个通道入口68e、68f围绕通道66相对于第二中心线(CL2)与多个通道入口68c、68d(图6A)轴向且周向地间隔开并设置在多个通道入口68c、68d(图6A)的下游。
图7B是根据本文公开的另一方面的在大体与图7A类似的位置处截取的图7A的通道66的变型的横截面，示出了至少一个通道入口168，图7A的至少一个通道入口68的变型。该横截面与图6B的横截面轴向间隔开地并且在图6B的横截面下游被截取。至少一个通道入口168可以包括多个通道入口168g、168h、168i，多个通道入口168g、168h、168i围绕通道166相对于第二中心线(CL2)与多个通道入口168d、168e、168f(图6B)轴向且周向地间隔开并设置在多个通道入口168d、168e、168f(图6B)的下游。
图5A-7B仅用于例释目的。本文所述的至少一个通道入口可以被定向在相对于内表面从切向到垂直的任何位置。至少一个通道入口可以是阵列中的多个孔，并且相对于第二中心线(CL2)处于任何周向时针方位。
图8是根据本文公开的另一方面的图2的部分88的放大图，示出了一组贫料开口148的布局的变型。一组贫料开口148基本上与一组贫料开口48(图2)类似，因此，相似零件将用增加100的相似数字来标识。应当理解，一组贫料开口48的相似零件的描述适用于一组贫料开口148，除非另有说明。
一组贫料开口148可以是位于圆顶壁44中的多个开口，作为非限制性示例，示出了六个开口148，每个开口限定至少一个贫料杯150。一组贫料开口148可以环绕至少一个富料杯32，其中第一贫料杯150a可以位于至少一个富料杯32的径向外侧，并且第二贫料杯150b可以位于至少一个富料杯32的径向内侧。第三贫料杯150c和第四贫料杯150d可以与第一贫料杯150a周向间隔开第一直线距离(l1)。第五贫料杯150e和第六贫料杯150f可以与第二贫料杯150b周向间隔开第二直线距离(l2)。这样，至少一个富料杯32与第三贫料杯150c之间的第一径向距离R1可以大于至少一个富料杯32与第五贫料杯150e之间的第二径向距离R2。第一直线距离(l1)可以大于或等于第二直线距离(l2)。至少一个贫料杯150连同至少一个富料杯32可以关于发动机中心线20(图2)被环形布置并且流体联接到燃烧室46。
图9是根据本文公开的另一方面的示出一组贫料开口248的布局的另一变型的放大图。一组贫料开口248与一组贫料开口48(图2)基本类似，因此，相似零件将用增加200的相似数字来标识。应当理解，一组贫料开口48的相似零件的描述适用于一组贫料开口248，除非另有说明。
一组贫料开口248可以是位于圆顶壁44中的多个开口，作为非限制性示例，是六个开口，每个开口限定至少一个贫料杯250。一组贫料开口248可以环绕至少一个富料杯32，其中至少两个贫料杯250位于至少一个富料杯32的径向外侧和径向内侧，并且其余四个被环形布置在距至少一个富料杯32的第一中心线(CL)的恒定半径(R)处。恒定半径(R)可以小于图8的变型中描述的第一和第二直线距离(l2、l2)。换言之，一组贫料开口248可以关于至少一个富料杯被环形布置在比先前在图8中示出的更近的径向位置处。至少一个贫料杯250连同至少一个富料杯32可以关于发动机中心线20(图2)被环形布置并流体联接到燃烧室46。
图10是根据本文公开的另一方面的示出一组贫料开口348的布局的又一变型的放大图。一组贫料开口348与一组贫料开口48(图8)基本类似，因此，相似零件将用增加300的相似数字来标识。应当理解，一组贫料开口48的相似零件的描述适用于一组贫料开口348，除非另有说明。
一组贫料开口348可以是位于圆顶壁44中的多个开口，作为非限制性示例，是四个开口，每个开口限定至少一个贫料杯350。一组贫料开口348可以与一组贫料开口148(图8)很像，围绕至少一个富料杯32布置，但是没有第一贫料杯150a(图8)和第二贫料杯150b(图8)。换言之，可以有位于富料杯32的侧面的四个贫料杯350，两个贫料杯350a、350b在径向向外的一侧，以及两个贫料杯350c、350d在径向向内的一侧。至少一个贫料杯350连同至少一个富料杯32可以关于发动机中心线20(图2)被环形布置并且流体联接到燃烧室46。
预期到了本文所述的贫料杯的布置的任何组合。富料杯和贫料杯布置可以是本文所述的任何形式。
一种用于控制存在于燃烧器34内的燃烧气体(G)中的氮氧化物或NOx的方法，包括通过本文所述的一组贫料开口将贫燃料/空气混合物(L)喷射到如本文所述的燃烧室中。该方法可以进一步包括在喷射到燃烧室中之前，使贫燃料/空气混合物(L)旋流。该方法可以进一步包括使贫燃料/空气混合物(L)与富燃料/空气混合物(R)混合。贫燃料/空气混合物(L)也可用于控制富燃料/空气混合物(R)的火焰。
与本文所述的一组贫料开口和方法相关联的益处是减少和/或消除CO排放。进一步地，本文所述的一组贫料开口的布置有助于控制由H2燃料产生的火焰，以实现较低的NOx，较低的动力学和较好的部件寿命。将富料杯与贫料杯相结合提供了由富料杯产生的持续火焰和由贫料杯产生的火焰所提供的少量污染物的益处。富燃料提供了更持续的火焰，不会熄灭，但会产生更多的污染物。贫料火焰具有较少污染物，但会熄灭。混合它们可以提供性能更好的发动机。富料燃烧还有助于保持贫燃料燃烧，因为它提供了恒定火焰。
虽然关于涡轮发动机进行了描述，但是应当理解，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，本文讨论的本公开的方面的应用也适用于具有螺旋桨区段或风扇和增压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：处于串行流动布置并且共同限定发动机中心线的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述燃烧区段包括：至少部分地限定燃烧室的燃烧器衬里；流体联接到所述燃烧室的多个间隔开的富料杯；和散布在所述间隔开的富料杯之中的多个贫料杯。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括圆顶壁，所述圆顶壁联接到所述燃烧器衬里，进一步限定所述燃烧室，其中所述多个贫料杯位于所述圆顶壁中。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括通道，所述通道在所述圆顶壁处在至少一个通道入口和通道出口之间延伸，以在所述多个贫料杯中限定至少一个贫料开口。
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沟道，所述至少一个沟道将所述至少一个燃料室流体联接到所述通道。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个富料杯中的每个富料杯限定与所述发动机中心线径向间隔开的第一中心线，并且其中所述通道限定第二中心线，所述第二中心线朝向所述第一中心线成角度并且与所述第一中心线相交以限定通道角。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述至少一个通道入口是围绕所述通道相对于所述第二中心线周向设置的多个通道入口。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中每个通道入口限定第三中心线，所述第三中心线以浅角与所述内表面相交，并且其中所述浅角等于或小于30度。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中每个通道入口限定第三中心线，所述第三中心线以垂直角与所述内表面相交，并且其中所述垂直角在85度到95度之间。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个通道入口中的每个通道入口被设置成使得所述第三中心线与与对应通道入口相对的所述内表面相交。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个通道入口中的至少一个通道入口不与所述第二中心线对齐。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个通道入口中的至少一个通道入口与所述第二中心线对齐并且与所述第二中心线相交。
一种燃气涡轮发动机，包括：处于串行流动布置并且共同限定发动机中心线的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述燃烧区段包括：至少部分地限定燃烧室的燃烧器衬里；联接到所述燃烧器衬里并具有圆顶入口的圆顶壁；在所述圆顶入口处流体联接到所述燃烧室的至少一个富料杯；围绕所述至少一个富料杯布置的多个开口；和在通道入口和通道出口之间延伸的通道，所述通道出口在所述多个开口中限定至少一个贫料杯。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个开口中的所述至少一个开口在关闭位置限定稀释孔并且在打开位置限定贫料杯。
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燃料室，所述至少一个燃料室设置在所述圆顶壁内并且流体联接到所述至少一个贫燃料杯。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述至少一个富料杯是多个富料杯，并且所述多个开口是围绕所述发动机中心线周向布置的多组贫料杯，每组贫料杯与单个富料杯相关联。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中每组贫料杯包括与所述单个富料杯间隔开第一直线距离的至少一个贫料杯，和与所述至少一个富料杯间隔开第二直线距离的另一个至少一个贫料杯。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一直线距离不同于所述第二直线距离。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中每组贫料杯进一步包括与所述单个富料杯径向向外间隔开的第一贫料杯，和与所述单个富料杯径向向内间隔开的第二贫料杯。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一直线距离等于所述第二直线距离。
根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中所述至少一个贫料杯是围绕所述单个富料杯以径向距离环形布置的贫料杯阵列。
Claims (10)
1.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括：
处于串行流动布置并且共同限定发动机中心线的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述燃烧区段包括：
至少部分地限定燃烧室的燃烧器衬里；
流体联接到所述燃烧室的多个间隔开的富料杯；和
散布在所述间隔开的富料杯之中的多个贫料杯。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括圆顶壁，所述圆顶壁联接到所述燃烧器衬里，进一步限定所述燃烧室，其中所述多个贫料杯位于所述圆顶壁中。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括通道，所述通道在所述圆顶壁处在至少一个通道入口和通道出口之间延伸，以在所述多个贫料杯中限定至少一个贫料开口。
4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括至少一个燃料室和至少一个沟道，所述至少一个沟道将所述至少一个燃料室流体联接到所述通道。
5.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述多个富料杯中的每个富料杯限定与所述发动机中心线径向间隔开的第一中心线，并且其中所述通道限定第二中心线，所述第二中心线朝向所述第一中心线成角度并且与所述第一中心线相交以限定通道角。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述至少一个通道入口是围绕所述通道相对于所述第二中心线周向设置的多个通道入口。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中每个通道入口限定第三中心线，所述第三中心线以浅角与所述内表面相交，并且其中所述浅角等于或小于30度。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中每个通道入口限定第三中心线，所述第三中心线以垂直角与所述内表面相交，并且其中所述垂直角在85度到95度之间。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述多个通道入口中的每个通道入口被设置成使得所述第三中心线与与对应通道入口相对的所述内表面相交。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述多个通道入口中的至少一个通道入口不与所述第二中心线对齐。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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