CN116498995A - 燃烧器燃料组件 - Google Patents

Abstract

一种涡轮发动机可以包括处于串行流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。燃烧区段可以具有燃烧器，燃烧器具有至少部分地限定燃烧室的燃烧器衬里，以及包括至少一组混合管的燃料‑空气混合器。

Description

燃烧器燃料组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2022年1月21日提交的印度专利申请号202211003539以及2022年3月3日提交的美国专利申请号17/685,883的优先权，其全部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具有燃料组件的燃烧器，并且更具体地，涉及具有燃料-空气混合布置的燃料组件。

背景技术

涡轮发动机通过穿过发动机的燃烧气体流而被驱动，以使多个涡轮叶片旋转，多个涡轮叶片继而又使压缩机旋转，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NO_x)、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氮氧化物(NO_x)、未燃烧碳氢化合物(UHC)和一氧化碳(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氮氧化物(NO_x)。期望的是，通过调节燃烧器内的轮廓和/或图案来减少NO_x排放，同时仍维持期望的效率。

附图说明

在附图中：

图1是根据本文描述的各种方面的具有压缩区段、燃烧区段和涡轮区段的涡轮发动机的示意图。

图2是根据本文描述的各种方面的沿线II-II的图1的燃烧区段的横截面图。

图3是根据本文描述的各种方面的可以在沿线III-III的图2的燃烧区段中使用的燃烧器的横截面图。

图4是根据本文描述的各种方面的可以在图3的燃烧器中使用的燃料组件的立体图。

图5是沿线V-V的图4的燃料组件的侧横截面图。

图6是沿线VI-VI的图4的燃料组件的侧横截面图。

图7是图4的燃料组件的侧视图。

图8是沿线VIII-VIII的图7的燃料组件的前横截面图。

图9是根据本文描述的各种方面的可以在图2的燃烧器中使用的另一个燃料组件的横截面图。

具体实施方式

本文描述的公开方面针对具有燃料喷嘴组件的燃烧器。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，本文描述的公开方面不限于此，并且本文描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”或“流体联接”意指流体能够在指定区域之间建立连接。

另外，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)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，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HP涡轮26和LP涡轮28。驱动轴18可以将LP压缩机22、HP压缩机24、HP涡轮26和LP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28，并且HP驱动轴可以将HP压缩机24联接到HP涡轮26。LP线轴可以被限定为LP压缩机22、LP涡轮28和LP驱动轴的组合，使得LP涡轮28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26和HP驱动轴的组合，使得HP涡轮26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叶片、轮叶和级。进一步地，预期的是，在压缩机区段12内可以有任何数量的其他部件。

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内可以有任何数量的其他部件。

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26。

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26从这些燃烧气体中提取一些功，HP涡轮26驱动HP压缩机24。燃烧气体被排出到LP涡轮28中，LP涡轮28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28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描绘了沿着图1的线II-II的燃烧区段14的横截面图。燃烧区段14可以包括燃烧器30，其中环形布置的燃料喷射器31围绕涡轮发动机10的中心线或旋转轴线20设置。应当理解，环形布置的燃料喷射器31可以是一个或多个燃料喷射器，并且燃料喷射器31中的一个或更多个可以具有不同的特性。取决于燃烧器30位于其中的发动机的类型，燃烧器30可以具有罐形、罐环形或环形布置。在非限制性示例中，燃烧器30可以具有与发动机的壳体29一起定位的组合布置。

燃烧器30可以至少部分地由燃烧器衬里40限定。在一些示例中，燃烧器衬里40可以包括彼此同心并以环形方式围绕发动机中心线或旋转轴线20布置的外衬里41和内衬里42。在一些示例中，燃烧器衬里40可以关于燃烧器30具有环形结构。在一些示例中，燃烧器衬里40可以包括共同形成燃烧器衬里40的多个分段或部分。圆顶组件44与燃烧器衬里40一起可以至少部分地限定围绕发动机中心线或旋转轴线20环形布置的燃烧室50。压缩空气通路32可以至少部分地由燃烧器衬里40和壳体29两者限定。

图3描绘了沿图2的线III-III截取的横截面图，示出了燃烧区段14的一部分。燃烧器30可以包括燃料组件35，燃料组件35被构造成向燃烧器30至少提供燃料。燃料组件35可以至少部分地形成燃料喷射器31。在一些示例中，燃料组件35可以包括环形布置的燃料喷嘴。应当理解，这种燃料喷嘴可以以任何合适的布置、图案、分群等来组织。

圆顶组件44可以包括圆顶壁46和导流器48。燃烧器衬里40和圆顶组件44可以共同至少部分地围绕纵向轴线52限定燃烧室50。纵向轴线52可以如图所示的在前向方向52F和后向方向52A之间延伸。

至少一个燃料供应部54可以流体联接到燃烧室50，以向燃烧器30供应燃料。在非限制性示例中，燃料可以包括任何合适的燃料，包括碳氢燃料、氢燃料或不同燃料类型的混合物。

燃料供应部54可以设置在圆顶组件44内，以限定燃料出口58。预期的是，空气也可以通过燃料出口58供应或提供到燃烧室50。以这种方式，燃料出口58可以向燃烧室50提供燃料-空气混合物。另外，在一些示例中，多个燃料喷射器或预混合器可以位于圆顶壁46上。在一些示例中，多个燃料喷射器或预混合器可以以离散簇或群组被布置在圆顶壁46上。

在一些示例中，可以在燃料供应部54的下游设置扩口锥部56。旋流器60也可以设置在燃料组件35处，以使进入的空气在离开燃料供应部54的燃料附近旋流，并且提供进入燃烧器30的空气和燃料的均匀混合物。

一组稀释孔62可以设置在燃烧器衬里40中，并且被构造成将空气引导到燃烧室50中，用于温度控制、火焰成形、燃料-空气混合等。可以在一组稀释孔62中设置任何数量的稀释孔。一组稀释孔62可以在燃烧器衬里40上具有任何合适的图案或布置，包括直线行、不规则群、可变孔直径等，或其组合。还预期的是，燃烧器30可以形成为没有任何稀释孔。在一个示例中，多个预混合器可以布置在圆顶壁46上，而不使用稀释孔。

转向图4，以一个示例性实施方式显示了燃料组件35的立体图。燃料组件35可以处于燃料-空气混合器的形式，燃料-空气混合器被构造成将燃料和空气的多种定制混合物提供到燃烧室50(图3)中。如图所示，燃料组件35可以包括与纵向轴线52对齐的本体70。本体70可以包括第一套环70A和第二套环70B。在一些示例中，本体70可以包括圆顶壁46和燃料出口58(图3)。在所示示例中，圆顶壁46可以至少部分地形成第一套环70A，不过不必是这种情况。

本体70可以包括多个内部沟槽或混合管75，用于在燃烧室50(图3)的上游供应或混合空气或燃料。混合管75可以延伸通过第一套环70A或第二套环70B中的任一个或两者。另外或替代地，第一套环70A或第二套环70B可以至少部分地限定混合管75。

在所示示例中，第一组71的混合管75、第二组72的混合管75和中心混合管75C显示在燃料组件35的本体70中。任何数量的混合管75可以设置在第一组71或第二组72中。在一些示例中，可以在本体70的中心附近设置多个中心混合管75C。在一些示例中，混合管75、75C可以彼此相同或具有不同特性，包括不同材料或不同几何特性。

在所示示例中，第一组71的混合管75可以关于本体70环形布置。第二组72的混合管75也可以相对于纵向轴线52在第一组71的混合管75的径向内侧关于本体70环形布置。中心混合管75C可以在第二组72的混合管75的径向内侧延伸通过本体70。以这种方式，第一组71的混合管75、第二组72的混合管75和中心混合管75C可以围绕纵向轴线52同心地布置。将理解的是，第一组71的混合管75或第二组72的混合管75在燃料组件35中可以具有混合管的任何合适的图案或布置，包括线性行、圆形、多个同心圆、不规则群组等，或其组合。

混合管75和中心混合管75C可以包括至少一个空气入口、至少一个燃料入口和混合物出口。在所示示例中，第一组71中的每个混合管75可以包括第一混合物出口81，第二组72中的每个混合管75可以包括第二混合物出口82，并且中心混合管75C可以包括中心混合物出口83。第一混合物出口81、第二混合物出口82和中心混合物出口83可以面对燃烧室50(图3)并且共同形成燃料出口58。第一混合物出口81可以相对于纵向轴线52被定位在第二混合物出口82的后方。中心混合物出口83可以相对于纵向轴线52位于第一混合物出口81的前方。

在一些示例中，本体70可以包括在第一混合物出口81、第二混合物出口82或中心混合物出口83中的任何处的突出尖端85。这种突出尖端85可以被构造成使燃料出口58的至少一部分与圆顶壁46分离或隔离。在所示示例中，突出尖端85设置在第一混合物出口81和中心混合物出口83处。突出尖端85可以具有任何合适的几何轮廓，包括圆柱形的、锥形的、对称的、不规则的等，或其组合。

在所示示例中，如图所示，本体70可以包括混合室86，混合室86被定位在第一组71的混合管75的径向内侧。混合室86可以流体联接到任何混合管75、75C。在所示示例中，第二组72的混合管75的第二混合物出口82和中心混合管75C的中心混合物出口83流体联接到混合室86，不过不必是这种情况。

转向图5，示出了沿图4的线V-V的燃料组件35的侧横截面图。在该视图中，显示了第一组71的混合管75、第二组72的混合管75和中心混合管75C的内部部分。在所示示例中，混合管75被示为与第一套环70A和第二套环70B整体地形成或一体地形成，不过不必是这种情况。预期的是，第一套环70A或第二套环70B可以是分开结构并且联接到混合管75。

混合室86可以限定混合长度87和宽度88。在一些非限制性示例中，混合长度87可以在宽度88的0.2-10倍之间，包括在宽度88的0.5-6倍之间。宽度88可以沿纵向轴线52(图3)是恒定的或可变的。在一些示例中，宽度88可以沿纵向轴线52(图4)增加、减小或保持不变。以这种方式，混合室86可以在燃料组件35的本体70内形成发散、会聚或恒定面积的混合通道。

还预期的是，中心混合管75C可以比第二组72的混合管75具有更长的轴向长度。在所示示例中，中心混合管75C包括延伸到混合室86中并形成中心混合物出口83的突出尖端85。以这种方式，第一混合物出口81、第二混合物出口82和中心混合物出口83中的每一个可以相对于纵向轴线52在本体70内轴向交错。

在非限制性示例中，还预期的是，混合室86可以具有其后为第二恒定面积部分的第一会聚部分，或其后为第二发散部分的初始会聚部分，或其后为第二恒定面积部分的第一发散部分，或其后为第二会聚部分的第一发散部分。混合室86可以被构造成混合从第二组72的混合管75和中心混合管75C流出的燃料和空气。这种布置可以在混合室86的中心中提供更均匀的燃料空气混合物，以实现较低的NO_x排放。混合管75的外围第二组72可以是切向的，以在混合通道壁上实现高速，从而避免不期望的燃烧动力学。这种切向混合管还可以改进混合室86中的燃料-空气混合，用于较低的NO_x排放。

此外，在所示的非限制性示例中，第一组71中的每个混合管75可以包括第一外空气入口90A、第一内空气入口91A和第一燃料入口92A。中心混合管75C可以包括中心外空气入口90C(图6)、中心内空气入口91C和中心燃料入口92C。还预期的是，第二组72中的每个混合管75可以包括第二外空气入口90B、第二内空气入口91B和第二燃料入口92B，如图6所示。

进一步预期的是，切向空气入口可以设置在空气-燃料混合器的至少一些混合管中，包括第一组71的混合管75、第二组72的混合管75或中心混合管75C。在图5的所示示例中，为第一组71中的每个混合管75设置切向空气入口93，不过不必是这种情况。

在操作期间，在一个示例性实施方式中，燃料可以通过对应的第一燃料入口92A、第二燃料入口92B和中心燃料入口92C被供应到第一组71的混合管75、第二组72的混合管75或中心混合管75C。空气也可以通过对应的第一外空气入口90A、第一内空气入口91A、第二外空气入口90B、第二内空气入口91B、中心外空气入口90C或中心内空气入口91C被供应到第一组71的混合管75、第二组72的混合管75或中心混合管75C。以这种方式，可以在混合管75、75C内形成燃料-空气混合物。

外空气入口90A、90B、90C可以被定位在内空气入口91A、91B、91C的径向外侧。燃料入口92A、92B、92C可以被径向定位在对应的外空气入口90A、90B、90C和内空气入口91A、91B、91C之间。在一些示例中，空气还可以通过切向空气入口93被供应到第一组71的混合管75、第二组72的混合管75或中心混合管75C，并且被构造成进一步使其中的燃料-空气混合物混合或旋流。在一些示例中，第二组72的混合管75和中心混合管75C可以形成先导区或先导射流，同时第一组71的混合管75可以形成用于燃烧器30(图3)的主区或外围主射流。

以这种方式，来自第二组72的混合管75和中心混合管75C的燃料和空气可以在第一混合物出口81上游的混合室86内组合。燃料-空气混合物可以以可选切向速度或旋流被提供到第一混合物出口81、第二混合物出口82或中心混合物出口83。这种切向速度可以在每个混合管75内提供改进水平的燃料-空气混合。此外，夹在外空气流和内空气流之间的燃料喷射可以使燃料流沿通道居中并远离混合管75的侧壁。

进一步预期的是，不同的燃料、燃料混合物或燃料-空气混合物可以被提供到第一组71的混合管75、第二组72的混合管75或中心混合管75C。在一些示例中，第一组71的混合管75、第二组72的混合管75或中心混合管75C可以包括100％氢燃料、具有50-100％氢的燃料混合物、具有0-60％氢的燃料混合物、具有天然气燃料的燃料混合物、具有0-50％燃料或燃料混合物和0-50％空气的燃料-空气混合物等，或其组合。一个示例性实施方式可以包括第一组71的混合管75，该第一组71的混合管75与第二组72的混合管75或中心混合管75C相比，具有较高浓度(例如“较富”)的燃料混合物。另一个示例性实施方式可以包括第一组71的混合管75，该第一组71的混合管75与第二组72的混合管75或中心混合管75C相比，具有较低浓度(例如“较贫”)的燃料混合物。另一个示例性实施方式可以包括具有50-100％氢的燃料混合物的第一组71的混合管75，具有0-60％氢的燃料混合物的第二组72的混合管75，以及具有0-60％氢的燃料混合物的中心混合管75C。另一个示例性实施方式可以包括具有100％氢燃料的第一组71的混合管75、第二组72的混合管75和中心混合管75C。另一个示例性实施方式可以包括具有100％天然气燃料的第一组71的混合管75、第二组72的混合管75和中心混合管75C。另一个示例性实施方式可以包括具有碳氢燃料的第一组71的混合管75、具有天然气燃料的第二组72的混合管75和具有氢燃料的中心混合管75C。又一个示例性实施方式可以包括具有第一燃料空气比的第一组71的混合管75、具有第二燃料空气比的第二组71的混合管75和具有第三燃料空气比的中心混合管75C，其中第一、第二和第三燃料空气比可以相同或彼此不同。

燃料组件35的附加细节在图6中示出，图6中显示了沿线VI-VI(图4)的燃料组件35的另一个横截面图。在该视图中，可以更详细地看到第二组72的混合管75的内部部分。预期的是，第一组71、第二组72中的混合管75或中心混合管75C中的任何可以具有能够是恒定或可变的内部横截面宽度。在所示示例中，第二组72的混合管75包括第一横截面宽度94和第二横截面宽度95。在一些示例中，第二横截面宽度95可以小于第一横截面宽度94。在这种情况下，第二组72可以在朝向第二混合物出口82的方向上具有会聚横截面宽度。在一些示例中，第二横截面宽度95可以大于第一横截面宽度94，以形成发散横截面区域。在一些示例中，第二横截面宽度95可以与第一横截面宽度94相同。

此外，第一混合物出口81(图5)、第二混合物出口82或中心混合物出口83中的任何可以被构造成至少部分地在与纵向轴线52不对齐的方向上引导出口流。例如，第二混合物出口82可以被定向或成角度，以在混合室86内提供切向流或旋流。这种布置可以提供排出的出口流的附加混合。旋流和非旋流出口的组合也可以在第一或第二混合物出口81、82或中心混合物出口83中使用。一些非限制性示例性实施方式包括：用于第一和第二混合物出口81、82和中心混合物出口83中的每一个的非旋流出口；用于第一和第二混合物出口81、82和中心混合物出口83中的每一个的旋流出口；非旋流第二混合物出口82、非旋流中心混合物出口83和旋流第一混合物出口81；旋流第二出口82、旋流中心混合物出口83和非旋流第一混合物出口81；具有非旋流出口的第一混合物出口81、具有第一旋流方向的第二混合物出口82、和具有不同于第一旋流方向的第二旋流方向的中心混合物出口83；等等，或其组合。

图7示出了燃料组件35的侧视图。第一组71的混合管75被示出为具有外空气入口90A和切向空气入口93。外空气入口90A可以将空气提供到至少部分地与纵向轴线52对齐的第一组71中。切向空气入口93可以在大体上垂直于纵向轴线52的方向上将空气提供到第一组71的混合管75中。

图8示出了沿线VIII-VIII(图7)通过切向空气入口93的燃料组件35的前横截面图。在该视图中，燃料入口92A、92B、92C邻近内空气入口91A、91B、91C可见，其中第二套环70B如图所示可见。每个混合管75和中心混合管75C可以具有通过内空气入口91A、91B、91C和外空气入口90A、90B、90C(图6)被定位在两个相对空气射流之间的相应燃料入口92A、92B、92C。以这种方式，燃料和空气可以在每个混合管75内一起被流线化，并且还通过切向空气入口93被切向混合或旋流。在一些示例中，用于相邻混合管75的入口可以在角度上交错，从而不会直接彼此面对。这种布置可以避免可能的流量不足。在一些示例中，用于相邻混合管75的入口可以彼此相对布置，诸如在燃料组件中，其中相邻混合管75之间具有较大间距。

转向图9，示出了可以在燃烧器30(图3)中使用的另一个燃料组件135。燃料组件135与图4-8的燃料组件35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，燃料组件35的相似零件的描述适用于燃料组件135，除非另有说明。

燃料组件135可以包括具有第一套环170A和第二套环170B的本体170。本体170还可以包括圆顶壁146和燃料出口158。本体170还可以包括多个混合管175。在所示示例中，在燃料组件135的本体170中示出了第一组171的混合管175、第二组172的混合管175、和中心混合管175C。第一组171中的混合管175被图示为具有第一外空气入口190A、第一内空气入口191A、第一燃料入口192A和第一混合物出口181。第二组172中的混合管175被图示为具有第二混合物出口182。将理解的是，第二组172中的混合管175也可以包括与第二外空气入口90B类似的第二外空气入口，与第二内空气入口91B类似的第二内空气入口，以及与第二燃料入口92B(图8)类似的第二燃料入口。中心混合管175C被图示为具有中心燃料入口192C和中心混合物出口183。将理解的是，中心混合管175C还可以包括与中心外空气入口90C类似的中心外空气入口，以及与中心内空气入口91C(图8)类似的中心内空气入口。此外，切向空气入口193可以设置在第一组171的混合管175、第二组172的混合管175或中心混合管175C中的任何或所有中。如图所示，混合室186也可以设置在本体170中。

一个区别在于，第一混合物出口181可以直接形成在圆顶壁146上。在这种情况下，燃烧火焰可以在操作期间直接落座在圆顶壁146上。此外，突出尖端185被图示为在中心混合物出口183处，不过不必是这种情况。在一些示例中，燃料组件135可以形成为在任何混合物出口处没有任何尖端，其中燃烧火焰在每个混合物出口181、182、183处直接落座在本体170的对应面上。

上述方面提供了多种益处。与传统燃烧器相比，使用轴向和径向交错的多个混合管可以提供紧凑且更短的火焰。燃料组件的本体内的轴向更短的中心混合管和混合室可以提供轴向缩短的燃烧器，以及在与外围外/主混合管流相互作用之前，提供改进的混合时间和流动发展。每个混合管或混合管组的不同长度可以提供在混合器出口处改变燃料混合轮廓，以减少燃烧动力学。这种布置可以提供包括NO_x的不期望的燃烧副产物的减少。

在一组混合管内使用不同混合长度的示例中，可以在一组混合管的下游提供燃料-空气分布的差异。第一组混合管和第二组混合管之间的混合长度可以被布置成使得来自第一组混合管的燃料空气混合物和来自第二组混合管的燃料空气混合物在它们在下游混合时可以产生燃料空气混合物的径向变化的分布。

在燃料-空气混合物周向变化的示例中(例如，在第一位置处的贫燃料-空气混合物和在第二位置处的富燃料-空气混合物)，燃料浓度的这种周向分布可以在混合器出口处提供异相或同相交替的燃料-空气混合轮廓，这可以减少不期望的燃烧动力学。燃料浓度的附加径向分布可以进一步减少这种燃烧动力学。变化的燃料管大小或直径也可以形成变化的燃料-空气浓度分布，这可以提供与改变燃料-空气混合物浓度类似的益处，同时减少不期望的燃烧动力学。

外围主射流的使用可以提供对来自中心混合室的切向或旋流的流的扩散的控制，这可以控制或降低燃烧器衬里温度。切向或旋流中心管与外围主管之间的相互作用可以产生流动剪力，从而提供改进的混合后出口。

此外，突出表面的使用可以提供使燃烧火焰移位或移动远离包括圆顶的燃料组件的表面。这种布置可以提供对包括圆顶板或燃烧器衬里的部件温度的附加控制。

虽然关于涡轮发动机进行了描述，但是应当理解，本公开的方面可以对任何燃烧器具有一般适用性。在非限制性示例中，本文描述的公开的方面也可以适用于具有螺旋桨区段、风扇和增压器区段的发动机，涡轮喷气发动机或涡轮轴发动机。

在尚未描述的范围内，各种实施例的不同特征和结构可以根据需要组合使用或相互替代使用。一个特征没有在所有实施例中示出并不意味着它不能被如此示出，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实施例，无论新实施例是否被明确描述。本文描述的特征的所有组合或排列都被本公开覆盖。

本公开的进一步的方面由以下条款提供：

一种涡轮发动机，包括：处于串行流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，并且所述燃烧区段具有燃烧器，所述燃烧器包括：燃烧器衬里，所述燃烧器衬里至少部分地限定燃烧室；和燃料-空气混合器，所述燃料-空气混合器包括第一组混合管和在所述第一组混合管的径向内侧的第二组混合管，其中所述第一组混合管和所述第二组混合管中的每个混合管包括燃料入口、空气入口和面对所述燃烧室的混合物出口。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，进一步包括中心混合管，所述中心混合管被定位在所述第二组混合管的径向内侧，并且具有中心燃料入口、中心空气入口和面对所述燃烧室的中心混合物出口。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述中心混合物出口位于所述第一组混合管的所述混合物出口的前方。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，进一步包括混合室，所述混合室在所述本体内，并且被定位在所述第一组混合管的径向内侧。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述中心混合物出口流体联接到所述混合室。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，进一步包括至少一个周向延伸的套环，所述至少一个周向延伸的套环至少部分地形成所述第一组混合管或所述混合室中的至少一个。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述至少一个周向延伸的套环至少部分地限定所述燃烧器中的圆顶壁。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，进一步包括突出尖端，所述突出尖端位于所述第一组混合管中的每个混合物出口处，并且从所述圆顶壁突出。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，进一步包括第二空气入口，所述第二空气入口位于所述第一组混合管中的每个混合管的侧壁上，其中所述第二空气入口沿所述纵向轴线与所述空气入口间隔开。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，进一步包括突出尖端，所述突出尖端位于所述中心混合物出口处，其中所述第二组混合管中的每个混合物出口沿延伸通过所述燃料-空气混合器的纵向轴线位于所述中心混合物出口的前方。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述第一组混合管中的每个混合物出口相对于所述纵向轴线位于所述中心混合物出口的后方。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述第二组混合管中的混合管包括在朝向所述混合物出口的方向上减小的横截面宽度。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述混合室在沿延伸通过所述燃料-空气混合器的纵向轴线的方向上包括增大的宽度、减小的宽度或恒定的宽度中的一个。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，进一步包括所述第一组混合管中的具有50-100％氢的第一燃料混合物，以及所述中心混合管中的具有0-60％氢的第二燃料混合物。

一种用于涡轮发动机的燃烧器，包括：燃烧器衬里，所述燃烧器衬里至少部分地限定燃烧室；和燃料-空气混合器，所述燃料-空气混合器包括第一组混合管和在所述第一组混合管的径向内侧的第二组混合管，其中所述第一组混合管和所述第二组混合管中的每个混合管包括燃料入口、空气入口和面对所述燃烧室的混合物出口。

根据前述条款中任一项所述的燃烧器，进一步包括中心混合管，所述中心混合管被定位在所述第二组混合管的径向内侧，并且具有中心燃料入口、中心空气入口和面对所述燃烧室的中心混合物出口。

根据前述条款中任一项所述的燃烧器，进一步包括混合室，所述混合室在所述本体内，并且被定位在所述第一组混合管的径向内侧。

根据前述条款中任一项所述的燃烧器，其中所述中心混合物出口流体联接到所述混合室。

根据前述条款中任一项所述的燃烧器，进一步包括周向延伸的套环，所述周向延伸的套环至少部分地形成所述混合室，并且至少部分地限定所述燃烧器中的圆顶壁。

根据前述条款中任一项所述的燃烧器，进一步包括突出尖端，所述突出尖端位于所述混合物出口处，并且从所述圆顶壁突出。

根据前述条款中任一项所述的燃烧器，进一步包括中心突出尖端，所述中心突出尖端位于所述中心混合物出口处，其中所述第二组混合管中的每个混合物出口沿延伸通过所述燃料-空气混合器的纵向轴线位于所述中心混合物出口的前方，并且其中所述第一组混合管中的每个混合物出口相对于所述纵向轴线位于所述中心混合物出口的后方。

根据前述条款中任一项所述的燃烧器，进一步包括混合室，所述混合室在所述燃料-空气混合器内，并且相对于所述纵向轴线被定位在所述第一组混合管的径向内侧和所述第二组混合管的所述混合物出口的后方。

根据前述条款中任一项所述的燃烧器，其中所述中心混合管包括突出尖端，所述突出尖端延伸到所述混合室中，并且形成所述中心混合物出口。

Claims (10)

1.一种涡轮发动机，其特征在于，包括：

处于串行流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，并且所述燃烧区段具有燃烧器，所述燃烧器包括：

燃烧器衬里，所述燃烧器衬里至少部分地限定燃烧室；和

燃料-空气混合器，所述燃料-空气混合器包括第一组混合管和在所述第一组混合管的径向内侧的第二组混合管，其中所述第一组混合管和所述第二组混合管中的每个混合管包括燃料入口、空气入口和面对所述燃烧室的混合物出口。

2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括中心混合管，所述中心混合管被定位在所述第二组混合管的径向内侧，并且具有中心燃料入口、中心空气入口和面对所述燃烧室的中心混合物出口。

3.根据权利要求2所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述中心混合物出口位于所述第一组混合管的所述混合物出口的前方。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括混合室，所述混合室在所述燃料-空气混合器内，并且被定位在所述第一组混合管的径向内侧。

5.根据权利要求4所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述中心混合物出口流体联接到所述混合室。

6.根据权利要求4所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述混合室包括宽度，所述宽度沿延伸通过所述燃料-空气混合器的纵向轴线增大、减小或恒定中的一个。

7.根据权利要求4所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括至少一个周向延伸的套环，所述至少一个周向延伸的套环至少部分地形成所述第一组混合管或所述混合室中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述至少一个周向延伸的套环至少部分地限定所述燃烧器中的圆顶壁。

9.根据权利要求8所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括突出尖端，所述突出尖端位于所述第一组混合管中的每个混合物出口处，并且从所述圆顶壁突出。

10.根据权利要求1-2中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括第二空气入口，所述第二空气入口位于所述第一组混合管中的每个混合管的侧壁上，其中所述第二空气入口沿延伸通过所述燃料-空气混合器的纵向轴线与所述空气入口间隔开。