專利名稱:燃?xì)鉁u輪燃燒器中的燃料噴嘴的制作方法
【專利摘要】一種燃?xì)鉁u輪燃燒器中的燃料噴嘴，包括：伸長(zhǎng)的中心體；伸長(zhǎng)的外圍壁，其形成在中心體周圍以便限定其間的主要流環(huán)帶；主要燃料供應(yīng)和主要空氣供應(yīng)，其與主要流環(huán)帶的上游端流體連通；以及導(dǎo)向噴嘴。導(dǎo)向噴嘴可形成在中心體中，并且包括：軸向地伸長(zhǎng)的混合管，其限定在中心體壁內(nèi)；燃料端口，其定位在混合管上以用于將每一個(gè)連接至輔助燃料供應(yīng)；以及輔助空氣供應(yīng)，其構(gòu)造成與混合管中的每一個(gè)的入口流體地連通。多個(gè)混合管可形成為斜向混合管，其構(gòu)造成用于在來(lái)自其的共同排出物中引起中心軸線周圍的渦流。
【專利說(shuō)明】
燃?xì)鉁u輪燃燒器中的燃料噴嘴
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其燃燒與空氣混合的烴燃料以產(chǎn)生高溫氣流，該高溫氣流驅(qū)動(dòng)渦輪葉片以使附連到葉片的軸旋轉(zhuǎn)。更特別地，但不通過(guò)限制的方式，本實(shí)用新型涉及包括導(dǎo)向噴嘴的燃燒器燃料噴嘴，該導(dǎo)向噴嘴預(yù)混合燃料和空氣以得到更低的氮氧化物。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛地用于產(chǎn)生動(dòng)力以用于許多應(yīng)用。常規(guī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪。在典型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，壓縮機(jī)提供壓縮空氣到燃燒器。進(jìn)入燃燒器的空氣與燃料混合且燃燒。燃燒的熱氣體從燃燒器排出且流入渦輪的葉片以使連接到葉片的渦輪軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸的一些機(jī)械能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)和/或其他機(jī)械系統(tǒng)。
[0003]由于政府法規(guī)不贊成將氮氧化物釋放到大氣中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的作為操作的副產(chǎn)物的形成力圖維持在可允許水平以下。滿足這種法規(guī)的一個(gè)途徑是從擴(kuò)散火焰燃燒器轉(zhuǎn)到采用貧燃料和空氣混合物的燃燒器，其使用完全預(yù)混合操作模式來(lái)減少例如氮氧化物(通常表示為NOx)和一氧化氮(CO)的排放。這些燃燒器在本領(lǐng)域中不同地稱為干式低NOx(DLN)燃燒系統(tǒng)、干式低排放物(DLE)燃燒系統(tǒng)或貧預(yù)混合(LPM)燃燒系統(tǒng)。
[0004]燃料-空氣混合影響燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒的熱氣體中產(chǎn)生的氮氧化物的水平和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能兩者。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可采用一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴來(lái)吸入空氣和燃料，以促進(jìn)燃燒器中的燃料-空氣混合。燃料噴嘴可位于燃燒器的頭端，且可構(gòu)造成吸入待與燃料輸入混合的空氣流。典型地，每個(gè)燃料噴嘴可通過(guò)位于燃料噴嘴的內(nèi)部的中心體在內(nèi)部支撐，且導(dǎo)向件可安裝在中心體的下游端處。例如在美國(guó)專利第6438961號(hào)中所述，所謂的旋流噴嘴(swozzle)可安裝到中心體的外部且位于導(dǎo)向件的上游，該專利通過(guò)此引用以其全部?jī)?nèi)容并入本文中以用于各種目的。旋流噴嘴具有彎曲靜葉，其從中心體越過(guò)環(huán)形流動(dòng)通路徑向地延伸，且燃料從彎曲靜葉引入環(huán)形流動(dòng)通路中以?shī)A帶到通過(guò)旋流噴嘴的靜葉渦旋的空氣流中。
[0005]描述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒過(guò)程的各種參數(shù)與氮氧化物的產(chǎn)生相關(guān)。例如，燃燒反應(yīng)區(qū)中的較高燃?xì)鉁囟仁钱a(chǎn)生較大量的氮氧化物的原因。降低這些溫度的一個(gè)方法是通過(guò)預(yù)混合燃料-空氣混合物以及減少燃燒的燃料與空氣的比率。當(dāng)燃燒的燃料與空氣的比率降低時(shí)，氮氧化物的量也降低。然而，存在對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能的折衷。因?yàn)楫?dāng)燃燒的燃料與空氣的比率降低時(shí)，燃料噴嘴的火焰熄滅的傾向增大，且因此造成燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作不穩(wěn)定。已使用擴(kuò)散火焰型導(dǎo)向件以用于燃燒器中更好的火焰穩(wěn)定，但是這樣做增加NOx。因此，依然存在對(duì)于改進(jìn)的導(dǎo)向噴嘴組件的需要，該改進(jìn)的導(dǎo)向噴嘴組件提供火焰穩(wěn)定的益處，而且還使通常與導(dǎo)向噴嘴相關(guān)聯(lián)的NOx排放盡可能少。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本申請(qǐng)因此描述了用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴嘴。該燃料噴嘴可包括:軸向地伸長(zhǎng)的中心體;軸向地伸長(zhǎng)的外圍壁，其形成在中心體周圍以便限定其間的主要流環(huán)帶;主要燃料供應(yīng)和主要空氣供應(yīng)，其與主要流環(huán)帶的上游端流體連通；以及導(dǎo)向噴嘴。導(dǎo)向噴嘴可形成在中心體中，其包括:軸向地伸長(zhǎng)的混合管，其限定在中心體壁內(nèi)，混合管中的每一個(gè)在通過(guò)導(dǎo)向噴嘴的上游面限定的入口和通過(guò)導(dǎo)向噴嘴的下游面形成的出口之間延伸;燃料端口，其定位在混合管中的每一個(gè)的入口和出口之間，以用于將混合管中的每一個(gè)連接到輔助燃料供應(yīng)；以及，輔助空氣供應(yīng)，其構(gòu)造成與混合管中的每一個(gè)的入口流體地連通。多個(gè)混合管可形成為斜向(canted)混合管，其構(gòu)造成用于在來(lái)自其的共同排出物中引起中心軸線周圍的禍流。
【附圖說(shuō)明】

[0007]圖1示出了在其中可使用本實(shí)用新型的實(shí)施例的示例性燃?xì)鉁u輪的框圖；
[0008]圖2是諸如可在圖1中所示的燃?xì)鉁u輪中使用的示例性燃燒器的截面視圖；
[0009]圖3包括部分透視且部分為截面的視圖，其描述了根據(jù)本實(shí)用新型的某些方面的示例性燃燒器噴嘴；
[0010]圖4示出了圖3的燃燒器噴嘴的更詳細(xì)的截面視圖；
[0011 ]圖5示出了沿著圖4中標(biāo)記為5-5的視線截取的端視圖；
[0012]圖6包括可在導(dǎo)向噴嘴中使用的混合管的簡(jiǎn)化側(cè)視圖；
[0013]圖7示出備選混合管的簡(jiǎn)化側(cè)視圖，其具有根據(jù)本實(shí)用新型的某些方面的斜向配置；
[0014]圖8示出描述示例性導(dǎo)向噴嘴的截面視圖，其具有根據(jù)本實(shí)用新型的某些方面的斜向混合管；
[0015]圖9示出根據(jù)本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例的斜向混合管的側(cè)視圖；
[0016]圖10包括圖9的混合管的透視圖；
[0017]圖11示出根據(jù)本實(shí)用新型的備選實(shí)施例的斜向混合管的側(cè)視圖；
[0018]圖12示出根據(jù)本實(shí)用新型的另一備選實(shí)施例的斜向混合管的側(cè)視圖；
[0019]圖13示出另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，其中線性混合管與斜向混合管組合；
[0020]圖14包括圖13的混合管的透視圖；
[0021]圖15示出圖13的混合管的入口視圖；
[0022]圖16示出圖13的混合管的出口視圖；
[0023]圖17示出另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，其包括根據(jù)本實(shí)用新型的某些其他方面的逆向旋轉(zhuǎn)螺旋混合管；
[0024]圖18包括圖17的混合管的透視圖；
[0025]圖19示出圖17的混合管的入口視圖；
[0026]圖20示出圖17的混合管的出口視圖；
[0027]圖21示出混合管的備選實(shí)施例的出口視圖，其包括到排出方向的外側(cè)分量；
[0028]圖22示出混合管的備選實(shí)施例的出口視圖，其包括到排出方向的內(nèi)側(cè)分量；
[0029]圖23示意性地示出具有線性或軸向定向的混合管的方向流動(dòng)分析的結(jié)果；以及[0030 ]圖24示意性地示出具有沿切向斜向定向的混合管的方向流動(dòng)分析的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本實(shí)用新型的方面和優(yōu)點(diǎn)下面在以下描述中陳述，或者可從該描述顯而易見(jiàn)，或者可通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐來(lái)教導(dǎo)。現(xiàn)在將對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)參考，其一個(gè)或更多個(gè)示例在附圖中示出。詳細(xì)描述使用數(shù)字標(biāo)記來(lái)參考附圖中的特征。附圖和描述中相似或類似的標(biāo)記可用于參考本實(shí)用新型的實(shí)施例的相似或類似的部分。
[0032]將認(rèn)識(shí)到的是，每個(gè)示例通過(guò)解釋本實(shí)用新型而不是限制本實(shí)用新型的方式提供。事實(shí)上，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，在不脫離其范圍和精神的情況下，可在本實(shí)用新型中做出修改和變化。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的部分圖示或描述的特征可用在另一實(shí)施例上，以產(chǎn)生更進(jìn)一步的實(shí)施例。因此，意圖使本實(shí)用新型覆蓋落在所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的這種修改和變化。應(yīng)當(dāng)理解，本文中所提及的范圍和限制包括位于規(guī)定的限度內(nèi)的所有子范圍，除非另外聲明，否則包括限度本身。
[0033]另外，已選定某些用語(yǔ)來(lái)描述本實(shí)用新型及其構(gòu)件子系統(tǒng)和部分。這些用語(yǔ)盡可能地基于該技術(shù)領(lǐng)域常用的術(shù)語(yǔ)選擇。然而，將認(rèn)識(shí)到的是，這些用語(yǔ)通常有不同的解釋。例如，可在本文中參考為單個(gè)構(gòu)件的要素可在其他地方參考為由多個(gè)構(gòu)件構(gòu)成，或者，可在本文中參考為包括多個(gè)構(gòu)件的要素可在其他地方參考為單個(gè)構(gòu)件。在理解本實(shí)用新型的范圍時(shí)，不僅應(yīng)當(dāng)注意到所使用的特定術(shù)語(yǔ)，而且還應(yīng)當(dāng)注意所伴隨的描述和情境，以及所參考和描述的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、配置、功能和/或用法，包括該用語(yǔ)與若干附圖相關(guān)的方式，以及當(dāng)然，在所附權(quán)利要求中術(shù)語(yǔ)的確切用法。此外，雖然以下示例關(guān)于某些類型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)示出，但是本實(shí)用新型的技術(shù)可還適用于其他類型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，如在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中由普通技術(shù)人員理解的那樣。
[0034]考慮到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作的性質(zhì)，貫穿該申請(qǐng)可使用若干描述性的用語(yǔ)來(lái)解釋發(fā)動(dòng)機(jī)和/或其中包括的子系統(tǒng)或構(gòu)件的功能，且在該章的開(kāi)端處定義這些用語(yǔ)可證明是有益的。相應(yīng)地，除非另外聲明，這些用語(yǔ)及其定義如下。用語(yǔ)“向前”和“向后”，在沒(méi)有更多特殊性的情況下，指的是相對(duì)于燃?xì)鉁u輪的定向的方向。即，“向前”指的是發(fā)動(dòng)機(jī)的前端或壓縮機(jī)端，而“向后”指的是發(fā)動(dòng)機(jī)的后端或渦輪端。將認(rèn)識(shí)到的是，這些用語(yǔ)中的每一個(gè)可用于指示發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的移動(dòng)或相對(duì)位置。用語(yǔ)“下游”和“上游”用于指示特定管道內(nèi)相對(duì)于移動(dòng)通過(guò)其的流的大體方向的位置。(將認(rèn)識(shí)到的是，這些用語(yǔ)參考相對(duì)于在正常操作期間期望流動(dòng)的方向，其應(yīng)當(dāng)對(duì)本領(lǐng)域中的任何普通技術(shù)人員清楚地顯而易見(jiàn)。)用語(yǔ)“下游”指的是流體沿著其流動(dòng)通過(guò)特定管道的方向，而“上游”指的是與其相反的方向。因此，例如，通過(guò)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作流體的主要流(其開(kāi)始為移動(dòng)通過(guò)壓縮機(jī)的空氣且然后變成在燃燒器內(nèi)以及在更遠(yuǎn)處的燃燒氣體)可描述為在朝上游或者壓縮機(jī)的前端的上游位置處開(kāi)始，且在朝下游或渦輪的后端的下游位置處終止。關(guān)于描述常用類型的燃燒器內(nèi)的方向，如在下文中更詳細(xì)地論述的那樣，將認(rèn)識(shí)到的是，壓縮機(jī)排出空氣典型地通過(guò)沖擊端口進(jìn)入燃燒器，沖擊端口朝燃燒器的后端(相對(duì)于燃燒器的縱向軸線且限定前/后區(qū)別的上述壓縮機(jī)/渦輪定位)集中。一旦在燃燒器中，壓縮空氣通過(guò)形成在內(nèi)部腔室周圍的流環(huán)帶朝燃燒器的前端引導(dǎo)，空氣流在那里進(jìn)入內(nèi)部腔室且逆轉(zhuǎn)其流動(dòng)方向，朝燃燒器的后端行進(jìn)。然而在另一情境中，通過(guò)冷卻通路的冷卻劑流可以以相同方式處理。
[0035]另外，考慮壓縮機(jī)和渦輪在中心共同軸線周圍的配置，以及許多燃燒器類型所常用的圓柱形配置，描述相對(duì)于軸線的位置的用語(yǔ)可在本文中使用。就這一點(diǎn)而言，將認(rèn)識(shí)到的是，用語(yǔ)“徑向”指的是垂直于軸線的移動(dòng)或位置。與此相關(guān)，可要求描述距中心軸線的相對(duì)距離。在這種情形中，例如，如果第一構(gòu)件比第二構(gòu)件更靠近中心軸線置放，則第一構(gòu)件將描述為關(guān)于第二構(gòu)件“徑向朝內(nèi)”或在第二構(gòu)件的“內(nèi)側(cè)”。另一方面，如果第一構(gòu)件比第二構(gòu)件更遠(yuǎn)離中心軸線置放，則第一構(gòu)件將在本文中描述為關(guān)于第二構(gòu)件“徑向朝外”或在第二構(gòu)件的“外側(cè)”。另外，將認(rèn)識(shí)到的是，用語(yǔ)“軸向”指的是平行于軸線的移動(dòng)或位置。最后，用語(yǔ)“周向”指的是在軸線周圍的移動(dòng)或位置。如所述的那樣，雖然這些用語(yǔ)可關(guān)于延伸通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)區(qū)段和渦輪區(qū)段的共同中心軸線應(yīng)用，但是這些用語(yǔ)還可關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的其他構(gòu)件或子系統(tǒng)使用。例如，在圓柱形燃燒器的情形中(這對(duì)許多燃?xì)鉁u輪機(jī)械是常用的)，給予這些用語(yǔ)相對(duì)意義的軸線是延伸通過(guò)截面形狀的中心的縱向中心軸線，該截面形狀最初是圓柱形，但是隨著其接近渦輪過(guò)渡到更環(huán)形的輪廓。
[0036]參考圖1，示出了燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的若干部分的簡(jiǎn)化圖。渦輪系統(tǒng)10可使用液體或氣體燃料，諸如天然氣和/或富氫合成氣體，以運(yùn)行渦輪系統(tǒng)10。如所描述的那樣，在下文中更全面描述的類型的多個(gè)燃料-空氣噴嘴(或者，如在本文中所提到的，“燃料噴嘴12”)吸入燃料供應(yīng)14，將燃料與空氣供應(yīng)混合，以及引導(dǎo)燃料-空氣混合物到燃燒器16內(nèi)以用于燃燒。燃燒的燃料-空氣混合物產(chǎn)生熱加壓排氣，其可朝排氣出口20引導(dǎo)通過(guò)渦輪18。當(dāng)排氣通過(guò)渦輪18時(shí)，氣體迫使一個(gè)或更多個(gè)渦輪葉片使軸22沿著渦輪系統(tǒng)10的軸線旋轉(zhuǎn)。如圖所示，軸22可連接到渦輪系統(tǒng)10的各種構(gòu)件，包括壓縮機(jī)24。壓縮機(jī)24還包括可聯(lián)接到軸22的葉片。當(dāng)軸22旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)24內(nèi)的葉片也旋轉(zhuǎn)，從而壓縮來(lái)自進(jìn)氣口 26的空氣通過(guò)壓縮機(jī)24且進(jìn)入燃料噴嘴12和/或燃燒器16。軸22還可連接到負(fù)載28，其可為運(yùn)載工具或靜止負(fù)載，例如，諸如在動(dòng)力設(shè)施中的發(fā)電機(jī)或在飛行器上的推進(jìn)器。將認(rèn)識(shí)到的是，負(fù)載28可包括能夠通過(guò)渦輪系統(tǒng)10的旋轉(zhuǎn)輸出驅(qū)動(dòng)的任何合適裝置。
[0037]圖2是圖1中示意性描述的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的若干部分的截面視圖的簡(jiǎn)化圖。如在圖2中示意性示出的那樣，渦輪系統(tǒng)10包括位于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10中的燃燒器16的頭端27中的一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴12。每個(gè)圖示燃料噴嘴12可包括一起整合成組的多個(gè)燃料噴嘴和/或獨(dú)立的燃料噴嘴，其中，每個(gè)圖示的燃料噴嘴12至少大致或完全地依賴于內(nèi)部結(jié)構(gòu)支撐(例如，承載負(fù)載的流體通路)。參考圖2，系統(tǒng)10包括壓縮機(jī)區(qū)段24，用于對(duì)經(jīng)由進(jìn)氣口 26流動(dòng)到系統(tǒng)10內(nèi)的氣體(諸如空氣)加壓。在操作中，空氣通過(guò)進(jìn)氣口 26進(jìn)入渦輪系統(tǒng)10且可在壓縮機(jī)24中加壓。應(yīng)當(dāng)理解，雖然該氣體可在本文中指的是空氣，但是該氣體可為適合于在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10中使用的任何氣體。從壓縮機(jī)區(qū)段24排出的加壓空氣流入燃燒器區(qū)段16，其大體特征在于在系統(tǒng)10的軸線周圍布置成環(huán)形排列的多個(gè)燃燒器16(僅其中一個(gè)在圖1和圖2中示出)。進(jìn)入燃燒器區(qū)段16的空氣與燃料混合且在燃燒器16的燃燒室32內(nèi)燃燒。例如，燃料噴嘴12可以將燃料-空氣混合物以用于最佳燃燒、排放、燃料消耗和動(dòng)力輸出的合適燃料-空氣比噴射到燃燒器16內(nèi)。燃燒產(chǎn)生熱加壓排氣，其然后從每個(gè)燃燒器16流動(dòng)到渦輪區(qū)段18(圖1)以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10和產(chǎn)生動(dòng)力。熱氣體驅(qū)動(dòng)渦輪18內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)葉片(未示出)以使軸22以及因此壓縮機(jī)24和負(fù)載28旋轉(zhuǎn)。軸22的旋轉(zhuǎn)引起在壓縮機(jī)24內(nèi)的葉片30旋轉(zhuǎn)，且吸入并增壓通過(guò)進(jìn)氣口 26接收的空氣。然而，應(yīng)當(dāng)容易理解，燃燒器16不需要如上文所述和本文中圖示的那樣構(gòu)造，且通?？删哂性试S加壓空氣與燃料混合、燃燒且轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)10的渦輪區(qū)段18的任何配置。
[0038]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3到圖5，根據(jù)本實(shí)用新型的某些方面提出預(yù)混合導(dǎo)向噴嘴40的示例性配置(或者簡(jiǎn)單地“導(dǎo)向噴嘴40”)。導(dǎo)向噴嘴40可包括若干混合管41，燃料和空氣混合物在其內(nèi)形成以用于在燃燒室32內(nèi)燃燒。圖3至圖5圖示了一種配置，通過(guò)該配置可將燃料和空氣供應(yīng)到導(dǎo)向噴嘴40的若干混合管41。另一種這樣的燃料-空氣輸送配置關(guān)于圖8提供，且應(yīng)當(dāng)理解其他燃料和空氣供應(yīng)配置也是可能的，且這些示例不應(yīng)當(dāng)解釋為限制，除非在所附權(quán)利要求集中指示。
[0039]如圖3、圖4和圖5中所述，混合管41可具有線性和軸向配置。在這些情形中，每個(gè)混合管41可構(gòu)造成使得來(lái)自其的流體流沿平行于燃料噴嘴12的中心軸線36(或者，如在本文中使用地，包括“排出方向”)排出，或者備選地，沿至少?zèng)]有相對(duì)于燃料噴嘴的中心軸線36的切向斜向定向的方向排出。如在本文中所使用的，這種混合管41可稱為“軸向混合管” ο相應(yīng)地，軸向混合管41可定向成使得其大致平行于燃料噴嘴12的中心軸線36，或者備選地，軸向混合管41可定向成包括相對(duì)于中心軸線36的徑向斜向定向，只要混合管沒(méi)有切向斜向分量。被稱為“斜向混合管”的其他混合管41可包括這種沿切向成角度或斜向的定向，使得每一個(gè)沿著相對(duì)于燃料噴嘴12的中心軸線36偏斜或者沿切向斜向的方向釋放燃料和空氣的混合物。如下文中所述，該類型的配置可用于在釋放后在燃燒區(qū)內(nèi)產(chǎn)生渦旋模式，其改善了導(dǎo)向噴嘴40的某些性能方面，且從而改善燃料噴嘴12的性能。
[0040]如圖所示，燃料噴嘴12可包括軸向地伸長(zhǎng)的外圍壁50，其限定構(gòu)件的外包殼。燃料噴嘴12的外圍壁50具有外表面和內(nèi)表面，內(nèi)表面面對(duì)外表面且限定軸向地伸長(zhǎng)的內(nèi)部腔。如在本文中使用的，噴嘴12的中心軸線36限定為燃料噴嘴12的中心軸線，其在該示例中限定為外圍壁50的中心軸線。燃料噴嘴12還可包括中空的軸向伸長(zhǎng)的中心體52，其布置在由外圍壁50形成的腔內(nèi)。考慮在外圍壁50和中心體52之間示出的同心配置，中心軸線36可為每個(gè)構(gòu)件共有的。中心體52可通過(guò)限定上游端和下游端的壁軸向地限定。主要空氣流通道51可限定在中心體52的外表面與外圍壁50之間的環(huán)形空間中。
[0041]燃料噴嘴12還可包括軸向地伸長(zhǎng)的中空燃料供應(yīng)管線，其將在本文中稱為“中心供應(yīng)管線54”，其延伸通過(guò)中心體52的中央。伸長(zhǎng)的內(nèi)部通路或者輔助流環(huán)帶53限定在中心體52的外壁與中心供應(yīng)管線54之間，其可從鄰近頭端27的前方位置朝導(dǎo)向噴嘴40軸向地延伸。中心供應(yīng)管線54可類似地在中心體52的前端之間軸向地延伸，其中，其可形成與通過(guò)頭端27的燃料源(未示出)的連接。中心供應(yīng)管線54可具有下游端，其布置在中心體52的后端處，且可提供最終噴射到導(dǎo)向噴嘴40的混合管41內(nèi)的燃料的供應(yīng)。
[0042]燃料噴嘴12的主要燃料供應(yīng)可通過(guò)多個(gè)旋流器靜葉56引導(dǎo)到燃燒器16的燃燒室32，該多個(gè)旋流器靜葉56如圖3中所示，其可為延伸越過(guò)主要流環(huán)帶51的固定靜葉。根據(jù)本實(shí)用新型的方面，旋流器靜葉56可限定所謂的“旋流噴嘴”型燃料噴嘴，其中，多個(gè)靜葉56在中心體52與外圍壁50之間徑向地延伸。如在圖3中示意性示出的那樣，旋流噴嘴的每個(gè)旋流器靜葉56可期望地設(shè)有內(nèi)部燃料管道57，其終止于燃料噴射端口 58中，主要燃料供應(yīng)(其流動(dòng)由箭頭指示)從該燃料噴射端口58引入到引導(dǎo)通過(guò)主要流環(huán)帶51的主要空氣流內(nèi)。由于該主要空氣流相對(duì)于旋流器靜葉56引導(dǎo)，所以賦予渦旋模式，將認(rèn)識(shí)到的是，渦旋模式促進(jìn)空氣和燃料供應(yīng)在主要流環(huán)帶51內(nèi)的混合。在旋流器靜葉56的下游，在流環(huán)帶51內(nèi)集合在一起的渦旋的空氣和燃料供應(yīng)可在排出到燃燒室32內(nèi)用于燃燒之前繼續(xù)混合。如在本文中使用地，當(dāng)與導(dǎo)向噴嘴40區(qū)分時(shí)，主要流環(huán)帶51可稱為“母噴嘴”，且在主要流環(huán)帶51內(nèi)集合在一起的燃料-空氣混合物可稱為源于“母噴嘴”內(nèi)。當(dāng)使用這些標(biāo)記時(shí)，將認(rèn)識(shí)到的是，燃料噴嘴12包括母噴嘴和導(dǎo)向噴嘴，并且這些中的每一個(gè)將單獨(dú)的燃料和空氣混合物噴射到燃燒室內(nèi)。
[0043]中心體52可描述為包括軸向堆疊的區(qū)段，其中，導(dǎo)向噴嘴40為布置在中心體52的下游處或后端處的軸向區(qū)段。根據(jù)所示的示例性實(shí)施例，導(dǎo)向噴嘴40包括布置在中心供應(yīng)管線54的下游端周圍的燃料壓室64。如圖所示，燃料壓室64可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)燃料端口61與中心供應(yīng)管線54流體連通。因此，燃料可行進(jìn)通過(guò)供應(yīng)管線54，以便經(jīng)由燃料端口61進(jìn)入燃料壓室64。導(dǎo)向噴嘴40還可包括環(huán)形中心體壁63，其從燃料壓室64徑向朝外布置且期望地關(guān)于中心軸線36同心。
[0044]如所述的那樣，導(dǎo)向噴嘴40可包括多個(gè)軸向地伸長(zhǎng)的中空混合管41，其布置在燃料壓室64的正外側(cè)。導(dǎo)向噴嘴40可由上游面71和下游面72軸向地限定。如圖所示，混合管41可軸向地延伸通過(guò)中心體壁63。多個(gè)燃料端口 75可形成在中心體壁63內(nèi)以用于將燃料從燃料壓室64供應(yīng)到混合管41內(nèi)?；旌瞎?1中的每一個(gè)可在入口 65和出口 66之間軸向地延伸，入口 65通過(guò)導(dǎo)向噴嘴40的上游面71形成，且出口 66通過(guò)導(dǎo)向噴嘴40的下游面72形成。如此構(gòu)造，空氣流可從中心體52的輔助流環(huán)帶53引導(dǎo)到每個(gè)混合管41的入口 65內(nèi)。每個(gè)混合管41可具有至少一個(gè)燃料端口 75，其與燃料壓室64流體連通，使得從燃料壓室64離開(kāi)的燃料流傳送到每個(gè)混合管41內(nèi)。所得的燃料-空氣混合物可然后在每個(gè)混合管41中向下游行進(jìn)，且然后可從通過(guò)導(dǎo)向噴嘴40的下游面72形成的出口66噴射到燃燒室32內(nèi)。將認(rèn)識(shí)到的是，考慮圖3到圖5中示出的混合管41的線性配置和軸向定向，從出口 66排出的燃料-空氣混合物沿大致平行于燃料噴嘴12的中心軸線36的方向引導(dǎo)。雖然燃料-空氣混合物傾向于在噴射到燃燒室32內(nèi)后從每個(gè)混合管41徑向擴(kuò)散，但是
【申請(qǐng)人】已經(jīng)發(fā)現(xiàn)徑向擴(kuò)散并不顯著。事實(shí)上，研究已經(jīng)顯示，位于每個(gè)混合管41的出口66的正下游處的燃燒出口平面44的區(qū)段處的當(dāng)量比(即，空氣/燃料比)可為在位于中心軸線36的正下游處的燃燒出口平面44的區(qū)段處離開(kāi)的當(dāng)量比的幾乎兩倍。在每個(gè)混合管41的出口 66的正下游的位置處的高當(dāng)量比可連續(xù)和有效地點(diǎn)燃通過(guò)母噴嘴的燃料-空氣混合物，且從而可以甚至在火焰在貧油熄火(“LB0”)狀態(tài)附近操作時(shí)用于穩(wěn)定火焰。
[0045]圖6和圖7包括比較導(dǎo)向噴嘴40內(nèi)的單個(gè)混合管41相對(duì)于燃料噴嘴12的中心軸線36(8卩，如可由外圍壁50限定)的不同定向的簡(jiǎn)化側(cè)視圖。圖6示出具有軸向配置的混合管41，其是上文中關(guān)于圖3至圖5論述的配置。如所指出的，混合管41大致平行于中心軸線36對(duì)準(zhǔn)，以便從那里(即，從出口 66)排出的燃料-空氣混合物具有近似平行于燃料噴嘴12的中心軸線36的下游延續(xù)的排出的方向(“排出方向”)80。
[0046]如圖7中所示，根據(jù)本實(shí)用新型的備選實(shí)施例，混合管41包括在下游端處的斜向出口區(qū)段79，其相對(duì)于燃料噴嘴12的中心軸線36成角度或沿切向斜向。在這種方式下構(gòu)造，從出口66流動(dòng)的燃料-空氣混合物具有從斜向出口區(qū)段79的切向斜向定向延伸且遵循該定向的排出方向80。如在本文中所用的，斜向出口區(qū)段79可關(guān)于銳角的切向角度81限定，該角度相對(duì)于軸向參考線82(如在本文中使用的，其限定為平行于中心軸線36的參考線)的下游方向形成。
[0047]如下文中更詳細(xì)論述的，用于導(dǎo)向噴嘴40的性能優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)將若干混合管構(gòu)造成包括這種斜向定向來(lái)實(shí)現(xiàn)。典型地，混合管41可各自類似地構(gòu)造和平行地配置，但是在下文中更詳細(xì)地論述的特定實(shí)施例包括對(duì)于這種情況的例外?；旌瞎?1的斜向出口區(qū)段79沿切向成角度的范圍，即，形成在排出方向80與軸向參考線82之間的切向角度81的大小可變化。將認(rèn)識(shí)到的是，切向角度81可取決于若干標(biāo)準(zhǔn)。此外，雖然結(jié)果可在某些值處最佳，但是可越過(guò)對(duì)于切向角度81的值的寬泛范圍實(shí)現(xiàn)各種水平的期望性能益處。
【申請(qǐng)人】已經(jīng)能夠確定現(xiàn)在將公開(kāi)的若干優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，斜向混合管41的切向角度81包括在10°和70°之間的范圍。根據(jù)另一實(shí)施例，切向角度81包括在20°與55°之間的范圍。最終，根據(jù)最后的實(shí)施例，混合管41優(yōu)選地構(gòu)造使得切向角度81是在大約40°至50°之間。
[0048]雖然在圖7中示出的簡(jiǎn)化版本僅示出一個(gè)混合管41，但是混合管41中的每一個(gè)可具有類似的配置，且相對(duì)于彼此可平行定向。當(dāng)成角度的定向一致地應(yīng)用到包括在導(dǎo)向噴嘴40中的多個(gè)混合管41中的每一個(gè)時(shí)，將認(rèn)識(shí)到的是，排出方向的切向定向在導(dǎo)向噴嘴40的下游面72的正下游處形成渦流。如為本
【申請(qǐng)人】發(fā)現(xiàn)的那樣，該渦流可用于實(shí)現(xiàn)將在下文中更詳細(xì)地描述的某些性能優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，可使得從混合管41排出的混合物與從主要流環(huán)帶51離開(kāi)的渦旋燃料-空氣混合物“共同-渦旋”(即，在其中主要流環(huán)帶51包括旋流器靜葉56的情形中)。
[0049]如關(guān)于下文中提供的若干備選實(shí)施例描述的那樣，混合管41可構(gòu)造成以若干方式實(shí)現(xiàn)該切向成角度的排出方向80。例如，包括在彎頭處連接的線性節(jié)段的混合管41(如在圖7中)可用于使排出方向成角度。在其他情形中，如下文所提供的那樣，混合管41可為彎曲的和/或螺旋形地形成，以便實(shí)現(xiàn)期望的排出方向。另外，可使用線性節(jié)段和彎曲或者螺旋節(jié)段的組合，以及允許混合管41的離開(kāi)流動(dòng)以相對(duì)于主要流環(huán)帶51的中心軸線36成切向角度排出的任何其他幾何形狀。
[0050]圖8至圖12圖示了包括根據(jù)本實(shí)用新型的具有成角度或者斜向構(gòu)造的混合管41的示例性實(shí)施例。圖8示出用于混合管41的示例性螺旋配置，且還設(shè)置為示出備選的優(yōu)選配置，燃料和空氣可通過(guò)其輸送到導(dǎo)向噴嘴40的混合管41。在該情形中，外側(cè)燃料通道85布置在中心體壁63內(nèi)且從與燃料管道57的上游連接部軸向地延伸，如圖3和圖4中所示，燃料管道57還供應(yīng)燃料到旋流器靜葉56的端口 58。因此，考慮圖8的配置，代替將燃料從相對(duì)于混合管41徑向朝內(nèi)定位的燃料壓室輸送，燃料從布置在混合管41的正外側(cè)處的燃料通道85輸送。
[0051]將認(rèn)識(shí)到的是，外側(cè)燃料通道85可形成為在中心體52的圓周周圍形成的若干不連續(xù)管或者環(huán)形通路，以便期望地與混合管41的位置相符。可形成一個(gè)或更多個(gè)燃料端口75以便將外側(cè)燃料通道85流體連接到混合管41中的每一個(gè)。在這種方式下，混合管41的每一個(gè)的上游端可連接到燃料源。如進(jìn)一步圖示地，輔助流環(huán)帶53可形成在中心體52內(nèi)且軸向地通過(guò)其延伸以便將空氣供應(yīng)輸送到混合管41的入口65的每一個(gè)中。與圖3和圖4的實(shí)施例不同，將認(rèn)識(shí)到的是，中心體52的居中布置的中心供應(yīng)管線54不用于輸送燃料到混合管41。即便如此，可包括中心供應(yīng)管線54以便提供或者允許用于燃料噴嘴12的其他燃料類型。在任何情形中，內(nèi)部通路或者輔助流環(huán)帶53可形成為伸長(zhǎng)的通路，其限定在中心結(jié)構(gòu)(諸如中心供應(yīng)管線54的外表面)與中心體壁63的內(nèi)表面之間。其他構(gòu)造也是可能的。
[0052]類似于圖7中教導(dǎo)的配置，混合管41中的每一個(gè)可包括斜向出口區(qū)段79，其相對(duì)于燃料噴嘴12的中心軸線36切向地成角度。在這種方式下，用于移動(dòng)通過(guò)混合管41的燃料-空氣混合物的排出方向80可相對(duì)于燃料噴嘴12的中心軸線36類似地斜向。根據(jù)圖8至圖1O的優(yōu)選實(shí)施例，混合管41中的每一個(gè)包括過(guò)渡到下游螺旋區(qū)段87的上游線性區(qū)段86，其如指出的那樣在中心軸線36周圍彎曲。在一個(gè)實(shí)施例中，燃料端口 74位于上游線性區(qū)段86中，且下游螺旋區(qū)段87促進(jìn)燃料和空氣的混合，從而引起組分在混合管41內(nèi)改變方向。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該方向的改變形成輔助流動(dòng)和湍流，其促進(jìn)移動(dòng)通過(guò)其的燃料-空氣之間的混合，使得良好混合的燃料-空氣混合物以期望的成角度的排出方向從混合管71出現(xiàn)。
[0053]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，多個(gè)混合管41設(shè)置在導(dǎo)向噴嘴40的圓周周圍。例如，在十和十五個(gè)之間的管可限定在中心體壁63內(nèi)?；旌瞎?1可以以有規(guī)律的周向間隔間隔開(kāi)。由斜向出口區(qū)段79限定的排出方向80可構(gòu)造成使得其與由旋流器靜葉56在主要流環(huán)帶51內(nèi)形成的渦旋的方向一致或者沿相同的方向。更具體地，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，斜向出口區(qū)段79可沿著與旋流器靜葉56相同的方向成角度，以便產(chǎn)生沿關(guān)于中心軸線36的相同方向渦旋的流。
[0054]另一示例性實(shí)施例在圖11中提供，其包括具有用于混合管41的整個(gè)混合長(zhǎng)度的彎曲螺旋形式的混合管41。如在本文中使用的，混合管41的混合長(zhǎng)度是在初始(S卩，上游最遠(yuǎn)處)燃料端口 75的位置與出口 66之間的軸向長(zhǎng)度。將認(rèn)識(shí)到的是，混合管41中的每一個(gè)可包括至少一個(gè)燃料端口 75。根據(jù)備選實(shí)施例，每一個(gè)混合管41可包括多個(gè)燃料端口 75。燃料端口 75可沿著混合管41的混合長(zhǎng)度軸向地間隔開(kāi)。然而，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，燃料端口 75朝混合管41的上游端定位或者集中，其導(dǎo)致燃料和空氣很早聚集在一起，于是可在組合流從出口 66噴射到燃燒室32內(nèi)之前發(fā)生更多的混合。
[0055]根據(jù)另一實(shí)施例，如圖12中所示，混合管41的斜向部分可被限制到混合管41的正下游區(qū)段，其如圖所示表示鄰近出口 66的軸向狹窄的長(zhǎng)度。利用該配置，仍可實(shí)現(xiàn)有益的結(jié)果，因?yàn)槠谕男D(zhuǎn)模式仍可在來(lái)自混合管41的共同排出物中引起。然而，混合管41內(nèi)的燃料-空氣混合水平可不及最佳。
[0056]圖13至圖16圖示了其中線性和螺旋混合管41組合的額外實(shí)施例。圖13和圖14分別圖示了其中線性軸向混合管41(8卩，平行于中心軸線36延伸的那些)可與斜向混合管41 一起配置在噴嘴40的中心體壁63內(nèi)的優(yōu)選方式的側(cè)視圖和透視圖。如圖所示，斜向混合管41可螺旋形地形成。將認(rèn)識(shí)到的是，斜向混合管41還可形成為帶有線性分段配置，其包括在節(jié)段之間的彎曲部或者彎頭接合處，諸如圖12的示例。將認(rèn)識(shí)到的是，圖15提供入口視圖，其示出在導(dǎo)向噴嘴40的上游面71上的軸向和斜向混合管41的入口65。圖16提供出口視圖，其示出在導(dǎo)向噴嘴40的下游面72上的軸向和斜向混合管41的出口 66的代表性配置。根據(jù)備選實(shí)施例，斜向混合管41可構(gòu)造成共同旋轉(zhuǎn)，S卩，在中心軸線36周圍沿與主要流環(huán)帶51的母噴嘴的渦旋混合相同的方向渦旋。
[0057]軸向和斜向混合管都可從相同的空氣和燃料源供應(yīng)。作為備選，不同類型的混合管中的每一種可從不同的供應(yīng)進(jìn)給供應(yīng)，使得到達(dá)混合管的燃料和空氣的水平明顯不同或者可控制。更具體地，將認(rèn)識(shí)到的是，為每個(gè)管類型供應(yīng)其自己的可控制的空氣和燃料供應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械操作的靈活性，其可允許燃燒室內(nèi)的燃料-空氣比或當(dāng)量比的調(diào)整或者調(diào)節(jié)。貫穿負(fù)載或者操作水平的范圍可使用不同的設(shè)置，其如由本公開(kāi)的
【申請(qǐng)人】所發(fā)現(xiàn)的，提供解決可在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載水平發(fā)生的特定關(guān)注領(lǐng)域的途徑。
[0058]例如，在降負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)操作模式中，當(dāng)燃燒溫度相對(duì)于基準(zhǔn)負(fù)載更低時(shí)，CO是主要關(guān)注的排放物。在這些情形中，當(dāng)量比可增大以增加末梢區(qū)溫以度用于改善CO燃燒。這是因?yàn)樾毕蚧旌瞎芷鹱饔靡允鼓竾娮旆磻?yīng)物引回到噴嘴末梢，末梢區(qū)(即，噴嘴的末梢)的溫度可保持比如果管不切向成角度時(shí)更冷。在一些情形中，這可促使燃燒器的排放物中的過(guò)量CO。然而，通過(guò)經(jīng)由添加軸向混合管(如圖13至圖16中所示)來(lái)添加或者增加軸向動(dòng)量，可改變、限制或控制再循環(huán)流的量，且因此，實(shí)現(xiàn)用于控制末梢區(qū)溫度的器件。該方法因此可用作當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在某些模式中操作時(shí)改善燃燒特性和排放物水平的額外方式。
[0059]根據(jù)其他實(shí)施例，例如，本實(shí)用新型包括使用常規(guī)控制系統(tǒng)和方法以用于操縱兩種不同類型的混合管之間的空氣流水平。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，到軸向混合管41的氣流可增大以防止來(lái)自母噴嘴的較冷的反應(yīng)產(chǎn)物被引回到導(dǎo)向噴嘴40的末梢區(qū)內(nèi)。這可用于增加末梢區(qū)的溫度，其可降低CO的水平。
[0060]另外，燃燒動(dòng)態(tài)可對(duì)反應(yīng)區(qū)中的剪力具有強(qiáng)相關(guān)。通過(guò)調(diào)整引導(dǎo)通過(guò)不同類型的混合管(即，斜向和軸向)中的每一個(gè)的空氣的量，剪力的量可調(diào)節(jié)到積極(positively)影響燃燒的水平。這可通過(guò)構(gòu)造計(jì)量孔以便將不均勻的空氣量輸送到不同類型的混合管而實(shí)現(xiàn)。作為備選，主動(dòng)控制設(shè)備可經(jīng)由常規(guī)方法和系統(tǒng)安裝和促動(dòng)，以便改變操作期間的空氣供應(yīng)水平。此外，可創(chuàng)造控制邏輯和/或控制反饋回路以便設(shè)備的控制響應(yīng)于操作模式或者測(cè)量的操作參數(shù)。如所提到的那樣，這可導(dǎo)致根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的操作模式(諸如當(dāng)在完全負(fù)載或者減小的負(fù)載水平下操作時(shí))或者回應(yīng)所測(cè)量的操作者參數(shù)讀數(shù)來(lái)改變控制設(shè)置。這些系統(tǒng)還可包括關(guān)于改變供應(yīng)到不同類型的混合管的燃料量的相同類型的控制方法。這可通過(guò)預(yù)配置的構(gòu)件構(gòu)造(即，孔口尺寸等)或者通過(guò)更主動(dòng)的實(shí)時(shí)控制實(shí)現(xiàn)。將認(rèn)識(shí)到的是，操作參數(shù)(諸如燃燒室內(nèi)的溫度、聲音變化、反應(yīng)物流動(dòng)模式)和/或涉及燃燒器操作的其他參數(shù)可用作這些控制系統(tǒng)中的反饋回路的部分。
[0061]將認(rèn)識(shí)到的是，這些類型的控制方法和系統(tǒng)還可適用于本文中論述的其他實(shí)施例，包括在相同的導(dǎo)向噴嘴中涉及組合混合管的那些實(shí)施例中的任一個(gè)，這些組合管具有不同的構(gòu)造或者渦旋方向(包括，例如，關(guān)于圖17至圖20論述的逆向渦旋實(shí)施例，或者圖21和圖22的實(shí)施例，其圖示了其中流動(dòng)管的子集可構(gòu)造成具有包括徑向分量的排出方向的方式)。此外，這些類型的控制方法和系統(tǒng)可適用于本文中論述的其他實(shí)施例，包括在相同的導(dǎo)向噴嘴中涉及組合混合管的那些實(shí)施例中的任一個(gè)，這些組合管具有不同的構(gòu)造或者渦旋方向(諸如關(guān)于圖17至圖20論述的逆向渦旋實(shí)施例)。
[0062]另外，這些方法和系統(tǒng)可應(yīng)用到其中混合管中的每一個(gè)以相同方式構(gòu)造且彼此平行對(duì)準(zhǔn)的導(dǎo)向噴嘴構(gòu)造。在這些情形中，控制系統(tǒng)可操作以通過(guò)改變母噴嘴和導(dǎo)向噴嘴之間的空氣和/或燃料分離來(lái)控制燃燒過(guò)程以影響燃燒特性。根據(jù)其他實(shí)施例，控制方法和系統(tǒng)可構(gòu)造成使得在導(dǎo)向噴嘴的圓周周圍不均勻地改變?nèi)剂虾?或空氣供應(yīng)水平，這例如可用于中斷某些流動(dòng)模式，或用于防止有害的聲音產(chǎn)生。這些措施可以在優(yōu)先的基礎(chǔ)上或者響應(yīng)于探測(cè)到的異常而采取。例如，燃料和空氣供應(yīng)可對(duì)混合管的特定子集增加或者減少。該動(dòng)作可在預(yù)定周期的基礎(chǔ)上、響應(yīng)于測(cè)量操作參數(shù)或者其他狀態(tài)而采取。
[0063]圖17至圖20圖示了額外的示例性實(shí)施例，其中，斜向混合管41具有限定在中心體壁63內(nèi)的逆向渦旋構(gòu)造。圖17和圖18分別圖示了中心體壁63內(nèi)的逆向渦旋的螺旋混合管41的代表性配置的側(cè)視圖和透視圖。將認(rèn)識(shí)到的是，圖19提供了導(dǎo)向噴嘴40的入口視圖，其圖示了在導(dǎo)向噴嘴40的上游面71上的逆向渦旋的螺旋混合管41的入口 65的代表性配置。圖20提供了導(dǎo)向噴嘴40的出口視圖，其圖示了其中逆向渦旋的螺旋混合管41的出口66可配置在導(dǎo)向噴嘴40的下游面72上的優(yōu)選方式。將認(rèn)識(shí)到的是，逆向渦旋的斜向混合管41的添加可在上文所論述的方式下使用以控制噴嘴的末梢區(qū)的溫度。另外，逆向渦旋的斜向混合管由于通過(guò)逆向渦旋的導(dǎo)向流引起的增加剪力而促進(jìn)末梢區(qū)域中的更大混合，這對(duì)于某些操作狀態(tài)是有利的。
[0064]圖21和圖22圖示了備選實(shí)施例，其中徑向分量添加到混合管41的排出方向。將認(rèn)識(shí)到的是，圖21示出了混合管的備選實(shí)施例的出口視圖，其包括到排出方向的外側(cè)分量。相比而言，圖22示出了混合管的備選實(shí)施例的出口視圖，其包括到排出方向的內(nèi)側(cè)分量。在這些方式中，本實(shí)用新型的斜向混合管可構(gòu)造成在排出方向中具有徑向分量和切向分量?jī)烧摺８鶕?jù)備選實(shí)施例，混合管可構(gòu)造成具有這樣的排出方向，其具有徑向分量但是沒(méi)有周向分量。因此，內(nèi)側(cè)和外側(cè)徑向分量可添加到軸向和斜向混合管中的任一者中。根據(jù)示例性實(shí)施例，內(nèi)側(cè)和/或外側(cè)徑向分量的角度可包括在0.1°與20°之間的范圍。如上文中所提到的，徑向分量可包括在混合管的子集上且從而可用于操縱導(dǎo)向噴嘴的剪力效應(yīng)以便有利地控制再循環(huán)。
[0065]圖23示意性示出具有包括軸向出口區(qū)段的軸向混合管41的導(dǎo)向噴嘴40的方向流分析的結(jié)果，而圖24示意性示出具有斜向出口區(qū)段的斜向混合管41的方向流分析的結(jié)果。如圖所示，軸向混合管41可與由母噴嘴引起的渦旋形成的反向流相反，這可損害火焰穩(wěn)定性且增大貧油熄滅的可能性。相比而言，斜向出口區(qū)段可構(gòu)造成使導(dǎo)向反應(yīng)物在燃料噴嘴軸線周圍沿著與在主要或者母噴嘴中形成的渦旋相同的方向渦旋。如結(jié)果指示的，該渦流證明是有益的，因?yàn)閷?dǎo)向噴嘴現(xiàn)在與母噴嘴合作工作以創(chuàng)造和/或加強(qiáng)中心再循環(huán)區(qū)。如圖所示，與斜向混合管相關(guān)聯(lián)的再循環(huán)區(qū)包括許多更顯著的且集中的再循環(huán)，其導(dǎo)致攜帶的反應(yīng)物從下游遠(yuǎn)處的位置回到燃料噴嘴的出口。將認(rèn)識(shí)到的是，中心再循環(huán)地帶是用于漩渦穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)，因?yàn)槿紵漠a(chǎn)物引回到噴嘴出口且引入新鮮的反應(yīng)物，以便確保那些反應(yīng)物的點(diǎn)火，且從而繼續(xù)該過(guò)程。因此，斜向混合管可用于改善再循環(huán)且從而進(jìn)一步穩(wěn)定燃燒，其可用于進(jìn)一步穩(wěn)定可允許更低的NOx排放物水平的貧燃料-空氣混合物。另外，如論述的那樣，具有斜向混合管的導(dǎo)向噴嘴可允許涉及CO排放物水平的性能益處。這是由于在燃料噴嘴的出口處形成局部熱區(qū)的富化循環(huán)而實(shí)現(xiàn)的，其附著噴嘴火焰且允許進(jìn)一步的CO燃盡。另外，通過(guò)本實(shí)用新型的斜向混合管產(chǎn)生的顯著再循環(huán)可幫助CO燃盡，其通過(guò)使燃燒期間產(chǎn)生的產(chǎn)物和CO混合回到中心再循環(huán)區(qū)內(nèi)以便使CO在未燃燒的情況下逸出的機(jī)會(huì)盡可能小而實(shí)現(xiàn)。
[0066]該書面描述使用示例來(lái)公開(kāi)本實(shí)用新型，包括其最佳模式，且還使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本實(shí)用新型，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本實(shí)用新型可申請(qǐng)專利的范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃?xì)鉁u輪燃燒器中的燃料噴嘴，所述燃料噴嘴包括: 軸向地伸長(zhǎng)的中心體； 軸向地伸長(zhǎng)的外圍壁，其形成在所述中心體周圍以便限定其間的主要流環(huán)帶，其中所述外圍壁限定所述燃料噴嘴的中心軸線； 與所述主要流環(huán)帶的上游端流體連通的主要燃料供應(yīng)和主要空氣供應(yīng)；以及 包括所述中心體的下游區(qū)段的導(dǎo)向噴嘴，所述導(dǎo)向噴嘴包括: 軸向地伸長(zhǎng)的混合管，其限定在中心體壁內(nèi)，所述混合管中的每一個(gè)在通過(guò)所述導(dǎo)向噴嘴的上游面限定的入口與通過(guò)所述導(dǎo)向噴嘴的下游面形成的出口之間伸長(zhǎng)； 燃料端口，其定位在所述混合管中的每一個(gè)的所述入口和所述出口之間，以用于將所述混合管中的每一個(gè)連接至輔助燃料供應(yīng);以及 輔助空氣供應(yīng)，其構(gòu)造成與所述混合管中的每一個(gè)的所述入口流體地連通； 其中多個(gè)所述混合管包括斜向混合管，其是相對(duì)于所述燃料噴嘴的所述中心軸線成角度的以便在來(lái)自其的共同排出物中引起下游渦流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴，其特征在于，在通過(guò)所述導(dǎo)向噴嘴的所述下游面形成的所述出口處，所述斜向混合管各自包括相對(duì)于所述燃料噴嘴的所述中心軸線的切向成角度的定向； 其中，所述共同排出物包括來(lái)自所述多個(gè)所述斜向混合管的組合的燃料和空氣排出物；以及 其中，所述斜向混合管構(gòu)造成使得所述共同排出物的所述渦流沿與由所述主要流環(huán)帶的旋流器靜葉引起的渦流相同的方向渦旋。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管各自包括出口區(qū)段，其包括所述斜向混合管的位于鄰近所述出口的軸向地狹窄的下游區(qū)段，所述出口區(qū)段構(gòu)造成將排出方向給予來(lái)自其的燃料和空氣的排出物； 其中所述斜向混合管構(gòu)造成使得所述排出方向限定相對(duì)于所述燃料噴嘴的所述中心軸線的下游延續(xù)的銳角切向排出角；以及 其中切向排出角包括在10°到70°之間的角度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述混合管各自包括出口區(qū)段，其包括所述混合管的位于鄰近所述出口的軸向狹窄下游區(qū)段，所述出口區(qū)段限定通過(guò)其的中心軸線；以及 其中所述斜向混合管構(gòu)造成使得所述出口區(qū)段的所述中心軸線的延續(xù)包括相對(duì)于所述燃料噴嘴的所述中心軸線的下游延續(xù)的銳角切向排出角。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述導(dǎo)向噴嘴的所述混合管中的每一個(gè)包括所述斜向混合管和關(guān)于彼此平行的布置； 其中所述外圍壁和所述中心體壁各自包括圓柱形形狀，且其中所述外圍壁是在所述中心體壁周圍同心地布置的；以及 其中所述切向排出角包括在10°到70°之間的角。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述中心體包括軸向堆疊區(qū)段，其包括:包括所述輔助燃料供應(yīng)和所述輔助空氣供應(yīng)的前區(qū)段；以及構(gòu)造為所述導(dǎo)向噴嘴的后區(qū)段； 其中所述中心體的所述前區(qū)段包括:軸向地延伸的中心供應(yīng)管線；以及，形成在所述中心供應(yīng)管線周圍的輔助流環(huán)帶，所述輔助流環(huán)帶在朝所述中心體的上游端形成的到空氣源的連接部與所述導(dǎo)向噴嘴的所述上游面之間軸向地延伸;并且 其中所述中心體壁限定所述中心體的外壁且限定所述輔助流環(huán)帶的外側(cè)邊界。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述主要流環(huán)帶包括旋流噴嘴，其包括: 越過(guò)所述主要流環(huán)帶徑向地延伸的多個(gè)旋流器靜葉；以及 燃料通路，其延伸通過(guò)所述旋流器靜葉以便將通過(guò)所述旋流器靜葉的外表面形成的燃料端口連接至燃料壓室； 其中，所述旋流器靜葉包括相對(duì)于所述中心軸線沿切向成角度的定向以用于引起來(lái)自其的下游流沿第一方向在所述中心軸線周圍渦旋；以及 其中所述斜向混合管中的每一個(gè)的所述燃料端口包括側(cè)向燃料端口以用于經(jīng)由通過(guò)所述斜向混合管的側(cè)壁形成的開(kāi)口噴射燃料。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料噴嘴，其特征在于，從所述斜向混合管形成的連接部，所述燃料端口沿外側(cè)方向延伸以與所述輔助燃料供應(yīng)連接;以及 其中所述輔助燃料供應(yīng)包括正好在所述斜向切混合管的外側(cè)和所述中心體壁內(nèi)形成的燃料通道。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述燃料壓室設(shè)置在所述旋流器靜葉的內(nèi)側(cè)；以及 其中所述燃料通道從所述燃料壓室形成的連接部軸向地延伸至所述導(dǎo)向噴嘴的所述下游面且在它們之間包括至所述斜向混合管的所述燃料端口的連接部。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料噴嘴，其特征在于，從所述混合管形成的連接部，所述燃料端口沿內(nèi)側(cè)方向延伸以與在所述中心供應(yīng)管線下游端處形成的內(nèi)燃料壓室連接;以及 其中用于所述斜向混合管中的每一個(gè)的所述燃料端口包括相對(duì)于通過(guò)其的空氣流的上游位置。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管中的每一個(gè)包括多個(gè)所述燃料端口；以及 其中所述多個(gè)燃料端口包括相對(duì)于通過(guò)其的空氣流的上游集中。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管中的每一個(gè)構(gòu)造成接受通過(guò)所述入口的空氣流和通過(guò)所述燃料端口的燃料流以用于通過(guò)所述出口排出其混合物； 其中所述出口與所述燃燒器的燃燒室流體地連通， 其中所述斜向混合管各自包括限定在上游燃料端口與所述出口之間的混合長(zhǎng)度；以及 其中，對(duì)于所述混合長(zhǎng)度，所述斜向混合管各自包括分段配置，所述分段配置包括至接合處的每一側(cè)的上游節(jié)段和下游節(jié)段，所述接合處標(biāo)志對(duì)于所述斜向混合管的方向改變。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管各自包括其中所述上游節(jié)段是線性的且所述下游區(qū)段是彎曲的配置。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管各自包括其中所述上游節(jié)段是線性的且所述下游區(qū)段是線性的配置。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管各自包括其中所述上游節(jié)段是彎曲且所述下游區(qū)段是線性的配置。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管各自包括其中所述上游節(jié)段是彎曲的且所述下游區(qū)段是彎曲的配置。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管各自包括一種配置，其中所述上游節(jié)段是線性的且軸向地定向，并且所述下游節(jié)段是彎曲的且在所述燃料噴嘴的所述中心軸線周圍螺旋地形成；以及 其中所述上游區(qū)段包括小于所述斜向混合管的所述混合長(zhǎng)度的一半的混合長(zhǎng)度。18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管各自包括限定在上游燃料端口和所述出口之間的混合長(zhǎng)度；以及 其中，對(duì)于所述混合長(zhǎng)度，所述斜向混合管各自包括非節(jié)段配置，其中所述混合管在所述混合長(zhǎng)度上保持恒定的形式。19.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述切向排出角包括在20°到55°之間的角。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的燃料噴嘴，其特征在于，相對(duì)彼此，所述斜向混合管包括平行的定向，使得相對(duì)于彼此，所述斜向混合管的所述切向排出角包括平行的配置。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述斜向混合管構(gòu)造成使得所述共同排出物的所述渦流沿如通過(guò)由所述主要流環(huán)帶的所述旋流器靜葉產(chǎn)生的所述渦旋下游流的方向限定的所述第一方向渦旋。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述導(dǎo)向噴嘴包括在五與二十五個(gè)之間的所述斜向混合管；以及 其中所述斜向混合管在所述中心體壁內(nèi)以規(guī)律間隔周向地間隔開(kāi)。
【文檔編號(hào)】F23R3/38GK205717331SQ201521145541
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日
【發(fā)明人】J·T·斯圖爾特
【申請(qǐng)人】通用電氣公司