專利名稱：用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室。
背景技術：
在燃氣輪機技術中，通常需要提高在這些發(fā)動機中采用的燃料_空氣混合物的燃 燒效率。還期望能夠不過分依賴于置于發(fā)動機上的負荷獲得燃料和空氣之間的良好混合。已經(jīng)發(fā)明出各種方法來改進燃料-空氣混合過程。在授于受讓人United Technologies Corporation(聯(lián)合技術公司)的第4，991，398號美國專利中公開了一種這 樣的方法。圖1(a)和1(b)示出在該專利中所描述的技術的基本原理。環(huán)形燃燒室10在 其圓頂端12處設置有許多燃料噴嘴14。噴嘴14在圓周上間隔成兩行-第一徑向內(nèi)行16 和第二徑向外行18，相對于燃燒室的縱向軸線20。一行的噴嘴與另一行的噴嘴相交錯，從 而建立如圖1(a)中的G所示的三角形構(gòu)造。每個噴嘴具有其自己的旋流器裝置，并且每種 情況中旋流方向由箭頭24示出。燃燒空氣在軸向中間位置22被引入到燃燒室中。在圖1(b)中可以看出，從行18中的噴嘴發(fā)出的燃料噴霧26(名義上以錐形體的 形式)與從行16中的噴嘴發(fā)出的燃料噴霧28交錯，結(jié)果是兩種流動相互增強。由于這種 增強，燃料趨于在整個燃燒室中更均勻地分布，并且燃料_空氣混合更加劇烈。實際上，劇 烈的燃燒在非常靠近于圓頂?shù)木嚯xCl內(nèi)開始，在燃燒變?nèi)踔皠×胰紵妮S向范圍增加 到距離El。這能夠使燃燒室的長度制作得更短，從而節(jié)省空間和重量。在授于Alstom Gas Turbines Ltd的US 6，360，525中闡述了剛才描述的布置的發(fā) 展。在該專利中(參見圖2(a)和2(b))，環(huán)形燃燒室30的噴嘴布置與US 4，991，398中的 類似，但這里燃燒室的圓頂端32由兩個徑向相鄰的部分即部分32a和32b形成，這兩個部 分在燃燒室的中點36處彼此以角度34布置。兩行噴嘴38設置在相應的部分32a、32b中， 并且因為這些部分相對于縱向軸線36的法向傾斜，所以從噴嘴發(fā)出的噴霧錐形體40、42以 交錯的方式朝向彼此徑向傾斜。離開噴嘴的噴霧錐形體的縱向中心線41、43在軸點44處 彼此交叉，從而在整個環(huán)形燃燒室上形成圓周。該兩股流朝向彼此徑向的這種相互傾斜在所述流之間形成比圖1布置中的情形 更強的混合作用。繼而，這提高了主燃燒區(qū)中的燃燒的均勻性。此外，減小了圖1(b)中的 距離Cl，從而能夠使燃燒室沿軸向方向進一步縮短。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室，包括燃燒器頭部；燃燒腔，所述燃燒腔設置在所述燃燒器頭部的下游；旋流器裝置，所述旋流器裝置用于在所述燃 燒腔中產(chǎn)生空氣的旋流流動；以及燃料噴嘴，所述燃料噴嘴設置在所述燃燒器頭部中，用于 將燃料供給到所述燃燒腔；所述燃料噴嘴設置在所述燃燒器頭部中，以便使燃料相對于所 述燃燒室的縱向軸線從所述燃燒器頭部的下游面以> 士0°的第一角度離開，所述第一角 度位于穿過所述縱向軸線的第一平面中；并且以便使所述燃料相對于所述第一平面從所述下游面以> 士0°的第二角度離開，所述第二角度位于與所述第一平面垂直的第二平面中。所述噴嘴可以被構(gòu)造成使得進入所述燃燒室的燃料產(chǎn)生大體錐形體噴霧，所述燃 料錐形體的表面與所述下游面間的角度>0°。所述燃燒室可以是罐式燃燒室，所述燃料噴嘴可以被設置為與所述燃燒室的縱向 軸線徑向偏移。所述第一角度可以使得燃料圓錐體朝向所述燃燒室的縱向軸線傾斜?？梢杂卸鄠€燃料噴嘴。所述燃燒室可以是環(huán)形燃燒室，其包括在圓周上以間隔的方式設置的多個燃料噴 嘴。所述燃料噴嘴中的至少一個可以是包括燃料管、旋流器和預成霧器元件的預成霧器裝 置，所述燃料管、所述旋流器和所述預成霧器元件均以所述第一角度和所述第二角度設置。 所述燃料噴嘴中的至少一個可以是包括旋流器和燃料管的壓力-旋流噴射器裝置，所述旋 流器和所述燃料管均以所述第一角度和所述第二角度設置。所述燃料噴嘴中的至少一個可 以是包括兩個或更多個同軸設置的旋流器和成霧元件的鼓風式噴射器裝置，所述旋流器和 所述成霧元件均以所述第一角度和所述第二角度設置。一個或多個其他燃料噴嘴可以軸向設置在所述燃料噴嘴的下游，所述燃料噴嘴被 設置為使得將燃料的流動朝向相應的其他燃料噴嘴引導。所述燃燒室還可以包括一個或多個其他燃料噴嘴，所述一個或多個其他燃料噴嘴 在所述燃燒器頭部中設置成在所述燃料噴嘴的徑向向內(nèi)或徑向向外，所述燃料噴嘴被設置 為使得將燃料的流動朝向相應的其他燃料噴嘴引導。在本發(fā)明的各個實施例中，所述燃料噴嘴可以是引燃燃料噴嘴。


現(xiàn)在將利用附圖僅通過舉例方式來描述本發(fā)明的實施例，其中圖1 (a)和圖1 (b)分別是已知的環(huán)形燃燒室的徑向截面和局部縱向截面；圖2(a)和圖2(b)分別是另一已知的環(huán)形燃燒室的局部縱向截面和局部徑向部分；圖3(a)和圖3(b)分別是已知的罐式燃燒室的縱向截面和在該燃燒室中所采用的 徑向旋流器的徑向截面；圖4(a)是圖3(a)和圖3(b)的燃燒室的簡化的縱向截面，而圖4(b)是根據(jù)本發(fā) 明第一實施例的燃燒室的縱向截面；圖5(a)-圖5(d)是圖4(a)和圖4(b)的燃燒室中的四種不同噴射器構(gòu)造的立體 圖和平面圖；圖6 (a)和圖6 (b)是根據(jù)第一實施例的燃燒室的兩種不同構(gòu)造的計算機模擬的結(jié) 果，而圖6(c)和圖6(d)分別是圖6(a)和圖6(b)的簡化示圖；圖7(a)和圖7(b)分別是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的燃燒室的立體圖和縱向截面；圖8(a)是根據(jù)第二實施例的燃燒室的變形的縱向截面，而圖8(b)-圖8 (d)示出 該燃燒室的各種部件；圖9(a)-圖9(c)是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的環(huán)形燃燒室的三種變形的局部縱向截面；
圖10(a)-圖10(d)是示出圖9 (a)-圖9 (c)的燃燒室的四種不同噴射器構(gòu)造的局 部徑向截面，圖10(e)是示出以在圖10(a)-圖10(d)中說明的方式來構(gòu)造噴射器的效果的 局部徑向截面；圖11是可以在根據(jù)本發(fā)明的燃燒室中采用的壓力-旋流式噴射器的軸向截面；圖12(a)和圖12(b)分別是可以在根據(jù)本發(fā)明的燃燒室中采用的鼓風式噴射器的 縱向截面和徑向截面；圖13和圖14是根據(jù)本發(fā)明的分別包括軸向和徑向分級噴射器的環(huán)形燃燒室的局 部縱向截面；圖15(a)和圖15(b)分別是采用傾斜的噴射器的筒形燃燒室的縱向截面和徑向截
面。
具體實施例方式現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3(a)，這是在授予作為受讓人的Alstom Gas TurbinesLtd的美國專利 US 6，532，726中描述的罐式燃燒室的縱向截面。圖3 (b)是在該燃燒室中所采用的徑向旋 流器的徑向截面。燃燒室包括燃燒器頭部50和燃燒腔52。燃燒腔52在連接到燃燒器頭 部的下游面56之前縮小成預燃室54。徑向旋流器58設置在燃燒器面56和預燃室54之 間，多個引燃燃料噴嘴60和主燃料噴嘴62以周向間隔的方式布置在燃燒器頭部中。在使 用中，經(jīng)由引燃燃料噴嘴60來提供液態(tài)燃料，該燃料與進入旋流器的通道64的壓縮空氣混 合。混合物由點火器66點燃。一旦發(fā)動機負荷已增至給定水平，則經(jīng)由主燃料噴嘴62供 給主燃料。然后調(diào)節(jié)該主燃料，以提供大約95%的總發(fā)動機燃料需求。在圖3(a)中將點燃 的火焰示為火焰前端F和鄰近于燃燒器面56的火焰前面FF。在本發(fā)明的第一實施例中，本發(fā)明保持僅使用圖3(a)和圖3(b)示出的引燃噴嘴 中的一個，并以在圖4(a)和圖4(b)中示出的方式來改變其構(gòu)造。圖4(a)和圖4(b)是圖 3 (a)的簡化示圖，其中，示出徑向旋流器58和預燃室/燃燒室組合54/52，但未示出燃燒器 頭部50。從引燃噴嘴60出來的是引燃燃料70的錐形噴霧。該噴霧被噴射到燃燒器的回 流空氣區(qū)的底部，由虛線72示出?；亓鲄^(qū)是燃燒室的、燃燒產(chǎn)物失去其動量并通過由旋流 器的旋流作用形成的低壓區(qū)而被吸入到燃燒室的徑向中心部的區(qū)域。應當注意，相對于燃 燒器的縱向軸線74，引燃燃料噴嘴60被設置為偏離中心。這對于控制噴嘴溫度是有利的。 然而，在圖4(a)所示的與圖3的布置對應的設計中，噴霧的偏離中心性質(zhì)會導致大部分的 噴霧偏離主燃燒反應發(fā)生的回流區(qū)。其缺點在于，所產(chǎn)生的未被反應的燃料噴霧微滴以未 燃的碳氫化合物形式離開燃燒室。本發(fā)明提供的方案是重新構(gòu)造噴嘴60，以便朝向燃燒器和燃燒室的縱向軸線74 引導錐形噴霧。為了實現(xiàn)該目的，使形成噴嘴的一部分的管76成一角度，如在圖4(b)中所 示。或者僅使相鄰于燃燒器面的管的端部成角度，在這種情況下，管的其余部分可以順著垂 直于燃燒器面的路徑(參見管部分76')，或者使整個管成一角度(參見虛線部分76")。在圖5 (a)-圖5 (d)中示出了可以由噴霧錐形體呈現(xiàn)的可能定向的示例。在圖5 (a) 中示出圖4(a)的未傾斜的噴霧錐形體，而在圖5(b)中示出圖4(b)的傾斜的噴霧錐形體。 在圖5 (a)中，錐形體的主軸線沿著χ-y坐標系的y軸，而燃燒器面沿著χ-y坐標系的χ軸。 另一方面，在圖5(b)中，錐形體的主軸線相對于y軸成角度α，從而朝向回流區(qū)的中心引導來自噴嘴的噴霧。
除了使噴嘴朝向燃燒室的縱向軸線傾斜以外，還使噴嘴經(jīng)受在與χ-y坐標系所處 的平面垂直的平面即燃燒器面的平面上旋轉(zhuǎn)。這在圖5(c)和圖5(d)中示出。在圖5(c) 中，旋轉(zhuǎn)錐形體，使得其在與從旋流器發(fā)出的空氣的旋流方向相同的方向與χ軸成角度β， 然而在圖5(d)中，角度β是沿著相反的方向，即與旋流方向相反。下面，與旋流方向一致 的錐形體旋轉(zhuǎn)將被稱作“正斜旋(swash) ”，而與旋流方向相反的旋轉(zhuǎn)將被稱作“負斜旋”。 順便提一下，盡管圖5(c)和圖5(d)中的角度α大于圖5(b)中的角度，但是圖5(c)和圖 5(d)中的角度α也可以比其小或與其相同。在圖6(a)和圖6(b)中示出了這種“傾斜”和“斜旋”技術的效果，其是計算機模擬 的結(jié)果。該模擬包括燃燒器面56和噴嘴60 (后者僅可以在圖6 (a)中看到)，可以看到離開 噴嘴的燃料卷入由旋流器產(chǎn)生的旋流作用。顏色較輕的旋流線表示液態(tài)燃料微滴，其少于 用顏色較重的旋流線表示的液態(tài)燃料微滴?？梢钥闯?，較重的(即，較大的)微滴受到旋流 作用較小影響，因此趨于保持在燃燒器軸線周圍的區(qū)域，而較輕的微滴被更偏離地拋甩。圖 6(c)和圖6(d)分別對應于圖6(a)和圖6(b)，但是是簡化的方式，其中，僅示出了燃料-空 氣混合物的外形。在圖6(a)和圖6(c)中，斜旋角是正的，而在圖6(b)和圖6(d)中，斜旋 角是負的?？梢郧宄乜闯觯趫D6(b)和圖6(d)中，與在圖6(a)和圖6(c)中相比，燃料 微滴與來流空氣有更顯著的混合。然而，在兩種情形下，在預燃室中燃料分散都得到改善。 因為在中心回流區(qū)和主燃燒室圓頂擴展區(qū)中，燃料的濃度的可變性減小，所以這提高了燃 燒過程的效率。此外，在燃燒室圓頂回流區(qū)中，燃燒過程在圓周上更加均勻，進而使得燃燒 室壽命延長。正斜旋和負斜旋在燃燒室性能方面帶來不同的優(yōu)點。如已經(jīng)描述的，與負斜旋 相比，正斜旋將產(chǎn)生更弱的燃料分散。然而，這對于傳統(tǒng)的或沒有預混合的燃燒室設計來 說會是有利的，因為更弱的分散將確保會存在高燃料濃度的位置。這繼而會使火焰穩(wěn)定 (anchor)?？梢宰C明這是有益的應用是航空發(fā)動機氣輪機燃燒室應用，其中，可能發(fā)生大量 的注水情形(例如，航空器在大雨中飛行)。在這種情況下，仍可以實現(xiàn)火焰的穩(wěn)定度。另 一方面，負斜旋對于低排放燃燒室設計來說是有益的。這是因為燃燒室氣流中燃料噴霧的 高剪切和分裂將提高燃料與空氣的混合過程，并使高燃料濃度的位置最少化。高濃度的燃 料能夠引起化學計量(理論配比)的燃燒，這繼而產(chǎn)生大量的NOx廢氣。暫時返回圖5(b)，在該示圖中示出角度Y，其是錐形體的表面與燃燒器面之間的 角度。優(yōu)選的是，該角度不等于0°，因為0°角度將導致大量的燃料與燃燒室表面形成接 觸，這是不期望的，因為這種燃料不會有助于燃燒，并且還趨于在燃燒器面上形成碳或“焦 炭”沉積物。雖然第一實施例中的噴嘴是結(jié)合引燃燃料的供給來描述的，但它們同樣可以是用 于供給主燃料的噴嘴?，F(xiàn)在將參照圖7 (a)和圖7(b)描述本發(fā)明的第二實施例。圖7 (a)是第一實施例的 改進，其中，代替僅采用一個噴嘴，兩個或更多個噴嘴彼此結(jié)合使用。在圖7(a)的示例中， 圍繞燃燒器面有大約等距間隔的三個這樣的噴嘴。每個噴嘴朝向燃燒器/燃燒室布置的中 心線(縱向軸線)傾斜相同的傾斜角度，但同時，這些噴嘴都被旋轉(zhuǎn)相同的斜旋角度。這在 圖7(b)中的簡化縱向截面中示出，其中，從燃燒器面傾斜上升的箭頭表示燃料朝向燃燒室的中心區(qū)域流動。順便提一下，圖7(b)還可以被視為兩噴嘴系統(tǒng)，在這種情況下，噴嘴將通 常間隔180°。圖7(a)和圖7(b)中的噴嘴是在燃燒器頭部中沿著在圖3 (a)和圖3(b)的已知燃燒室布置中示出的燃燒器頭部的線形成的普通噴嘴。即，它們不與它們自己的旋流器或者 例如壓力噴射機構(gòu)相關聯(lián)。本發(fā)明的該實施例還可以應用于具有數(shù)量多于三個的噴嘴的燃燒室。例如，具有 多達12個噴嘴的燃燒室并不罕見。當應用于本發(fā)明時，這些噴嘴將如在圖7(a)中所示，即， 圍繞燃燒器表面大約等距地間隔，并具有大約相同的傾斜角度和斜旋角度。在圖7的布置及其包括更多噴嘴的變形中，噴嘴可以一起投入使用，或者一個接 一個地順序地或成組地使用。例如，當順序使用時，它們可以提供根據(jù)發(fā)動機負荷而被控制 的引燃和/或主燃料噴射的分級組合。當全部一起同時用作為主燃料或引燃燃料噴嘴時， 來自噴嘴的噴射將相互作用，從而在燃燒腔的徑向中心區(qū)域中在來自旋流器的空氣和液態(tài) 燃料之間產(chǎn)生改善的混合作用。在圖8(a)-圖8(d)中示出應用于罐式燃燒室的本發(fā)明的另一變形。圖8 (a)表示 包括串聯(lián)連接的燃燒器基部71、旋流器73和燃燒腔75的罐式燃燒室。在圖8(b)中示出了 燃燒器基部71本身。盡管用陰影線示出，但基部不是完全實心的，而是包括用于供給主燃 料和引燃燃料的通道等。容納在燃燒器基部的是噴嘴單元77，在圖8(c)以立體圖將其示
出ο液態(tài)燃料穿過噴嘴單元77的導桿，并從形成在附接于所述導桿的噴嘴面中的各 個噴嘴79噴出(參見圖8(d))。與圖7的布置類似，這些噴嘴傾斜成至少一傾斜角度，這可 以從在圖8(d)中示出的噴霧錐形體的定向看出。相鄰噴霧錐形體的相互作用和離開旋流 器73的旋流空氣的結(jié)合產(chǎn)生較小的旋渦，如圖8(d)中的箭頭所示。這在燃燒腔的徑向范 圍上提供了更多的局部混合區(qū)域，進而使得燃燒腔的下游端處的混合更加均勻。這里應當 指出，盡管一些噴霧錐形體看起來引導朝向燃燒室壁，但實際上很少噴霧到達該壁，因為其 卷入相鄰的面向內(nèi)的噴嘴的噴霧中。盡管在圖8(d)中未示出，但可以在該布置中采用斜旋以及傾斜，從而享有在前面 描述的布置中使用斜旋所帶來的一些優(yōu)點。在這種情況下，面向外的噴嘴的斜旋角度和面 向內(nèi)的噴嘴的斜旋角度可通過實驗或通過計算機模擬或通過這兩者來選擇，從而總體上提 供期望的混合特性。為了獲得斜旋，需要在圖4和圖5所示的第一實施例的方式之后，采用 與其相應旋流器軸線偏離的噴嘴。傾斜角度和斜旋角度將與在圖5中示出的對應(其中， 將斜旋角度指定為角度β )。代替同時使用在圖8(d)中示出的全部噴嘴，如上所示，可以將它們分級，如結(jié)合 圖7說明的。另外，圖7和圖8的布置(以及圖7的變形)中的各個噴嘴或噴嘴組的傾斜 角度和/或斜旋角度可以改變，以產(chǎn)生特定的混合效果。再者，各個角度可以容易地通過實 驗和/或計算機模擬來確定。本發(fā)明的第三實施例以其三個變形的方式示出在圖9(a)-圖9(c)中。圖9(a)-圖 9(c)示出環(huán)形燃燒室80的縱向截面，其中，一系列噴射器布置在燃燒室的圓頂周圍。圖 10(a)-圖10(d)以其徑向截面的方式示出了環(huán)面的一部分，在各個情況下，該部分僅包括 兩個噴射器。
圖9(a)使用預成霧器裝置作為噴射器，其中，每個噴射器由容納在旋流器84內(nèi)的 噴嘴82構(gòu)成。預成霧器裝置86在旋流器下游側(cè)上相鄰于旋流器。旋流器和預成霧器裝置 在形狀上均為環(huán)形。在使用中，燃料被噴射到由預成霧器裝置86的內(nèi)表面所限定的柱形空 間中。從噴嘴82出來的錐形體燃料噴霧撞擊預成霧器裝置的內(nèi)表面，并以改變的錐形體形 狀繼續(xù)進入到燃燒室自身內(nèi)。流動自旋流器84的空氣被引導到燃料流中，并與其混合，同 時有助于在預成霧裝置的唇緣88處產(chǎn)生二次霧化。整個噴射器布置，包括噴嘴82、旋流器84和預成霧裝置86，以一定角度向圓頂壁 傾斜，如圖所示。這種傾斜還與平行于燃燒室環(huán)面的縱向軸線的線形成角度S。縱向軸線 由線92表示，線92與穿過環(huán)面截面的徑向中點的線90平行(距離沒有按比例畫出)。因 此，燃料-空氣混合物被引導朝向燃燒室的一部分，這將提供改善的燃燒。更具體地說，示 為角度S的傾斜在燃料從噴嘴82和預成霧器86被噴射到燃燒室中時影響圍繞該區(qū)域的 回流區(qū)。這繼而能夠提供改進的穩(wěn)定性或調(diào)節(jié)整個燃燒室系統(tǒng)中的任何燃燒室驅(qū)動的動力 學(包括聲學振動)。還指出，來自噴嘴82和預成霧器86的噴霧能夠在外燃燒腔壁和內(nèi)燃 燒腔壁之間徑向偏心噴射，而不是基本上沿中心噴射，如圖所示。噴射器組件82-88的傾斜對應于在圖10(a)中示出的正傾斜構(gòu)造。在這種構(gòu)造中， 燃料錐形體98的主軸線96穿過燃燒室環(huán)面的中心，即上述的燃燒室的縱向軸線92。必要 時，為了改善燃燒過程，傾斜角度可以是負的，如在圖10(b)中所示。再一次，主軸線96將 穿過縱向軸線92。其中，如在上一段落中提及的，燃料噴射點在環(huán)形燃燒腔的內(nèi)壁和外壁之 間是徑向偏心的，可以慎重地選擇傾斜角度，從而以第一實施例的方式(圖4)引導噴霧錐 形體更多地朝向兩個燃燒腔壁之間的徑向中心線。除了使用傾斜以外，可以采用先前結(jié)合第一實施例描述的斜旋。這在圖10(c)和 圖10(d)中示出，其中，可以看出，噴霧錐形體源自與相應旋流器的縱向軸線99偏離的點 (離開噴嘴的點)，與第一實施例的方式(圖4和圖5)相同。在圖10(c)中，正傾斜與正斜 旋組合(角度ε 1)，而在圖10(d)中，正傾斜與負斜旋(角度ε 2)組合，斜旋角度相對于未 斜旋的主軸線96。在圖10(e)中示出在正斜旋(圖10(c))的情況下的噴霧輪廓。圖10(e)是與圖 10(c)對應的從相反側(cè)觀看的端視圖。因此，噴嘴本身被示出為項93，而噴霧輪廓被示出為 項95。由虛線示出的分布是適用于未傾斜的且未斜旋的噴嘴的分布，而由實線示出的分布 是應用于傾斜的且斜旋的噴嘴。分布的偏斜是非常顯然的，并且會有益，因其能夠調(diào)整離開 燃燒室的輪廓，即，在燃燒室的輸出端在燃燒室的整個徑向范圍上觀測到的燃料_空氣混 合特性。在該實施例中正斜旋和負斜旋的優(yōu)點與先前結(jié)合第一實施例說明的優(yōu)點相同，并 且也適用于第二實施例。在圖9(b)和圖9(c)中示出圖9(a)的布置的兩個變形。在圖9(b)中，預成霧器 類型的噴射器由所謂的壓力_旋流噴射器布置97代替。在圖11中示出壓力-旋流噴射器 的示例。獲自以Yoshida、Shouhei等的名義提交的US 2006/0042254的這種壓力-旋流 噴射器包括液態(tài)燃料噴嘴100和燃燒器102。燃燒器102包括旋流器104、空氣噴嘴106、 另一個旋流器108和導向環(huán)110。液態(tài)燃料噴嘴100包括與旋流室114連通的噴嘴尖112、噴嘴蓋116、噴嘴支柱118和出口 120。圖9(b)中的燃燒腔80的圓頂端在圖11中示為區(qū)域122。在US 2006/0042254中描述了該特定燃燒器的操作，通過引用將其并入本文，并且 將不再詳細贅述，僅作以下說明空氣噴嘴106將穿過其的空氣朝向液態(tài)燃料噴嘴100的軸 線引導，以在出口 120周圍形成空間，液態(tài)燃料通過出口 120從噴嘴100注入到燃燒腔122 中。這能夠抑制液態(tài)燃料噴嘴出口的周圍表面上的碳沉積，而不管燃燒室的操作條件如何。
與圖9 (a)的情形一樣，噴射器97的整體相對于燃燒室80傾斜，并且必要時相對 于燃燒室80斜旋。第二變形采用鼓風式噴射器布置，其在圖9(c)中整體代表性地示為項130。 圖12(a)和圖12(b)給出這種噴射器布置的示例，并從授予Brimdish，K. D.等的US 6，662，565獲得。該噴射器包括噴嘴130，后者具有內(nèi)部旋流器132、內(nèi)部燃料成霧器134、 空氣成霧器136、外部旋流器138、外部燃料成霧器140和最外面的旋流器142。燃料供給通 道144和146分別向內(nèi)部燃料成霧器和外部燃料成霧器供給燃料。在使用中，穿過旋流器 的空氣與燃料相互作用，以使后者霧化，并將兩個分開的空氣-燃料流提供到安裝有噴射 器的燃燒室中。在所示的示例中，兩個流是主流和引燃流。其他設計是可用的，這些設計實 現(xiàn)這些流中的一者或另一者。與圖9(a)和圖9(b)的布置一樣，在圖9(c)中示出的變形可以采用斜旋以及傾 斜。另外，燃料噴嘴均可以是相同的類型或不同的類型。傾斜的使用和根據(jù)需要斜旋的使用能夠擴展到軸向分級的或徑向分級的環(huán)形燃 燒室。圖13和圖14示出了這些環(huán)形燃燒室的示例。在圖13中，包括隨主燃料庫152—起 的次燃料庫150，主燃料庫152可以采用在圖9 (a)-圖9 (c)中示出的任何變形形式，并位于 圓頂端156處。通過以示出的方式使主噴射器152朝向燃燒室的徑向外壁傾斜，可以改善 次燃料庫150的點燃，而不需要復雜的交叉點燃管或特殊的點燃器。與圖9的實施例一樣， 為了改善燃燒，也可以與傾斜一起采用斜旋。圖14示出環(huán)形燃燒室，其中，兩行噴射器154、158徑向間隔地設置在燃燒室的圓 頂部156上。噴射器154和158可以交錯，如在圖1中所示，或者它們可以彼此直接相對設 置。無論使用哪一種構(gòu)造，一行的噴射器朝向另一行的噴射器傾斜。這同樣有助于改善噴 射器庫之間的交叉點燃，如在圖11的情形。在圖13和圖14的布置中，噴射器庫152、154和156是傾斜的，如圖所示，而不需 要使燃燒室的圓頂端156類似地傾斜。因此，這些布置與在圖9(a)-圖9(c)中示出的布置 類似。另外，與圖9(a)-圖9(c)類似，額外的噴射器庫可以均為相同的類型或不同的類型。傾斜也可以與筒形燃燒室的噴射器一起使用。在圖15(a)中示出這種燃燒室的簡 化示圖。圖15(b)是相同的燃燒室的端視圖?？梢钥吹桨l(fā)出燃料錐形體的噴射器160、162 以兩個同中心的行構(gòu)造-包括噴射器160的外行和包括噴射器162的內(nèi)行。一行的噴射器 相對于另一行的噴射器錯開，從而促進產(chǎn)生回流區(qū)(參見箭頭164)。還使噴射器傾斜，由此 改善噴射器之間的交叉點燃。與先前的實施例一樣，還可以使噴嘴160、164旋轉(zhuǎn)一定斜旋 角度，倘若噴嘴與其相應的旋流器的縱向軸線偏離。
權利要求
一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室，包括燃燒器頭部；燃燒腔，所述燃燒腔設置在所述燃燒器頭部的下游；旋流器裝置，所述旋流器裝置用于在所述燃燒腔中產(chǎn)生空氣的旋流流動，以及燃料噴嘴，所述燃料噴嘴設置在所述燃燒器頭部中，用于將燃料供給到所述燃燒腔；所述燃料噴嘴設置在所述燃燒器頭部中，使得燃料相對于所述燃燒室的縱向軸線從所述燃燒器頭部的下游面以＞±0°的第一角度離開，所述第一角度位于穿過所述縱向軸線的第一平面中；并使得所述燃料相對于所述第一平面從所述下游面以＞±0°的第二角度離開，所述第二角度位于與所述第一平面垂直的第二平面中。
2.如權利要求1所述的燃燒室，其中，所述噴嘴被構(gòu)造成使得進入所述燃燒室的燃料 產(chǎn)生大體錐形體噴霧，所述燃料錐形體的表面與所述下游面之間的角度> 0°。
3.如權利要求2所述的燃燒室，其中，所述燃燒室是罐式燃燒室，并且所述燃料噴嘴被 設置為與所述燃燒室的縱向軸線徑向偏移。
4.如權利要求3所述的燃燒室，其中，所述第一角度使得所述燃料錐形體朝向所述燃 燒室的縱向軸線傾斜。
5.如權利要求3或權利要求4所述的燃燒室，其特征在于，存在多個所述燃料噴嘴。
6.如權利要求2所述的燃燒室，其中，所述燃燒室是包括在圓周上以相間隔的方式設 置的多個所述燃料噴嘴的環(huán)形燃燒室。
7.如權利要求6所述的燃燒室，其中，所述燃料噴嘴中的至少一個是包括燃料管、旋流 器和預成霧器元件的預成霧器裝置，所述燃料管、所述旋流器和所述預成霧器元件均以所 述第一角度和所述角度設置。
8.如權利要求6或權利要求7所述的燃燒室，其中，所述燃料噴嘴中的至少一個是包括 旋流器和燃料管的壓力-旋流噴射器裝置，所述旋流器和所述燃料管均以所述第一角度和 所述角度設置。
9.如權利要求6-8中的任一項權利要求所述的燃燒室，其中，所述燃料噴嘴中的至少 一個是包括兩個或更多個同軸設置的旋流器和成霧元件的鼓風式噴射器裝置，所述旋流器 和所述成霧元件均以所述第一角度和所述第二角度設置。
10.如權利要求6-9中的任一項權利要求所述的燃燒室，其中，還包括軸向設置在所述 燃料噴嘴的下游的一個或多個其他燃料噴嘴，所述燃料噴嘴被設置為以將燃料的流動朝向 相應的所述其他燃料噴嘴引導。
11.如權利要求6-9中的任一項權利要求所述的燃燒室，其中，還包括一個或多個其他 燃料噴嘴，所述一個或多個其他燃料噴嘴在所述燃燒器頭部中設置成在所述燃料噴嘴的徑 向向內(nèi)或徑向向外，所述燃料噴嘴被設置為以將燃料的流動朝向相應的所述其他燃料噴嘴 引導。
12.如前述權利要求中的任一項權利要求所述的燃燒室，其特征在于，所述燃料噴嘴是 引燃燃料噴嘴。
13.一種基本上如在圖 4 (b)、5 (c)、5 (d)、7 (a)、7 (b)、8、9 (a)、9 (b)、9 (c)、13、14、15 (a) 或15(b)中的任一幅圖中所示的燃燒室或如在上文中參照圖4(b)、5(c)、5(d)、7(a)、7(b)、 8、9(a)、9(b)、9(c)、13、14、15(a)或15(b)中的任一幅圖所描述的燃燒室。
全文摘要
一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室，包括燃燒器頭部；燃燒腔，所述燃燒腔設置在所述燃燒器頭部的下游；旋流器裝置，所述旋流器裝置用于在所述燃燒腔中產(chǎn)生空氣的旋流流動；以及燃料噴嘴，所述燃料噴嘴設置在所述燃燒器頭部中，用于將燃料供給到所述燃燒腔。所述燃料噴嘴設置在所述燃燒器頭部中，使得燃料相對于所述燃燒室的縱向軸線從所述燃燒器頭部的下游面以＞±0°的第一角度離開，所述第一角度位于穿過所述縱向軸線的第一平面中。所述燃料相對于所述第一平面從所述下游面以＞±0°的第二角度離開，所述第二角度位于與所述第一平面垂直的第二平面中。
文檔編號F23R3/34GK101842636SQ200880114174
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月8日 優(yōu)先權日2007年11月2日
發(fā)明者N·威爾布里厄姆 申請人:西門子公司