專利名稱：用于渦輪發(fā)動機中的燃燒器組件及其組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的主題大體涉及渦輪發(fā)動機，并且更具體而言，涉及用于渦輪發(fā)動機中的燃燒器組件。
背景技術(shù)：
至少一些已知的燃氣渦輪發(fā)動機在燃燒器組件中點燃燃料-空氣混合物，以產(chǎn)生燃燒氣體流，燃燒氣體流通過熱氣路徑被引導(dǎo)到渦輪。壓縮空氣從壓縮機輸送到燃燒器組件。已知的燃燒器組件包括限定燃燒區(qū)的燃燒器襯套，以及使得燃料和空氣能夠輸送到燃燒區(qū)的多個燃料噴嘴組件。渦輪將燃燒氣體流的熱能轉(zhuǎn)換成用來旋轉(zhuǎn)渦輪軸的機械能。渦輪的輸出可用來對例如發(fā)電機或泵的機器提供功率。至少一些已知的燃料噴嘴組件包括管組件或微混合器，它們使得諸如稀釋劑、氣體和/或空氣的物質(zhì)能夠與燃料混合，以產(chǎn)生供燃燒的燃料混合物。這種燃料混合物可包括與燃料混合的氫氣(H2),以產(chǎn)生高氫燃料混合物，高氫燃料混合物被引導(dǎo)到燃燒區(qū)。在燃料混合物的燃燒期間，至少一些已知的燃燒器可經(jīng)歷攏焰或逆燃，其中燃燒火焰向上游朝燃料噴嘴組件行進。這樣的攏焰/逆燃事件可導(dǎo)致排放性能降低、過熱，以及/或者損害燃料噴嘴組件。另外，在至少一些已知的燃燒器組件的運行期間，高氫燃料混合物的燃燒可在燃料噴嘴組件的外表面附近產(chǎn)生多個漩渦。這樣的漩渦可提高燃燒組件內(nèi)的溫度，以及/或者引起尖銳音頻，尖銳音頻會在整個燃燒器組件和燃料噴嘴組件中引起振動。隨著時間的推移，在提高的內(nèi)部溫度和/或這樣的振動下繼續(xù)運行可造成磨損，并且/或者可縮短燃燒器組件的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供一種用于渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴組件。該燃料噴嘴組件包括定位在由外殼限定的空氣腔室內(nèi)的多個燃料噴嘴。多個燃料噴嘴中的各個聯(lián)接到限定燃燒室的燃燒襯套上。多個燃料噴嘴中的各個包括:殼體，其包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面在其中限定冷卻流體腔室和燃料腔室；以及延伸通過殼體的多個混合管。各個混合管包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面限定在空氣腔室和燃燒室之間延伸的流動通道。多個混合管中的至少一個混合管包括至少一個冷卻流體孔口，以將冷卻流體流從冷卻流體腔室引導(dǎo)到流動通道。至少一個冷卻管道聯(lián)接成與冷卻流體腔室處于流連通，以將冷卻流體流引導(dǎo)到冷卻流體腔室。在另一方面，提供一種用于渦輪發(fā)動機的燃燒器組件。該燃燒器組件包括:外殼，其包括空氣腔室；燃燒器襯套，其定位在外殼內(nèi)，并且在其中限定在燃燒室；以及包括多個燃料噴嘴的燃料噴嘴組件。多個燃料噴嘴中的各個聯(lián)接到燃燒襯套上。多個燃料噴嘴中的各個包括:殼體，其包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面在其中限定冷卻流體腔室和燃料腔室。多個混合管聯(lián)接成與空氣腔室處于流連通，并且延伸通過殼體。各個混合管包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面限定在空氣腔室和燃燒室之間延伸的流動通道。多個混合管中的至少一個混合管包括至少一個冷卻流體孔口，以將冷卻流體流從冷卻流體腔室引導(dǎo)到流動通道。冷卻管道聯(lián)接成與冷卻流體腔室處于流連通，以將冷卻流體流引導(dǎo)到冷卻流體腔室。在又一方面，提供一種組裝用于渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴組件的方法。該方法包括在前端壁和相對的后端壁之間聯(lián)接側(cè)壁，以形成殼體，殼體具有在其中限定腔體的內(nèi)表面。將內(nèi)壁聯(lián)接到殼體內(nèi)表面上，使得在內(nèi)壁和前端壁之間限定燃料腔室，以及使得在內(nèi)壁和后端壁之間限定冷卻流體腔室。將多個混合管聯(lián)接到殼體上，使得多個混合管中的各個混合管延伸通過殼體，多個混合管中的各個包括限定流動通道的內(nèi)表面。通過至少一個混合管而限定至少一個冷卻流體孔口，以將冷卻流體腔室聯(lián)接成與混合管流動通道處于流連通。將冷卻管道聯(lián)接到殼體上，使得將冷卻管道聯(lián)接成與冷卻流體腔室處于流連通。


圖1是示例性潤輪發(fā)動機的示意圖。圖2是可用于圖1中顯示的渦輪發(fā)動機的示例性燃料噴嘴組件的截面圖。圖3是圖2中顯示的、具有簡化的管布置的燃料噴嘴組件的一部分的沿著線3-3得到的截面圖。圖4是可用于圖2中顯示的燃料噴嘴組件的示例性燃料噴嘴的一部分的沿著區(qū)域4得到的放大橫截面圖。圖5是圖2中顯示的燃料噴嘴組件的備選實施例的截面圖。圖6是圖5中顯示的燃料噴嘴組件的一部分的沿著線6-6得到的截面圖。圖7是圖5中顯示的燃料噴嘴的備選實施例的一部分的沿著區(qū)域7得到的放大橫截面圖。圖8-10是可用于圖5中顯示的燃料噴嘴組件的燃料噴嘴的備選實施例的放大橫截面圖。圖11是圖4中顯示的燃料噴嘴的一部分的沿著區(qū)域11得到的放大截面圖。圖12是圖11中顯示的燃料噴嘴的一部分的沿著線12-12得到的截面圖。圖13-15是圖11中顯示的燃料噴嘴的備選實施例的放大截面圖。部件列表 10渦輪發(fā)動機 11區(qū)域
12進氣區(qū)段 14壓縮機區(qū)段 16燃燒器區(qū)段 18渦輪區(qū)段 20排氣區(qū)段 22轉(zhuǎn)子組件24軸
26中心線軸線28負載30燃燒器組件34燃料噴嘴組件36燃燒室38燃料噴嘴40燃料供應(yīng)系統(tǒng)42冷卻流體系統(tǒng)44外殼46室48端蓋50外部部分52空氣腔室54燃燒器襯套56內(nèi)表面58中心線軸線60燃燒氣體流徑62外部噴嘴64中心噴嘴70端板72外部部分74開口76沖擊板84殼體86側(cè)壁88前端壁90后端壁92后端壁外表面94側(cè)壁外表面96徑向內(nèi)表面98腔體100縱向軸線102內(nèi)壁104燃料腔室106冷卻流體腔室108燃料管道110內(nèi)表面112燃料通道114 開口116冷卻管道118冷卻流體122內(nèi)表面124冷卻通道126 開口128混合管130中心部分132外表面134內(nèi)表面136流動通道138軸線140入口開口142出口開口144 開口146空氣148燃料孔口150冷卻流體孔口152燃料
154燃料-空氣混合物156中心線軸線157中心線軸線158邊界層159沖擊板
160開口
161開口162分割壁
163開口
164開口165分隔壁166室
167室
168開口
169開口
170冷卻開口172組174外表面176內(nèi)表面178中心線軸線 180外表面 182尖部立而 184尖部表面 186 槽口 188邊界層 190通道。
具體實施例方式通過提供燃料噴嘴組件，本文描述的示例性方法和系統(tǒng)克服了至少一些已知的燃燒器組件的至少一些缺點，該燃料噴嘴組件包括聯(lián)接到冷卻流體腔室上的混合管，冷卻流體腔室使得冷卻流體能夠被引導(dǎo)通過混合管，以及/或者被引導(dǎo)到混合管周圍，進入到燃燒室中，以有利于減少攏焰/逆燃事件，以及減少NOx排放。此外，混合管包括使得燃料能夠被引導(dǎo)到混合管中的燃料孔口，以及冷卻孔口，冷卻孔口在燃料孔口的下游，以使得冷卻流體能夠被引導(dǎo)到混合管中，使得在燃料混合物和混合管之間形成邊界層。通過在燃料混合物的下游將冷卻流體引導(dǎo)到混合管中，混合管有利于降低燃料噴嘴的攏焰/逆燃的可能性。另外，燃料噴嘴組件包括多個開口，該多個開口圍繞混合管而定向，以使得冷卻流體能夠被引導(dǎo)到燃燒室中，以有利于減少漩渦的形成，漩渦可在燃料噴嘴組件內(nèi)引起尖銳音頻。通過減少這樣的漩渦的形成，有利于減少不合需要的振動(振動可對燃料噴嘴組件造成損害)，使得渦輪發(fā)動機的工作效率和使用壽命得到提高。如本文所用，用語“冷卻流體”表示氮、空氣、燃料、惰性氣體或者它們的某個組合，以及/或者使得燃料噴嘴能夠如本文描述的那樣起作用的任何其它流體。如本文所用，用語“上游”表示渦輪發(fā)動機的前端，并且用語“下游”表示渦輪發(fā)動機的后端。圖1是示例性渦輪發(fā)動機10的示意圖。渦輪發(fā)動機10包括進氣區(qū)段12、在進氣區(qū)段12下游的壓縮機區(qū)段14、在壓縮機區(qū)段14下游的燃燒器區(qū)段16、在燃燒器區(qū)段16下游的渦輪區(qū)段18，以及在渦輪區(qū)段18下游的排氣區(qū)段20。渦輪區(qū)段18通過轉(zhuǎn)子組件22聯(lián)接到壓縮機區(qū)段14上，轉(zhuǎn)子組件22包括沿著中心線軸線26延伸的軸24。此外，渦輪區(qū)段18可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到壓縮機區(qū)段14和負載28上，諸如(但不限于)發(fā)電機和/或機械驅(qū)動應(yīng)用。在該示例性實施例中，燃燒器區(qū)段16包括各自聯(lián)接成與壓縮機區(qū)段14處于流連通的多個燃燒器組件30。各個燃燒器組件30包括聯(lián)接到燃燒室36上的燃料噴嘴組件34。在該示例性實施例中，各個燃料噴嘴組件34包括多個燃料噴嘴38，燃料噴嘴38聯(lián)接到燃燒室36上，以將燃料-空氣混合物輸送到燃燒室36。燃料供應(yīng)系統(tǒng)40聯(lián)接到各個燃料噴嘴組件34上，以將燃料流弓I導(dǎo)到燃料噴嘴組件34。另外，冷卻流體系統(tǒng)42聯(lián)接到各個燃料噴嘴組件34上，以將冷卻流體流引導(dǎo)到各個燃料噴嘴組件34。在運行期間，空氣流過壓縮機區(qū)段14，并且壓縮空氣排到燃燒器區(qū)段16中。燃燒器組件30將燃料(例如天然氣和/或燃料油)噴射到空氣流中，點燃燃料-空氣混合物以通過燃燒使燃料-空氣混合物膨脹，并且產(chǎn)生高溫燃燒氣體。燃燒氣體從燃燒器組件30排向渦輪區(qū)段18，在渦輪區(qū)段18中，氣體中的熱能轉(zhuǎn)換成機械旋轉(zhuǎn)能。燃燒氣體對渦輪區(qū)段18和轉(zhuǎn)子組件22施加旋轉(zhuǎn)能，轉(zhuǎn)子組件22隨后對壓縮機區(qū)段14提供旋轉(zhuǎn)功率。圖2是示例性燃料噴嘴組件34的截面圖。圖3是具有簡化的管布置的燃料噴嘴組件34的一部分的沿著圖2中的線3-3得到的截面圖。圖4是沿著圖2中的區(qū)域4得到的燃料噴嘴38的一部分的放大橫截面圖。在該示例性實施例中，燃燒器組件30包括外殼44，外殼44在其中限定室46。端蓋48聯(lián)接到外殼44的外部部分50上，使得空氣腔室52限定在室46內(nèi)。壓縮機區(qū)段14(在圖1中顯示)聯(lián)接成與室46處于流連通，以在壓縮機區(qū)段14下游將壓縮空氣引導(dǎo)到空氣腔室52。在該示例性實施例中，各個燃燒器組件30包括燃燒器襯套54，燃燒器襯套54定位在室46內(nèi)，并且聯(lián)接成通過過渡件(未顯示)與渦輪區(qū)段18 (在圖1中顯示)處于流連通，并且與壓縮機區(qū)段14處于流連通。燃燒器襯套54包括基本圓柱形的內(nèi)表面56，內(nèi)表面56限定沿著中心線軸線58沿軸向延伸的燃燒室36。燃燒器襯套54聯(lián)接到燃料噴嘴組件34上，以使得燃料能夠被引導(dǎo)到燃燒室36中。燃燒室36限定從燃料噴嘴組件34延伸到渦輪區(qū)段18的燃燒氣體流徑60。在該示例性實施例中，燃料噴嘴組件34接收來自空氣腔室52的空氣流，接收來自燃料供應(yīng)系統(tǒng)40的燃料流，并且將燃料/空氣的混合物引導(dǎo)到燃燒室36中，以產(chǎn)生燃燒氣體。燃料噴嘴組件34包括多個燃料噴嘴38，燃料噴嘴38至少部分地定位在空氣腔室52內(nèi)，并且聯(lián)接到燃燒器襯套54上。在該示例性實施例中，燃料噴嘴組件34包括圍繞中心噴嘴64沿周向隔開的多個外部噴嘴62。中心噴嘴64沿著中心線軸線58定向。在該示例性實施例中，端板70聯(lián)接到燃燒器襯套54的外部部分72上，使得燃燒室36限定在端板70和燃燒器襯套54之間。端板70包括多個開口 74，開口 74延伸通過端板70，并且各自在大小和形狀上設(shè)置成接收通過其中的燃料噴嘴38。各個燃料噴嘴38定位在對應(yīng)的開口 74內(nèi)，使得噴嘴38聯(lián)接成與燃燒室36處于流連通。在備選實施例中，燃料噴嘴組件34不包括端板70，并且燃料噴嘴34聯(lián)接到鄰近的燃料噴嘴34上。在該示例性實施例中，各個燃料噴嘴38包括殼體84，殼體84包括在前端壁88和相對的后端壁90之間延伸的側(cè)壁86。后端壁90在前端壁88和燃燒室36之間，并且包括至少部分地限定燃燒室36的外表面92。側(cè)壁86包括徑向外表面94和徑向內(nèi)表面96。徑向內(nèi)表面96限定基本圓柱形的腔體98，腔體98沿著縱向軸線100在前端壁88和后端壁90之間延伸。內(nèi)壁102定位在腔體98內(nèi)，并且從內(nèi)表面96向外延伸，使得燃料腔室104限定在內(nèi)壁102和前端壁88之間，以及使得冷卻流體腔室106限定在內(nèi)壁102和后端壁90之間。在該示例性實施例中，內(nèi)壁102定向成使得冷卻流體腔室106沿著縱向軸線100在燃料腔室104的下游。備選地，內(nèi)壁102可定向成使得冷卻流體腔室106在燃料腔室104的上游。
在該示例性實施例中，燃料管道108聯(lián)接成與燃料腔室104處于流連通，以將燃料從燃料供應(yīng)系統(tǒng)40引導(dǎo)到燃料腔室104。燃料管道108在端蓋48和殼體84之間延伸，并且包括內(nèi)表面110，內(nèi)表面110限定聯(lián)接到燃料腔室104上的燃料通道112。此外，燃料管道108聯(lián)接到前端壁88上，并且相對于延伸通過前端壁88的開口 114而定向成將燃料通道112聯(lián)接到燃料腔室104上。多個冷卻管道116在冷卻流體系統(tǒng)42 (在圖1中顯示)和燃料噴嘴組件34之間延伸，以將冷卻流體引導(dǎo)到燃料噴嘴組件34。在該示例性實施例中，各個冷卻管道116聯(lián)接到對應(yīng)的燃料噴嘴38上，以將冷卻流體流118引導(dǎo)到冷卻流體腔室106。此外，各個冷卻管道116包括限定冷卻通道124的內(nèi)表面122，并且各自聯(lián)接到內(nèi)壁102上，使得冷卻通道124與冷卻流體腔室106處于流連通。在該示例性實施例中，冷卻管道116在燃料管道108內(nèi)，并且通過燃料腔室104而延伸內(nèi)壁102。冷卻管道116相對于延伸通過內(nèi)壁102的開口 126而定向成使得冷卻通道124聯(lián)接成與冷卻流體腔室106處于流連通。此外，冷卻管道116構(gòu)造成將冷卻流體118噴射到混合管128中，以有利于改進攏焰/逆燃裕度和NOx性能。另外，冷卻管道116將冷卻流體118的至少一部分引導(dǎo)向后端壁90，并且在混合管128的出口周圍排出冷卻流體118，以有利于后端壁90的對流冷卻。在該示例性實施例中，燃料噴嘴38包括各自延伸通過殼體84的多個混合管128。混合管128定向成從燃料噴嘴組件34的中心部分130朝殼體84的外表面132向外延伸的多個排，并且圍繞噴嘴中心部分130沿周向隔開。各個混合管128包括基本圓柱形的內(nèi)表面134，內(nèi)表面134限定在前端壁88和后端壁90之間且沿著中心線軸線138延伸的流動通道136。更具體而言，內(nèi)表面134在延伸通過前端壁88的入口開口 140和延伸通過后端壁90的出口開口 142之間延伸，以將空氣腔室52聯(lián)接到燃燒室36上。另外，各個混合管128延伸通過限定在內(nèi)壁102中的多個開口 144。流動通道136在大小和形狀上設(shè)置成使得空氣146能夠從空氣腔室52被引導(dǎo)到燃燒室36中。在該示例性實施例中，各個混合管128基本平行于縱向軸線100。備選地，至少一個混合管128可定向成相對于縱向軸線100傾斜。在該示例性實施例中，至少一個混合管128包括至少一個燃料孔口 148，以及限定在其中的至少一個冷卻流體孔口 150。燃料孔口 148延伸通過混合管內(nèi)表面134，以將燃料腔室104聯(lián)接到流動通道136上。燃料孔口 148構(gòu)造成使得燃料152能夠從燃料腔室104被引導(dǎo)到流動通道136，以有利于混合燃料152與空氣146而形成燃料-空氣混合物154，燃料-空氣混合物154被引導(dǎo)到燃燒室36。在該示例性實施例中，燃料孔口 148沿著定向成基本垂直于流動通道軸線138的中心線軸線156延伸。備選地，燃料孔口 148可定向成相對于流動通道軸線138傾斜。冷卻流體孔口 150延伸通過混合管內(nèi)表面134，以將冷卻流體腔室106聯(lián)接到流動通道136上。在該示例性實施例中，冷卻流體孔口 150沿著定向成相對于流動通道軸線138傾斜的中心線軸線157延伸。冷卻流體孔口 150在大小和形狀上設(shè)置成將冷卻流體118排到流動通道136中，以有利于在混合管內(nèi)表面134和燃料-空氣混合物154之間形成邊界層158，以及有利于減少混合管128內(nèi)的攏焰/逆燃事件。在該示例性實施例中，冷卻流體孔口 150相對于流動通道軸線158定向成使得冷卻流體118傾斜地排向出口開口 142。備選地，冷卻流體孔口 150可定向成相對于流動通道軸線158基本垂直。在另一個實施例中，冷卻流體孔口 150可定向成將冷卻流體118排向入口開口 140。圖5是燃料噴嘴組件34的備選實施例的截面圖。圖6是燃料噴嘴組件34的一部分的沿著線6-6得到的截面圖。圖7是燃料噴嘴38的一部分的沿著圖5中顯示的區(qū)域7得到的放大橫截面圖。圖5-7中顯示的相同構(gòu)件標有圖2-4中使用的相同的參考標號。在備選實施例中，沖擊板159聯(lián)接到端板70上，并且向外與端板70隔開一距離，使得室160限定在端板70和沖擊板159之間。側(cè)壁外表面94聯(lián)接到端板70和沖擊板159上，使得室160限定在外表面94、沖擊板159和端板70之間。側(cè)壁86包括至少一個開口 161，開口161延伸通過側(cè)壁外表面94，以使冷卻流體腔室106與室160聯(lián)接。冷卻管道116聯(lián)接到側(cè)壁外表面94上，并且相對于開口 161定向成將冷卻通道124聯(lián)接成與冷卻流體腔室106處于流連通。更具體而言，冷卻管道116聯(lián)接到?jīng)_擊板159上，使得冷卻通道124與室160處于流連通。開口 161在大小和形狀上設(shè)置成使得冷卻流體能夠從冷卻通道124被引導(dǎo)到冷卻流體腔室106。另外，冷卻管道116定向成將冷卻流體118引導(dǎo)向端板70，以有利于端板70的對流冷卻。另外，各個冷卻管道116聯(lián)接到冷卻歧管162上，冷卻歧管162包括對應(yīng)于各個冷卻管道116的多個閥(未顯示)，以使得冷卻流體能夠選擇性地被引導(dǎo)到各個冷卻管道116。圖8-10是燃料噴嘴38的備選實施例的放大橫截面圖。在圖8_10中顯示的相同構(gòu)件標有圖7中使用的相同的參考標號。參照圖8,在另一個實施例中,沖擊板159包括多個沖擊開口 163，沖擊開口 163各自在大小和形狀上設(shè)置成使得來自空氣腔室52的空氣能夠被引導(dǎo)到室160中，以有利于端板70的沖擊冷卻。另外，端板70包括多個流出開口 164，流出開口 164延伸通過端板70，并且各自在大小和形狀上設(shè)置成使得空氣能夠從室160被引導(dǎo)到燃燒室36中，以有利于冷卻端板70。分隔壁165在冷卻管道116和端板70之間延伸，以隔離冷卻通道124與室160。分隔壁165在大小和形狀上設(shè)置成通過開口 161將冷卻流體118從冷卻通道124引導(dǎo)到冷卻流體腔室106。參照圖9和10，在備選實施例中，分割壁166聯(lián)接到冷卻管道116上，使得分割壁166至少部分地限定冷卻通道124。分割壁166定位在冷卻管道116和殼體84之間，使得室167限定在分割壁166和側(cè)壁外表面94之間。分割壁166包括至少一個開口 168，開口168延伸通過分割壁166，以將冷卻通道124聯(lián)接成與室167處于流連通，使得冷卻流體118從冷卻通道124引導(dǎo)出，通過室167，并且到達冷卻流體腔室106。另外，在一個實施例中，分隔壁165包括至少一個開口 169，以將冷卻通道124聯(lián)接成與室160處于流連通。在這種實施例中，沖擊板159和端板70分別可不包括開口 163和164。圖11是燃料噴嘴38的一部分的沿著圖4中顯示區(qū)域11得到的放大截面圖。圖12是圖11中顯示的燃料噴嘴38的一部分的沿著線12-12得到的截面圖。在圖11和12中顯示的相同構(gòu)件標有圖2-4中使用的相同的參考標號。在該示例性實施例中,后端壁90包括多個冷卻開口 170，冷卻開口 170延伸通過后端壁90，以使得冷卻流體118能夠從冷卻流體腔室106被引導(dǎo)到燃燒室36中。冷卻開口 170圍繞混合管128沿周向隔開。更具體而言，燃料噴嘴組件34包括圍繞至少一個混合管128的外表面174沿周向隔開的至少一組172冷卻開口 170。在一個實施例中，燃料噴嘴組件34包括各自相對于對應(yīng)的混合管128定向的多組172冷卻開口 170。各個冷卻開口 170在大小和形狀上設(shè)置成將冷卻流體118排向燃燒室36，以使得能夠調(diào)節(jié)端壁外表面92下游的燃燒流動態(tài)特性，使得通過開口 170和出口開口 142的燃料和空氣進行二次混合，以有利于改進燃料和空氣混合，以及有利于減小在燃燒器組件30的運行期間產(chǎn)生的尖銳音頻噪聲的幅度。在該示例性實施例中，各個冷卻開口 170包括內(nèi)表面176，內(nèi)表面176沿著定向成基本平行于混合管軸線138的中心線軸線178延伸。備選地，各個冷卻開口 170可定向成相對于混合管軸線138傾斜。在一個實施例中，各個冷卻開口 170定向成使得冷卻流體118排向混合管流動通道136。在另一個實施例中，各個冷卻開口 170定向成使得冷卻流體118遠離混合管128而排出。圖13-15是備選燃料噴嘴180的放大截面圖。在圖13_15中顯示的相同構(gòu)件標有圖11中使用的相同的參考標號。參照圖13，在備選實施例中，混合管128包括從后端壁外表面92向外且向燃燒室36延伸一距離181的內(nèi)表面134?；旌瞎?28還包括尖部端182，尖部端182包括在內(nèi)表面134和外表面174之間延伸的尖部表面184。在該示例性實施例中，尖部表面184相對于后端壁外表面92定向成第一傾斜角度α 。各個冷卻開口 170定向成大致等于第一傾斜角度α I的第二傾斜角度α 2，使得各個冷卻通道沿著尖部表面184且朝向流動通道136排出冷卻流體。參照圖14，在另一個實施例中，混合管128包括至少一個槽口 186，槽口 186沿著混合管外表面174而限定，以將冷卻流體腔室106聯(lián)接成與燃燒室36處于流連通。槽口186在大小和形狀上設(shè)置成將冷卻流體118從冷卻流體腔室106排到燃燒室36，以有利于在混合管外表面174周圍且穿過后端壁90形成射流層188，以調(diào)節(jié)端壁外表面92下游的燃燒流動態(tài)特性，使得通過槽口 186和出口開口 142的燃料和空氣進行二次混合，以有利于改進燃料和空氣混合，以及減小在燃燒器組件30的運行期間產(chǎn)生的尖銳音頻噪聲的幅度。在一個實施例中，槽口 186定向成基本平行于流動通道136。備選地，槽口 186可定向成相對于流動通道136傾斜，使得槽口 186從外表面174延伸向內(nèi)表面134。另外，在一個實施例中，混合管128包括圍繞外表面174沿周向定向的多個槽口 186。在另一個實施例中，混合管128從端壁外表面92向外延伸，如圖13中顯不的那樣。參照圖15，在一個實施例中，混合管128包括從外表面174延伸向混合管內(nèi)表面122的至少一個通道190。通道190延伸通過尖部表面184，以將冷卻流體腔室106聯(lián)接成與燃燒室36處于流連通。通道190在大小和形狀上設(shè)置成使得冷卻流體能夠從來自冷卻流體腔室106的冷卻流體118被引導(dǎo)到燃燒室36，以有利于通過通道190和出口開口 142的燃料和空氣進行二次混合。

選擇冷卻流體孔口 150的大小、形狀和定向，以有利于將冷卻流體引導(dǎo)到混合管128中，以有利于減少攏焰/逆燃事件，以及有利于混合燃料/空氣混合物與冷卻流體。另夕卜，選擇冷卻開口 170、槽口 186和通道190的大小、形狀和定向，以有利于穿過后端壁90且在燃燒室36內(nèi)形成射流層，以調(diào)節(jié)燃燒流動態(tài)特性，以及有利于減小在燃料噴嘴組件34內(nèi)引起不合需要的振動的尖銳音頻的幅度。通過提供燃料噴嘴組件，上面描述的設(shè)備和方法克服了已知的燃燒器組件的至少一些缺點，該燃料噴嘴組件包括混合管，混合管聯(lián)接到冷卻流體腔室上，使得冷卻流體可被引導(dǎo)到混合管中，以有利于在燃料/空氣混合物和混合管之間形成邊界層，以減少不合需要的攏焰/逆燃事件。此外，混合管包括使得燃料能夠被引導(dǎo)到混合管中的燃料孔口，以及冷卻孔口，冷卻孔口在燃料孔口下游，以使得冷卻流體能夠被引導(dǎo)到混合管中，使得在燃料混合物和混合管之間形成邊界層。通過在燃料混合物下游將冷卻流體引導(dǎo)到混合管中，混合管有利于降低燃料噴嘴的工作溫度。另外，燃料噴嘴組件包括圍繞混合管而定向的多個開口，以使得冷卻流體能夠被引導(dǎo)到燃燒室中，以產(chǎn)生燃料/空氣混合物與冷卻流體的二次混合，以減少NOx的形成，以及有利于減少漩渦的形成，漩渦在燃料噴嘴組件內(nèi)可引起尖銳音頻。通過減少這樣的漩渦的形成，有利于減少可對燃料噴嘴組件造成損害的不合需要的振動，使得渦輪發(fā)動機的工作效率和使用壽命得到提高。在上面詳細描述了用于渦輪發(fā)動機中的燃燒器組件及其組裝方法的示例性實施例。方法和設(shè)備不限于本文描述的具體實施例，而是相反，系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法的步驟可獨立地并且與本文描述的其它構(gòu)件和/或步驟分開來使用。例如，方法和設(shè)備也可與其它燃燒系統(tǒng)和方法結(jié)合起來使用，并且不限于僅用本文描述的渦輪發(fā)動機組件來實踐。相反，可結(jié)合許多其它燃燒系統(tǒng)應(yīng)用來實施和利用示例性實施例。雖然可能在一些圖中顯示了本發(fā)明的多種實施例的具體特征，而未在其它圖中顯示，但這僅是為了方便。此外，在以上描述中對“一個實施例”的參照不意圖解釋為排除也結(jié)合了所敘述的特征的另外的實施例的存在。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖的任何特征可結(jié)合任何其它圖的任何特征來參照和/或聲明。本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪發(fā)動機(10)的燃料噴嘴組件(34)，所述燃料噴嘴組件包括: 多個燃料噴嘴(38)，其定位在由外殼(44)限定的空氣腔室內(nèi)，所述多個燃料噴嘴中的各個聯(lián)接到限定燃燒室的燃燒襯套(54)上，所述多個燃料噴嘴中的各個包括: 殼體(84)，其包括內(nèi)表面(96)，該內(nèi)表面(96)在其中限定冷卻流體腔室(106)和燃料腔室(104);以及 延伸通過所述殼體的多個混合管(128)，其中，所述混合管中的各個包括內(nèi)表面(134)，該內(nèi)表面(134)限定在所述空氣腔室和所述燃燒室之間延伸的流動通道(136)，所述多個混合管中的至少一個混合管包括至少一個冷卻流體孔口(150)，以將冷卻流體流從所述冷卻流體腔室引導(dǎo)到所述流動通道；以及 至少一個冷卻管道(116)，其聯(lián)接成與所述冷卻流體腔室處于流連通，以將冷卻流體流引導(dǎo)到所述冷卻流體腔室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴組件(34)，其特征在于，所述至少一個混合管(128)包括用于將燃料流從所述燃料腔室(104)引導(dǎo)到所述流動通道(136)的至少一個燃料孔口(148)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴組件(34)，其特征在于，所述殼體(84)進一步包括: 側(cè)壁(86)，其包括在前端壁(88)和相對的后端壁(90)之間延伸的內(nèi)表面(96);以及內(nèi)壁(102)，其從所述側(cè)壁內(nèi)表面向內(nèi)延伸，使得所述燃料腔室(104)限定在所述內(nèi)壁和所述前端壁之間，以及使得所述冷卻流體腔室(106)限定在所述內(nèi)壁和所述后端壁之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料噴嘴組件(34)，其特征在于，所述內(nèi)壁(102)包括延伸通過所述內(nèi)壁的開口(126)，所述冷卻管道(116)聯(lián)接到所述內(nèi)壁上，使得所述內(nèi)壁開口將所述冷卻管道聯(lián)接成與所述冷卻流體腔室(106)處于流連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料噴嘴組件(34)，其特征在于，所述側(cè)壁(86)包括延伸通過所述側(cè)壁內(nèi)表面(96)的至少一個開口(161)，所述冷卻管道(116)聯(lián)接到所述側(cè)壁上，使得所述至少一個側(cè)壁開口將所述冷卻管道聯(lián)接成與所述冷卻流體腔室(106)處于流連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料噴嘴組件(34)，其特征在于，所述燃料噴嘴組件(34)進一步包括: 聯(lián)接到所述側(cè)壁(86)的外表面(94)上的端板(70);以及 沖擊板(159)，其聯(lián)接到所述側(cè)壁外表面上，并且從所述端板向外隔開，使得第一室限定在所述端板和所述沖擊板之間，所述冷卻管道(116)聯(lián)接到所述沖擊板上，以將冷卻流體流引導(dǎo)到所述第一室和所述冷卻流體腔室(106)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料噴嘴組件(34)，其特征在于，所述燃料噴嘴組件(34)進一步包括聯(lián)接在所述冷卻管道(116)和所述端板(70)之間的分隔壁(165)，以隔離所述冷卻管道與所述第一室。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料噴嘴組件(34)，其特征在于，所述分隔壁(165)包括延伸通過所述分隔壁的至少一個開口(169)，以將所述冷卻管道(116)聯(lián)接成與所述多個燃料噴嘴(38)處于流連通。
9.一種用于渦輪發(fā)動機(30)的燃燒器組件(30)，所述燃燒器組件包括:包括空氣腔室的外殼(44)； 燃燒器襯套(54)，其定位所述外殼內(nèi)，并且在其中限定燃燒室；以及包括多個燃料噴嘴(38)的燃料噴嘴組件(34)，所述多個燃料噴嘴中的各個聯(lián)接到所述燃燒襯套上，所述多個燃料噴嘴中的各個包括: 殼體(84)，其包括前端壁(88)和后端壁(90)，以及在所述前端壁和所述后端壁之間延伸的側(cè)壁(86)，所述側(cè)壁包括內(nèi)表面(96)，該內(nèi)表面(96)在其中限定冷卻流體腔室(106)和燃料腔室(104)； 多個混合管(128)，其聯(lián)接成與所述空氣腔室處于流連通，并且延伸通過所述殼體，其中，所述混合管中的各個包括內(nèi)表面(134)，該內(nèi)表面(134)限定在所述空氣腔室和所述燃燒室之間延伸的流動通道(136)，所述多個混合管中的至少一個混合管包括至少一個冷卻流體孔口(150)，以將冷卻流體流從所述冷卻流體腔室引導(dǎo)到所述流動通道；以及 冷卻管道(116)，其聯(lián)接成與所述冷卻流體腔室處于流連通，以將冷卻流體流引導(dǎo)到所述冷卻流體腔室。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃燒器組件(30)，其特征在于，所述殼體側(cè)壁(86)包括延伸通過所述側(cè)壁內(nèi)表面(96)的至少一個開口(161)，所述冷卻管道(116)聯(lián)接到所述側(cè)壁上，使得所述至少一個 側(cè)壁開口將所述冷卻管道聯(lián)接成與所述冷卻流體腔室(106)處于流連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于渦輪發(fā)動機中的燃燒器組件及其組裝方法。本文描述一種用于渦輪發(fā)動機(10)的燃料噴嘴組件(34)。燃料噴嘴組件包括定位在由外殼(44)限定的空氣腔室內(nèi)的多個燃料噴嘴(38)。多個燃料噴嘴中的各個聯(lián)接到限定燃燒室的燃燒襯套(54)上。多個燃料噴嘴中的各個包括殼體(84)，其包括內(nèi)表面(96)，該內(nèi)表面在其中限定冷卻流體腔室(106)和燃料腔室(104)；及延伸通過殼體的多個混合管(128)。各個混合管包括內(nèi)表面(134)，其限定在空氣腔室和燃燒室之間延伸的流動通道(136)。多個混合管中的至少一個混合管包括至少一個冷卻流體孔口(150)，以將冷卻流體流從冷卻流體腔室引導(dǎo)到流動通道。
文檔編號F23R3/28GK103185353SQ20121043181
公開日2013年7月3日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月3日
發(fā)明者嚴鐘昊, T.E.約翰遜 申請人:通用電氣公司