燃燒室的制作方法
【專利摘要】一種用于在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃燒方法和燃燒室，所述噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有壓縮機(jī)部分和渦輪部分。所述燃燒室包括具有中心軸線的外部管，所述外部管在所述壓縮機(jī)部分與渦輪部分中間縱向延伸并且被定位成接收由所述壓縮機(jī)部分所排放的空氣。內(nèi)部管定位在所述外部管內(nèi)，所述內(nèi)部管包括與所述外部管的所述內(nèi)表面間隔開的相關(guān)外表面，從而限定燃燒腔室。所述外部管和內(nèi)部管包括流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)以便將由所述壓縮機(jī)部分所排出的空氣中的至少某些連通到所述燃燒腔室。流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)在從所述中心軸線偏置的方向上將空氣導(dǎo)向到所述燃燒腔室中，從而導(dǎo)致空氣圍繞所述中心軸線旋轉(zhuǎn)或渦旋。
【專利說明】燃燒室
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2011年8月11日提交的美國臨時(shí)申請N0.61/522412的優(yōu)先權(quán)，所述美國臨時(shí)申請的全部內(nèi)容在此通過參考并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種燃料燃燒器，并且更具體地涉及一種用于氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或加熱裝置的燃燒室，其基于燃燒空氣或燃燒空氣和燃料而傳遞離心力。
【背景技術(shù)】
[0003]氣體渦輪機(jī)(還稱為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī))是從燃燒氣體的流動(dòng)汲取能量的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。它們具有聯(lián)接到下游渦輪的上游壓縮機(jī)，在所述上游壓縮機(jī)與所述下游渦輪之間具有燃燒腔室。氣體渦輪機(jī)具有許多不同變型，但是它們?nèi)际褂孟嗤幕驹怼?br> [0004]噴氣式飛行器通常由渦輪噴氣或渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是通過下述方式工作的氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī):用入口和壓縮機(jī)來將空氣壓縮、將燃料與壓縮空氣混合、使燃燒室中的混合物燃燒以及隨后使熱的高壓氣體穿過渦輪和噴嘴。壓縮機(jī)是由渦輪驅(qū)動(dòng)的，所述渦輪從穿過它的膨脹氣體汲取能量。發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料中的能量轉(zhuǎn)化成排出物中的動(dòng)能，從而產(chǎn)生推力。由入口攝取的所有空氣都穿過壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪。
[0005]渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)非常類似于渦輪噴氣機(jī)，除了它還包含在壓縮區(qū)段之前的扇形物。就像壓縮機(jī)，扇形物也是由發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪區(qū)段驅(qū)動(dòng)的。不像渦輪噴氣機(jī)，由扇形物加速的某些流旁通燃燒室并且通過噴嘴排出。旁通的流的速率較低，但是質(zhì)量較高，從而使由扇形物產(chǎn)生的推力比由芯產(chǎn)生的推力更高效。渦扇機(jī)在次音速通常比渦輪噴氣機(jī)更高效，但是它們具有更大的前部區(qū)域，所述更大的前部區(qū)域在較高速度生成更大的拖曳。
[0006]渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)是從熱的排出噴氣汲取功來使旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)衍生物，所汲取的功隨后用于使螺旋槳旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生另外的推力。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)總體上具有比渦輪噴氣機(jī)更好的性能或者具有另外的推力。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)在低速(此時(shí)螺旋槳效率是高的)總體上具有比渦輪噴氣機(jī)或渦扇機(jī)更好的性能，但是在高速時(shí)噪聲越來越大并且效率越來越低。
[0007]渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)非常類似于渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，不同之處在于排出物中的幾乎所有能量都被引出來使旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)用于固定的動(dòng)力生成設(shè)備以及其他應(yīng)用。
[0008]與氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(尤其是在飛行器中)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)問題是滅火的可能性，這是在火焰在燃燒室內(nèi)熄滅時(shí)發(fā)生的。滅火的原因中的一個(gè)是，燃燒室內(nèi)的前部的火焰的不穩(wěn)定。因?yàn)樵陲w行期間發(fā)動(dòng)機(jī)故障顯然是有問題的，所以構(gòu)造一種氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)使得滅火的可能性降低將有利的。對于固定的動(dòng)力生成系統(tǒng)，需要減少排放物(主要是NOx)，以便滿足更新、更嚴(yán)厲的清潔空氣需求。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明提供了可在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和其他加熱/燃燒應(yīng)用中使用的一種新的并且改進(jìn)的燃燒方法以及一種燃燒室或燃燒器。在示出的實(shí)施例中，所述燃燒室示出為將與包括壓縮機(jī)部分和渦輪部分的類型的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用。
[0010]根據(jù)優(yōu)選和示出的實(shí)施例中的一個(gè)，所述噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)部分和渦輪部分。在這種一個(gè)優(yōu)選和示出的實(shí)施例中，所述燃燒室包括具有中心軸線的縱向延伸管，所述縱向延伸管定位成接收由所述壓縮機(jī)部分裝載的空氣。外部管具有外表面和內(nèi)表面。內(nèi)部管定位在所述外部管內(nèi)并且包括相關(guān)聯(lián)的外表面，所述外表面與所述外部管的內(nèi)表面間隔開，從而限定可以是燃燒腔室的通道，在所述通道處燃料混合物可以至少部分燃燒。
[0011]在示出的實(shí)施例中，所述外部管包括流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)用于將由所述壓縮機(jī)部分排放的空氣的至少某些連通到燃燒腔室通道，所述燃燒腔室通道限定在所述外部管的內(nèi)表面與所述內(nèi)部管的外表面之間。所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)將空氣在從所述外部管的中心軸線偏置的方向上導(dǎo)向，從而導(dǎo)致空氣圍繞所述中心軸線的旋轉(zhuǎn)。至少一個(gè)燃料供應(yīng)構(gòu)件將燃料直接或間接供應(yīng)到所述燃燒腔室通道，以便在所述燃燒腔室通道中形成旋轉(zhuǎn)的或渦旋的燃料空氣混合物。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，所述燃燒腔室通道中的所述旋轉(zhuǎn)燃料混合物可以在所述燃燒腔室通道中被完全或部分燃燒。
[0013]在優(yōu)選和示出的實(shí)施例中，所述內(nèi)部管還包括相關(guān)聯(lián)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，所述相關(guān)聯(lián)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)用于將它從所述壓縮機(jī)部分接收的空氣連通到所述燃燒腔室通道。所述相關(guān)聯(lián)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)將空氣在也是從所述中心軸線偏置的方向上導(dǎo)向。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，所述燃料構(gòu)件與所述燃燒腔室通道直接連通并且直接供應(yīng)燃料到所述腔室通道，在所述腔室通道處燃料與壓縮機(jī)空氣混合從而形成旋轉(zhuǎn)的/渦旋的可燃燒燃料/空氣混合物。在備選實(shí)施例中，所述燃料構(gòu)件將所述燃料與某些壓縮機(jī)空氣預(yù)混合并且隨后將所述預(yù)混合的燃料和空氣供應(yīng)到所述燃燒腔室通道，在所述燃燒腔室通道處所述預(yù)混合的燃料和空氣與已經(jīng)輸送到所述燃燒腔室通道的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)空氣(或燃料/空氣混合物)混合。在另一個(gè)備選實(shí)施例中，所述燃料構(gòu)件將燃料排放到由所述壓縮機(jī)部分排放的空氣流中(隨著所述空氣流朝向所述燃燒室流動(dòng))。在這種備選實(shí)施例中，燃料和壓縮機(jī)空氣都流過所述外部和/或內(nèi)部管的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進(jìn)入所述燃燒腔室通道中。
[0015]根據(jù)一個(gè)示出的實(shí)施例，所述外部和內(nèi)部管被布置成使得它們相應(yīng)的軸線重合。根據(jù)這種實(shí)施例的備選構(gòu)造，所述內(nèi)部和外部管的軸線與由所述壓縮機(jī)部分限定的旋轉(zhuǎn)軸線重合。
[0016]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括多個(gè)開口以及與每個(gè)開口相關(guān)聯(lián)的引導(dǎo)件，所述引導(dǎo)件相對于管的表面成角度，以便將徑向旋轉(zhuǎn)圍繞所述中心軸線傳遞到空氣。在示出的實(shí)施例中，所述引導(dǎo)件布置在圍繞所述外部管的周邊延伸的一系列排中。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述內(nèi)部管具有類似流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
[0017]在更優(yōu)選的實(shí)施例中，所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括在所述外部管中形成的一系列階狀物，所述階狀物包括開口，所述開口用于將空氣在導(dǎo)致混合物圍繞所述中心軸線的旋轉(zhuǎn)或渦旋的方向上導(dǎo)向到所述燃燒腔室通道中。根據(jù)這種更優(yōu)選的實(shí)施例的特征，每個(gè)階狀物都具有L形，所述L形包括第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，所述第二構(gòu)件包括用于將空氣導(dǎo)向的開口，以使得一個(gè)階狀物的開口將空氣橫跨鄰接的階狀物導(dǎo)向以便傳遞旋轉(zhuǎn)到所述混合物。[0018]根據(jù)示例性實(shí)施例，所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括多個(gè)開口，所述多個(gè)開口每個(gè)都從所述外部管的外表面延伸到所述內(nèi)表面，每個(gè)開口都以相對于一軸線成角度地延伸穿過所述外部管，所述一軸線在所述內(nèi)部管的外表面的法線方向上延伸并且穿過所述中心軸線。根據(jù)這種實(shí)施例的特征，所述外部管包括多個(gè)第二開口，所述多個(gè)第二開口每個(gè)都在延伸到所述中心軸線的方向上從所述外部管的外表面延伸到所述內(nèi)表面。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，所述內(nèi)部管包括類似流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
[0019]在優(yōu)選和示出的實(shí)施例中，所述外部管形成為限定所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的一系列重疊弓形板，每個(gè)板都具有波紋輪廓，所述波紋輪廓具有一系列通道，空氣穿過所述一系列通道被導(dǎo)向到所述燃燒腔室通道中。在這種實(shí)施例中，所述波紋輪廓包括多個(gè)交替尖點(diǎn)和凹部，并且優(yōu)選地，所述重疊板彼此縱向和徑向偏置，使得一個(gè)板的尖點(diǎn)定位在相鄰板的尖點(diǎn)之間。另外，在這種實(shí)施例中，每個(gè)板都將空氣在基本上平行于鄰接板延伸的方向上導(dǎo)向以便將旋轉(zhuǎn)傳遞到混合物。
[0020]在這種實(shí)施例的優(yōu)選構(gòu)造中，所述燃燒室的內(nèi)部管包括第一端和第二端，所述第一端與由所述壓縮機(jī)部分排放的空氣連通，所述第二端具有端壁以便將所述內(nèi)部管的第二端以氣密方式閉合。通過這種構(gòu)造，與所述內(nèi)部和外部管相關(guān)聯(lián)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)提供了到所述燃燒腔室通道的唯一流體路徑。
[0021]在根據(jù)公開實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造的燃燒室中，所述旋轉(zhuǎn)混合物在所述燃燒腔室通道內(nèi)徑向分層。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述燃燒室包括具有中心軸線的管，所述管被定位在所述壓縮機(jī)部分與所述渦輪部分中間并且具有外表面和內(nèi)表面。流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)在所述管上形成，所述管包括從所述外表面延伸到所述內(nèi)表面的通道。所述管的內(nèi)表面限定燃燒腔室。通道將由所述壓縮機(jī)部分排放的空氣與所述管的外表面連通。所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)將所述壓縮機(jī)空氣以從所述管的中心軸線偏置的角度導(dǎo)向，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)空氣在所述燃燒腔室中旋轉(zhuǎn)。燃料構(gòu)件將燃料或燃料與空氣的混合物直接或間接供應(yīng)到所述燃燒腔室。
[0023]在這種備選實(shí)施例的所示出的燃燒中，一種間隔開的連續(xù)壁圍繞所述管，從而限定所述通道的至少一部分以便將空氣連通到所述管的外表面。在這種實(shí)施例的更優(yōu)選構(gòu)造中，所述噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)包括多個(gè)這種備選燃燒室，所述備選燃燒室圍繞由所述壓縮機(jī)部分限定的旋轉(zhuǎn)軸線空間布置。
[0024]本發(fā)明的目的是提供一種噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，在所述燃燒室中空氣或者燃料和空氣被迫穿過流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致空氣/燃料混合物圍繞所述燃燒室的軸線的渦旋和/或旋轉(zhuǎn)。
[0025]通過下面對優(yōu)選實(shí)施例和附圖的詳細(xì)描述，將會(huì)得到關(guān)于本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)以及更充分的理解。
[0026]通過結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的另外特征和進(jìn)一步理解將變得清
λ.Μ
/E.ο
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是用于在根據(jù)本發(fā)明的方面的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃燒室的示意圖；
圖2A是沿著圖1的線2A-2A截取的剖視圖； 圖2B是沿著圖1的線2B-2B截取的剖視圖；
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的一部分的放大圖；
圖3B是沿著線3B-3B截取的圖3A的剖視圖；
圖4A-4D是根據(jù)本發(fā)明的備選流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的多個(gè)部分的放大圖；
圖5是用于在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的備選燃燒室的示意圖； 圖6A是沿著圖5的線6A-6A截取的剖視圖；
圖7是用于在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的備選燃燒室的示意圖； 圖8A是沿著圖7的線8A-8A截取的剖視圖；
圖8B是沿著圖7的線8B-8B截取的剖視圖；
圖9是用于在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的備選燃燒室的示意圖； 圖10是沿著圖9的線10-10截取的剖視圖，以及；
圖11是沿著圖10的線11-11截取的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明涉及一種燃料燃燒器，并且尤其涉及一種用于氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，所述燃燒室由燃燒空氣或空氣和燃料的燃燒傳遞離心力。雖然附圖總體上描繪了渦輪噴氣型發(fā)動(dòng)機(jī)并且說明書描述了本發(fā)明在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的使用，但是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在此描述的本發(fā)明的燃燒室適于在上面描述的任何發(fā)動(dòng)機(jī)變型中使用。
[0029]圖1-2B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200中使用的燃燒室240。如圖1所示，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200沿著軸線202延伸并且包括殼體210，所述殼體210沿著所述軸線從第一端212延伸到第二端214。殼體210的壁216限定內(nèi)部通道218，所述內(nèi)部通道218延伸殼體的長度。渦輪220、壓縮機(jī)230以及至少一個(gè)燃燒室240定位在殼體210的通道218內(nèi)并且沿著軸線202。壓縮機(jī)230包括軸或連接構(gòu)件232，所述軸或連接構(gòu)件232將壓縮機(jī)連接到渦輪220以便將所述連接構(gòu)件與所述渦輪一起旋轉(zhuǎn)。燃燒室240軸向定位在渦輪220與壓縮機(jī)230之間。
[0030]如圖2A-2B所示，燃燒室240包括外部和內(nèi)部管242、244，所述外部和內(nèi)部管242、244圍繞中心軸線241彼此同心，并且緊固到彼此和殼體210。燃燒室240的中心軸線241可以與發(fā)動(dòng)機(jī)200的軸線202同軸，或者可以與發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線間隔開(未示出)。連接構(gòu)件232延伸穿過內(nèi)部管244，并且軸密封件233設(shè)置在連接構(gòu)件與內(nèi)部管之間以便防止流體在所述連接構(gòu)件與所述內(nèi)部管穿過直接進(jìn)入渦輪220中。
[0031]外部與內(nèi)部管242、244之間的空間限定流體通道274以便接納燃料和空氣。外部管242的周邊包括流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248以便將流體徑向向內(nèi)導(dǎo)向到流體通道274。更具體地，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248構(gòu)造成將流體在從燃燒室240的中心軸線241偏置的方向上并且沿著相對于外部管242的內(nèi)表面的法線方向(未示出)成角度的路徑導(dǎo)向到流體通道274。
[0032]內(nèi)部管244的周邊包括流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252以便將流體從所述內(nèi)部管的內(nèi)部250徑向向外導(dǎo)向到流體通道274中。更具體地，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252被構(gòu)造成將流體在從燃燒室240的中心軸線241偏置的方向上并且沿著相對于內(nèi)部管244的外表面的法線方向(未示出)成角度的路徑導(dǎo)向到流體通道274中。流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252可以將它們的相應(yīng)的流體在相同的總體方向上導(dǎo)向。流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252可包括與翼片或弓I導(dǎo)件相關(guān)聯(lián)的一系列開口以便將流體以期望的方式導(dǎo)向(圖3A-4D)。
[0033]噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200還包括一個(gè)或多個(gè)管狀燃料供應(yīng)構(gòu)件254，所述構(gòu)件254延伸到燃燒室240的流體通道274中或者以其他方式與所述流體通道274直接流體連通，并且從所述通道徑向向外延伸，穿過殼體210的壁216，并且延伸到所述殼體外部的燃料源(未示出)。燃料供應(yīng)構(gòu)件254由此將燃料直接輸送到流體通道274 (如總體上用箭頭Fl標(biāo)示的)。雖然圖1-2B中示出了六個(gè)燃料供應(yīng)構(gòu)件254彼此徑向等距離間隔，將理解的是，根據(jù)本發(fā)明可以設(shè)置任何數(shù)量的展示出任何空間構(gòu)造的燃料供應(yīng)構(gòu)件。
[0034]環(huán)形壁251(見圖2B)緊固到外部和內(nèi)部管242、244的更接近壓縮機(jī)230的端部，以便以流體防漏方式密封流體通道274的一端。壁251設(shè)置有接納燃料供應(yīng)構(gòu)件254的端部的開口 253，以便在燃料供應(yīng)構(gòu)件與流體通道274之間建立直接流體路徑。
[0035]在運(yùn)行中，空氣在殼體210的第一端212處進(jìn)入(在總體上用箭頭D2 (圖2A)標(biāo)示的方向上)壓縮機(jī)230，并且作為壓縮的空氣退出壓縮機(jī)。退出壓縮機(jī)230的壓縮空氣中的某些直接流動(dòng)到內(nèi)部管244的內(nèi)部250中(如總體上用箭頭D3標(biāo)示的)并且穿過所述內(nèi)部管244的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252進(jìn)入流體通道274中。壓縮空氣中的某些還流動(dòng)到在外部管242與殼體212的壁216之間的周邊環(huán)形空間277，在所述周邊環(huán)形空間277處壓縮空氣流動(dòng)穿過外部管中的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248并且進(jìn)入流體通道274 (如總體上用箭頭D4標(biāo)示的)。壁255 (其緊固到外部和內(nèi)部管242、244的更接近渦輪220的端部并且在外部管與殼體210的壁216之間)防止壓縮空氣D4在沒有首先穿過燃燒室240的情況下進(jìn)入渦輪。
[0036]壓縮空氣D3、D4與燃料Fl混合，所述燃料Fl是經(jīng)由燃料供應(yīng)構(gòu)件254噴射到燃燒室240中的。因?yàn)榄h(huán)形壁251阻塞流體通道274的鄰近壓縮機(jī)230的端部，所以燃料Fl是通過燃料供應(yīng)構(gòu)件254直接導(dǎo)向到流體通道274中的。相應(yīng)地，燃燒室240的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252僅控制進(jìn)入流體通道274的壓縮空氣D4、D3的流動(dòng)，以便壓縮空氣與來自燃料供應(yīng)構(gòu)件254的燃料Fl在流體通道274內(nèi)以期望的方式混合。更具體地，隨著周邊空氣D4穿過外部管242中的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248并且進(jìn)入流體通道274，空氣與退出燃料供應(yīng)構(gòu)件254的燃料Fl混合。由于流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248的構(gòu)造，壓縮空氣D4隨著它進(jìn)入流體通道274而圍繞燃燒室240的中心軸線241傳遞離心力。渦旋空氣D4與燃料Fl混合，從而在流體通道274內(nèi)并且圍繞燃燒室240的中心軸線241形成渦旋空氣/燃料混合物。
[0037]同樣，壓縮空氣D3進(jìn)入內(nèi)部管244的內(nèi)部250并且穿過內(nèi)部管244的燃料導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252并且進(jìn)入流體通道274，從而由壓縮空氣D3圍繞燃燒室240的中心軸線241傳遞離心力。渦旋空氣D3與燃料Fl混合，從而在燃料通道274內(nèi)并且環(huán)繞燃燒室240的中心軸線241形成另外的渦旋空氣/燃料混合物。由燃料Fl與壓縮空氣D3形成的混合物與由燃料Fl與壓縮空氣D4在流體通道274內(nèi)所形成的混合物混合并且不能區(qū)別。
[0038]因?yàn)榱黧w導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252分別圍繞外部管242和內(nèi)部管244的整個(gè)周邊延伸，所以流體通道274內(nèi)的總空氣/燃料混合物被迫在用箭頭R標(biāo)示的單個(gè)方向(圖2B)上流動(dòng)，所述單個(gè)方向與燃燒室240的中心軸線241成橫向。將理解的是，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252可以將相應(yīng)的空氣/燃料混合物在相同(例如，相對于中心軸線241順時(shí)針)方向上在流體通道274內(nèi)導(dǎo)向。因此，流體通道274內(nèi)的空氣/燃料混合物經(jīng)歷相對于燃燒室240的中心軸線241并且在流體通道274內(nèi)的旋轉(zhuǎn)、螺旋效應(yīng)。旋轉(zhuǎn)、螺旋空氣/燃料混合物由任何數(shù)量的點(diǎn)火裝置(未示出)點(diǎn)燃以便點(diǎn)亮燃燒室240，所述點(diǎn)火裝置的類型為所屬領(lǐng)域眾所周知并且被定位在任何數(shù)量的適當(dāng)位置。例如，壁251可設(shè)置有開口(未示出)，點(diǎn)火器延伸穿過所述開口?；鹧鏅z驗(yàn)裝置(未示出)可以以任何數(shù)量定位在適當(dāng)位置以便檢測火焰的存在。
[0039]由于從壓縮機(jī)230和燃料供應(yīng)構(gòu)件254連續(xù)供應(yīng)空氣和燃料到燃燒室240，隨后(在通道內(nèi)的先前空氣/燃料混合物完全燃燒之前)螺旋空氣/燃料混合物在流體通道274內(nèi)形成，以使得螺旋空氣/燃料混合物在流體通道內(nèi)徑向分層。空氣燃料混合物的螺旋或旋轉(zhuǎn)提供燃料與空氣的充分混合，從而改進(jìn)燃燒。傳遞到燃料空氣混合物的螺旋模式有助于燃燒穩(wěn)定性，并且因此降低滅火的機(jī)會(huì)。
[0040]如圖2A-2B所示，來自點(diǎn)燃的空氣/燃料混合物的燃燒產(chǎn)物圍繞燃燒室240的中心軸線241以及噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200的軸線202旋轉(zhuǎn)地退出燃燒室240?？諝?燃料混合物的燃燒產(chǎn)物在提升的壓力和速率退出燃燒室240并且穿過渦輪220，從而由渦輪傳遞旋轉(zhuǎn)(如總體上用箭頭R3標(biāo)示的)。渦輪220轉(zhuǎn)而將燃燒產(chǎn)物在總體上用箭頭T標(biāo)示的方向上導(dǎo)向出噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200，以便提供推力到飛行器。因?yàn)檫B接構(gòu)件232將渦輪220旋轉(zhuǎn)地連接到壓縮機(jī)230，所以旋轉(zhuǎn)的渦輪驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。
[0041]根據(jù)本發(fā)明，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252中的每個(gè)都可具有適于分別傳遞旋轉(zhuǎn)到壓縮空氣D4、D3的任何構(gòu)造，從而與燃料Fl并且在流體通道274內(nèi)形成空氣/燃料混合物，所述混合物圍繞燃燒室240的中心軸線241渦旋。圖3A-3B示出了內(nèi)部管244的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252的一個(gè)構(gòu)造，并且所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，外部管242的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248可具有與流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252類似的構(gòu)造。備選地，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248和252可以是不類似的(未示出)。在任何情形中，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248被構(gòu)造成將流體徑向向內(nèi)導(dǎo)向，而流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252被構(gòu)造成將流體徑向向外導(dǎo)向。
[0042]如圖3A-B所示，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252包括內(nèi)部管244中的多個(gè)開口 284，以便允許壓縮空氣D3從內(nèi)部管的中心通道250徑向向外穿行到流體通道274。開口 284中的每個(gè)都從內(nèi)表面282到外表面280完全延伸穿過內(nèi)部管244。每個(gè)開口 284都可具有任何形狀，例如矩形、正方形、圓形、三角形等。開口 284都可具有相同形狀或不同形狀。開口 284沿著周邊(即，環(huán)繞內(nèi)部管244的圓周)彼此對準(zhǔn)從而形成無限循環(huán)。開口 284的一個(gè)或多個(gè)無限循環(huán)可以定位成沿著內(nèi)部管244的長度彼此相鄰或彼此間隔。每個(gè)循環(huán)都可具有任何數(shù)量的開口 284。相鄰循環(huán)中的開口 284可以彼此對準(zhǔn)或者可以彼此偏置。內(nèi)部管244中開口 284的大小、形狀、構(gòu)造和對準(zhǔn)取決于流過開口的壓縮空氣D3的期望流動(dòng)和性能特性。雖然開口 284示出為以預(yù)定模式沿著內(nèi)部管244布置，將理解的是，開口可以沿著內(nèi)部管任意定位(未示出)。
[0043]每個(gè)開口 284都包括對應(yīng)的流體導(dǎo)向凸出部分或引導(dǎo)件286以便將穿過相關(guān)聯(lián)的開口的壓縮空氣D3徑向向外并且在某個(gè)方向上導(dǎo)向到流體通道274中，所述方向從燃燒室240的中心軸線241偏置(即，將不與所述中心軸線交會(huì)的方向)。引導(dǎo)件286在內(nèi)部管244的內(nèi)表面282和/或外表面280 (未示出)上形成或者整體附接到所述內(nèi)表面282和/或外表面280。每個(gè)引導(dǎo)件286都相對于內(nèi)部管244的外表面280成角度(圖3b中示出)地延伸。引導(dǎo)件286可以相對于內(nèi)部管244的外表面280以相同角度或不同角度延伸。每個(gè)引導(dǎo)件286都相對于軸線287以用α 2標(biāo)示的角度延伸，所述軸線287垂直于內(nèi)部管244的外表面280。[0044]因?yàn)橥獠抗?42上的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248可以形成為類似于內(nèi)部管244上的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248 (未示出)相關(guān)聯(lián)的引導(dǎo)件和開口將穿過外部管的壓縮空氣D4徑向向內(nèi)并且在某個(gè)方向上朝向中心通道274導(dǎo)向，所述方向從燃燒室240的中心軸線241偏置。類似于內(nèi)部管244上的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252，外部管242上流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248的引導(dǎo)件可以在外部管(未示出)的內(nèi)表面和/或外表面中形成或者整體附接到所述內(nèi)表面和/或外表面。在示出的實(shí)施例中，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252將相關(guān)聯(lián)的進(jìn)入壓縮空氣D4、D3在相同的總體方向上導(dǎo)向，使得組合的空氣/燃料混合物在流體通道274內(nèi)圍繞燃燒室240的中心軸線241在所述相同的總體方向上渦旋。
[0045]圖4A-D示出了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部管244中流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252的備選構(gòu)造。流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252a-d將進(jìn)入的壓縮空氣D3徑向向外并且在一種方向上導(dǎo)向到流體通道274中，所述一種方向:1)從中心軸線241偏置，并且2)相對于內(nèi)部管244的外表面280的法線方向成角度，以使得壓縮空氣與燃料Fl混合，從而在中心通道274內(nèi)形成空氣/燃料混合物，所述空氣/燃料混合物具有圍繞中心軸線的渦旋、旋轉(zhuǎn)路徑，同時(shí)相對于所述中心軸線徑向分層。服從于期望的流動(dòng)和性能標(biāo)準(zhǔn)，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中的開口可以沿著內(nèi)部管244任意定位或者可以以任何預(yù)定模式布置。
[0046]圖4A-D示出了流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252、248 (其根據(jù)本發(fā)明可在相應(yīng)的管244、242的內(nèi)和/或外表面上形成或者整體附接到所述內(nèi)和/或外表面)的備選構(gòu)造。更具體地，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252中的每個(gè)都可具有圖4A-D示出的任何構(gòu)造。在優(yōu)選的實(shí)施例中，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248將進(jìn)入的壓縮空氣D4徑向向內(nèi)并且沿著一種方向?qū)虻搅黧w通道274中，所述一種方向:1)從中心軸線241偏置，以及2)相對于外部管242 (未不出)的內(nèi)表面的法線方向成角度，以使得壓縮空氣與燃料Fl混合從而形成空氣/燃料混合物，所述空氣/燃料混合物具有在中心通道274內(nèi)并且圍繞中心軸線的渦旋、旋轉(zhuǎn)路徑。同樣，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252將進(jìn)入的壓縮空氣D3徑向向外并且沿著一種方向?qū)虻搅黧w通道274中，所述一種方向:I)從中心軸線241偏置，以及2)相對于內(nèi)部管244 (未不出)的外表面280的法線方向成角度，以使得壓縮空氣與燃料Fl混合從而形成空氣/燃料混合物，所述空氣/燃料混合物具有在中心通道274內(nèi)并且圍繞中心軸線的渦旋、旋轉(zhuǎn)路徑。在每種情形中，服從于期望的流動(dòng)和性能標(biāo)準(zhǔn)，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252中的開口可以沿著相應(yīng)的管242、244任意定位或者可以以任何預(yù)定模式布置。
[0047]在圖4A中，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252a包括多個(gè)引導(dǎo)件286a，所述引導(dǎo)件286a限定內(nèi)部管244a中的開口 284a。引導(dǎo)件286a布置在一系列排中，所述一系列排圍繞內(nèi)部管244a的周邊延伸。環(huán)形排沿著內(nèi)部管244a的長度定位成彼此接近。相鄰排的引導(dǎo)件286a可以彼此徑向偏置或者可以彼此徑向?qū)?zhǔn)(未示出)。每個(gè)排中的引導(dǎo)件286a都可以彼此類似或不類似。弓I導(dǎo)件286a將穿過開口 284a的壓縮空氣D3在徑向向內(nèi)的方向上導(dǎo)向，所述方向從中心軸線241偏置并且相對于軸線287a成角度α 2，所述軸線287a垂直延伸到內(nèi)部管244a的外表面280a。如果排內(nèi)的引導(dǎo)件286a圍繞內(nèi)部管244a的周邊彼此完全或部分對準(zhǔn)，那么退出排中的每個(gè)引導(dǎo)件的壓縮空氣D3被進(jìn)一步通過相同排中的相鄰引導(dǎo)件在從中心軸線241偏置的方向上導(dǎo)向。
[0048]在圖4B中，內(nèi)部管244b形成為一系列階狀物，每個(gè)階狀物都包括第一構(gòu)件283和第二構(gòu)件285，所述第二構(gòu)件285大體上垂直于所述第一構(gòu)件延伸從而形成L形階狀物。每個(gè)階狀物的第二構(gòu)件285包括用于將壓縮空氣D3在一種方向上導(dǎo)向的多個(gè)開口 284b，所述一種方向從中心軸線241偏置并且相對于垂直延伸到內(nèi)部管244b的外表面280b的軸線(未示出)成角度。尤其是，每個(gè)第二構(gòu)件285中的開口 284b將壓縮空氣D3橫跨鄰接階狀物的第一構(gòu)件283導(dǎo)向以便將旋轉(zhuǎn)傳遞到壓縮空氣，并且因此圍繞中心軸線241傳遞到流體通道274內(nèi)的空氣/燃料混合物。
[0049]在圖4C中，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252c包括多個(gè)開口 284c，所述開口 284c從內(nèi)部管244c的內(nèi)表面282c延伸到外表面280c。開口 284c以相對于軸線287c的角度延伸穿過內(nèi)部管244c，所述軸線287c垂直延伸到內(nèi)部管244c的外表面280c并且穿過燃燒室240的中心軸線241。內(nèi)部管244c中的開口 284c將壓縮空氣D3并且因此將流體通道274內(nèi)的空氣/燃料混合物在從中心軸線241偏置并且相對于軸線287c成角度的方向上導(dǎo)向以便將旋轉(zhuǎn)圍繞中心軸線傳遞到流體通道內(nèi)的空氣/燃料混合物。
[0050]在圖4D中，流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252d是由一系列弓形、重疊板330來形成的，所述板330相互配合來形成內(nèi)部管244d。每個(gè)板330都具有波紋輪廓，所述波紋輪廓包括尖點(diǎn)332和凹部334。板330彼此縱向并且徑向偏置，以使得一個(gè)板330的尖點(diǎn)332被間隔在相鄰板的尖點(diǎn)之間。在這種構(gòu)造中，板的尖點(diǎn)和凹部334形成通道336，壓縮空氣D3被導(dǎo)向穿過所述通道336。每個(gè)板330都將壓縮空氣D3在大體上平行于鄰接弓形板延伸的方向上導(dǎo)向以便將旋轉(zhuǎn)傳遞到壓縮空氣并且因此圍繞中心軸線241傳遞到流體通道274內(nèi)的空氣/燃料混合物。流體通道274內(nèi)的空氣/燃料混合物從而在一種方向上導(dǎo)向，所述一種方向從燃燒室240的中心軸線241偏置并且相對于垂直延伸到板330的軸線(未示出)成角度。
[0051]圖5-6A不出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200a。與圖1-2B中的特征相同的圖5-6A中的特征具有與圖1-2B相同的附圖標(biāo)記，然而不類似于圖1-2B中的特征的圖5-6A中的特征被給予了尾標(biāo)“a”。圖5-6A示出了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200a，所述噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200a類似于圖1-2B的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200。在圖5-6A的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200a中，經(jīng)由燃料導(dǎo)管254a輸送的燃料在被噴射到區(qū)域274中之前與空氣部分地混合。部分地預(yù)混合的燃料是用參考字符F3標(biāo)示的，并且如在圖6A中最清楚地看到的，燃料導(dǎo)管254a穿過預(yù)混合腔室254’。如在圖6A中最清楚地看到的，預(yù)混合腔室254’通過端口(未具體地示出)接收由參考字符D5標(biāo)示的壓縮機(jī)空氣，所述端口是在所述預(yù)混合腔室254’中形成的。穿過腔室的燃料與進(jìn)入的空氣流(D5)混合并且被噴射到區(qū)域274，在所述區(qū)域274處所述燃料與通過端口 252、248輸送的另外的空氣D4、D3混合，所述端口 252、248分別在構(gòu)件244、242中形成(同樣見圖2B)。
[0052]圖6A所示的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的運(yùn)行基本上類似于圖2A所示的燃燒器，除了燃料在被噴射到區(qū)域274之前與某些空氣預(yù)混合。圖2B所示的燃料與空氣的移動(dòng)模式同樣可應(yīng)用于圖6A所示的燃燒器。然而，在圖5-6A的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200a中，由燃料供應(yīng)構(gòu)件254a輸送的燃料在被排放到腔室274中之前與進(jìn)入的壓縮空氣D5部分預(yù)混合。這種部分燃料混合物還與壓縮空氣D3和D4混合，所述壓縮空氣D3和D4被噴射穿過相應(yīng)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252和248并且進(jìn)入流體通道/燃燒腔室274’，在所述流體通道/燃燒腔室274’處完全混合的燃料裝載物被點(diǎn)燃和燃燒。
[0053]流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252允許通道250內(nèi)的空氣D3徑向向外導(dǎo)向到流體通道274中，并且流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248允許外部管242外部的區(qū)域277中的空氣D4徑向向內(nèi)導(dǎo)向到流體通道274中。流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252中的任一個(gè)或兩個(gè)可具有圖3A-4D所示的任何構(gòu)造。
[0054]壓縮空氣D3、D4與來自燃料供應(yīng)構(gòu)件254a的混合部分燃料混合物F3混合，從而在流體導(dǎo)向通道274內(nèi)形成空氣/燃料混合物，所述混合物圍繞燃燒室240a的軸線241渦旋。由于流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248的構(gòu)造，壓縮空氣D4隨著它穿行到流體通道274中而圍繞燃燒室240a的軸線241傳遞離心力。同樣，壓縮空氣D3進(jìn)入內(nèi)部管244的內(nèi)部250并且隨后穿過內(nèi)部管244的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252并且進(jìn)入流體通道274中，從而由空氣/燃料混合物圍繞燃燒室240a的軸線241傳遞離心力。
[0055]所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，空氣與燃料的混合物在流體通道中形成并且傳遞離心力，所述離心力導(dǎo)致流體通道274內(nèi)的空氣/燃料混合物圍繞燃燒室的中心軸線旋轉(zhuǎn)或渦旋，因此使燃燒改進(jìn)和穩(wěn)定。
[0056]圖7-8不出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200b。與圖1_2B中的特征相同的圖7-8中的特征具有與圖1-2B或圖5-6A相同的附圖標(biāo)記，然而不類似于圖1-2B中的特征的圖7-8中的特征被給予了尾標(biāo)“b”。類似于圖1-2B的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200，壁251b被緊固到燃燒室240b的更接近于壓縮機(jī)230的端部并且壁255b被緊固到燃燒器的更接近于渦輪220的端部。然而，在圖7-8的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200b中，燃料F4在燃燒室的上游噴射并且在進(jìn)入燃燒室240b之前與壓縮空氣D4’完全混合。
[0057]圖7-8的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200b包括緊固到殼體210的流體混合元件290，以便將壓縮空氣D4’和退出燃料供應(yīng)構(gòu)件254b的燃料F4預(yù)混合以使得空氣與燃料在進(jìn)入燃燒室240b之前完全混合。流體混合元件290沿著噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200b的軸線202定位在燃料供應(yīng)構(gòu)件254b與燃燒室240b之間，并且包括外部元件292和內(nèi)部元件294(它們定位成彼此地并且與連接構(gòu)件232同心)。外部元件292是環(huán)形的并且具有大體上截頭圓錐形構(gòu)造，所述構(gòu)造在朝向燃燒室240b延伸的方向上(即，如圖8觀察的向左)徑向向內(nèi)成錐形。內(nèi)部元件294定位在外部元件292的內(nèi)部并且緊固到外部元件或與所述外部元件整體形成。壓縮機(jī)/渦輪連接構(gòu)件232延伸穿過內(nèi)部元件294中的開口(總體上用參考字符294a標(biāo)示)。
[0058]環(huán)形間隙296在內(nèi)部元件294與外部元件292之間延伸并且在朝向燃燒室240b延伸的方向上向內(nèi)成錐形，即，間隙沿著軸線202的橫截面面積在朝向燃燒室的方向上減小。流體混合元件290被構(gòu)造成使得來自壓縮機(jī)的壓縮空氣D4’以及退出燃料供應(yīng)構(gòu)件254b的燃料F4必須穿過混合元件中的間隙296以便到達(dá)燃燒室240b。因?yàn)殚g隙296的橫截面面積沿著流體混合元件290的長度而減小，所以壓縮空氣D4’和燃料F4隨著空氣和燃料穿過流體混合元件而開始混合在一起?？諝釪4’和燃料F4作為完全預(yù)混合的混合物退出燃料混合元件290 (在圖8中總體上用M標(biāo)示)。雖然流體混合元件290示出為具有特定構(gòu)造，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，可以使用構(gòu)造成將壓縮空氣D4’和燃料F4混合而形成完全預(yù)混合的混合物M(進(jìn)入燃燒室240b以被點(diǎn)燃)的任何一種或多種結(jié)構(gòu)。
[0059]混合物M沿著兩個(gè)不同路徑進(jìn)入燃燒室240b?；旌衔颩中的某些流動(dòng)到區(qū)域277，即燃燒室240b的外部(在殼體210的壁216與外部管242之間)，在所述區(qū)域277處混合物M被通過外部管242的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248徑向向內(nèi)弓丨導(dǎo)到流體通道274中?；旌衔颩的剩余部分流動(dòng)到內(nèi)部管244的內(nèi)部250中，在所述內(nèi)部250處混合物M被通過內(nèi)部管的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)252徑向向外引導(dǎo)到流體通道274中。流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248、252導(dǎo)致總的混合物M以類似于圖2B所示的方式圍繞燃燒室240b的軸線241在流體通道274內(nèi)渦旋。混合物M隨后在流體通道274內(nèi)通過點(diǎn)火源(未示出)點(diǎn)火，并且點(diǎn)燃的混合物的燃燒產(chǎn)物從燃燒室240b朝向渦輪220以總體上用箭頭R2標(biāo)示的方式排放，以便以描述的方式驅(qū)動(dòng)渦輪。
[0060]圖9-11示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200c。在圖9_11的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200c中，多個(gè)燃燒室240c圍繞噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的中心軸線202布置。燃燒室240c中的每個(gè)都可構(gòu)成圖1-2B的非預(yù)混合燃燒室240、圖5-6B的部分預(yù)混合燃燒室240a或者圖7-8的完全預(yù)混合燃燒室240b或者它們的改型。與圖1-8中的特征相同的圖9-11中的特征具有與圖1-8相同的附圖標(biāo)記，然而類似于圖1-8中的特征的圖9-11中的特征被給予了尾標(biāo)
“C”。
[0061]如圖9所示，壓縮機(jī)230和渦輪220定位在殼體210內(nèi)燃燒室240c的對置側(cè)上。燃燒室240c優(yōu)選地彼此軸向?qū)?zhǔn)并且圍繞噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200c的軸線202徑向間隔(圖9)。雖然圖9-11中示出了五個(gè)燃燒室240c，將理解的是，根據(jù)本發(fā)明可以設(shè)置更多或更少的燃燒室。此外，燃燒室240c可以圍繞中心軸線202對稱地或非對稱地間隔開。燃燒室240c可以大體上平行于彼此和軸線202延伸或者可以相對于彼此和/或所述軸線成角度地延伸。壁270設(shè)置在殼體210的壁212與燃燒室240c之間以及所述燃燒室之間，以便確保流體僅流動(dòng)到燃燒室中，即不圍繞燃燒室或者在燃燒室與所述殼體的壁之間。還優(yōu)選地設(shè)置另外的壁272以便防止空氣或燃料/空氣旁通燃燒室。壁270、272還可用作對于燃燒室240c的安裝板或支撐件。
[0062]燃燒室240c不同于其中未使用內(nèi)部管的燃燒室240、240a、240b。燃燒室的外部管242’具有流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248，以便將空氣和燃料的混合物從流體通道277’徑向向內(nèi)導(dǎo)向穿過流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進(jìn)入內(nèi)部274’中。在這種構(gòu)造中，每個(gè)燃燒室240c都包括堅(jiān)固的外壁297，所述外壁297具有連續(xù)表面以使得沒有流體徑向穿過它。蓋251c設(shè)置在每個(gè)燃燒室240c上以便流體地密封更接近于渦輪200的管242的上游端，以使得空氣和/或燃料/空氣混合物不能軸向地進(jìn)入燃燒室240c的通道274’，即空氣和/或燃料混合物必須徑向向內(nèi)穿過流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)248’并且進(jìn)入內(nèi)部通道274’中。環(huán)形通道277’的下游端是通過蓋257a密封的，這確保所有空氣(或燃料-空氣混合物)流動(dòng)到燃燒通道274’中。
[0063]退出燃燒室230的空氣被分布在燃燒室240c之中?？諝馀c由燃料導(dǎo)管254c輸送的燃料混合并且在內(nèi)部燃燒腔室274’中最終渦旋和燃燒。圖10中示出了用于將燃料噴射到燃燒器240c中的多個(gè)方法和裝置。燃料導(dǎo)管254c用實(shí)線示出，在實(shí)線構(gòu)造中，燃料噴射到燃燒室240c的上游，在所述上游處燃料與由壓縮機(jī)230輸送的空氣完全混合(如結(jié)合圖
7、8A和SB描述的)。這種完全混合的燃料/空氣裝載物隨后進(jìn)入?yún)^(qū)域277’并且經(jīng)由在管狀構(gòu)件242’中形成的端口 248流動(dòng)到燃燒通道274’中。如上面解釋的，端口布置成導(dǎo)致燃燒通道274’中燃料/空氣混合物旋轉(zhuǎn)。
[0064]在備選實(shí)施例中，每個(gè)燃燒室240c都采用了結(jié)合圖5和6A描述的燃料/空氣輸送系統(tǒng)。燃料導(dǎo)管254c’包括預(yù)混合腔室254"。在這種構(gòu)造中，由燃料導(dǎo)管254c’輸送的燃料與由預(yù)混合腔室254"從壓縮機(jī)230接收的空氣部分地混合。這種部分燃料混合物被通過蓋251c噴射到腔室274’中，在所述腔室274’處所述部分燃料混合物與壓縮空氣D6完全混合，所述壓縮空氣D6經(jīng)由通道277’并且隨后經(jīng)由管狀構(gòu)件242’中形成的端口 248進(jìn)入腔室274’。
[0065]在又一個(gè)實(shí)施例中，燃燒室240c采用了結(jié)合圖1和2A描述的燃料/空氣輸送系統(tǒng)。在這種構(gòu)造中，燃料被經(jīng)由燃料導(dǎo)管254c直接噴射到燃燒通道274’中，所述燃料導(dǎo)管254c的下游端延伸穿過蓋251c。噴射的燃料與通過管狀構(gòu)件242’輸送的渦旋空氣混合。
[0066]在所有這些實(shí)施例中，每個(gè)燃燒室240c的管構(gòu)件242’的內(nèi)部274’內(nèi)的點(diǎn)火器(未示出)將渦旋空氣/燃料混合物點(diǎn)燃。渦旋燃燒產(chǎn)物共同退出燃燒室240c并且穿過渦輪220，從而導(dǎo)致渦輪的旋轉(zhuǎn)以及燃燒產(chǎn)物從噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)200c排出。
[0067]由于多個(gè)原因，用于在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的本發(fā)明的燃燒室比常規(guī)燃燒室或燃燒器是有利的。不像常規(guī)燃燒室(其中火焰主要是通過來自火焰的分子熱傳導(dǎo)以及分子自由基(radical)擴(kuò)散而傳播到反應(yīng)物(即，空氣/燃料混合物)的接近流中)，本發(fā)明的燃燒室迫使附加的熱通過來自與進(jìn)入的空氣/燃料混合物重疊和互相混合的高速外焰的對流和輻射而傳遞。進(jìn)入的空氣/燃料混合物被預(yù)加熱同時(shí)火焰區(qū)域被冷卻，這有利地幫助減少N0X。自由基還由重疊和混合的外焰迫動(dòng)到進(jìn)入的反應(yīng)物流中。反應(yīng)物的混合物中自由基的存在使點(diǎn)火溫度降低并且允許燃料在低于正常溫度燃燒。它還幫助顯著增加火焰速度(這就縮短反應(yīng)時(shí)間)，從而另外減少NOx的形成，同時(shí)顯著改進(jìn)火焰穩(wěn)定性/火焰保持性。改進(jìn)的穩(wěn)定性和火焰保持性降低了滅火的機(jī)會(huì)。
[0068]由于本發(fā)明的燃燒室的優(yōu)越的火焰保持性/穩(wěn)定性，能夠在非常高的燃燒負(fù)載運(yùn)行。高負(fù)載允許燃燒器以穩(wěn)定的“提升火焰”模式(即，火焰與燃燒室表面間隔開)運(yùn)行?；鹧嬉赃@種方式的提升是期望燃燒室表面不直接收熱，從而使所述表面保持在較低溫度并且使燃燒室的可用壽命增長。對于給定的應(yīng)用，高的燃燒負(fù)載還允許使用更小的、節(jié)省空間的并且更低成本的燃燒室。此外，由于如上面描述的優(yōu)越的火焰保持性，本發(fā)明的燃燒室還能夠在非常高水平的過量空氣下清潔地(低CO)運(yùn)行，這產(chǎn)生的NOx水平遠(yuǎn)低于通過常規(guī)燃燒室可獲得的那些。
[0069]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)示出和描述。然而，本發(fā)明不能被認(rèn)為是受限于所公開的精確構(gòu)造。例如，將理解的是，通過將緊固到內(nèi)部和外部管的所述壁251c(圖9所示)構(gòu)造成可沿著噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線移動(dòng)，上面描述的任何燃燒室都可包含“可變?nèi)莘e”的燃燒腔室，例如流體通道。這種構(gòu)造將通過使燃燒腔室容積與所需要的功率輸出匹配而允許最佳燃燒性能。
[0070]本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用而詳細(xì)描述。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的原理可被應(yīng)用于在加熱裝置(例如，熱水箱、爐子和鍋爐)中使用的燃燒器。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，所公開的燃燒器構(gòu)造可適于在等同的加熱應(yīng)用中使用。對于某些應(yīng)用，燃燒器將被構(gòu)造為動(dòng)力燃燒器(power burner),其中鼓風(fēng)機(jī)或適當(dāng)?shù)难b置將迫使空氣進(jìn)入燃燒器，在所述燃燒器中空氣將與適當(dāng)?shù)囊后w燃料(例如燃料油)或者氣體燃料(例如天然氣或丙烷)混合。
[0071]本發(fā)明涉及的領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以想到本發(fā)明的各種調(diào)整、改型和使用，并且本發(fā)明將由此覆蓋落入所附權(quán)利要求的精神或范圍內(nèi)的所有這種調(diào)整、改型和使用。
【權(quán)利要求】
1.一種噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括: 殼體，所述殼體具有第一端和第二端以及從所述第一端延伸到所述第二端的內(nèi)部通道； 壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)定位在所述內(nèi)部通道的第一端內(nèi)； 渦輪，所述渦輪定位在所述內(nèi)部通道的第二端內(nèi)；以及 燃燒室，所述燃燒室在所述壓縮機(jī)與所述渦輪之間定位在所述內(nèi)部通道內(nèi)，所述燃燒室沿著中心軸線延伸并且包括: 外部管，所述外部管具有外表面以及限定通道的內(nèi)表面； 內(nèi)部管，所述內(nèi)部管定位在所述外部管的通道內(nèi)并且具有外表面以及限定內(nèi)部的內(nèi)表面，其中，流體通道被限定在所述內(nèi)部管的外表面與所述外部管的內(nèi)表面之間，所述流體通道被供應(yīng)以空氣與可燃燒燃料的混合物，所述內(nèi)部管與所述外部管具有流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)以便使所述流體通道內(nèi)的空氣與可燃燒燃料的混合物圍繞所述中心軸線徑向旋轉(zhuǎn)。
2.一種用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，所述噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有壓縮機(jī)部分和渦輪部分，所述燃燒室包括: a)具有中心軸線的外部管，所述外部管縱向延伸并且定位成接收由所述壓縮機(jī)部分排放的空氣并且所述外部管具有外表面和內(nèi)表面； b)定位在所述外部管內(nèi)的內(nèi)部管，所述內(nèi)部管具有與所述外部管的所述內(nèi)表面間隔開的外表面，從而限定在其之間的燃燒腔室通道； c)所述外部管包括流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)以便將由所述壓縮機(jī)部分排出的空氣中的至少某些連通到所述燃燒腔室通道中，所述空氣在從所述中心軸線偏置的方向上被導(dǎo)向，從而導(dǎo)致所述空氣圍繞所述中心軸線旋轉(zhuǎn)； d)至少一個(gè)燃料供應(yīng)構(gòu)件，所述至少一個(gè)燃料供應(yīng)構(gòu)件用于將燃料供應(yīng)到所述燃燒腔室通道以便在所述燃燒腔室通道中形成旋轉(zhuǎn)的燃料空氣混合物。
3.如權(quán)利要求2所述的燃燒室，其中，所述內(nèi)部管包括相關(guān)聯(lián)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)以便將由所述壓縮機(jī)部分排出的空氣連通到所述燃燒腔室通道，所述相關(guān)聯(lián)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)將所述空氣在從所述中心軸線偏置的方向上導(dǎo)向。
4.如權(quán)利要求1所述的燃燒室，其中，所述燃料構(gòu)件與所述燃燒腔室通道連通并且直接供應(yīng)燃料到所述燃燒腔室通道，在所述燃燒腔室通道處燃料與所述壓縮機(jī)空氣混合從而形成旋轉(zhuǎn)的可燃燒燃料/空氣混合物。
5.如權(quán)利要求2所述的燃燒室，其中，所述燃料構(gòu)件將所述燃料與某些壓縮機(jī)空氣預(yù)混合并且隨后將所述預(yù)混合的燃料和空氣供應(yīng)到所述燃燒腔室通道，在所述燃燒腔室通道處所述預(yù)混合的燃料和空氣與在所述燃燒腔室通道中的旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)空氣混合。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述燃料構(gòu)件將燃料排放到由所述壓縮機(jī)排放并且朝向所述外部管流動(dòng)的空氣流中，所述外部管的所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)將燃料和壓縮機(jī)空氣二者都連通到所述燃燒腔室通道。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述內(nèi)部管的軸線與所述外部管的所述中心軸線重合。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述內(nèi)部和外部管的所述軸線還與所述壓縮機(jī)部分的旋轉(zhuǎn)軸線重合。
9.一種用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，所述噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有壓縮機(jī)部分和渦輪部分，所述壓縮機(jī)包括: a)具有中心軸線的管，所述管定位在所述壓縮機(jī)部分與所述渦輪部分中間，所述管具有外表面和內(nèi)表面； b)在所述管上形成的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，其包括從所述外表面延伸到所述內(nèi)表面的通道； c)所述管的所述內(nèi)表面限定燃燒腔室； d)通道，所述通道將由所述壓縮機(jī)部分排放的空氣與所述管的所述外表面連通，以便將壓縮機(jī)空氣通過所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)輸送到所述燃燒腔室，所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)將所述壓縮機(jī)空氣以從所述中心軸線偏置的角度導(dǎo)向，從而導(dǎo)致在所述燃燒腔室中所述壓縮機(jī)空氣旋轉(zhuǎn); e)燃料構(gòu)件，所述燃料構(gòu)件用于將燃料供應(yīng)到所述燃燒腔室。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，間隔開的連續(xù)壁圍繞所述管，從而限定所述通道的至少一部分以便將空氣連通到所述管的所述外表面。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)包括多個(gè)所述燃燒室，多個(gè)所述燃燒室圍繞由所述壓縮機(jī)部分限定的旋轉(zhuǎn)軸線空間布置。
12.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)的燃料空氣混合物在所述燃燒腔室通道中基本上完全燃燒。
13.如權(quán)利要求2所述的燃燒室，其中，所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括多個(gè)開口以及與每個(gè)開口相關(guān)聯(lián)的引導(dǎo)件，所述引導(dǎo)件相對于所述管的表面成角度以便使所述混合物圍繞所述中心軸線徑向旋轉(zhuǎn)。
14.如權(quán)利要求13所述的燃料燃燒器，其中，所述引導(dǎo)件布置在圍繞所述外部管的周邊延伸的一系列的排中。
15.如權(quán)利要求2所述的燃燒室，其中，所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括形成到所述外部管中的一系列階狀物，所述階狀物包括開口，所述開口用于將空氣導(dǎo)向到所述燃燒腔室通道中以便使所述混合物徑向圍繞所述中心軸線旋轉(zhuǎn)。
16.如權(quán)利要求15所述的燃燒室，其中，每個(gè)階狀物都具有L形，所述L形包括第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，所述第二構(gòu)件包括開口，所述開口用于將空氣導(dǎo)向以使得一個(gè)階狀物的開口將空氣橫跨鄰接的階狀物導(dǎo)向以便將旋轉(zhuǎn)傳遞到所述混合物。
17.如權(quán)利要求2所述的燃燒室，其中，所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括多個(gè)開口，所述多個(gè)開口每個(gè)都從所述外部管的外表面延伸到所述內(nèi)表面，每個(gè)開口都相對于一軸線成角度地延伸穿過所述外部管，所述一軸線在所述內(nèi)部管的外表面的法線方向上延伸并且穿過所述中心軸線。
18.如權(quán)利要求17所述的燃燒室，其中，所述外部管包括多個(gè)第二開口，所述多個(gè)第二開口每個(gè)都在延伸到所述中心軸線的方向上從所述外部管的外表面延伸到所述內(nèi)表面。
19.如權(quán)利要求2所述的燃燒室，其中，所述外部管形成為限定所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的一系列重疊弓形板，每個(gè)板都具有波紋輪廓，所述波紋輪廓具有一系列通道，空氣穿過所述一系列通道被導(dǎo)向到所述燃燒腔室通道中。
20.如權(quán)利要求19所述的燃燒室，其中，所述波紋輪廓包括多個(gè)交替的尖點(diǎn)和凹部。
21.如權(quán)利要求20所述的燃燒室，其中，所述重疊板彼此縱向和徑向偏置，以使得一個(gè)板的尖點(diǎn)定位在相鄰板的尖點(diǎn)之間。
22.如權(quán)利要求19所述的燃燒室，其中，每個(gè)板都將空氣在基本上平行于鄰接板而延伸的方向上導(dǎo)向以便將旋轉(zhuǎn)傳遞到混合物。
23.如權(quán)利要求3所述的燃燒室，其中，所述內(nèi)部管包括第一端和第二端，所述第一端與由所述壓縮機(jī)部分排放的空氣連通，所述第二端具有端壁以便將所述內(nèi)部管的第二端以氣密方式閉合，以使得所述相關(guān)聯(lián)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為由所述內(nèi)部管從所述壓縮機(jī)部分所接收的所述空氣提供到所述燃燒腔室通道的唯一流體路徑。
24.如權(quán)利要求2所述的燃燒室，其中，所述旋轉(zhuǎn)混合物在所述燃燒腔室通道內(nèi)徑向分層。
25.一種用于使噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料燃燒的方法，所述噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有壓縮機(jī)部分和渦輪部分，所述方法包括下述步驟: a)提供具有外表面和內(nèi)表面的管，所述外表面與由所述壓縮機(jī)部分排放的空氣連通，所述內(nèi)表面至少部分地限定燃燒腔室； b)在所述內(nèi)與外表面之間提供流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，以便相對于所述管的中心軸線成角度地將所述壓縮機(jī)空氣從所述外表面連通到所述燃燒腔室，以導(dǎo)致所述空氣在所述燃燒腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)； c)將燃料供應(yīng)到 所述燃燒腔室從而提供渦旋的燃料/空氣混合物； d)使在所述燃燒腔室中的所述燃料空氣混合物至少部分地燃燒； e)將所述燃燒的燃料/空氣混合物供應(yīng)到所述渦輪部分。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括在所述外部管內(nèi)提供內(nèi)部管的步驟，以使得所述燃燒腔室被限定在所述內(nèi)部管的外表面與所述外部管的內(nèi)表面之間。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括通過相關(guān)聯(lián)的流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)將壓縮機(jī)空氣從所述內(nèi)部管的內(nèi)表面導(dǎo)向到所述內(nèi)部管的外表面的步驟，所述流體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)隨著所述壓縮機(jī)空氣傳送到所述燃燒腔室中來將旋轉(zhuǎn)傳遞到所述壓縮機(jī)空氣。
【文檔編號(hào)】F23R3/38GK103998867SQ201280050137
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月11日
【發(fā)明者】M.J.奧唐奈爾 申請人:貝克特瓦斯公司