燃料噴射器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種燃料噴射器，所述燃料噴射器包括：表面，所述表面設置在接近第一流體的流處；以及三角翼形特征。所述表面具有相對所述流進行限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定噴射器孔，第二流體的射流通過所述噴射器孔可噴射到所述流中。所述三角翼型特征設置在所述表面上、位于所述上游部分，并且配置用于使得所述流的入射部分脫離所述表面并且致使所述流的所述入射部分形成一對反向轉動渦流，該對反向轉動渦流分別與所述射流在交叉流方向上進行同步轉動。
【專利說明】燃料噴射器 【技術領域】
[0001] 本說明書所公開的本實用新型涉及渦輪機領域，并且更為具體地說，涉及具有三 角翼型（delta wing)增強件的燃料噴射器。
【背景技術】 [0002]
[0003] 典型燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮進氣的壓縮機、其中燃燒壓縮進氣和燃料以產(chǎn)生燃 燒產(chǎn)物主流的燃燒器、渦輪機以及過渡連接件。渦輪機接收主流，并且經(jīng)配置成在發(fā)電操作 中使得所述主流膨脹。過渡連接件以流體方式介于燃燒器與渦輪機之間?？扇疾牧?、如壓 縮進氣和燃料可噴射到燃燒器的頭端中。在軸向分級噴射或晚貧噴射（LLI)的情況下，另 外可燃材料可噴射到燃燒器和過渡連接件的下游區(qū)段中。
[0004] 無論可燃材料是否可噴射到燃燒器的頭端、燃燒器或過渡連接件的下游區(qū)段。燃 氣渦輪發(fā)動機的性能很大程度是取決于燃燒之前所混合的可燃材料能力。也就是說，隨著 可燃材料混合程度增加，即可實現(xiàn)逐漸完成燃燒操作。這又導致來自渦輪機的更大電力輸 出并且導致燃氣渦輪發(fā)動機產(chǎn)生的污染排放物質的量減少。
[0005] 實用新型內(nèi)容
[0006] 根據(jù)本實用新型的一個方面，提供一種燃料噴射器，并且所述燃料噴射器包括：表 面，所述表面經(jīng)設置成接近第一流體的流；以及三角翼型特征。所述表面具有相對所述流來 限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定噴射器孔，第二流體射流通過所述噴 射器孔可噴射到所述流中。所述三角翼型特征設置在所述表面上、位于所述上游部分，并且 配置用于使得所述流的入射部分脫離所述表面、且致使所述流的所述入射部分形成一對反 向轉動渦流，該對反向轉動渦流分別會與所述射流在交叉流動方向上進行同步轉動。
[0007] 根據(jù)本實用新型的另一方面，提供一種燃料噴射器，并且所述燃料噴射器包括：表 面，所述表面形成作為管形構件、并且經(jīng)設置成接近第一流體的流，所述表面具有相對所述 流來限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定噴射器孔，第二流體射流通過所 述噴射器孔可噴射到所述流中；以及三角翼型特征。所述三角翼型特征設置在所述表面上、 位于所述上游部分，并且所述三角翼型特征中的每一者是與所述噴射器孔中的相應一者關 聯(lián)，并且配置用于使得所述流的入射部分脫離所述表面、且致使所述流的所述入射部分形 成一對反向轉動渦流，該對反向轉動渦流分別會與所述射流在交叉流動方向上進行同步轉 動。
[0008] 根據(jù)本實用新型的又一方面，提供一種燃料噴射器，并且所述燃料噴射器包括：表 面，所述表面形成作為環(huán)形構件并且經(jīng)設置成接近第一流體的流，所述表面具有相對所述 流來限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定噴射器孔，第二流體射流通過所 述噴射器孔可噴射到所述流中；以及三角翼型特征。所述三角翼型特征設置在所述表面上、 位于所述上游部分，并且所述三角翼型特征中的每者是與所述噴射器孔中的相應一者關 聯(lián)，并且配置用于使得所述流的入射部分脫離所述表面、且致使所述流的所述入射部分形 成一對反向轉動渦流，該對反向轉動渦流分別會與所述射流在交叉流動方向上進行同步轉 動。
[0009] 結合附圖，通過以下描述將更清楚這些和其他優(yōu)點與特征。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 本說明書所附權利要求書中具體指出并且明確主張作為本實用新型的主題。結合 附圖，通過以下詳細描述可以清楚本實用新型的上述和其他特征與優(yōu)點，在附圖中：
[0011] 圖1是渦輪機的示意圖；
[0012] 圖2是渦輪機的燃燒器和過渡連接件的放大示意圖；
[0013] 圖3是根據(jù)實施例的渦輪機的燃燒器頭端的放大示意圖；
[0014] 圖4是根據(jù)替代實施例的渦輪機的燃燒器頭端的放大示意圖；
[0015] 圖5是根據(jù)實施例的渦輪機的燃料噴嘴的放大示意圖；
[0016] 圖6是根據(jù)替代實施例的渦輪機的燃料噴嘴的放大示意圖；
[0017] 圖7是具有三角翼型特征的燃料噴射器的剖面透視圖；
[0018] 圖8是單個三角翼型特征的透視圖；
[0019] 圖9是單個三角翼型特征的側視圖；
[0020] 圖10是根據(jù)實施例的環(huán)形燃料噴射器的局部透視圖；以及
[0021] 圖11是根據(jù)實施例的縱向燃料噴射器的局部透視圖。
[0022] 【具體實施方式】參考附圖借助實例說明本實用新型的實施例以及優(yōu)點和特征。 【具體實施方式】
[0023] 下文所提供的描述涉及三角翼型特征，所述三角翼型特征添加在處于交叉流動中 的射流上游處，其由外部樣式晚貧噴射噴射器上的燃料遞送孔形成。三角翼型經(jīng)定位以向 下指向所述燃料孔，并具有朝著其下游末端增加的厚度。三角翼型因此提供斜面以供入射 氣流脫離噴射器壁。另外，翼型形狀設定相反轉動渦流，所述相反轉動渦流會與燃料射流在 交叉流動方向上進行同步轉動（co-rotates)。這增強了以下兩者：渦度，其是主要燃料/空 氣混合機制；以及燃料射流穿透程度，其是混合并且避免火焰保持問題關鍵因素。最終，三 角翼型幾何形狀使得極小尾流（wakes)存在于翼型后，從而可能呈現(xiàn)火焰保持風險。
[0024] 三角翼型特征適用LLI噴射器，如上指出，并且同樣適用另外應用。此類另外應用 包括四元燃料噴射以及燃料噴嘴噴射。在每個情況中，三角翼型特征可以被并入釘形或環(huán) 形燃料噴射器。
[0025] 參考圖1和2,燃氣渦輪發(fā)動機1包括壓縮進氣的壓縮機2、其中提供壓縮進氣和 燃料為可燃材料并且燃燒產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物主流的燃燒器3、渦輪機4以及過渡連接件5。渦 輪機4接收所述主流，并且經(jīng)配置成在發(fā)電操作中使得所述主流膨脹。過渡連接件5以流 體方式介于燃燒器3與渦輪機4之間。燃燒器3包括環(huán)形燃燒器內(nèi)襯6,并且過渡連接件5 包括環(huán)形過渡連接件內(nèi)襯7。燃燒器內(nèi)襯6和過渡連接件7是共同形成以便限定內(nèi)部8,所 述主流從燃燒器3行進通過所述內(nèi)部到達渦輪機4上。
[0026] 可燃材料、如壓縮進氣和燃料在燃燒器3的頭端9處經(jīng)由燃料噴嘴10可噴射到內(nèi) 部8。在軸向分級噴射或晚貧噴射（late lean injection(LLI))的情況下，另外的可燃材 料在燃燒器3的下游區(qū)段11處經(jīng)由第一級燃料噴射器12、并且在過渡連接件5的上游區(qū)段 13處經(jīng)由第二級燃料噴射器14可噴射到內(nèi)部8。
[0027] 參考圖3和4,燃燒器內(nèi)襯6是由環(huán)形導流套管15所環(huán)繞，所述環(huán)形導流套管連接 到端板16上。燃燒器內(nèi)襯6和導流套管15共同限定環(huán)帶17,從壓縮機2所輸出的壓縮空 氣在徑向向內(nèi)轉向前通過所述環(huán)帶朝著頭端9流動，并且隨后在相反方向上朝著燃料噴嘴 10流動。在一些實施例中并如圖3和4所示，四元燃料噴射器（quat fuel injector)18可 設置在環(huán)帶17內(nèi)，以使四元燃料（quaternary fuel)可噴射到壓縮氣流。四元燃料噴射器 18可以是環(huán)形或環(huán)形的（參考圖3)或者環(huán)形或釘形的（參考圖4)。在前一情況下，四元燃 料噴射通常朝著四元燃料噴射器18外徑向引導，然而，在后一情況中，四元燃料噴射通常 朝著四元燃料噴射器18外周向引導。
[0028] 參考圖5和6,燃料噴嘴10中的每者包括中心主體19和外圍壁20。中心主體19 具有縱向軸線，所述縱向軸線經(jīng)取向以沿著燃燒器3的軸向尺寸延伸。外圍壁20是沿著縱 向軸線環(huán)繞中心主體19,以便限定環(huán)形預混合用路徑21，壓縮空氣沿著所述環(huán)形預混合用 路徑朝著燃燒器3的內(nèi)部8中限定的燃燒區(qū)來流動。如圖5和6所示，燃料噴嘴噴射器22 可設置在環(huán)形預混合用路徑21內(nèi)，以使燃料可噴射到壓縮氣流中。四元燃料噴射器22可 以是環(huán)形（annular)或環(huán)形的（toroidal)(參考圖5)或者管狀或釘形的（peg-shaped)(參 考圖6 )。在前一情況下，四元燃料噴射通常朝著四元燃料噴射器22外徑向引導，然而，在后 一情況中，四元燃料噴射通常朝著四元燃料噴射器22外周向引導。
[0029] 參考圖7至9,提供一種燃料噴射器30,所述燃料噴射器可以用作第一或第二級燃 料噴射器12和14中的一者或多者（參見圖2)。燃料噴射器30包括：表面31，所述表面經(jīng) 設置成接近第一流體的流32 ;以及三角翼形特征（delta wing feature) 33。表面31具有 上游部分34和下游部分35,所述上游部分和下游部分是相對流32的主導方向限定。表面 31另外經(jīng)形成以在下游部分35中限定噴射器孔36。第二流體經(jīng)由噴射器孔36可噴射到 流32中，由此，噴射器孔36產(chǎn)生第二流體射流37。
[0030] 三角翼型特征33設置在表面31上、位于上游部分34,以便噴射器孔36與三角翼 型特征33的對準被提供為大體與流32平行的主導方向。三角翼型特征33包括傾斜部分 38以及翼型部分39。傾斜部分38經(jīng)配置用于使得流32的入射部分40脫離表面31，并且 具有彎曲前緣41以及大體平坦傾斜表面42。翼型部分39經(jīng)配置用于致使流32的部分40 形成一對反向轉動渦流43,該對反向轉動渦流分別會與射流37在交叉流動方向上進行同 步轉動。翼型部分39包括會聚的側表面44,從而形成大體線性后緣45。彎曲前緣41和大 體線性后緣45可相對彼此橫向取向。
[0031] 根據(jù)實施例將理解，三角翼型特征33、噴射器孔36以及射流37在數(shù)量上均是存在 多個。在此類情況下，如圖7所示，射流37中的每個通過噴射器孔36中的相應一個生成， 并且三角翼型特征33中的每個是與噴射器孔36中的相應一個關聯(lián)。
[0032] 根據(jù)其他實施例并參考圖2和7-9,可以將燃料噴射器30提供用作第一級燃料噴 射器12或第二級燃料噴射器14中的一者或多者，以供用于軸向分級噴射或LLI。在此類情 況下，將流32提供為低或高熱值燃料與壓縮空氣的混合物(例如，微混合物)，其中所述壓 縮空氣是從圍繞燃燒器3的下游區(qū)段11和過渡連接件5的上游區(qū)段13設置的壓縮機排放 殼體（⑶C)中抽取。因此，流32是朝著源自燃燒器3的主流、通過過渡連接件5中限定的 過渡區(qū)、并且朝著渦輪機4來定向。
[0033] 為了包含流32,表面31形成管形構件50,所述管形構件具有縱向軸線51。表面 31面向內(nèi)部，其中噴射孔36和三角翼型特征33相應環(huán)向布置，由此，射流37指向公共中心 標靶。另外，為了將流32徑向引導到主流中，管形構件50可設置有縱向軸線51，所述縱向 軸線相對所述主流沿著徑向取向定向（參考圖2)。
[0034] 根據(jù)另外替代實施例并參考圖3、5、7和10,可以將燃料噴射器30提供作為四元燃 料噴射器18 (參見圖3)或燃料噴嘴噴射器22 (參見圖5)。在前一情況中，將流32提供作 為壓縮氣流，從而通過環(huán)帶17朝著燃燒器3的頭端9行進。在后一情況中，將流32提供作 為壓縮氣流，從而通過環(huán)形路徑21朝著燃燒器3的內(nèi)部8限定的燃燒區(qū)行進。在任一情況 中，表面31形成環(huán)形構件（toroidal element) 60,所述環(huán)形構件具有極向軸線（poloidal axis) 61，并且所述表面具有向內(nèi)的側和向外的側以相對燃燒器3的軸向尺寸分別徑向面 向內(nèi)部、并且徑向面向外部。環(huán)形構件60可設置在環(huán)帶17或環(huán)形預混合用路徑21中，其 中極向軸線61布置成與燃燒器3的軸向尺寸大體平行。因此，噴射孔36和三角翼型特征 33可以沿著表面31的環(huán)向長度來相應布置以便徑向面向內(nèi)部或者外部，由此，射流37可類 似地徑向指向內(nèi)部或者外部。
[0035] 根據(jù)另外替代實施例并參考圖4、6、7和10,可以將燃料噴射器30提供作為四元燃 料噴射器18 (參見圖4)或燃料噴嘴噴射器22 (參見圖6)。在前一情況中，將流32提供作 為壓縮氣流，從而通過環(huán)帶17朝著燃燒器3的頭端9行進。在后一情況中，將流32提供作 為壓縮氣流，從而通過環(huán)形路徑21朝著燃燒器3的內(nèi)部8限定的燃燒區(qū)行進。在任一情 況中，表面31形成管形構件70,所述管形構件具有縱向軸線71，并且所述表面具有相對燃 燒器3的軸向尺寸面向周向方向的側表面。環(huán)形構件70可設置在環(huán)帶17或環(huán)形預混合用 路徑21中，其中極向軸線71布置成與燃燒器3的軸向尺寸大體垂直。噴射孔36和三角翼 型特征33可以沿著表面31的縱向長度來相應布置以便面向周向方向，由此，射流37可類 似地指向周向方向。
[0036] 盡管本實用新型僅僅結合有限數(shù)量的實施例進行詳細描述，但應易于理解，本實 用新型并不限于此類所公開的實施例。相反，本實用新型可經(jīng)修改以并入在此之前并未描 述但與本實用新型的精神和范圍相符的任何數(shù)量的變化、更改、替換或等效布置。另外，盡 管已經(jīng)對本實用新型的各種實施例進行描述，但將理解，本實用新型的方面可以僅僅包括 所述實施例中的一些實施例。因此，本實用新型不應視為受到前述描述限制，而僅受到所附 權利要求書的范圍限制。
【權利要求】
1. 一種燃料噴射器，所述燃料噴射器包括： 表面，所述表面設置在接近第一流體的流處， 所述表面具有相對所述流進行限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定噴 射器孔，第二流體的射流通過所述噴射器孔可噴射到所述流中；以及 三角翼型特征，所述三角翼型特征設置在所述表面上、位于所述上游部分，并且經(jīng)配置 用于使得所述流的入射部分脫離所述表面、且致使所述流的所述入射部分形成一對反向轉 動渦流，該對反向轉動渦流分別會與所述射流在交叉流方向上進行同步轉動。
2. 根據(jù)權利要求1所述的燃料噴射器，其中所述三角翼型特征包括彎曲前緣。
3. 根據(jù)權利要求1所述的燃料噴射器，其中所述三角翼型特征包括大體平坦的傾斜表 面。
4. 根據(jù)權利要求1所述的燃料噴射器，其中所述三角翼型特征包括會聚的側表面。
5. 根據(jù)權利要求1所述的燃料噴射器，其中所述三角翼型特征包括大體呈線性的后 緣。
6. 根據(jù)權利要求1所述的燃料噴射器，其中所述三角翼型特征的前緣和后緣橫向定 向。
7. 根據(jù)權利要求1所述的燃料噴射器，其中所述噴射器孔與所述三角翼型特征的對準 是與所述流的主導方向大體平行。
8. 根據(jù)權利要求1所述的燃料噴射器，其中有多個所述噴射器孔和所述三角翼型特 征，所述多個三角翼型特征中的每一個與所述多個噴射器孔中的相應一個關聯(lián)。
9. 根據(jù)權利要求1所述的燃料噴射器，其中所述流在引導下流向源自燃燒器、通過過 渡區(qū)并流向渦輪機的燃燒產(chǎn)物主流。
10. 根據(jù)權利要求9所述的燃料噴射器，其中所述表面形成管形構件，所述管形構件具 有縱向軸線，所述管形構件可與所述縱向軸線一起設置，所述縱向軸線相對所述燃燒產(chǎn)物 的所述主流沿著徑向方向布置。
11. 根據(jù)權利要求1所述的燃料噴射器，其中所述流在引導下流向燃燒器的頭端。
12. 根據(jù)權利要求11所述的燃料噴射器，其中所述表面形成環(huán)形構件，所述環(huán)形構件 具有極向軸線，所述環(huán)形構件可與所述極向軸線一起設置，所述極向軸線沿著所述燃燒器 的軸向尺寸布置。
13. 根據(jù)權利要求11所述的燃料噴射器，其中所述表面形成管形構件，所述管形構件 具有縱向軸線，所述管形構件可與所述縱向軸線一起設置，所述縱向軸線沿著所述燃燒器 的徑向尺寸布置。
14. 根據(jù)權利要求1所述的燃料噴射器，其中所述流在引導下流向燃燒器的燃燒區(qū)。
15. 根據(jù)權利要求14所述的燃料噴射器，其中所述表面形成環(huán)形構件，所述環(huán)形構件 具有極向軸線，所述環(huán)形構件可與所述極向軸線一起設置，所述極向軸線沿著所述燃燒器 的軸向尺寸布置。
16. 根據(jù)權利要求14所述的燃料噴射器，其中所述表面形成管形構件，所述管形構件 具有縱向軸線，所述管形構件可與所述縱向軸線一起設置，所述縱向軸線沿著所述燃燒器 的徑向尺寸布置。
17. -種燃料噴射器，所述燃料噴射器包括： 表面，所述表面形成管形構件并且設置為接近第一流體的流處， 所述表面具有相對所述流進行限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定噴 射器孔，第二流體的射流通過所述噴射器孔可噴射到所述流中；以及 三角翼型特征，所述三角翼型特征設置在所述表面上、位于所述上游部分，并且所述三 角翼型特征中的每一個與所述噴射器孔中的相應一個關聯(lián)，并且經(jīng)配置用于使得所述流的 入射部分脫離所述表面、且致使所述流的所述入射部分形成一對反向轉動渦流，該對反向 轉動渦流分別與所述射流在交叉流方向上進行同步轉動。
18. 根據(jù)權利要求17所述的燃料噴射器，其中所述表面面向內(nèi)部并且所述噴射器孔、 所述射流以及所述三角翼型特征呈環(huán)狀布置。
19. 根據(jù)權利要求17所述的燃料噴射器，其中所述表面面向外部并且所述噴射器孔、 所述射流以及所述三角翼型特征呈環(huán)狀布置。
20. -種燃料噴射器，所述燃料噴射器包括： 表面，所述表面形成環(huán)形構件并且設置在接近第一流體的流處， 所述表面具有相對所述流進行限定的上游和下游部分，并且在所述下游部分中限定噴 射器孔，第二流體的射流通過所述噴射器孔可噴射到所述流中；以及 三角翼型特征，所述三角翼型特征設置在所述表面上、位于所述上游部分，并且所述三 角翼型特征中的每者是與所述噴射器孔中的相應一者關聯(lián)，并且經(jīng)配置用于使得所述流的 入射部分脫離所述表面、且致使所述流的所述入射部分形成一對反向轉動渦流，該對反向 轉動渦流分別與所述射流在交叉流方向上進行同步轉動。
【文檔編號】F23R3/28GK203880749SQ201320704297
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權日:2012年11月8日
【發(fā)明者】L.J.斯托亞, G.A.博德曼, 陳偉 申請人:通用電氣公司