本申請請求享有2014年1月29日提交的美國專利申請第14/167,594號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容由此通過引用并入。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)是用于許多高功率應(yīng)用的優(yōu)選級別的內(nèi)燃機(jī)?；旧?，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)特征為聯(lián)接于下游渦輪的上游旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，以及其間的燃燒室。燃燒室可包括多個(gè)燃料/空氣混合器組件以混合燃料和空氣用于燃燒。燃料可在分級燃燒方案中供應(yīng)至燃燒室，其中燃料噴射器或燃料/空氣混合器分成組或級，典型地是兩級到四級。各個(gè)級可通過按順序開啟級中的燃燒來單獨(dú)地操作以提供橫跨整個(gè)功率范圍的發(fā)動機(jī)的最佳排放和可操作性。

當(dāng)發(fā)動機(jī)在低功率背景下操作時(shí)，僅級中的一個(gè)或一些開啟來使燃料流動用于燃燒。其余級關(guān)閉，并且不具有燃料流，但具有空氣流，以便保持適當(dāng)?shù)幕鹧尜|(zhì)量，如燃燒穩(wěn)定性和效率。

當(dāng)發(fā)動機(jī)在較高功率背景下操作時(shí)，其中燃燒器的環(huán)境為較苛刻的，燃料噴射器或燃料/空氣混合器的所有級開啟，以便使燃料流橫跨燃燒器圓頂均勻地?cái)U(kuò)散開，以便最小化損壞性熱焰閃現(xiàn)和產(chǎn)生的高排放，它們可另外由燃料和火焰的不均勻分布(如果使一些級關(guān)閉)加劇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在第一大體方面中，一種燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件圍繞縱軸線布置，其中燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件包括：第一燃料/空氣混合器組件，第一燃料/空氣混合器組件包括第一燃料噴射器和多個(gè)第一燃料/空氣混合器元件，各個(gè)第一混合器元件限定具有第一平面中的出口的穿過其的空氣流通路，以及第二燃料/空氣混合器組件，第二燃料/空氣混合器組件包括第二燃料噴射器和多個(gè)第二燃料/空氣混合器元件，各個(gè)第二混合器元件限定具有從第一平面沿縱向偏移的第二平面中的出口的穿過其的空氣流通路。

根據(jù)方面1的方面2，其中第一燃料噴射器能夠在供應(yīng)燃料與不供應(yīng)燃料之間改變，而與第二燃料噴射器是否供應(yīng)燃料無關(guān)。

根據(jù)方面1或方面2的方面3，包括多個(gè)第一燃料/空氣混合器組件和嵌套在具有第一燃料/空氣混合器組件的環(huán)中的多個(gè)第二燃料/空氣混合器組件。

根據(jù)方面3的方面4，其中第一燃料/空氣混合器組件和第二燃料/空氣混合器組件圍繞環(huán)以交替順序布置。

根據(jù)方面3或方面4的方面5，其中第二燃料/空氣混合器元件在操作狀態(tài)下沿縱向方向產(chǎn)生火焰，并且其中第二平面從第一平面沿縱向偏移大致等于火焰的長度的距離。

根據(jù)方面3至5中任一項(xiàng)的方面6，其中第二燃料/空氣混合器元件在第一燃料/空氣混合器元件后方。

根據(jù)方面3至6中任一項(xiàng)的方面7，其中多個(gè)第一燃料/空氣混合器元件圍繞中心位置布置，并且其中第一燃料噴射器駐留在中心位置處。

根據(jù)方面7的方面8，其中各個(gè)第一燃料/空氣混合器元件的中心與中心位置等距。

根據(jù)方面7或方面8的方面9，其中多個(gè)第一燃料/空氣混合器元件圍繞中心位置對稱地布置。

根據(jù)方面3至9中任一項(xiàng)的方面10，其中第一燃料/空氣混合器具有不同于第二燃料/空氣混合器的第二燃料/空氣混合器元件的數(shù)量的第一燃料/空氣混合器元件的數(shù)量。

根據(jù)方面1至方面10中任一項(xiàng)的方面11，其中空氣流通路包括文氏管。

在第十二大體方面中，一種方法包括：在燃?xì)鉁u輪燃燒器組件中的第一燃料/空氣混合器組件的出口處供應(yīng)空氣而沒有燃料，以及同時(shí)在燃?xì)鉁u輪燃燒器組件中的第二相鄰燃料/空氣混合器組件的出口處焚燒燃料和空氣混合物，第二混合器組件具有第二平面中的出口，該第二平面關(guān)于第一燃料/空氣混合器組件的出口的第一平面凹入。

根據(jù)方面12的方面13，包括同時(shí)在于第二燃料/空氣混合器組件的出口處焚燒燃料和空氣混合物時(shí)，在第一燃料/空氣混合器組件的出口處焚燒燃料和空氣混合物。

根據(jù)方面12或方面13的方面14，包括多個(gè)第一燃料/空氣混合器組件和嵌套在具有第一燃料/空氣混合器組件的環(huán)中的多個(gè)第二燃料/空氣混合器組件。

根據(jù)方面14的方面15，其中第一燃料/空氣混合器組件和第二燃料/空氣混合器組件圍繞環(huán)以交替順序布置。

根據(jù)方面14或方面15的方面16，其中第二燃料/空氣混合器組件在第一燃料/空氣混合器組件后方。

在第十七大體方面中，一種裝置包括：以環(huán)布置的多個(gè)燃?xì)鉁u輪燃料/空氣混合器組件，燃料/空氣混合器組件的子集從燃料/空氣混合器組件的其余部分凹入。

根據(jù)方面17的方面18，其中燃料/空氣混合器組件的其余部分包括燃料噴射器，其能夠在向燃料/空氣混合器供應(yīng)燃料與不供應(yīng)燃料之間改變，而與燃料/空氣混合器組件的子集的燃料噴射器是否供應(yīng)燃料無關(guān)。

根據(jù)方面17或方面18的方面19，其中多個(gè)燃料/空氣混合器組件均包括多個(gè)燃料/空氣混合器元件。

根據(jù)方面19的方面20，其中燃料/空氣混合器組件的子集具有不同于燃料/空氣混合器組件的其余部分的燃料/空氣混合器元件的數(shù)量。

附圖說明

圖1為示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的半側(cè)視截面視圖。

圖2A為用于在燃?xì)鉁u輪燃燒器中使用的包括燃料/空氣混合器組件和燃料噴射器組件的示例性燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件的正視透視圖。

圖2B為圖2A的示例性燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件的后視圖。

圖2C為圖2A的燃料/空氣混合器組件的截面視圖。

圖3為示例性燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件的正視透視圖。

圖4為示例性燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件的正視透視圖。

圖5為示例性燃?xì)鉁u輪燃燒器組件的透視半截面視圖。

圖6為用于示例性燃料噴射器系統(tǒng)的流體連接的簡圖。

各種圖中的相似附圖標(biāo)記指示相似的元件。

具體實(shí)施方式

圖1為示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的半側(cè)視截面視圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10為渦輪噴氣類型的燃?xì)鉁u輪，其可例如用于對噴氣飛行器供能。然而，本公開中描述的構(gòu)思不如此限制，并且可并入在各種其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(例如，渦扇、渦輪螺旋槳、渦輪軸、工業(yè)/船舶發(fā)動機(jī)或其它)的設(shè)計(jì)中。

如所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10大體上便于氣體的連續(xù)軸向流。即，氣體大體上沿由圖1中的箭頭指示的軸向下游方向流過發(fā)動機(jī)10。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10包括接收周圍空氣14并且將周圍空氣14引導(dǎo)至壓縮機(jī)16的進(jìn)氣口12。周圍空氣14通過壓縮機(jī)16的多個(gè)級吸入。離開壓縮機(jī)16的高壓空氣18引入至燃燒器100。在某些情況中，燃燒器100為外接發(fā)動機(jī)的主軸20的環(huán)形燃燒器，或定位在軸的徑向外側(cè)的筒型燃燒器。

燃燒器100包括組件，該組件具有燃燒罩102、多個(gè)燃料噴射器或燃料/空氣混合器104，以及燃燒器圓頂和圓頂組件106，其包括燃料噴射器或燃料/空氣混合器104。在燃燒器100處，高壓空氣18與液烴燃料混合，并且點(diǎn)燃來產(chǎn)生加熱的燃燒產(chǎn)物22。燃燒產(chǎn)物22穿過渦輪24的多個(gè)級。渦輪24從高壓高溫燃燒產(chǎn)物22抽取能量。由渦輪24從燃燒產(chǎn)物22抽取的能量驅(qū)動壓縮機(jī)16，壓縮機(jī)16由主軸20聯(lián)接于渦輪24。離開渦輪24的排出氣體26通過排氣噴嘴28加速進(jìn)入大氣，以提供推力或推進(jìn)功率。

圖2A、圖2B和圖2C分別為用于在燃?xì)鉁u輪燃燒器，例如圖1的燃燒器100中使用的示例性燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件200的正視透視圖、后視圖和截面視圖。示例性渦輪燃燒器圓頂組件200包括多個(gè)燃料/空氣混合器組件210,212和燃料噴射器220,222，它們操作成產(chǎn)生可燃燃料/空氣混合物。燃料/空氣混合物組件210,212聯(lián)接于板202。板202可為燃燒器的圓頂或整個(gè)圓頂板，如圖1中所示的圓頂106的區(qū)段，并且其前面表面面對燃燒器。

燃燒器圓頂組件200包括多個(gè)燃料/空氣混合器組件210,212的環(huán)狀的環(huán)形布置。燃料/空氣混合器組件210,212可繞著燃燒器的縱軸線沿周向嵌套布置。盡管示出了燃料/空氣混合器組件210,212的僅一個(gè)環(huán)，但可使用燃料/空氣混合器組件210,212的多個(gè)環(huán)。另外，燃料/空氣混合器組件210,212的布置可具有除了環(huán)狀之外的構(gòu)造。

燃燒器組件200可包括多個(gè)不同類型的混合器組件。例如，圖2A示出了第一類型的混合器組件212，其在板202的表面處聯(lián)接于板202。示例性的第一類型的混合器組件212包括五個(gè)燃料/空氣混合器元件208,214中的五個(gè)燃料噴射器末端216，但可使用各個(gè)混合器組件中的更多或更少的燃料噴射器末端216或燃料/空氣混合器元件208,214。燃料/空氣混合器元件208,214中的各個(gè)限定會聚-擴(kuò)散文氏管，空氣流過該會聚-擴(kuò)散文氏管，并且在某些情況中引起空氣的渦流。各個(gè)燃料/空氣混合器元件208,214的出口在公共平面上。示出了第二類型的混合器組件210，其包括聯(lián)接于九個(gè)燃料/空氣混合器元件208,214的九個(gè)燃料噴射器末端216，但可使用各個(gè)混合器組件210中的更多或更少的燃料噴射器末端216或燃料/空氣混合器元件208,214。第二類型的混合器組件210從板202關(guān)于第一類型的混合器組件212沿軸向凹入。換言之，第二類型的混合器組件210的燃料/空氣混合器元件208,214的出口在公共平面上，該公共平面從第一混合器組件212的元件的平面凹入。盡管圖2A示出了兩種不同類型的燃料/空氣混合器組件210,212，但在其它情況中，燃燒器組件200的燃料/空氣混合器組件可具有完全相同的構(gòu)造，或者可提供兩種以上的類型。

在示例性燃料/空氣混合器組件210,212中，混合器元件214附連于彼此以及中心元件208，并且圍繞中心混合器元件208對稱地定位，與中心位置(在中心混合器元件208的中心處)等距?；旌掀髟?08,214可以以其它構(gòu)造(例如，對稱地和/或其它)定位。

第一類型和第二類型的混合器組件210,212可圍繞燃燒器組件交替地定位(即，在第一類型的混合器210與第二類型的混合器212之間交替)。在其它實(shí)施中，混合器組件210,212可以以其它布置(包括不同的交替圖案和非交替布置)定位。

圖2B為燃燒器圓頂組件200的后視圖，并且示出了聯(lián)接于獨(dú)立燃料噴射器組件220a-k,222a-k的各個(gè)混合器組件210,212。燃料噴射器組件220a-k,222a-k將燃料供應(yīng)至各個(gè)混合器組件210,212中的燃料噴射器末端214。第一類型的各個(gè)混合器組件212聯(lián)接于燃料噴射器組件222a-k中的一個(gè)。各個(gè)凹入的混合器組件(即，第二類型的各個(gè)混合器組件)210聯(lián)接于燃料噴射器組件220a-k。

燃料噴射器組件220a-k流體地連接于一組燃料回路，并且燃料噴射器組件222a-k流體地連接于單獨(dú)的獨(dú)立組的燃料回路。燃料可獨(dú)立于燃料噴射器組件220a-k供應(yīng)至燃料噴射器組件222a-k。燃料噴射器組件220a-k,222a-k因此為分級系統(tǒng)，其可將燃料獨(dú)立地供應(yīng)至不同組的燃料噴射器和混合器組件。單獨(dú)的燃料回路可針對不同操作模式選擇性地供應(yīng)或拒絕燃料以產(chǎn)生不同的燃燒狀態(tài)。例如，對于低功率操作，燃料可僅供應(yīng)至聯(lián)接于凹入的混合器組件210的燃料噴射器組件220a-k，而沒有燃料或僅部分燃料供應(yīng)至聯(lián)接于混合器組件212的燃料噴射器組件222a-k。對于高功率操作，燃料可供應(yīng)至所有燃料噴射器組件220a-k和222a-k。

圖2C為沿圖2A中所示的平面2C-2C的示例性凹入混合器組件210和燃料噴射器組件220a的截面視圖。圖2C還示出了聯(lián)接于中心混合器元件208的中心燃料噴射器末端216的截面。凹入的混合器組件210類似于其它凹入的混合器組件210。燃料/空氣混合器元件208,214的出口在同一平面上，并且從板202的前表面沿軸向凹入軸向凹入距離d。在一些實(shí)施中，軸向凹入距離d等于正常操作期間從凹入混合器組件發(fā)出的火焰錐的長度。然而，軸向凹入距離d的其它長度可使用，包括其中d大于火焰錐的長度、火焰錐的長度的75%，或另一距離。值得注意地，混合器組件212的燃料/空氣混合器元件208,214的出口在與板202的前表面重合的平面上。

如圖2A,2B和2C中所示的凹入的混合器組件210便于低功率操作。在示例性低功率操作中，凹入的混合器組件210供應(yīng)有燃料，并且其它混合器組件212并未供應(yīng)有燃料。由于凹入的混合器組件210從板202凹入，故來自凹入的混合器組件210的火焰被保護(hù)而免受來自未使用的混合器組件212的空氣流。來自凹入的混合器組件210的火焰局部地限于凹入?yún)^(qū)域，并且因此相比于在其并未凹入的情況下較不易受來自穿過和離開未使用的混合器組件212的空氣的干擾、湍流或潛在驟冷。結(jié)果，凹入的混合器組件212可產(chǎn)生更好的火焰穩(wěn)定性和燃燒效率。

圖3為另一示例性燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件300的正視透視圖。除燃料/空氣混合器組件310,312的其布置外，示例性燃燒器圓頂組件300大致類似于圖2A,圖2B和圖2C中所示的燃燒器圓頂組件200。圓頂組件300包括聯(lián)接于多個(gè)燃料/空氣混合器組件310,312的環(huán)形布置的板302。混合器組件包括以交替構(gòu)造布置的非凹入的混合器組件312和凹入的混合器組件310?；旌掀鹘M件310聯(lián)接于燃料噴射器組件320a-k，并且混合器組件312聯(lián)接于燃料噴射器組件322a-k，其在單獨(dú)的獨(dú)立組的燃料回路上。在該實(shí)例中，凹入的混合器組件310均包括聯(lián)接于五個(gè)燃料/空氣混合器元件的五個(gè)燃料噴射器末端，并且非凹入的混合器組件312均包括聯(lián)接于九個(gè)燃料/空氣混合器元件的九個(gè)燃料噴射器末端。

如上文，在低功率操作期間，燃料供應(yīng)至凹入的混合器組件310，并且部分地供應(yīng)或不供應(yīng)至非凹入的混合器組件312。然而，在該實(shí)例中，各個(gè)凹入混合器組件310具有比來自圖2A-2C的燃燒器圓頂組件200中的凹入混合器組件210更少的燃料噴射器末端和燃料/空氣混合器元件。其它實(shí)施可具有用于不同低功率和高功率操作的不同構(gòu)造。

圖4為又一個(gè)示例性燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件400的正視透視圖。除不同地構(gòu)造的燃料/空氣混合器組件410,412之外，示例性圓頂組件400大致類似于圖2A,圖2B和圖2C中所示的燃燒器組件200。燃燒器組件400包括圓頂板402，其聯(lián)接于多個(gè)燃料/空氣混合器組件410,412的環(huán)形布置。混合器組件包括以交替構(gòu)造布置的非凹入的混合器組件412和凹入的混合器組件410。凹入的混合器組件410聯(lián)接于燃料噴射器組件420a-k，并且非凹入的混合器組件412聯(lián)接于燃料噴射器組件422a-k，其流體地連接于單獨(dú)的獨(dú)立組的燃料回路。在該實(shí)例中，各個(gè)混合器組件410,412中的中心燃料/空氣混合器元件432構(gòu)造為如在2013年11月11日提交的標(biāo)題為"Multi-Swirler Fuel/Air Mixer with Centralized Fuel Injection"的美國專利申請14/076,902中的火焰保持器。

圖5為示例性燃?xì)鉁u輪燃燒器組件500的透視截面。示例性燃燒器組件500包括兩者都聯(lián)接于殼體502的混合器組件506和凹入的混合器組件504?；旌掀鹘M件506和凹入的混合器組件504均包括對稱地分布并且圍繞縱軸線同心地定位的燃料/空氣混合器元件508的環(huán)形布置。凹入的混合器組件504的燃料/空氣混合器元件508的出口在公共平面上。平面從混合器組件506的燃料/空氣混合器元件508的出口的平面凹入。燃燒器組件500還包括中心混合器514，其具有與混合器組件506相同的平面上的出口。

混合器組件506聯(lián)接于燃料噴射器組件512，凹入的混合器組件504聯(lián)接于單獨(dú)的燃料噴射器組件510，并且中心混合器514聯(lián)接于另一個(gè)單獨(dú)的獨(dú)立燃料噴射器組件516。燃料噴射器組件510,512和516可均獨(dú)立地供應(yīng)有燃料，以便提供不同的操作模式，如低功率操作或高功率操作。如在圖2-4中，在低功率操作期間，凹入的混合器組件504和中心混合器514供應(yīng)有燃料，而非凹入的混合器組件506可不具有至噴射器的燃料或具有部分燃料。凹入的混合器組件可以以先前針對圖2A所述的方式提供改進(jìn)的低功率操作。

圖6示出了用于燃燒器，如燃燒器組件200,300,400或500的示例性流體連接簡圖600。流體簡圖600包括燃料供應(yīng)源602。燃料供應(yīng)源602分別由導(dǎo)管612a-c流體地連接于第一組燃料噴射器620a-c。閥610a-c可開啟或閉合導(dǎo)管612a-c，以供應(yīng)或拒絕至第一組燃料噴射器620的燃料。同樣地，燃料供應(yīng)源602通過閥組614a-c和導(dǎo)管組616a-c流體地連接于第二、單獨(dú)且獨(dú)立組的燃料噴射器622。各個(gè)閥組可包含一個(gè)或更多個(gè)閥，并且各個(gè)導(dǎo)管組可包含一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)管。閥組610a-c和614a-c可獨(dú)立地操作，以使僅一組燃料噴射器可供應(yīng)有燃料，或者兩組噴射器可供應(yīng)有燃料。以該方式，燃燒可分級或者具有多個(gè)模式操作。

值得注意地，本文中的構(gòu)思結(jié)合用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器和組件論述。然而，它們并未如此受限。例如，相同構(gòu)思可應(yīng)用于其它形式的發(fā)動機(jī)，以及使用燃燒器和/或燃燒室的其它設(shè)備。

盡管本說明書包含許多細(xì)節(jié)，但這些不應(yīng)當(dāng)看作是對可要求權(quán)利的范圍的限制，而是特定實(shí)例特有的特征的描述。在單獨(dú)實(shí)施的背景下在本說明書中描述的某些特征還可組合。相反，在單個(gè)實(shí)施的背景下描述的各種特征還可單獨(dú)地或以任何適合的子組合在多個(gè)實(shí)施例中實(shí)施。

從以上論述得出的是，本文中的構(gòu)思包含具有第一燃料/空氣混合器組件的燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件，該第一燃料/空氣混合器組件包括第一燃料噴射器和多個(gè)第一燃料/空氣混合器元件。各個(gè)第一燃料/空氣混合器元件限定穿過其的空氣流通路，并且具有第一平面中的出口。燃?xì)鉁u輪燃燒器圓頂組件包括第二燃料/空氣混合器組件。第二燃料/空氣混合器組件包括第二燃料噴射器和多個(gè)第二燃料/空氣混合器元件。各個(gè)第二混合器元件限定穿過其的空氣流通路，并且具有第二平面中的出口。第二平面從第一平面沿縱向偏移。

構(gòu)思還包含在燃?xì)鉁u輪燃燒器組件中的第一燃料/空氣混合器組件的出口處供應(yīng)空氣而沒有燃料。同時(shí)，燃料和空氣混合物在燃?xì)鉁u輪燃燒器組件中的第二相鄰燃料/空氣混合器組件的出口處焚燒。第二混合器組件具有第二平面中的出口，該第二平面關(guān)于第一燃料/空氣混合器組件的出口的第一平面凹入。

構(gòu)思還包含具有以環(huán)布置的多個(gè)燃?xì)鉁u輪燃料/空氣混合器組件的裝置。燃料/空氣混合器組件的子集從燃料/空氣混合器組件的其余部分凹入。

以上方面包括以下特征中的一些、沒有一個(gè)或所有。第一燃料噴射器可能夠在供應(yīng)燃料與不供應(yīng)燃料之間改變，而與第二燃料噴射器是否供應(yīng)燃料無關(guān)。多個(gè)第二燃料/空氣混合器組件可嵌套到具有多個(gè)第一燃料/空氣混合器組件的環(huán)中。第一燃料/空氣混合器組件和第二燃料/空氣混合器組件圍繞環(huán)以交替順序布置。第二燃料/空氣混合器元件在操作狀態(tài)下沿縱向方向產(chǎn)生火焰。第二平面從第一平面沿縱向偏移大致等于火焰的長度的距離。第二燃料/空氣混合器元件在第一燃料/空氣混合器元件后方。多個(gè)第一燃料/空氣混合器元件圍繞中心位置布置，并且第一燃料噴射器駐留在中心位置處。各個(gè)第一燃料/空氣混合器元件的中心與中心位置等距。燃?xì)鉁u輪燃燒器組件包括多個(gè)第一燃料/空氣混合器元件。第一燃料/空氣混合器可具有不同于第二燃料/空氣混合器組件的第二燃料/空氣混合器元件的數(shù)量的第一燃料/空氣混合器元件的數(shù)量?？諝饬魍房蔀槲氖瞎?。

描述了一定數(shù)量的實(shí)例。然而，將理解的是，可作出各種改型。因此，其它實(shí)施在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)。