本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒設(shè)備，并且特別涉及用于燃燒設(shè)備的燃燒器布置的液體燃料噴槍、燃燒器布置以及操作燃燒設(shè)備的方法。

背景技術(shù)：

包括干式低排放燃燒裝置系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)當(dāng)使用液體燃料時在滿載范圍內(nèi)點(diǎn)火和運(yùn)行方面具有困難。通常，這是因為混合氣流中的燃料放置和后續(xù)的燃料霧化造成的，特別在低負(fù)載下。理想地，燃料滴需要非常小，并且被注入到進(jìn)入位于燃燒器布置附近的燃燒裝置的預(yù)燃室的氣流的適當(dāng)?shù)牟糠郑栽谡_的火焰位置燃燒。另外，燃料滴不應(yīng)接觸任何壁面，但同時燃料滴需要足夠靠近點(diǎn)火器以使得點(diǎn)火器能夠在起動時點(diǎn)燃?xì)饣娜剂稀Ｈ绻剂系谓佑|表面，那么這能夠?qū)е路e碳的累積或漆的形成，并且這能夠改變氣流特性或者甚至阻塞空氣和/或燃料供給孔。

液體先導(dǎo)噴槍能夠具有附加的空氣助力以幫助液體燃料在一定范圍的燃料流上霧化。該空氣助力能夠通過完全圍繞燃料孔口或燃料成膜器(filmer)的多個空氣出口來供給。該液體先導(dǎo)噴槍處于容易與液體燃料接觸的區(qū)域，因此傾向于引起積碳。這些積碳阻塞了空氣助力孔并且隨后阻礙了燃料的成功霧化。先導(dǎo)燃料的差的霧化還導(dǎo)致了與起動時燃料的點(diǎn)火相關(guān)的問題。這是燃?xì)鉁u輪機(jī)燃料噴射系統(tǒng)常見的故障，并且積聚碳是常見的問題。因此，液體先導(dǎo)噴槍被定期地更環(huán)，并且并認(rèn)為是消耗件。這是不理想的，因為這種更換是昂貴的，導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪機(jī)例如被離線停止供給電力或動力，并且可能是非計劃好的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是防止在部件上形成積碳。另一個目的是防止在燃燒裝置的燃料噴槍上形成積碳。另一個目的是提高燃燒裝置中的燃料的點(diǎn)火的可靠性。另一個目的是提高燃料滴在氣流中的載送。另一個目的是提高燃燒裝置中液體燃料的霧化。另一個目的是防止液體燃料接觸燃燒裝置內(nèi)的表面。另一個目的是減少或防止由于更換或清潔遭受積碳的燃燒裝置部件、特別是液體燃料噴槍而導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)的計劃好的或非計劃好的停機(jī)維護(hù)。

為了這些和其他目的和優(yōu)點(diǎn)，提供了一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒裝置的燃燒裝置的燃燒器的燃料噴槍，該燃料噴槍具有軸線并且包括燃料噴槍主體和液體燃料頂端，燃料噴槍主體限定了燃料流動通道，液體燃料頂端附接至燃料噴槍主體并與燃料流動通道流體連通，液體燃料頂端包括燃料出口和具有圍繞燃料出口布置的出口的空氣通道陣列，其中出口布置在圍繞燃料出口的圓周的空白扇區(qū)(blank sector)的外側(cè)，該空白扇區(qū)由圍繞軸線的在30°至160°之間、包括30°和160°的角度限定。

出口可以布置在由圍繞軸線的在120°至160°之間的角度限定的空白扇區(qū)的外側(cè)。

出口可以布置在由圍繞軸線的近似140°的角度限定的空白扇區(qū)的外側(cè)。

在一個示例中，具有繞燃料出口等距離間隔開的八個出口，并且三個周向相鄰的出口被封閉以產(chǎn)生空白扇區(qū)。

在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒裝置的燃燒裝置的燃燒器，該燃燒器包括具有表面和軸線的燃燒器主體、燃料噴槍、點(diǎn)火器以及一個或多個主氣流通道，燃料噴槍至少部分地容納在燃燒器主體內(nèi)并且包括液體燃料頂端，液體燃料頂端具有燃料出口和空氣通道陣列，空氣通道具有圍繞燃料出口布置的出口，其中出口布置在圍繞燃料出口的圓周的空白扇區(qū)的外側(cè)，該空白扇區(qū)由圍繞軸線的達(dá)160°的角度限定，出口和燃料出口位于所述表面處或所述表面附近，點(diǎn)火器至少部分地容納在燃燒器主體內(nèi)并且具有端面，該端面位于所述表面處或所述表面附近，主氣流通道布置成將主氣流的至少一部分引導(dǎo)經(jīng)過燃料噴槍，然后經(jīng)過點(diǎn)火器，所述空白扇區(qū)具有中心線并且該中心線與來自所述軸線并且穿過燃料噴槍的徑向線成+120°至-120°之間的角度。

所述一個或多個主氣流通道可以相對于燃燒器軸線切向地成角度，以產(chǎn)生主氣流的順時針或逆時針旋流方向，空氣通道可以相對于燃料噴槍軸線切向地成角度以產(chǎn)生先導(dǎo)氣流的順時針或逆時針旋流方向。

所述一個或多個主氣流通道和空氣通道可以都在相同的方向上切向地成角度以產(chǎn)生主氣流的順時針旋流方向和先導(dǎo)氣流的順時針旋流方向，或者可以產(chǎn)生主氣流的逆時針旋流方向和先導(dǎo)氣流的逆時針旋流方向，并且空白扇區(qū)的中心線與來自所述軸線并且穿過燃料噴槍的徑向線成達(dá)60°的角度。

空白扇區(qū)的中心線可以與來自所述軸線并且穿過燃料噴槍的徑向線成達(dá)20°的角度。

空白扇區(qū)的中心線可以與來自所述軸線并且穿過燃料噴槍的徑向線成近似0°的角度。詞語“近似0°”意在包括0°以及具有相同或類似技術(shù)效果的相對較小的非零角度。

所述一個或多個主氣流通道和空氣通道可以相對地切向傾斜以產(chǎn)生對向旋流的主氣流和先導(dǎo)氣流，并且空白扇區(qū)的中心線可以與來自所述軸線并且穿過燃料噴槍的徑向線成0°至120°之間的角度。

點(diǎn)火器可以關(guān)于主氣流的方向定位在燃料噴槍的下游。

在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種操作用于燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒裝置的燃燒裝置的燃燒器，該燃燒器包括具有表面和軸線的燃燒器主體、燃料噴槍、點(diǎn)火器以及一個或多個主氣流通道，燃料噴槍至少部分地容納在燃燒器主體內(nèi)并且包括液體燃料頂端，液體燃料頂端具有燃料出口和空氣通道陣列，空氣通道具有圍繞燃料出口布置的出口，其中出口布置在圍繞燃料出口的圓周的空白扇區(qū)的外側(cè)，該空白扇區(qū)由圍繞軸線的達(dá)160°的角度限定，出口和燃料出口位于所述表面處或所述表面附近，點(diǎn)火器至少部分地容納在燃燒器主體內(nèi)并且具有端面，該端面位于所述表面處或所述表面附近，主氣流通道布置成將主氣流的至少一部分引導(dǎo)經(jīng)過燃料噴槍，然后經(jīng)過點(diǎn)火器，所述空白扇區(qū)具有中心線并且該中心線相對于來自所述軸線并且穿過燃料噴槍的徑向線是傾斜的，燃燒器還包括布置成使燃料噴槍繞其軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該方法包括使燃料噴槍在起動狀態(tài)與第二狀態(tài)之間旋轉(zhuǎn)的步驟。

在起動狀態(tài)下，空白扇區(qū)可以與所述徑向線成+120°至-120°之間的角度，并且在第二狀態(tài)下，空白扇區(qū)可以與所述徑向線成+240°至0°之間的角度。

第二狀態(tài)可以是包括弱熄火、部分負(fù)載或最大負(fù)載的組中的任一者。

在一個示例中，燃料出口是預(yù)成膜器，并且可以朝其端面擴(kuò)散且能夠產(chǎn)生燃料錐。在另一個示例中，燃料出口是孔口且能夠產(chǎn)生燃料噴霧。在又一個示例中，燃料出口是多個孔口，并且每個孔口均能夠產(chǎn)生燃料噴霧。

附圖說明

本發(fā)明的另外的特征、屬性和優(yōu)點(diǎn)將從下面結(jié)合附圖對實施方式的描述中變得清楚，在附圖中：

圖1以截面圖示出了結(jié)合有本發(fā)明的渦輪發(fā)動機(jī)的一部分；

圖2示出了渦輪發(fā)動機(jī)的燃燒裝置單元的一部分的示意性透視圖，并且詳細(xì)示出了包括被主燃燒器圍繞的先導(dǎo)燃燒器的根據(jù)本發(fā)明的燃燒器布置，其中先導(dǎo)燃燒器具有液體燃料噴槍和點(diǎn)火器；

圖3示出了先導(dǎo)燃燒器的一部分的示意性透視和剖切視圖，并且詳細(xì)示出了根據(jù)本發(fā)明的液體燃料噴槍；

圖4是沿著燃燒裝置軸線并在燃燒器的表面上的視圖，其中先導(dǎo)燃燒器基本上被根據(jù)本發(fā)明的主燃燒器圍繞；

圖5和圖6示出了分別沿著如圖4所示的路徑A-A和B-B的主氣流的截面圖，并且圖示了從液體燃料噴槍流出的燃料滴的相應(yīng)的分布；

圖7是已知的液體燃料噴槍的頂端并且大體沿著其軸線的視圖，示出了圍繞燃料出口對稱地布置的出口陣列，所述出口陣列將先導(dǎo)氣流引導(dǎo)為撞擊在液體燃料膜上，剪切液體燃料膜并使其霧化；

圖8是液體燃料噴槍的頂端的大體沿著其軸線的視圖，示出了圍繞燃料出口非對稱地布置的出口陣列，能夠看到不具有出口的空白扇區(qū)，出口的這種非對稱布置與本發(fā)明相一致；

圖9是燃燒器的表面并且沿著燃燒器的中心軸線的視圖，并且示出了根據(jù)本發(fā)明的液體燃料噴槍相對于來自主燃燒器的主氣流并且相對于燃燒器的中心軸線的定向；

圖10是燃燒器的表面上的示意圖，并且包括第一機(jī)構(gòu)，該第一機(jī)構(gòu)能夠使液體燃料噴槍繞其自己的軸線旋轉(zhuǎn)，使得空白扇區(qū)能夠在燃燒裝置的不同操作模式期間定向，并且與本發(fā)明相一致；

圖11是穿過燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的截面的示意圖，示出了安裝在發(fā)動機(jī)周圍的燃燒裝置單元的燃燒器，并且包括第二機(jī)構(gòu)，該第二機(jī)構(gòu)能夠使液體燃料噴槍繞其自己的軸線旋轉(zhuǎn)，使得空白扇區(qū)能夠在燃燒裝置的不同操作模式期間定向，并且與本發(fā)明相一致。

具體實施方式

圖1以截面圖示出了大致圍繞縱向軸線20布置的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的示例。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10按照流動順序包括入口12、壓氣機(jī)部分14、燃燒裝置部分16和渦輪機(jī)部分18，這些部分通常沿流動順序布置并且大體沿縱向或旋轉(zhuǎn)軸線20的方向。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10還包括軸22，軸22能夠繞旋轉(zhuǎn)軸線20旋轉(zhuǎn)并且縱向地延伸穿過燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10。軸22將渦輪機(jī)部分18驅(qū)動性地連接至壓氣機(jī)部分12。燃燒裝置部分16包括燃燒裝置單元16的環(huán)狀陣列，圖中僅僅示出了一個燃燒裝置單元16。

在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的操作中，通過空氣入口12攝入的空氣24被壓氣機(jī)部分14壓縮并被輸送至燃燒裝置部分或燃燒裝置單元16。燃燒裝置單元16包括燃燒器充氣室26、預(yù)燃室29、由雙壁筒27限定的燃燒室28以及固定至每個燃燒室28的至少一個燃燒器30。預(yù)燃室29、燃燒室28以及燃燒器30位于燃燒器充氣室26的內(nèi)部。經(jīng)過壓氣機(jī)12的壓縮空氣31進(jìn)入擴(kuò)散器32并且從擴(kuò)散器32排出到燃燒器充氣室26中；從燃燒器充氣室26開始，一部分空氣進(jìn)入燃燒器30中并與氣態(tài)和/或液態(tài)燃料混合?？諝?燃料混合物然后燃燒，并且產(chǎn)生的燃燒氣體34或工作氣體從燃燒室通過過渡管35被引導(dǎo)至渦輪機(jī)部分18。

渦輪機(jī)部分18包括附接至軸22的多個葉片承載轉(zhuǎn)子盤36。在本示例中，兩個盤36各自承載渦輪機(jī)葉片38的環(huán)狀陣列。然而，葉片承載轉(zhuǎn)子盤的數(shù)量可以不同，即，可以是僅一個盤或者是多于兩個轉(zhuǎn)子盤。此外，固定至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的定子42的導(dǎo)葉40設(shè)置在渦輪機(jī)葉片38之間。在燃燒室28的出口與前列的渦輪機(jī)葉片38之間設(shè)置有入口導(dǎo)葉44。

來自燃燒室28的燃燒氣體34進(jìn)入渦輪機(jī)部分18并且驅(qū)動渦輪機(jī)葉片38，渦輪機(jī)葉片38繼而使軸22旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動壓氣機(jī)部分12。導(dǎo)葉40、44起到使燃燒氣體或工作氣體到渦輪機(jī)葉片38上的角度最優(yōu)化的作用。壓氣機(jī)部分12包括軸向系列的導(dǎo)葉級46和轉(zhuǎn)子葉片級48。

除非另有說明，詞語“上游”和“下游”指的是經(jīng)過發(fā)動機(jī)的氣流和/或工作氣流的流動方向。詞語“向前”和“向后”指的是經(jīng)過發(fā)動機(jī)的氣體的大致流動。除非另有說明，詞語“軸向”、“徑向”和“周向”是參照發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線20而言的。

圖2是燃燒裝置16的一部分的立體圖，示出了燃燒器30、預(yù)燃室29以及燃燒室28的一部分。燃燒室28通過雙壁筒27(在圖1中示出)而形成為管狀形狀，其中雙壁筒27具有燃燒裝置軸線50并沿著燃燒裝置軸線50延伸。燃燒裝置16沿著燃燒裝置軸線50延伸并且包括預(yù)燃室29和主燃燒室28，其中主燃燒室28繞燃燒裝置軸線50沿周向方向61并且大致在預(yù)燃室空間29氣流方向下游延伸。

燃燒器30包括先導(dǎo)燃燒器52和主燃燒器54。先導(dǎo)燃燒器52包括燃燒器主體53、液體燃料噴槍56和點(diǎn)火器58。主燃燒器54包括具有旋流器葉片60的環(huán)狀陣列的旋流器裝置55，旋流器葉片60之間限定有通道62。旋流器葉片60的該環(huán)狀陣列大致圍繞燃燒器軸線50布置，燃燒器軸線50在本示例中以常規(guī)的方式與燃燒裝置軸線50重合。旋流器裝置55包括主燃料噴射口，主燃料噴射口未示出但在本領(lǐng)域是公知的。主燃燒器54限定預(yù)燃室29的一部分。先導(dǎo)燃燒器52位于孔57中并且關(guān)于燃燒器/燃燒裝置軸線50大致位于主燃燒器54的徑向內(nèi)側(cè)。先導(dǎo)燃燒器52具有限定預(yù)燃室29的端壁的一部分的表面64。端壁進(jìn)一步由主燃燒器54限定。

液體燃料噴槍56至少部分地容納在限定于先導(dǎo)燃燒器52的燃燒器主體53中的第一孔66中。先導(dǎo)氣流通道69形成在液體燃料噴槍56與第一孔66的壁之間。液體燃料噴槍56包括細(xì)長的燃料噴槍主體86以及液體燃料頂端72。細(xì)長的燃料噴槍主體86為大致圓筒形并且限定燃料流動通道70。液體燃料頂端72安裝在細(xì)長的燃料噴槍主體86的一端并且位于表面64附近或表面64處。將參照圖3更詳細(xì)地描述液體燃料噴槍56。點(diǎn)火器58容納在限定于先導(dǎo)燃燒器52的燃燒器主體53中的第二通道74中。點(diǎn)火器58的端部位于表面64附近或表面64處。點(diǎn)火器58是本領(lǐng)域公知的裝置并且無需進(jìn)一步描述。在其他燃燒裝置16中，可以設(shè)置多于一個的液體燃料噴槍和/或多于一個的點(diǎn)火器。

在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作期間，更具體地是在發(fā)動機(jī)起動時，起動器馬達(dá)通過曲柄開動發(fā)動機(jī)，使得壓氣機(jī)14和渦輪機(jī)16與軸22一起旋轉(zhuǎn)。壓氣機(jī)14產(chǎn)生被輸送至燃燒裝置單元16中的一個或多個的壓縮空氣34的氣流。壓縮空氣34的第一部分或大部分是主氣流34A，主氣流34A被強(qiáng)迫通過旋流器裝置55的通道62，其中旋流器葉片60向壓縮空氣34施加如箭頭所示的旋流。壓縮空氣31的第二部分或小部分是先導(dǎo)氣流34B，先導(dǎo)氣流34B被強(qiáng)迫通過先導(dǎo)氣流通道69。先導(dǎo)氣流34B也能夠稱為空氣助力氣流。液體燃料76被迫通過燃料流通道70并與先導(dǎo)氣流34B和主氣流34A混合以使液體燃料霧化。液體燃料霧化成非常小的燃料滴增大了表面面積，從而增強(qiáng)了后續(xù)的氣化。

主氣流34A大體繞燃燒裝置軸線50旋流。旋流器葉片60向主氣流34A施加切向分量，從而導(dǎo)致大部分主氣流34具有周向流動方向。該周向流方面對于沿著燃燒裝置軸線50從表面64或表面64附近朝向過渡管35(見圖1)的空氣和燃料混合物的大致方向而言是附加的。燃料和空氣混合物經(jīng)過預(yù)燃室29并且進(jìn)入燃燒室28。主氣流34A迫使先導(dǎo)氣流34B和夾載的燃料靠近點(diǎn)火器58，點(diǎn)火器58然后點(diǎn)燃燃料/空氣混合物。

為了起動發(fā)動機(jī)，當(dāng)先導(dǎo)燃料被供給并點(diǎn)燃時，起動器馬達(dá)使軸22、壓氣機(jī)14和渦輪機(jī)18旋轉(zhuǎn)至預(yù)定的速度。一旦被點(diǎn)燃，燃燒裝置的內(nèi)部幾何構(gòu)型和氣流樣式便使先導(dǎo)火焰存在。當(dāng)發(fā)動機(jī)變?yōu)樽詣恿r，起動器馬達(dá)便能夠關(guān)閉。當(dāng)發(fā)動機(jī)需求或負(fù)荷從起動開始增大時，燃料被供給至主燃料噴射口并與主氣流34A混合。主火焰在燃燒室28中產(chǎn)生并位于先導(dǎo)火焰的徑向向外處。

現(xiàn)在參照圖3，其示出了先導(dǎo)燃燒器52的一部分并且詳細(xì)示出了液體燃料噴槍56的示意性透視和剖切視圖。液體燃料噴槍56包括細(xì)長的燃料噴槍主體86和液體燃料頂端72，燃料噴槍主體86和液體燃料頂端72是可以成一體的或分開的元件。液體燃料頂端72位于第一孔66的端部的窄部78處并且被窄部78捕獲并與窄部78形成緊密配合。在燃料流動通道70的端部，液體燃料頂端72包括旋流板80，旋流板80限定具有入口和出口的燃料導(dǎo)管82陣列。燃料導(dǎo)管82(僅僅示出了其中一個)相對于液體燃料噴槍56的縱向或燃料噴槍軸線79傾斜。在旋流板80的下游的是燃料旋流室84，然后是燃料出口86，燃料出口86在本示例中是燃料成膜器。該燃料成膜器86是發(fā)散的(divergent)并且產(chǎn)生液體燃料錐。在其他示例中，燃料出口86可以是產(chǎn)生燃料噴霧的孔口，或者可以是多個孔口，其中每個孔口均產(chǎn)生燃料噴霧。

液體燃料頂端72形成先導(dǎo)氣流導(dǎo)管88陣列，先導(dǎo)氣流導(dǎo)管88具有與先導(dǎo)氣流通道69連通的入口以及圍繞燃料成膜器86的出口90。在本示例性實施方式中，先導(dǎo)氣流導(dǎo)管88在周向方向上以及在相對于液體燃料噴槍56的縱向軸線79徑向向內(nèi)的方向上都是傾斜的或成角度的。在其它實施例中，先導(dǎo)氣流導(dǎo)管88可以是軸向排列的，或者僅僅在周向方向上或者在相對于縱向軸線79徑向向內(nèi)的方向上是傾斜的。在本示例性實施方式中，具有8個先導(dǎo)氣流導(dǎo)管88，但在其他實施方式中可以具有更多的或更少的導(dǎo)管。

在燃料流動通道70中流動的先導(dǎo)液體燃料進(jìn)入燃料導(dǎo)管82的入口并且離開出口，向燃料旋流室84中的燃料施加旋流。旋流的燃料形成燃料成膜器86上的薄膜，這使燃料以相對較薄的錐狀流出。先導(dǎo)氣流34B沖擊燃料錐并將燃料打碎成小滴。來自出口90的空氣的旋流渦流使燃料與主氣流34A一起霧化。

先導(dǎo)氣流34B在發(fā)動機(jī)起動以及低動力需求下特別有用，此時先導(dǎo)氣流34B與較高的動力需求相比具有相對較低的質(zhì)量流，這是因為低質(zhì)量流不太能夠使液體燃料霧化。有利地，先導(dǎo)氣流34B向先導(dǎo)燃料噴槍提供了冷卻并且有助于防止燃料焦化和先導(dǎo)燃料噴槍上積碳。

圖4是沿著燃燒裝置軸線50并且在燃燒器30的表面64上的視圖，其中先導(dǎo)燃燒器52基本上被主燃燒器54圍繞。液體燃料噴槍56和點(diǎn)火器58示出為安裝在先導(dǎo)燃燒器52的燃燒器主體53中。主燃燒器54的旋流器裝置55圍繞表面64并且通過通道62的環(huán)狀陣列來引導(dǎo)主氣流34B。旋流器葉片60和通道62的環(huán)狀陣列布置成向主氣流34A施加切向流分量，使得當(dāng)來自每個通道62的氣流部分合并時，這些氣流部分形成基本上圍繞燃燒器軸線50的渦流34C。在本實施方式中，渦流34C如圖4所示基本上逆時針旋轉(zhuǎn)；渦流34C也可以說是順時針旋轉(zhuǎn)，因為渦流34C沿從表面64到過渡管35的方向行進(jìn)通過預(yù)燃室29，然后到達(dá)燃燒室28。

在本示例性實施方式中，渦流34C是單個渦流，但在其他示例中，先導(dǎo)燃燒器52和主燃燒器54的布置可以產(chǎn)生在同一個方向或不同的方向并且以不同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的多個渦流。

液體燃料噴槍56和點(diǎn)火器58的位置布置成使得旋流或旋轉(zhuǎn)的主氣流34A在液體燃料噴槍56上方或周圍經(jīng)過，然后到達(dá)點(diǎn)火器58。由于主氣流圍繞軸線50形成渦流34C，所以液體燃料噴槍56和點(diǎn)火器58定位在距離軸線50近似相同的徑向距離處。因此，當(dāng)燃料噴槍56將液體燃料噴射或噴灑到預(yù)燃室29中時，主氣流34C夾載燃料并將燃料朝向點(diǎn)火器58輸送，在點(diǎn)火器58處能夠發(fā)生點(diǎn)火。

渦流34C在其質(zhì)量流內(nèi)具有很多不同的流速。在本示例中，渦流的用箭頭34Cs表示的一部分正在以比渦流的用箭頭34Cf表示的一部分低的速度行進(jìn)。主氣流部分34Cs相對于軸線50位于主氣流部分34Cf的徑向內(nèi)側(cè)。主氣流部分34Cs處于與先導(dǎo)燃料噴槍56的徑向內(nèi)部近似相同的徑向位置處，并且主氣流部分34Cf處于與先導(dǎo)燃料噴槍56的徑向外部近似相同的徑向位置處。

圖5和圖6分別示出了沿著如圖4所示的路徑A-A和B-B的主氣流的截面圖以及燃料滴的分布。在圖4中，流動路徑B-B位于燃料噴槍56和點(diǎn)火器58的徑向外側(cè)，而流動路徑A-A位于與燃料噴槍56和點(diǎn)火器58的至少一部分近似相同的半徑處。

在圖6中，燃料噴槍56和點(diǎn)火器58為了參照的目的用虛線示出。如圖所示，離開每個通道62的主氣流的每個部分均直接跨表面64流動短距離，然后離開表面64并沿著軸線50行進(jìn)離開表面64，同時主氣流的另一部分從周向相鄰的通道62加入進(jìn)來。因此，能夠看到，夾載在主氣流長流動路徑B-B的該部分中的任何燃料滴92都快速地抬離表面64并且因此離開點(diǎn)火器58。

在圖5中，主氣流34A經(jīng)過燃料噴槍56上方并繼續(xù)朝點(diǎn)火器58行進(jìn)。圍繞燃料噴槍56的燃料成膜器86的出口90將先導(dǎo)氣流34B引導(dǎo)為撞擊在離開燃料成膜器86的燃料錐上并將燃料膜破碎成小滴92。用94示意性示出的來自出口90的先導(dǎo)空氣的旋流渦流在燃料與主氣流34A混合時使燃料霧化。先導(dǎo)空氣94的旋流渦流有效地形成了液體緩沖器(buffer)并使得在其下風(fēng)側(cè)或下游側(cè)形成再循環(huán)區(qū)域或低壓區(qū)域96。該再循環(huán)區(qū)域或低壓區(qū)域96將主氣流34A吸向燃料噴槍56與點(diǎn)火器58之間的表面64。燃料滴92的一部分也被吸向表面64并且因此靠近點(diǎn)火器58，使得燃料/空氣混合物的良好的點(diǎn)火是可能的。

現(xiàn)在參照圖7，為燃料噴槍56的頂端72并且大致沿著其軸線79的視圖，其中出口90陣列引導(dǎo)具有切向分量的先導(dǎo)氣流34B。當(dāng)來自每個出口90的先導(dǎo)氣流34B的各部分融合時，它們合并成先導(dǎo)渦流94。先導(dǎo)渦流94如圖7所示沿大致逆時針方向旋轉(zhuǎn)；該渦流94也可以說是沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，因為其沿從頂端72的表面朝過渡管35的方向行進(jìn)通過預(yù)燃室29，然后到達(dá)燃燒室28。在一個示例中，具有繞燃料噴嘴的軸線79并且繞燃料成膜器86對稱布置的8個出口90。出口的這種布置至少在一開始產(chǎn)生對稱的先導(dǎo)渦流94。

然而，在使用中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，出口90變得被落在燃料噴槍56的表面上的液體燃料形成的積碳堵塞。這種堵塞減少了先導(dǎo)氣流34B的量，這繼而減小了先導(dǎo)氣流34B剪切和破壞燃料膜的有效性。結(jié)果，燃料/空氣混合物的點(diǎn)燃變得更加困難和不可預(yù)測。因此，已經(jīng)先導(dǎo)渦流94的對稱性導(dǎo)致特定的氣流特性，該特定的氣流特性導(dǎo)致液體燃料與燃料噴槍的表面接觸并且然后形成堵塞出口90的積碳。

圖8是燃料噴槍56的頂端72并且大體沿著其軸線79的視圖，其中出口90陣列引導(dǎo)具有切向分量的先導(dǎo)氣流34B。在本示例中，出口90中的3個出口被完全封閉在空白扇區(qū)98中?？瞻咨葏^(qū)98由圍繞燃料噴槍的軸線79的角度θ限定。在本示例中，角度θ為近似140°，而對于其他示例，角度θ可以在30°至160°之間并且包括30°和160°。60°至160°之間的角度更為有利，并且產(chǎn)生容易被主氣流破壞的非對稱燃料/空氣渦流94?；旧希槍瞻咨葏^(qū)98的這些角度涉及被封閉的至少一個、多的話達(dá)三個出口。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，燃料噴槍的任何其他設(shè)計都可以結(jié)合比本示例性實施方式所示的8個多或少的出口90。詞語“封閉”可以意指存在的出口90例如通過焊接或嵌件被密封，或者通過在新的燃料噴槍的制造期間不形成其中一些通道88和出口99而被密封。中心線100在圖8中示出，并且是空白扇區(qū)98的中心線或二等分線，以限定燃料噴槍56和空白扇區(qū)98相對于燃燒裝置室軸線50的定向。

這種布置產(chǎn)生了非對稱的先導(dǎo)氣流34B輸送并且因此產(chǎn)生了非對稱的先導(dǎo)渦流94。該非對稱的先導(dǎo)渦流94具有保持燃料噴槍56沒有落在其表面上的液體燃料并且沒有后續(xù)的碳沉積物的效果，這是通過在先導(dǎo)燃料噴槍周圍產(chǎn)生將先導(dǎo)燃料噴槍56與燃料滴92隔離的氣流流型(regime)來實現(xiàn)的。這具有下述優(yōu)點(diǎn)：先導(dǎo)氣流出口90在使用期間不堵塞，并且因此維持了燃料噴霧和霧化的品質(zhì)。結(jié)果，起動時的點(diǎn)火也得到了改善。此外，先導(dǎo)氣流和“空氣助力”是非對稱的增大了局部湍流并且改善了對燃料滴92的剪切，有助于燃料滴92霧化并將燃料滴92推離出口90，因而防止了由于液體燃料與噴射器表面接觸而導(dǎo)致任何積碳。

非對稱先導(dǎo)氣流34B的輸送和非對稱先導(dǎo)渦流94保持足夠強(qiáng)以有效地形成液體緩沖器94并使得在其下風(fēng)側(cè)或下游側(cè)形成再循環(huán)區(qū)域96或低壓區(qū)域96。因此，再循環(huán)區(qū)域96或低壓區(qū)域96仍然將主氣流34A吸向燃料噴槍56與點(diǎn)火器58之間的表面64。燃料滴92的一部分也被吸向表面64并且因此靠近點(diǎn)火器58，使得燃料/空氣混合物的良好的點(diǎn)燃同樣是可能的。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，非對稱的先導(dǎo)渦流94能夠防止或基本上防止液滴92接觸燃料噴槍56的表面，而無論空白扇區(qū)98的中心線100的定向如何。然而，如前所述，如果中心線100的定向與渦流34C相比或者相對于燃燒裝置室軸線50處于特定的定向，則僅僅對主氣流中的燃料滴92向點(diǎn)火器58的輸送具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。

來自空氣通道88的空氣立即撞擊在從燃料出口86流出的液體燃料上，也就是說，在燃料出口86與空氣通道88之間沒有其他的空氣通道或出口。因此，燃料/空氣渦流94可以僅僅通過來自燃料出口的燃料和來自空氣通道的空氣產(chǎn)生。因此，是來自燃料出口的燃料與來自空氣通道的空氣的組合產(chǎn)生了非對稱的先導(dǎo)渦流94。

現(xiàn)在參照圖9，為燃燒器30的表面64并且沿著軸線50的視圖，徑向線102從軸線50起并且穿過燃料噴槍56的軸線78。燃料噴槍56和點(diǎn)火器58連同從主氣流通道62流出的主氣流箭頭34A一起示出。如前所述，渦流的用箭頭34Cf表示的一部分正在以大體比渦流的用箭頭34Cs表示的一部分高的速度行進(jìn)。相對較慢的流基本上位于相對較快速度的空氣的徑向內(nèi)側(cè)。

如前所述的燃料噴槍56至少部分地容納在燃燒器30的燃燒器主體53內(nèi)，并且出口90和燃料成膜器86位于表面64處或表面64附近。在本示例中，出口90和燃料成膜器86位于燃燒器主體53中的表面64的下方。點(diǎn)火器58也至少部分地容納在燃燒器主體53內(nèi)并且具有剛好位于表面64的下方的端面59，但是端面59可以位于表面64處或表面64附近。

燃燒器30還包括氣體噴射口122陣列，氣體噴射口122大體形成在燃燒器30的徑向外部中并且形成在如圖2所示的周向唇部124的下方。這些氣體噴射口122能夠供給先導(dǎo)氣體-燃料，這是本領(lǐng)域公知的。

術(shù)語“順時針”和“逆時針”是關(guān)于如圖9所示的燃燒器30的表面64上的視角而言的。

在本示例性實施方式中，空白扇區(qū)98的中心線100相對于從燃燒裝置室軸線50延伸至燃料噴槍軸線78的徑向線102成近似0°的角度。另外，主氣流通道相對于燃燒器軸線50切向地成角度，以產(chǎn)生主氣流34A的逆時針旋流方向，并且空氣通道88相對于燃料噴槍軸線79切向地成角度，以產(chǎn)生先導(dǎo)氣流34B的逆時針旋流方向。然而，在該第一實施方式中，提供本發(fā)明的至少一些期望優(yōu)點(diǎn)的角度的范圍是+60°至-60°之間、包括+60°和-60°。最有利的角度范圍是+20°至-20°之間、包括+20°和-20°。

在第二實施方式中，主氣流通道相對于燃燒器軸線50切向地成角度，以產(chǎn)生主氣流34A的逆時針旋流方向，并且空氣通道88相對于燃料噴槍軸線79切向地成角度，以產(chǎn)生先導(dǎo)氣流34B的順時針旋流方向。在該第二實施方式中，提供本發(fā)明的至少一些期望優(yōu)點(diǎn)的角度的范圍是+120°至0°之間、包括+120°和0°。

在第三實施方式中，主氣流通道相對于燃燒器軸線50切向地成角度，以產(chǎn)生主氣流34A的順時針旋流方向，并且空氣通道88相對于燃料噴槍軸線79切向地成角度，以產(chǎn)生先導(dǎo)氣流34B的逆時針旋流方向。在該第三實施方式中，提供本發(fā)明的至少一些期望優(yōu)點(diǎn)的角度的范圍是0°至-120°之間、包括0°和-120°。

因此，總之，空白扇區(qū)98的中心線100能夠與從軸線50起并且穿過燃料噴槍56的徑向線102成+120°至-120°之間的角度。在所有的實施方式中，點(diǎn)火器58都關(guān)于主氣流34A的順時針或逆時針方向定位在燃料噴槍56的下游。

燃料噴槍56的上述定位是有利的，因為出口90保持沒有積碳，因此保持了燃料膜的良好霧化和良好的起動點(diǎn)火。在點(diǎn)火期間重要的是燃料沖洗點(diǎn)火器58以確保可靠的點(diǎn)火。然而，在其他發(fā)動機(jī)狀態(tài)期間、例如在弱熄火(weak extinction)、部分負(fù)載或最大負(fù)載期間，空白扇區(qū)98的其他定向甚至更為有利。在正常的發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間，在點(diǎn)火或起動以上的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或功率下，理想的是避免燃料接觸或沖洗點(diǎn)火器58，因為這可能形成積碳。因此，在點(diǎn)火時，關(guān)于圖5描述的狀態(tài)是理想的，在該狀態(tài)下燃料滴沖洗或者非?？拷鼑娚淦鳎徊⑶以谡０l(fā)動機(jī)運(yùn)行期間，關(guān)于圖6描述的狀態(tài)是理想的，在該狀態(tài)下燃料滴基本上被載送離開點(diǎn)火器。

因此，根據(jù)本發(fā)明的操作燃燒器30的方法包括使燃料噴槍在起動狀態(tài)與第二狀態(tài)之間旋轉(zhuǎn)的步驟。第二狀態(tài)可以是諸如弱熄火、部分負(fù)載或最大負(fù)載之類的狀態(tài)中的任一者。特別地，弱熄火是如下狀態(tài)：如果燃料供給進(jìn)一步減小則能夠熄滅火焰，并且與火焰穩(wěn)定性相關(guān)。對于具有較低的弱熄火的相同燃料/空氣比，火焰不太可能熄滅。

往回參照圖8及其描述，空白扇區(qū)98具有相對于徑向線102成角度或定向的中心線100；在發(fā)動機(jī)起動狀態(tài)下，空白扇區(qū)98與徑向線102成+120°至-120°之間的角度，而在第二狀態(tài)下，液體燃料噴槍56繞其自己的軸線79旋轉(zhuǎn)，使得空白扇區(qū)98與徑向線102成+240°至-360°之間的角度。因此，在一個示例中，在起動時，中心線102與徑向線102成近似0°的角度，而在高功率狀態(tài)下，液體燃料噴槍56旋轉(zhuǎn)近似-120°，如圖8所示。

為了使燃料噴槍56旋轉(zhuǎn)，提供了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并且參照圖10和圖11描述了兩個示例。

圖10是燃燒器30的表面上的示意圖，并且包括第一機(jī)構(gòu)104，該第一機(jī)構(gòu)104能夠使液體燃料噴槍繞其自己的軸線79旋轉(zhuǎn)，使得空白扇區(qū)98能夠在燃燒裝置和/或發(fā)動機(jī)的不同操作模式期間定向至不同的位置。第一機(jī)構(gòu)104包括具有驅(qū)動桿108的致動器106，驅(qū)動桿108通過連桿110連接至燃料噴槍56。燃料噴槍56可以通過適當(dāng)?shù)妮S承安裝至燃燒器30。第一機(jī)構(gòu)104能夠使燃料噴槍在圖中用虛線示意性示出的第一定向112和第二定向114之間旋轉(zhuǎn)。每個燃燒器30均配備有第一機(jī)構(gòu)104，并且每個第一機(jī)構(gòu)104均連接至電子控制器116。電子控制器116根據(jù)發(fā)動機(jī)或燃燒裝置狀態(tài)設(shè)定致動器106的旋轉(zhuǎn)位置。電子控制器116可以是主發(fā)動機(jī)控制器或獨(dú)立的裝置。在本示例中，可以根據(jù)每個燃燒裝置單元所需求的輸出或狀態(tài)來獨(dú)立地定向每個液體燃料噴槍56。

圖11是穿過燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的截面的示意圖，示出了安裝在發(fā)動機(jī)周圍的燃燒裝置單元16的燃燒器30陣列，并且包括第二機(jī)構(gòu)120，該第二機(jī)構(gòu)120能夠使液體燃料噴槍56繞其自己的軸線旋轉(zhuǎn)，使得空白扇區(qū)能夠在燃燒裝置的不同操作模式期間定向至不同的位置。在本示例中，類似的部件被給定相同的附圖標(biāo)記，并且以基本類似的方式操作，并且將不再描述。在本示例中，第二機(jī)構(gòu)120包括致動環(huán)118，致動器108連接至致動環(huán)118，并且每個液體燃料噴槍56驅(qū)動性地連接至致動環(huán)118以繞其自己的軸線旋轉(zhuǎn)。在本示例中，所有的液體燃料噴槍56都根據(jù)燃燒系統(tǒng)所需求的輸出或狀態(tài)同時地旋轉(zhuǎn)。

應(yīng)當(dāng)注意，液體燃料頂端72附接至燃料噴槍主體68，使得在使用中時，液體燃料頂端72與燃料噴槍主體68剛性地連接并且不能夠相對于彼此移動。然而，液體燃料頂端72可以從燃料噴槍主體68拆卸以便維修或更換。這種可拆卸的附接可以通過協(xié)作的螺紋或卡口式配合而實現(xiàn)。另外，液體燃料頂端72和燃料噴槍主體68可以焊接在一起或者例如通過鑄造而制成一體。