燃燒器組件的制作方法
聯(lián)邦贊助研究
本發(fā)明在美國軍隊的合同號w911w6-11-2-0009下利用政府支持實(shí)現(xiàn)。政府可具有該發(fā)明中的某些權(quán)利。
本主題大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，或更具體而言涉及用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器組件。
發(fā)明背景
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)大體包括彼此成流連通配置的風(fēng)扇和核心。另外，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的核心大體包括成串流順序的壓縮機(jī)區(qū)段、燃燒區(qū)段、渦輪區(qū)段和排氣區(qū)段。在操作中，空氣從風(fēng)扇提供至壓縮機(jī)區(qū)段的入口，在那里一個或多個軸向壓縮機(jī)逐步壓縮空氣直到其達(dá)到燃燒區(qū)段。燃料與壓縮空氣混合且在燃燒區(qū)段內(nèi)燃燒以提供燃燒氣體。燃燒氣體從燃燒區(qū)段傳送至渦輪區(qū)段。穿過渦輪區(qū)段的燃燒氣體的流驅(qū)動渦輪區(qū)段且然后傳送穿過排氣區(qū)段，例如至大氣。
在燃燒區(qū)段內(nèi)，燃燒器通常包括附接至圓頂?shù)娜剂?空氣噴射組件。燃料-空氣噴射組件可包括熱屏蔽件以保護(hù)例如燃料-空氣噴射組件和/或圓頂?shù)母鞣N其它構(gòu)件。熱屏蔽件傳統(tǒng)地需要在燃燒器的燃燒室內(nèi)占有較大足跡，以有效地保護(hù)燃料-空氣噴射組件和/或圓頂?shù)母鞣N其它構(gòu)件。然而，本公開的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，此構(gòu)造可導(dǎo)致較重的燃燒器，且也可增加用于形成熱屏蔽件的成本。因此，解決這些關(guān)注點(diǎn)的燃燒器將是有用的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中部分地闡述，或可從描述中顯而易見，或可通過本發(fā)明的實(shí)踐來了解。
在本公開的一個示例性實(shí)施例中，提供了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器組件。燃燒器組件包括內(nèi)襯套、外襯套和燃燒器圓頂，它們一起至少部分地限定具有環(huán)帶高度的燃燒室。燃燒器圓頂另外限定開口。燃燒器組件另外包括至少部分地定位在燃燒器圓頂?shù)拈_口內(nèi)且包括熱屏蔽件的燃料-空氣噴射器硬件組件，熱屏蔽件至少部分地位于燃燒室內(nèi)以用于屏蔽燃料-空氣噴射器硬件組件的至少一部分。熱屏蔽件限定外徑。燃燒室的環(huán)帶高度與熱屏蔽件的外徑的比率為至少大約1.3∶1。
在本公開的另一個示例性實(shí)施例中，提供了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器組件。燃燒器組件包括內(nèi)襯套、外襯套和燃燒器圓頂，它們一起至少部分地限定燃燒室。燃燒器圓頂另外限定多個開口以及間距。每個開口具有中心。間距從一個開口的中心至相鄰開口的中心限定。燃燒器組件另外包括多個燃料-空氣噴射器硬件組件。每個燃料-空氣噴射器硬件組件至少部分地定位在燃燒器圓頂?shù)亩鄠€開口中的相應(yīng)的一個內(nèi)且包括熱屏蔽件，熱屏蔽件至少部分地位于燃燒室內(nèi)以用于屏蔽燃料-空氣噴射器硬件組件的至少一部分。每個熱屏蔽件限定外徑。間距與熱屏蔽件的外徑的比率為至少大約1.3∶1。
技術(shù)方案1.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器組件，所述燃燒器組件包括：
內(nèi)襯套、外襯套和燃燒器圓頂，它們一起至少部分地限定具有環(huán)帶高度的燃燒室，所述燃燒器圓頂另外限定開口；和
燃料-空氣噴射器硬件組件，其至少部分地定位在所述燃燒器圓頂?shù)拈_口內(nèi)且包括熱屏蔽件，所述熱屏蔽件至少部分地位于所述燃燒室內(nèi)以用于屏蔽所述燃料-空氣噴射器硬件組件的至少一部分，所述熱屏蔽件限定外徑，所述燃燒室的環(huán)帶高度與所述熱屏蔽件的外徑的比率為至少大約1.3∶1。
技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的燃燒器組件，其中，所述燃燒室的環(huán)帶高度與所述熱屏蔽件的外徑的比率為至少大約1.5∶1。
技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案1所述的燃燒器組件，其中，所述燃燒器圓頂還包括多個開口，其中所述燃燒器圓頂限定從一個開口的中心至相鄰開口的中心的間距，且其中所述間距與所述熱屏蔽件的外徑的比率為至少大約1.3∶1。
技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的燃燒器組件，其中，所述燃燒器圓頂由陶瓷基質(zhì)復(fù)合物材料形成。
技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案1所述的燃燒器組件，其中，所述熱屏蔽件包括金屬材料。
技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案1所述的燃燒器組件，其中，所述熱屏蔽件包括隔熱屏唇部，其中所述熱屏蔽件的隔熱屏唇部限定環(huán)形形狀，且其中所述隔熱屏唇部限定所述外徑。
技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案1所述的燃燒器組件，其中，所述燃燒器組件限定中心線，其中所述燃燒器圓頂包括前壁，其中所述燃燒器圓頂?shù)那氨谙薅ㄅc所述中心線相交的方向，且其中所述環(huán)帶高度限定在與所述燃燒器圓頂?shù)那氨诘姆较蚱叫械姆较蛏稀?/p>
技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的燃燒器組件，其中，所述環(huán)帶高度在所述內(nèi)襯套和所述外襯套之間限定。
技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案1所述的燃燒器組件，其中，所述燃料-空氣噴射器硬件組件還包括旋流器和密封板，其中所述旋流器和密封板限定最大外徑，其中所述熱屏蔽件的外徑大于所述旋流器和密封板的最大外徑。
技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案1所述的燃燒器組件，其中，所述燃燒器組件限定中心線，其中所述燃燒器圓頂包括前壁，其中所述燃燒器圓頂?shù)那氨谙薅ㄅc所述中心線相交的方向，其中所述前壁還沿所述前壁的方向限定長度，且其中所述前壁的長度與所述熱屏蔽件的外徑的比率為至少大約1.1∶1。
技術(shù)方案11.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器組件，所述燃燒器組件包括：
內(nèi)襯套、外襯套和燃燒器圓頂，它們一起至少部分地限定燃燒室，所述燃燒器圓頂另外限定多個開口以及間距，每個開口具有中心，且所述間距從一個開口的中心至相鄰開口的中心限定；和
多個燃料-空氣噴射器硬件組件，每個燃料-空氣噴射器硬件組件至少部分地定位在所述燃燒器圓頂?shù)亩鄠€開口中的相應(yīng)的一個內(nèi)且包括熱屏蔽件，所述熱屏蔽件至少部分地位于所述燃燒室內(nèi)以用于屏蔽所述燃料-空氣噴射器硬件組件的至少一部分，每個熱屏蔽件限定外徑，所述間距與所述熱屏蔽件的外徑的比率為至少大約1.3∶1。
技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃燒器組件，其中，所述間距與所述熱屏蔽件的外徑的比率為至少大約1.5∶1。
技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃燒器組件，其中，所述燃燒室限定環(huán)帶高度，且其中所述燃燒室的環(huán)帶高度與所述熱屏蔽件的外徑的比率為至少大約1.3∶1。
技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案13所述的燃燒器組件，其中，所述燃燒器組件限定中心線，其中所述燃燒器圓頂包括前壁，其中所述燃燒器圓頂?shù)那氨谙薅ㄅc所述中心線相交的方向，且其中所述環(huán)帶高度限定在與所述燃燒器圓頂?shù)那氨诘姆较蚱叫械姆较蛏稀?/p>
技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案13所述的燃燒器組件，其中，所述環(huán)帶高度在所述內(nèi)襯套和所述外襯套之間限定。
技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃燒器組件，其中，所述燃燒器圓頂由陶瓷基質(zhì)復(fù)合物材料形成。
技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃燒器組件，其中，所述熱屏蔽件包括金屬材料。
技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的燃燒器組件，其中，所述熱屏蔽件還包括環(huán)境屏障涂層。
技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃燒器組件，其中，所述熱屏蔽件包括隔熱屏唇部，且其中所述熱屏蔽件的隔熱屏唇部限定環(huán)形形狀。
技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃燒器組件，其中，所述燃料-空氣噴射器硬件組件還包括旋流器和密封板，其中所述旋流器和密封板限定最大外徑，其中所述熱屏蔽件的外徑大于所述旋流器和密封板的最大外徑。
本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)參照以下描述和所附權(quán)利要求將變得更好理解。結(jié)合到本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，且與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。
附圖說明
針對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員包括其最佳模式的本發(fā)明的完整且開放的公開在參照了附圖的說明書中闡述，在附圖中：
圖1是根據(jù)本主題的各種實(shí)施例的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示意性截面視圖。
圖2是根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的燃燒器組件的透視圖。
圖3是圖2的示例性燃燒器組件的前端的局部放大視圖。
圖4是圖2的示例性燃燒器組件的區(qū)段的透視圖。
圖5是圖2的示例性燃燒器組件的側(cè)截面視圖。
圖6是根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的燃料-空氣噴射器硬件組件的局部放大透視性截面視圖，燃料-空氣噴射器硬件組件附接至根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的燃燒器圓頂。
圖7是附接至圖2的示例性燃燒器組件的示例性燃燒器圓頂?shù)氖纠匀剂?空氣噴射器硬件組件的局部放大側(cè)截面視圖。
圖8是附接圖2的示例性燃燒器組件的示例性燃燒器圓頂?shù)氖纠匀剂?空氣噴射器硬件組件的一部分的局部放大透視性截面視圖。
零件清單
10渦扇噴氣發(fā)動機(jī)
12縱向或軸向中心線
14風(fēng)扇區(qū)段
16核心渦輪發(fā)動機(jī)
18外殼
20入口
22低壓壓縮機(jī)
24高壓壓縮機(jī)
26燃燒區(qū)段
28高壓渦輪
30低壓渦輪
32噴氣排氣區(qū)段
34高壓軸/轉(zhuǎn)軸
36低壓軸/轉(zhuǎn)軸
38風(fēng)扇
40葉片
42盤
44促動部件
46動力齒輪箱
48機(jī)艙
50風(fēng)扇殼或機(jī)艙
52出口導(dǎo)向?qū)~
54下游區(qū)段
56旁通空氣流通道
58空氣
60入口
62空氣的第一部分
64空氣的第二部分
66燃燒氣體
68定子導(dǎo)葉
70渦輪轉(zhuǎn)子葉片
72定子導(dǎo)葉
74渦輪轉(zhuǎn)子葉片
76風(fēng)扇噴嘴排氣區(qū)段
78熱氣體通路
100燃燒器組件
102圓頂
104外襯套
106內(nèi)襯套
108燃燒室
110外襯套前端
112外襯套后端
114內(nèi)襯套前端
116內(nèi)襯套后端
118后壁
120外過渡部分
122內(nèi)過渡部分
124安裝組件
126支撐部件
128支架
130支撐部件凸緣
132支撐部件的前端
134圓頂聯(lián)接凸緣
136內(nèi)襯套聯(lián)接凸緣
138附接部件
140支撐部件的后端
142支撐部件的安裝凸緣
144開口
146燃料-空氣噴射器硬件組件
148開口的中心
150圓頂冷側(cè)
152圓頂熱側(cè)
154冷卻孔
156密封板
158熱屏蔽件
160旋流器
162隔熱屏唇部
164隔熱屏唇部冷側(cè)
166隔熱屏唇部熱側(cè)
168附接界面
170第一凸緣
172第二凸緣
174密封板中的槽
176圓頂中的槽
178銷
180凸起的突出部
182出口
184通道
s間距
dhs熱屏蔽件的外徑
ha環(huán)帶高度
pd圓頂?shù)钠矫?/p>
dc深度。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的存在的實(shí)施例，其一個或多個示例在附圖中示出。詳細(xì)描述使用數(shù)字和字母標(biāo)號來表示附圖中的特征。在附圖和描述中使用相似或類似的標(biāo)號來表示本發(fā)明的相似或類似的部分。如本文所使用，用語“第一”、“第二”和“第三”可互換地使用以將一個構(gòu)件與另一個區(qū)分開，且不意在強(qiáng)調(diào)獨(dú)立構(gòu)件的位置或重要性。用語“上游”和“下游”表示相對于流體通路中的流體流的相對方向。例如，“上游”表示流體從其流動的方向，且“下游”表示流體流至的方向。
現(xiàn)在參照附圖，其中相同的數(shù)字貫穿附圖指示相同的元件，圖1是根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示意性截面視圖。更具體而言，對于圖1的實(shí)施例，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)是高旁通渦扇噴氣發(fā)動機(jī)10，在本文中稱作“渦扇發(fā)動機(jī)10”。如圖1中所示，渦扇發(fā)動機(jī)10限定軸向方向a(平行于為了參考提供的縱向中心線12延伸)、徑向方向r和圍繞軸向方向a延伸的周向方向(未示出)。大體上，渦扇10包括風(fēng)扇區(qū)段14和布置在風(fēng)扇區(qū)段14下游的核心渦輪發(fā)動機(jī)16。
繪出的示例性核心渦輪發(fā)動機(jī)16大體上包括限定環(huán)形入口20的大致管狀的外殼18。外殼18包圍且核心渦輪發(fā)動機(jī)16包括(成串流關(guān)系)：包括增壓器或低壓(lp)壓縮機(jī)22和高壓(hp)壓縮機(jī)24的壓縮機(jī)區(qū)段；燃燒區(qū)段26；包括高壓(hp)渦輪28和低壓(lp)渦輪30的渦輪區(qū)段；以及噴氣排氣噴嘴區(qū)段32。高壓(hp)軸或轉(zhuǎn)軸34將hp渦輪28傳動地連接至hp壓縮機(jī)24。低壓(lp)軸或轉(zhuǎn)軸36將lp渦輪30傳動地連接至lp壓縮機(jī)22。壓縮機(jī)區(qū)段、燃燒區(qū)段26、渦輪區(qū)段和噴嘴區(qū)段32一起限定核心空氣流路37。
對于繪出的實(shí)施例，風(fēng)扇區(qū)段14包括可變槳距風(fēng)扇38，其具有以間隔開的方式聯(lián)接至盤42的多個風(fēng)扇葉片40。如繪出的那樣，風(fēng)扇葉片40大體沿徑向方向r從盤42向外延伸。由于風(fēng)扇葉片40可操作地聯(lián)接至構(gòu)造成共同地一致改變風(fēng)扇葉片40的槳距的合適的變槳機(jī)構(gòu)44，每個風(fēng)扇葉片40可相對于盤42圍繞槳距軸線p旋轉(zhuǎn)。風(fēng)扇葉片40、盤42和變槳機(jī)構(gòu)44可通過跨過動力齒輪箱46的lp軸36圍繞縱向軸線12一起旋轉(zhuǎn)。動力齒輪箱46包括多個齒輪以用于將風(fēng)扇38相對于lp軸36的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)至更加有效的旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇速度。
還參照圖1的示例性實(shí)施例，盤42由可旋轉(zhuǎn)的前轂48覆蓋，前轂48空氣動力學(xué)地成形以促進(jìn)穿過多個風(fēng)扇葉片40的空氣流。另外，示例性風(fēng)扇區(qū)段14包括環(huán)形風(fēng)扇殼或外機(jī)艙50，其沿周向環(huán)繞核心渦輪發(fā)動機(jī)16的至少一部分和/或風(fēng)扇38。示例性機(jī)艙50由多個沿周向間隔的出口導(dǎo)向?qū)~52相對于核心渦輪發(fā)動機(jī)16支撐。此外，機(jī)艙50的下游區(qū)段54越過核心渦輪發(fā)動機(jī)16的外部部分延伸以便限定其之間的旁通空氣流通道56。
在渦扇發(fā)動機(jī)10的操作期間，一定量空氣58通過風(fēng)扇區(qū)段14和/或機(jī)艙50的關(guān)聯(lián)的入口60進(jìn)入渦扇10。在一定量空氣58穿越風(fēng)扇葉片40時，由箭頭62指出的空氣58的第一部分引導(dǎo)或傳送到旁通空氣流通道56中，且由箭頭64指出的空氣58的第二部分引導(dǎo)或傳送到核心空氣流路37中，或更特別地到lp壓縮機(jī)22中?？諝獾牡谝徊糠?2和空氣的第二部分64之間的比率通常稱作旁通比?？諝獾牡诙糠?4的壓力然后在其傳送穿過高壓(hp)壓縮機(jī)24且到燃燒區(qū)段26中時增加，在那里其與燃料混合且燃燒以提供燃燒氣體66。
燃燒氣體66傳送穿過hp渦輪28，在那里來自燃燒氣體66的熱能和/或動能的一部分經(jīng)由聯(lián)接至外殼18的hp渦輪定子導(dǎo)葉68和聯(lián)接至hp軸或轉(zhuǎn)軸34的hp渦輪轉(zhuǎn)子葉片70的連續(xù)級取得，因此導(dǎo)致hp軸或轉(zhuǎn)軸34旋轉(zhuǎn)，從而支持hp壓縮機(jī)24的操作。燃燒氣體66然后傳送穿過lp渦輪30，在那里熱能和動能的第二部分經(jīng)由聯(lián)接至外殼18的lp渦輪定子導(dǎo)葉72和聯(lián)接至lp軸或轉(zhuǎn)軸36的lp渦輪轉(zhuǎn)子葉片74的連續(xù)級從燃燒氣體66取得，因此導(dǎo)致lp軸或轉(zhuǎn)軸36旋轉(zhuǎn)，從而支持lp壓縮機(jī)22的操作和/或風(fēng)扇38的旋轉(zhuǎn)。
燃燒氣體66隨后傳送穿過核心渦輪發(fā)動機(jī)16的噴氣排氣噴嘴區(qū)段32以提供推進(jìn)推力。同時，空氣的第一部分62的壓力在空氣的第一部分62傳送穿過旁通空氣流通道56時在其從渦扇10的風(fēng)扇噴嘴排氣區(qū)段76排出之前顯著地增加，也提供推進(jìn)推力。hp渦輪28、lp渦輪30和噴氣排氣噴嘴區(qū)段32至少部分地限定用于將燃燒氣體66傳送穿過核心渦輪發(fā)動機(jī)16的熱氣體通路78。
然而，應(yīng)了解的是，圖1中繪出的示例性渦扇發(fā)動機(jī)10僅作為示例提供，且在其它示例性實(shí)施例中，渦輪發(fā)動機(jī)10可具有任何其它合適的構(gòu)造。應(yīng)了解的是，在還有其它示例性實(shí)施例中，本公開的方面可結(jié)合到任何其它合適的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中。例如，在其它示例性實(shí)施例中，本公開的方面可結(jié)合到例如渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)、渦輪軸發(fā)動機(jī)、渦輪噴氣發(fā)動機(jī)或動力生成燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中。
現(xiàn)在參照圖2至圖4，提供了用于根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器組件100的視圖。例如，圖2至圖4的燃燒器組件100可定位在圖1的示例性渦扇發(fā)動機(jī)10的燃燒區(qū)段26中，其限定軸向方向a、徑向方向r和周向方向c。更具體而言，圖2提供了燃燒器組件100的透視圖；圖3提供了圖2的燃燒器組件100的前端的局部放大視圖；且圖4提供了圖2的示例性燃燒器組件100的區(qū)段的透視性截面視圖。
如圖所示，燃燒器組件100限定中心線101，且大體上包括燃燒器圓頂102和燃燒室襯套。在組裝在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中時，燃燒器組件100的中心線101與燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的中心線(見圖1的中心線12)對準(zhǔn)。對于繪出的實(shí)施例，燃燒室襯套構(gòu)造為燃燒室外襯套104，且燃燒器圓頂102和燃燒室外襯套104整體地形成。另外，燃燒器組件100包括燃燒室內(nèi)襯套106(見圖4)。燃燒器圓頂102、燃燒室外襯套104和燃燒室內(nèi)襯套106各自沿周向方向c延伸。更具體而言，燃燒器圓頂102、燃燒室外襯套104和燃燒室內(nèi)襯套106各自沿周向方向c連續(xù)地延伸以限定環(huán)形形狀，而沒有將另外組合多個件的任何接縫或接頭。燃燒器圓頂102、燃燒室外襯套104和燃燒室內(nèi)襯套106至少部分地限定燃燒室108。燃燒室108也沿周向方向延伸以限定環(huán)形形狀。因此，燃燒器組件100可稱為環(huán)形燃燒器。
還參照圖2至圖4，對于繪出的實(shí)施例，燃燒器圓頂102、燃燒室內(nèi)襯套106和燃燒室外襯套104各自由陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(“cmc”)材料形成。cmc材料是具有高溫能力的非金屬材料。用于燃燒器圓頂102和燃燒室襯套(例如，外襯套104和內(nèi)襯套106)的示例性cmc材料可包括碳化硅、硅、二氧化硅或氧化鋁基質(zhì)材料及其組合。陶瓷纖維可嵌入基質(zhì)內(nèi)，諸如像藍(lán)寶石和碳化硅(例如，textron的scs-6)的包括單絲的氧化穩(wěn)定增強(qiáng)纖維，以及包括碳化硅(例如，nipponcarbon的
然而，應(yīng)了解的是，在其它實(shí)施例中，燃燒室外襯套104和燃燒器圓頂102可不整體地形成，且替代地可以任何其它合適的方式接合。另外，在其它實(shí)施例中，燃燒器圓頂102、燃燒室內(nèi)襯套106和燃燒室外襯套104可非沿周向方向c連續(xù)地延伸，且替代地可由多個獨(dú)立構(gòu)件形成。此外，在還有其它實(shí)施例中，燃燒器圓頂102、燃燒室內(nèi)襯套106和燃燒室外襯套104中的一者或多者可由任何其它合適的材料(諸如金屬材料)形成，且可包括一個或多個涂層(諸如環(huán)境屏障涂層)。
具體地參照圖4，燃燒室外襯套104和燃燒室內(nèi)襯套106各自大體沿軸向方向a延伸——燃燒室外襯套104在前端110和后端112之間延伸且燃燒室內(nèi)襯套106同樣在前端114和后端116之間延伸。另外，燃燒器圓頂102包括前壁118和過渡部分。特別地，繪出的燃燒器圓頂102包括外過渡部分120和內(nèi)過渡部分122。外過渡部分120沿徑向方向r沿前壁118的外緣定位，且內(nèi)過渡部分122沿徑向方向r沿前壁118的內(nèi)緣定位。內(nèi)過渡部分122和外過渡部分120各自關(guān)于燃燒器圓頂102的前壁118沿周向延伸(見圖2)。
此外，外過渡部分120從前壁118朝外襯套104延伸，且內(nèi)過渡部分122從前壁118朝內(nèi)襯套106延伸。如上所述，對于繪出的實(shí)施例，外襯套104與燃燒器圓頂102(包括前壁118和外過渡部分120)整體地形成，且因此外過渡部分120從前壁118無縫地延伸至外襯套104。例如，燃燒器圓頂102和燃燒室外襯套104一起限定從燃燒器圓頂102延伸至燃燒室外襯套104的連續(xù)且無縫的表面。
相反，燃燒室內(nèi)襯套106獨(dú)立于燃燒器圓頂102和燃燒室外襯套104形成。燃燒室內(nèi)襯套106使用安裝組件124附接至燃燒器圓頂102。用于繪出的實(shí)施例的安裝組件124大體上包括沿周向方向c大致連續(xù)地延伸的支撐部件126和多個支架128。支撐部件126包括前端132處的凸緣130。支撐部件126的凸緣130和多個支架128布置在燃燒器圓頂102的聯(lián)接凸緣134和內(nèi)燃燒室內(nèi)襯套106的聯(lián)接凸緣136的相對側(cè)上。附接部件138(或更具體而言，螺栓和螺母)將支撐部件126的凸緣132和多個支架128壓在一起，以附接燃燒器圓頂102和燃燒室內(nèi)襯套106。另外，支撐部件126延伸至后端140，后端140包括用于附接至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件(諸如，殼或其它結(jié)構(gòu)部件)的安裝凸緣142。因此，燃燒室外襯套104、燃燒器圓頂102和燃燒室內(nèi)襯套106各自可通過安裝組件124的支撐部件126在燃燒器組件100的前端處(即，在內(nèi)襯套106的前端114處)支撐在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)內(nèi)。
如將在下文參照圖5至圖7更詳細(xì)地描述的那樣，燃燒器圓頂102另外限定開口144，且燃燒器組件100包括燃料-空氣噴射器硬件組件146。更具體而言，燃燒器圓頂102限定多個開口144，且燃燒器組件100包括相應(yīng)的多個燃料-空氣噴射器硬件組件146——每個開口144構(gòu)造成接收多個燃料-空氣噴射器硬件組件146中的相應(yīng)的一個。對于繪出的實(shí)施例，每個開口144沿周向方向c大致均勻地間隔開。特別地參照圖3，由燃燒器圓頂102限定的開口144中的每一個包括中心148，且燃燒器圓頂102限定從一個開口144的中心148至相鄰開口144的中心148沿周向方向c測得的間距s。因此，如圖所繪，間距s可限定為一個開口144的中心148和相鄰開口144的中心148之間的弧長。此外，盡管燃料-空氣噴射器硬件組件146在圖2和圖3中示意性繪出，但燃料-空氣噴射器硬件組件146的中心線149(見圖5)可穿過開口144的中心148，其延伸穿過開口144。因此，在某些示例性實(shí)施例中，間距s也可限定為在相鄰的燃料-空氣噴射器硬件組件146的中心線149之間(且更特別地在穿過相應(yīng)的開口144的中心線149的部分之間)沿周向方向c的距離。對于多個開口144中的每一個，間距s可一致。
大體上，燃料-空氣噴射器硬件組件146構(gòu)造成接收來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)區(qū)段的壓縮空氣和來自燃料噴嘴(未示出)的可燃燃料的流，燃燒器組件100安裝在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中(見圖1)。燃料-空氣噴射器硬件組件146將燃料與壓縮空氣混合，且將此燃料-空氣混合物提供至燃燒室108。如還將在下文更詳細(xì)地論述的那樣，燃料-空氣噴射器硬件組件146中的每一個包括用于將組件直接地附接至燃燒器圓頂102的構(gòu)件。值得注意的是，對于繪出的實(shí)施例，多個燃料-空氣噴射器硬件組件146中的每一個的此構(gòu)件構(gòu)造成使得一個或多個組件獨(dú)立于相鄰的燃料-空氣噴射器硬件組件146附接至燃燒器圓頂102。更具體而言，對于繪出的實(shí)施例，每個燃料-空氣噴射器硬件組件146獨(dú)立于其它的燃料-空氣噴射器硬件組件146中的每一個附接至燃燒器圓頂102。因此，除了穿過燃燒器圓頂102之外，無燃料-空氣噴射器硬件組件146的部分附接至相鄰的燃料-空氣噴射器硬件組件146。此構(gòu)造能夠通過沿周向方向c大致連續(xù)地延伸的示例性燃燒器圓頂102的構(gòu)造至少部分地實(shí)現(xiàn)。
如也可在圖2至圖4中看出的那樣，燃燒器圓頂102大體上包括第一側(cè)(或冷側(cè)150)和第二側(cè)(或熱側(cè)152)，熱側(cè)152暴露于燃燒室108。燃燒器圓頂102限定從冷側(cè)150延伸至熱側(cè)152的多個冷卻孔154，以允許冷卻空氣流穿過其。如可看出的那樣，多個冷卻孔154包括圍繞由燃燒器圓頂102限定的開口144中的每一個延伸(確切地說圍繞由燃燒器圓頂102限定的開口144中的每一個的圓周間隔開)的多個冷卻孔154。此冷卻孔154可構(gòu)造成提供冷卻空氣流至位于燃燒室108內(nèi)的燃料-空氣噴射器硬件組件146的某些構(gòu)件。
現(xiàn)在參照圖5至圖7，提供了圖2的示例性燃燒器組件100的額外的視圖。特別地，圖5提供了圖2的示例性燃燒器組件100的側(cè)截面視圖；圖6提供了附接燃燒器圓頂102的燃料-空氣噴射器硬件組件146的透視性截面視圖；且圖7提供了附接燃燒器圓頂102的示例性燃料-空氣噴射器硬件組件146的側(cè)截面視圖。
特別地參照圖5，更清楚地繪出了至少部分地延伸穿過由燃燒器圓頂102限定的多個開口144中的相應(yīng)的一個的示例性燃料-空氣噴射器硬件組件146。示例性燃料-空氣噴射器硬件組件146限定中心線149，且大體上包括至少部分地定位在燃燒器圓頂102的冷側(cè)150附近的第一部件，以及至少部分地定位在燃燒器圓頂102的熱側(cè)152附近的第二部件。第一部件和第二部件一起限定將第一部件接合至第二部件且將燃料-空氣噴射器硬件組件146安裝至燃燒器圓頂102的附接界面168。此外，附接界面168與燃燒室108屏蔽(即，不直接暴露于燃燒室)，以保護(hù)附接界面168免受燃燒室108內(nèi)的相對熱的操作溫度。對于繪出的實(shí)施例，第一部件是密封板156，且第二部件是熱屏蔽件158。燃料-空氣噴射器硬件組件146還包括旋流器160，旋流器160附接至密封板156，例如通過焊接。熱屏蔽件158、密封板156和旋流器160各自可由金屬材料(諸如金屬合金材料)形成。
熱屏蔽件158限定外徑dhs，或更具體而言，熱屏蔽件158包括大致定位在燃燒室108內(nèi)且限定外徑dhs的隔熱屏唇部162。隔熱屏唇部162構(gòu)造成保護(hù)或屏蔽燃料-空氣噴射器硬件組件146的至少一部分免受操作期間燃燒室108內(nèi)的相對高的溫度。值得注意的是，隔熱屏唇部162大體上包括面向后朝燃燒器圓頂102的前壁118的冷側(cè)164和面向下游的熱側(cè)166。熱屏蔽件158(確切地說隔熱屏唇部162)在熱側(cè)166上可包括環(huán)境屏障涂層，或其它合適的防護(hù)涂層(未示出)。
對于繪出的實(shí)施例，熱屏蔽件158相比于燃燒器組件100的總體尺寸(且更具體而言，相比于燃燒室108和燃燒器組件100的燃燒器圓頂102的前壁118的尺寸)是相對小的熱屏蔽件158。例如，燃燒室108包括限定在內(nèi)襯套106和外襯套104之間的環(huán)帶高度ha。特別地，燃燒器圓頂102的前壁118限定與燃燒器組件100的中心線101相交的方向dfw，且對于繪出的實(shí)施例，環(huán)帶高度ha限定在與燃燒器圓頂102的前壁118的方向dfw平行的方向上。另外，前壁118的方向dfw正交于燃料-空氣噴射器硬件組件146的中心線149。燃燒室108的環(huán)帶高度ha與熱屏蔽件158的外徑dhs的比率(“ha∶dhs”)為至少大約1.3∶1。例如，燃燒室108的環(huán)帶高度ha與熱屏蔽件158的外徑dhs的比率ha∶dhs可為至少大約1.4∶1、至少大約1.5∶1、至少大約1.6∶1，或達(dá)到大約1.8∶1。如本文所使用，近似用語(諸如“大約”或“大概”)表示在10％的誤差容限內(nèi)。
此外，燃燒器圓頂102的示例性前壁118沿前壁118的方向dfw限定長度lfw。對于繪出的實(shí)施例，前壁118的長度lfw從過渡部分120和前壁118之間的第一彎曲部121以及過渡部分122和前壁118之間的第一彎曲部123限定。前壁118的長度lfw與熱屏蔽件158的外徑dhs的比率(“l(fā)fw∶dhs”)為至少大約1.1∶1。例如，前壁118的長度lfw與熱屏蔽件158的外徑dhs的比率lfw∶dhs可為至少大約1.15∶1、至少大約1.2∶1，或在1.1∶1與1.5∶1之間。
此外，如上文相對于圖2所描述的那樣，燃燒器組件100限定沿周向方向c測得的從一個開口144的中心148至相鄰開口144的中心148的間距s(見圖2)。對于繪出的實(shí)施例，間距s與熱屏蔽件158的外徑dhs的比率(“s∶dhs”)為至少大約1.3∶1。例如，多個開口144的間距s與熱屏蔽件158的外徑dhs的比率s∶dhs為至少大約1.4∶1、至少大約1.5∶1、至少大約1.7∶1，或達(dá)到大約1.9∶1。
因此，利用此構(gòu)造，燃燒器圓頂102可在燃燒器組件100的操作期間相對暴露于燃燒室108內(nèi)的操作溫度。然而，熱屏蔽件158的縮小的足跡可導(dǎo)致較輕的總體燃燒器組件100。另外，本公開的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，假定燃燒器圓頂102由cmc材料形成，則燃燒器圓頂102可很好地承受此升高的溫度。
盡管具有縮小的足跡，但熱屏蔽件158仍可保護(hù)燃料-空氣噴射器硬件組件146的各種其它金屬構(gòu)件。例如，還參照圖5，燃料-空氣噴射器硬件組件146的密封板156和旋流器160限定最大外徑dmax(也見下文的圖7)。密封板156和旋流器160的最大外徑dmax小于或等于熱屏蔽件158的外徑dhs。例如，在某些示例性實(shí)施例中，熱屏蔽件158的外徑dhs與密封板156和旋流器160的最大外徑dmax的比率(“dhs∶dmax”)可在大約1∶1與大約1.1∶1之間。
現(xiàn)在具體地參照圖6和圖7，如之前所論述，燃料-空氣噴射器硬件組件146包括第一部件(或密封板156)和第二部件(或熱屏蔽件158)。燃料-空氣噴射器硬件組件146另外包括旋流器160，如本文所使用的旋流器160大體上指提供成用于接收和混合燃料和空氣的流以及用于提供此混合物至燃燒室108的各種構(gòu)件。
密封板156至少部分地定位在燃燒器圓頂102的冷側(cè)150附近，且熱屏蔽件158至少部分地定位在燃燒器圓頂102的熱側(cè)152附近。密封板156和熱屏蔽件158彼此接合，以將燃料-空氣噴射器硬件組件146安裝至燃燒器圓頂102。特別地，如上所述，密封板156和熱屏蔽件158一起限定附接界面168。在某些示例性實(shí)施例中，密封板156與熱屏蔽件158可旋轉(zhuǎn)地接合，且因此附接界面168可為由密封板156和熱屏蔽件158的互補(bǔ)螺紋表面形成的可旋轉(zhuǎn)附接界面。
具體而言，對于繪出的實(shí)施例，密封板156限定定位在燃燒器圓頂102的冷側(cè)150附近的第一凸緣170，且熱屏蔽件158包括定位在燃燒器圓頂102的熱側(cè)152附近的第二凸緣172。在組裝期間，熱屏蔽件158和密封板156可在附接界面168處對于給定的燃燒器組件擰緊至期望的夾持力(即，當(dāng)附接界面168為可旋轉(zhuǎn)附接界面168時，擰至特定的轉(zhuǎn)矩)。因此，在組裝時，第一凸緣170和第二凸緣172朝彼此壓緊(相對于燃燒器圓頂102)，使得它們附接至燃燒器圓頂102。旋流器160和/或燃料-空氣噴射器硬件組件146的其它構(gòu)件可然后通過焊接或以任何其它合適的方式附接至例如密封板156。另外，一旦組裝，密封板156可在附接界面168處焊接至熱屏蔽件158，以防止密封板156相對于隔熱屏的松動(即，防止密封板156相對于熱屏蔽件158的旋轉(zhuǎn))。然而，應(yīng)了解的是，旋流器160和/或燃料-空氣噴射器硬件組件146的其它構(gòu)件可以任何其它合適的方式(諸如通過使用機(jī)械緊固件或其它機(jī)械緊固手段)附接至例如密封板156。
此外，簡要參照圖8，提供了密封板156和燃燒器圓頂102的一部分的局部放大透視性截面視圖。密封板156限定槽174，且燃燒器圓頂102另外限定槽176。燃料-空氣噴射器硬件組件146包括延伸穿過密封板156中的槽174且到燃燒器圓頂102中的槽176中的銷178。銷178可為圓柱形的金屬銷，或備選地可具有任何其它合適的形狀且可由任何其它合適的材料構(gòu)造。無論如何，銷178可防止密封板156相對于燃燒器圓頂102的旋轉(zhuǎn)。銷178可焊接或另外附著至密封板156，例如在密封板156的安裝之前，或一旦密封板156和銷178就位。
還參照圖6和圖7的實(shí)施例，第一凸緣170直接地相對于燃燒器圓頂102的冷側(cè)150定位，且第二凸緣172直接地相對于燃燒器圓頂102的熱側(cè)152定位。因此，例如在密封板156與燃燒器圓頂102之間或熱屏蔽件158與燃燒器圓頂102之間不需要用于安裝燃料-空氣噴射器硬件組件146的中間構(gòu)件。值得注意的是，燃燒器圓頂102包括圍繞燃燒器圓頂102中的開口144的圓周延伸的凸起的突出部180(圖7)，以對于圍繞限定在燃燒器圓頂102中的開口144的燃燒器圓頂102的附接部分提供期望的厚度和額外的強(qiáng)度。另外，燃燒器圓頂102包括在熱側(cè)152上圍繞燃燒器圓頂102中的開口144的圓周延伸的凹部181，以接收熱屏蔽件158的凸緣172。然而，應(yīng)了解的是，在某些實(shí)施例中，燃燒器組件100可在第一凸緣170和第二凸緣172與燃燒器圓頂102之間包括中間構(gòu)件。
還對于繪出的實(shí)施例，燃燒器圓頂102由cmc材料形成，而燃料-空氣噴射器硬件組件146由金屬材料(諸如金屬合金材料)形成。為了防止相對于燃燒器圓頂102的熱膨脹(即，密封板156和熱屏蔽件158將燃料-空氣噴射器硬件組件146附接至燃燒器圓頂102的部分的熱膨脹)超過期望的量，由密封板156和熱屏蔽件158限定的附接界面168至少部分地定位在燃燒器圓頂102的開口144中。利用此構(gòu)造，附接界面168可由熱屏蔽件158和/或燃料-空氣噴射器硬件組件146的其它構(gòu)件保護(hù)。例如，熱屏蔽件158可構(gòu)造成在燃燒器組件100的操作期間保護(hù)或防護(hù)附接界面168免受燃燒室108中的一定量的熱量。因此，在燃燒器組件100的操作期間，將燃料-空氣噴射器硬件組件146附接至燃燒器圓頂102的構(gòu)件可防止超過期望的量的熱膨脹，使得燃料-空氣噴射器硬件組件146至燃燒器圓頂102的附接在燃燒器組件100的操作期間保持完好。
此外，為了在燃燒器組件100的操作期間將熱屏蔽件158維持在期望的操作溫度范圍內(nèi)，除了保護(hù)附接界面168之外，燃燒器圓頂102構(gòu)造成在燃燒器組件100的操作期間提供冷卻空氣流至熱屏蔽件158。如上所述，燃燒器圓頂102包括延伸穿過燃燒器圓頂102的冷卻孔154。特別地，對于繪出的實(shí)施例，冷卻孔154定向成將冷卻空氣流引導(dǎo)到熱屏蔽件158的隔熱屏唇部162上，確切地說是到熱屏蔽件158的隔熱屏唇部162的冷側(cè)164上。例如，繪出的示例性冷卻孔154從燃燒器圓頂102的冷側(cè)150至燃燒器圓頂102的熱側(cè)152朝燃燒器圓頂102中的開口144傾斜(即，當(dāng)其從燃燒器圓頂102的冷側(cè)150延伸至燃燒器圓頂102的熱側(cè)152時朝開口144傾斜)。此外，冷卻孔154包括燃燒器圓頂102的熱側(cè)152處的出口182，且對于繪出的實(shí)施例，熱屏蔽件158的隔熱屏唇部162覆蓋燃燒器圓頂102中的冷卻孔154的出口182。例如，隔熱屏唇部162的至少一部分相比冷卻孔154的出口182的至少一部分相對于開口144的中心148延伸得較遠(yuǎn)。例如，在圖5中繪出的截面圖中，在與燃燒器圓頂102的前壁118的方向dfw平行的方向上，相對于開口144的中心148，隔熱屏唇部162相比繪出的冷卻孔154的出口182的至少一部分延伸得較遠(yuǎn)。利用此構(gòu)造，穿過冷卻孔154的空氣流的至少大部分必定流到隔熱屏唇部162的冷側(cè)164上。
具體而言，對于繪出的實(shí)施例，熱屏蔽件158的隔熱屏唇部162的冷側(cè)164至少部分地限定通道184。特別地，通道184由隔熱屏唇部162的冷側(cè)164與熱屏蔽件158的第二凸緣172以及燃燒器圓頂102的熱側(cè)152的一部分一起限定。對于繪出的實(shí)施例，隔熱屏唇部162在類似于燃燒器圓頂102中的開口144的圓周的形狀的圓形方向上延伸。因此，通道184可稱為周向通道。
在燃燒器組件100的操作期間，冷卻空氣流穿過燃燒器圓頂102中的冷卻孔154提供，且由于冷卻孔154的定向，冷卻空氣流提供到通道184中，使得通道184接收冷卻空氣流。在某些實(shí)施例中，冷卻空氣流可起源于燃燒器組件100安裝到其中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)區(qū)段(見圖1)。冷卻空氣流可從隔熱屏唇部162移除一定量的熱量，以將熱屏蔽件158維持在期望的操作溫度范圍內(nèi)。另外，冷卻空氣流可使將燃料-空氣噴射器硬件組件146附接至燃燒器圓頂102的構(gòu)件維持在期望的操作溫度范圍內(nèi)。如圖所繪，繪出的示例性通道184限定u形形狀。因此，通道184也可將來自冷卻孔154的冷卻空氣流沿燃燒器圓頂102的熱側(cè)152且向下游重新引導(dǎo)以開始用于燃燒器圓頂102的冷卻流。然而，在其它實(shí)施例中，若需要，通道184可具有任何其它合適的形狀以用于提供此功能。
為了確保上述功能由通道184實(shí)現(xiàn)，通道184可至少限定最小高度dc。具體而言，通道184可在與燃燒器圓頂102的前壁118的方向dfw垂直的方向上限定高度dc(見圖5)。通道184的高度dc取決于穿過通道184的冷卻空氣的預(yù)期量，以將通道184中的冷卻空氣的速度維持在閾值之上。例如，在某些實(shí)施例中，通道184的高度dc可為至少大約0.010英寸、諸如至少大約0.025英寸、諸如至少大約0.050英寸，或任何其它合適的高度。
值得注意的是，如前所述，燃燒器圓頂102還可包括沿燃燒器圓頂102中的開口144的圓周間隔開的多個冷卻孔154。特別地，燃燒器圓頂102還可包括定向成將冷卻空氣流引導(dǎo)到隔熱屏唇部162的冷側(cè)164上的多個冷卻孔154。此構(gòu)造還可確保熱屏蔽件158在燃燒器組件100的操作期間維持在期望的操作溫度范圍內(nèi)，且/或?qū)⑷剂?空氣噴射器硬件組件146附接至燃燒器圓頂102的構(gòu)件維持在期望的操作溫度范圍內(nèi)。
根據(jù)本公開的一個或多個實(shí)施例的燃燒器組件可提供用于將大體上由金屬材料形成的燃料-空氣噴射器硬件組件附接至大體上由cmc材料形成的燃燒器圓頂?shù)母咝侄?。另外，利用此?gòu)造，熱屏蔽件尺寸可確定成，在燃燒器組件的操作期間，在不過于大和/或不給燃燒器組件增加不恰當(dāng)量的重量的情況下，提供期望的量的保護(hù)以免受燃燒室內(nèi)的相對高的溫度。此外，包括本公開的一個或多個特征的燃料-空氣噴射器硬件組件可允許熱屏蔽件提供期望的量的保護(hù)以免受燃燒室內(nèi)的相對高的溫度，同時維持在期望的操作溫度范圍內(nèi)，且同時將燃料-空氣噴射器硬件組件146附接至燃燒器圓頂102的構(gòu)件維持在期望的操作溫度范圍內(nèi)。此外，包括穿過燃燒器圓頂?shù)亩鄠€冷卻孔可允許更緊湊的燃料-空氣噴射器硬件組件，因為燃料-空氣噴射器硬件組件將不需要為穿過其的冷卻空氣流騰出空間。另外，穿過燃燒器圓頂提供冷卻空氣流可允許較好的源壓力(與使冷卻空氣流過燃料-空氣噴射器硬件相對比)。
然而，應(yīng)了解的是，燃燒器組件100且尤其是燃燒器圓頂102和燃料-空氣噴射器硬件組件146僅通過示例提供，且其它實(shí)施例可具有任何其它合適的構(gòu)造。例如，在其它示例性實(shí)施例中，燃料-空氣噴射器硬件組件146可以任何其它合適的方式附接至燃燒器圓頂102，燃料-空氣噴射器硬件組件146的熱屏蔽件158可具有任何其它合適的構(gòu)造，且同樣，燃燒器圓頂102可具有任何其它合適的構(gòu)造。
此書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使任何本領(lǐng)域的技術(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)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例包括不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)要素，或如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素，則意在使這些其它示例處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
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