燃烧器燃料组件的制作方法

燃烧器燃料组件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2022年2月18日提交的美国临时申请no.63/311,657和2022年5月2日提交的美国专利申请no.17/734,469的权益，这些申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本主题总体上涉及用于涡轮发动机的具有燃料组件的燃烧器，并且更具体地涉及具有燃料-空气混合布置的燃料组件。


背景技术：

4.涡轮发动机由穿过发动机的燃烧气体流驱动，以使多个涡轮叶片旋转，多个涡轮叶片又使压缩机旋转，以向燃烧器提供压缩空气用于燃烧。燃烧器可以设置在涡轮发动机内并且与燃烧气体流入其中的涡轮流体联接。
5.在涡轮发动机的燃烧器中使用碳氢燃料是已知的。大体上，空气和燃料被供给到燃烧室，空气和燃料被混合，然后燃料在空气存在下燃烧以产生热气体。然后，热气体被供给到涡轮，其在涡轮处冷却并膨胀以产生动力。燃料燃烧的副产品通常包括对环境有害的副产品，诸如氮氧化物和二氧化氮(统称为no
x
)、co、uhc(例如，有助于形成大气臭氧的甲烷和挥发性有机化合物)、以及包括硫的氧化物(例如，so2和so3)的其他氧化物。
6.正在探索用于燃气涡轮发动机的各种燃料。氢或与另一种元素或化合物混合的氢可用于燃烧，但是氢或氢混合燃料可能导致比传统燃料更高的火焰温度。即，氢或氢混合燃料通常比传统燃料(如石油基燃料、或石油和合成燃料掺合物)具有更宽的可燃范围和更快的燃烧速度。
7.源自世界范围内的空气污染问题的标准规范了由于涡轮发动机操作而生成的氮氧化物(no
x
)、未燃烧碳氢化合物(uhc)和一氧化碳(co)的排放。特别地，由于操作期间燃烧器火焰温度高，因此可以在燃烧器内形成氮氧化物(no
x
)。期望的是，通过调节燃烧器内的轮廓或图案来减少no
x
排放，同时仍维持期望的效率。
附图说明
8.在附图中：
9.图1是根据本文描述的各个方面的具有压缩区段、燃烧区段和涡轮区段的涡轮发动机的示意图。
10.图2是根据本文描述的各个方面的图1的燃烧区段的横截面视图。
11.图3是根据本文描述的各个方面的沿图2的线iii-iii的具有在图2的燃烧区段中使用的燃料组件的燃烧器的横截面视图。
12.图4是根据本文描述的各个方面的可用于图3的燃烧器中的燃料-空气混合器的侧视图。
13.图5是图4的燃料-空气混合器的前视图。
14.图6是图4的燃料-空气混合器沿图5的线vi-vi的侧横截面视图。
15.图7是图4的燃料-空气混合器沿图5的线vii-vii的侧横截面视图。
16.图8是图4的燃料-空气混合器沿图7的线viii-viii的前横截面视图。
17.图9是根据本文描述的各个方面的可用于图3的燃烧器中的另一燃料-空气混合器的侧横截面视图。
18.图10是图9的燃料-空气混合器的前视图。
19.图11是图9的燃料-空气混合器沿图9的线xi-xi的前横截面视图。
20.图12是根据本文描述的各个方面的可以在图3的燃烧器中使用的另一个燃料-空气混合器的侧横截面视图。
21.图13是图12的燃料-空气混合器的前视图。
22.图14是图12的燃料-空气混合器沿图12的线xiv-xiv的前横截面视图。
23.图15是根据本文描述的各个方面的可以在图3的燃烧器中使用的另一个燃料-空气混合器的侧横截面视图。
24.图16是图15的燃料-空气混合器的前视图。
25.图17是图15的燃料-空气混合器沿图15的线xvii-xvii的前横截面视图。
具体实施方式
26.本文描述的公开的方面针对具有燃料喷嘴组件的燃烧器。为了例释的目的，将关于涡轮发动机来描述本公开。然而，将理解的是，本文所述的公开的方面不限于此，并且本文所述的燃烧器可以在发动机中实施，包括但不限于涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和涡轮风扇发动机。本文讨论的公开的方面可以在具有燃烧器的非飞行器发动机内，诸如在其他移动应用和非移动工业、商业和住宅应用内，具有普遍适用性。
27.本文使用“示例性”一词来意指“用作示例、实例或例释”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。
28.如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以使一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
29.术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
30.如本文所用，术语“上游”是指与流体流动方向相反的方向，而术语“下游”是指与流体流动方向相同的方向。术语“前向”或“前”表示在某物的前面，“后向”或“后”表示在某物的后面。例如，当用于流体流动时，前向/前可以表示上游，后向/后可以表示下游。
31.术语“流体”可以是气体或液体。术语“流体连通”意指流体能够在指定区域之间建立连接。
32.此外，如本文所用，术语“径向”或“径向地”是指远离共同中心的方向。例如，在涡轮发动机的整体上下文中，径向是指沿着在发动机的中心纵向轴线和发动机外周之间延伸的射线的方向。
33.所有方向引用(例如，径向、轴向、近端、远端、上、下、向上、向下、左、右、横向、前、
后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、前向、后向等)仅用于标识目的，以帮助读者理解本公开，并且不造成限制，特别是关于本文描述的公开的方面的位置、方位或使用的限制。连接引用(例如，附接、联接、连接和接合)将被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的中间结构元件以及元件之间的相对移动，除非另有指示。因此，连接引用不一定意味着两个元件直接连接并且相对于彼此固定。示例性附图仅用于例释的目的，并且在所附附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。
34.单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确指示。此外，如本文所用，术语“组”或“一组”元件可以是任意数量的元件，包括仅一个。
35.如本文中在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由诸如“大约”、“近似”、“大体上”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指代在单个值、值的范围和/或限定值的范围的端点的1％、2％、4％、5％、10％、15％或20％的余量内。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这种范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点能够彼此独立地组合。
36.图1是涡轮发动机10的示意图。作为非限制性示例，涡轮发动机10可以在飞行器内使用。涡轮发动机10可以至少包括压缩机区段12、燃烧区段14和涡轮区段16。驱动轴18旋转地联接压缩机区段12和涡轮区段16，使得其中一个的旋转影响另一个的旋转，并且限定涡轮发动机10的旋转轴线20。
37.压缩机区段12可以包括彼此串行流体联接的低压(lp)压缩机22和高压(hp)压缩机24。涡轮区段16可以包括彼此串行流体联接的hp涡轮26和lp涡轮28。驱动轴18可以将lp压缩机22、hp压缩机24、hp涡轮26和lp涡轮28可操作地联接在一起。替代地，驱动轴18可以包括lp驱动轴(未示出)和hp驱动轴(未示出)。lp驱动轴可以将lp压缩机22联接到lp涡轮28，并且hp驱动轴可以将hp压缩机24联接到hp涡轮26。lp线轴可以被限定为lp压缩机22、lp涡轮28和lp驱动轴的组合，使得lp涡轮28的旋转可以将驱动力施加到lp驱动轴，lp驱动轴进而可以使lp压缩机22旋转。hp线轴可以被限定为hp压缩机24、hp涡轮26和hp驱动轴的组合，使得hp涡轮26的旋转可以将驱动力施加到hp驱动轴，hp驱动轴进而可以使hp压缩机24旋转。
38.压缩机区段12可以包括多个轴向间隔开的级。每一级包括一组周向间隔开的旋转叶片和一组周向间隔开的固定轮叶。用于压缩机区段12的一级的压缩机叶片可以被安装到盘，盘被安装到驱动轴18。用于给定级的每一组叶片可以具有其自己的盘。压缩机区段12的轮叶可以被安装到壳体，壳体可以围绕涡轮发动机10周向延伸。应当理解，压缩机区段12的表示仅仅是示意性的并且可以有任何数量的叶片、轮叶和级。进一步地，预期的是，在压缩机区段12内可以有任何数量的其他部件。
39.与压缩机区段12类似，涡轮区段16可以包括多个轴向间隔开的级，其中每一级具有一组周向间隔开的旋转叶片和一组周向间隔开的固定轮叶。用于涡轮区段16的一级的涡
轮叶片可以被安装到盘，盘被安装到驱动轴18。用于给定级的每一组叶片可以具有其自己的盘。涡轮区段16的轮叶可以以周向方式被安装到壳体。要注意的是，可以有任意数量的叶片、轮叶和涡轮级，因为图示的涡轮区段16仅仅是示意性的表示。进一步地，预期的是，在涡轮区段16内可以有任何数量的其他部件。
40.燃烧区段14可以串行设置在压缩机区段12和涡轮区段16之间。燃烧区段14可以流体联接到压缩机区段12和涡轮区段16的至少一部分，使得燃烧区段14至少部分地将压缩机区段12流体联接到涡轮区段16。作为非限制性示例，燃烧区段14可以在燃烧区段14的上游端处流体联接到hp压缩机24，并且在燃烧区段14的下游端处流体联接到hp涡轮26。
41.在涡轮发动机10的操作期间，环境空气或大气空气经由压缩机区段12上游的风扇(未示出)被吸入压缩机区段12，空气在压缩机区段12处被压缩，限定加压空气。然后，加压空气可以流入燃烧区段14，加压空气在燃烧区段14处与燃料混合并被点燃，从而生成燃烧气体。hp涡轮26从这些燃烧气体中提取一些功，hp涡轮26驱动hp压缩机24。燃烧气体被排出到lp涡轮28中，lp涡轮26提取附加功来驱动lp压缩机22，并且排气最终经由涡轮区段16下游的排气区段(未示出)从涡轮发动机10被排出。lp涡轮28的驱动驱动了lp线轴，以使风扇(未示出)和lp压缩机22旋转。加压气流和燃烧气体可以一起限定流过涡轮发动机10的风扇、压缩机区段12、燃烧区段14和涡轮区段16的工作气流。
42.图2描绘了沿图1的线ii-ii的燃烧区段14的横截面视图。燃烧区段14可包括燃烧器30，燃烧器30具有围绕涡轮发动机10的中心线或旋转轴线20布置的环形布置的燃料喷射器31。应当理解，环形布置的燃料喷射器31可以是一个或多个燃料喷射器，并且燃料喷射器31中的一个或多个可以具有不同的特性。在一些示例中，多个燃料喷射器31可以以群集布置定位，例如具有多个预混器管的单个燃料喷射器或杯。取决于燃烧器30位于其中的发动机的类型，燃烧器30可以具有罐式、罐式环形或环形布置。在非限制性示例中，燃烧器30可以具有与发动机10的壳体29一起定位的组合布置。
43.燃烧器30可以至少部分地由燃烧器衬套40限定。在一些示例中，燃烧器衬套40可包括外衬套41和内衬套42，外衬套41和内衬套42相对于彼此同心并且以围绕发动机中心线或旋转轴线20的环形方式布置。在一些示例中，燃烧器衬套40可具有围绕燃烧器30的环形结构。在一些示例中，燃烧器衬套40可以包括共同形成燃烧器衬套40的多个段或部分。圆顶组件44连同燃烧器衬套40可以至少部分地限定燃烧室50，该燃烧室50围绕发动机中心线或旋转轴线20环形布置。压缩空气通道32可以至少部分地由燃烧器衬套40和壳体29两者限定。
44.图3描绘了沿图2的线iii-iii截取的横截面视图，示出了燃烧器30。燃烧器30可包括具有燃料-空气混合器35的燃料组件，燃料-空气混合器35被构造为向燃烧器30提供燃料。燃料-空气混合器35可以至少部分地形成燃料喷射器31。在一些示例中，燃料-空气混合器35可以包括环形布置的燃料喷嘴。应当理解，这样的燃料喷嘴可以以任何合适的布置、图案、分组等来组织。
45.圆顶组件44可以包括圆顶壁46和导流器48。燃烧器衬套40和圆顶组件44可以共同地至少部分地围绕纵向轴线52限定燃烧室50。如图所示，纵向轴线52可以在向前方向52f和向后方向52a之间延伸。
46.至少一个燃料供应器54可以流体联接到燃烧室50以将燃料供应到燃烧器30。虽然
仅示出了一个燃料供应器54，但可以提供多个燃料供应器，并且它们可以提供相同或不同的燃料。在非限制性示例中，燃料可包括任何合适的燃料，包括碳氢燃料、氢燃料或不同燃料类型的混合物。
47.燃料供应器54可设置在圆顶组件44内以限定燃料出口58。可以设想，空气也可以通过燃料出口58供应或提供给燃烧室50。以这种方式，燃料出口58可以向燃烧室50提供燃料-空气混合物。在一些示例中，扩口锥部56可以设置在燃料供应器54的下游。旋流器60也可以设置在燃料-空气混合器35处，以使进入的空气在离开燃料供应器54的燃料附近进行旋流，并提供进入燃烧器30的空气和燃料的均匀混合物。还设想旋流器60可以集成到燃料-空气混合器35中。
48.一组稀释孔62可以设置在燃烧器衬套40中并且被构造为将空气引导到燃烧室50中以进行温度控制、火焰成形、燃料-空气混合等。在图示的示例中，一组稀释孔62设置在外衬套41和内衬套42中，但这不是必须的。在该组稀释孔62中可以设置任意数量的稀释孔。该组稀释孔62可以在燃烧器衬套40上具有任何合适的图案或布置，包括线性行、不规则组、可变孔径等，或其组合。进一步设想燃烧器30可以形成为没有任何稀释孔。在一些示例中，可以在圆顶组件44中或附近设置一个或多个贫预混器。
49.转向图4，在一个示例性实施方式中，示出了燃料-空气混合器35的侧视图。燃料-空气混合器35可以构造成将多个燃料和空气流形成到燃烧室50(图3)中。多个燃料流可以根据燃烧需要进行调整。例如，多个燃料流可以供应不同类型和/或相同或不同燃料类型的混合物。如图所示，燃料-空气混合器35可以包括具有中心轴线c的本体70。在一些示例中，中心轴线c可以与纵向轴线52(图3)对齐。本体70可以包括第一部分70a和第二部分70b。在一些示例中，第一部分70a可以包括或至少部分地形成燃料出口58。
50.本体70可包括外壁71和外壁71中的一组入口71a。一组入口71a可以具有任何数量、图案、形状或布置的入口。在所示的示例中，一组入口71a包括离散的、轴向间隔开的入口或孔口，其构造成将空气引导到本体70的内部以与其中的燃料混合。一组入口71a允许压缩空气从压缩机区段12(图1)流入燃料-空气混合器35。
51.图5示出了燃料-空气混合器35的前视图，其中第一部分70a可见。在一些示例中，第一部分70a可以包括圆顶壁46，但不一定是这种情况。
52.燃料-空气混合器35可以包括一个或多个出口，形成一组出口78。虽然在一组出口78中示出了六个出口，但是可以设置任何数量。如图所示，一组出口78可以共同形成燃料出口58。一组出口78可以具有任何合适的图案或布置，包括线性行、环形分组、多个同心圆、不规则分组等，或其组合。在一些示例中，一组出口78可以被构造为使离开本体70的燃料或空气进行旋流。在一些示例中，一组出口78还可以被构造为以喷射或其他大体直线的方式从本体70排出燃料或空气。
53.本体70还可以包括形成对应的多个内部通道的多个内壁和孔口，多个内部通道被构造为在燃料出口58的上游引导或混合空气和燃料。通过图5中的一组出口78可以看到这些壁、孔口和通道的部分。例如，在所示的视图中，一组入口71a的部分通过该组出口78是可见的。
54.现在参考图6，沿线vi-vi(图5)示出了燃料-空气混合器35的横截面视图。本体70被图示为具有如图所示的第一部分70a和第二部分70b。
55.在所示示例中，本体70还可以包括内壁72，内壁72相对于中心轴线c位于外壁71的径向内侧。可以在内壁72中提供一组内孔口72a。本体70还可以包括分别具有第三组孔口73a和第四组孔口74a的第三壁73和第四壁74。
56.本体70还可包括沿中心轴线c延伸的中心壁76，如图所示。中心壁76可以是中空壁的形式。中心壁76可位于内壁72的径向内侧。如图所示，中心壁76还可以包括一组中心孔口76a。
57.外壁71、内壁72、第三壁73或第四壁74中的任何可以至少部分地沿着中心轴线c延伸，或者可以相对于中心轴线c至少径向地延伸，或者它们的组合。在一些示例中，外壁71、内壁72、第三壁73或第四壁74中的两个或更多个可以是本体70内的公共壁的一部分。
58.在所示的非限制性示例中，本体70可包括一组混合通道81、第二组通道82、中心燃料通道85、中心空气通道86和一组出口混合通道88。中心壁76可以至少部分地形成中心燃料通道85。在一些示例中，中心壁76可以将中心燃料通道85和中心空气通道86分开。中心空气通道86可以至少部分地围绕中心燃料通道85。
59.一组入口71a可以流体地联接到一组混合通道81。第三组孔口73a可以流体地联接一组混合通道81和第二组通道82。一组内孔口72a可以流体地联接中心空气通道86和一组混合通道81。一组出口混合通道88可以通过第四组孔口74a流体联接到一组混合通道81或中心空气通道86中的至少一个。
60.该组出口混合通道88可以围绕中心轴线c环形布置，使得在所示视图中，示出了一组出口混合通道88中的多个通道的部分。此外，在所示的示例中，一组中心孔口76a可以流体地联接中心燃料通道85和一组出口混合通道88。
61.此外，一组中心孔口76a可以形成到一组出口混合通道88的入口并且可以相对于中心轴线c具有对应的角度87。在一些非限制性示例中，角度87可以在1-179度之间，或10-150度之间，或20-120度之间，等等。可以设置任何合适的角度87。以这种方式，该组中心孔口76a可以形成离散的燃料端口，其与该组混合通道81的下游的该组出口混合通道88流体连接。可以设想，一组中心孔口76a还可以包括相对于中心轴线c的交错的或变化的轴向或周向位置。在所示的非限制性示例中，一组中心孔口76a可以位于一组内孔口72a的后方。以这种方式，混合长度可以针对不同燃料流在围绕燃料-空气混合器35的周向方向上变化。
62.一组出口78中的每个出口还可以限定出口方向100，相对于中心轴线c形成出口角101。在一些非限制性示例中，出口角101可以在-80度和+80度之间，或者在-60度和+60度之间，或者在-20度和+20度之间，等等，或者其组合。进一步设想，一组出口78可以具有相同或不同的出口角101。
63.可以通过本体70的多个内部通道形成多个流动路径。在所示的非限制性示例中，第一燃料流动路径91可以顺序地从第二组通道82延伸至一组混合通道81，并延伸至一组出口混合通道88。第二燃料流动路径92可以从中心燃料通道85延伸到一组出口混合通道88。入口流动路径93可延伸穿过一组入口71a并进入一组混合通道81。中心空气流动路径94可以沿着中心空气通道86延伸并进入一组混合通道81。以这种方式，可以在燃料-空气混合器35中设置多个轴向交错的流动路径。
64.在一个示例性实施方式中，在操作期间，空气可以沿着入口流动路径93或中心空气流动路径94中的至少一个供应到本体70中，并且燃料可以沿着第一燃料流动路径91或第
二燃料流动路径92中的至少一个被供应。例如，沿中心空气通道86供应的空气可以被引导或划分到一组混合通道81并与从第二组通道82进入一组混合通道81的燃料混合。空气也可以通过一组入口71a进入一组混合通道81并与其中的燃料或空气混合。以这种方式，第一燃料-空气混合物可以在一组混合通道81内形成。第一燃料-空气混合物可以通过第四组孔口74a进入一组出口混合通道88。
65.沿着中心燃料通道85供应的额外燃料也可以通过一组中心孔口76a被引导到一组出口混合通道88中。这样的燃料可遇到从一组混合通道81供应的第一燃料-空气混合物并且在离开本体70的一组出口混合通道88内形成第二燃料-空气混合物或富集的燃料-空气混合物。以这种方式，燃料和空气可以在本体70内的一组出口78上游的多个轴向位置处预混合。虽然被描述为供应燃料或空气，但是应当理解，空气、燃料或空气和燃料的混合物可以通过第一燃料流动路径91、第二燃料流动路径92、入口流动路径93或中心空气流动路径94中的任何或全部来供应。空气、燃料或其混合物可以在一组混合通道81或一组出口混合通道88内组合。这样的混合物可以被引导通过一组出口混合通道88并且通过燃料出口58被提供用于在燃烧室50(图3)内燃烧。
66.在一些示例中，燃料-空气混合器35可以包括100％的氢燃料、具有50-100％的氢的燃料掺合物、具有0-60％的氢的燃料掺合物、天然气燃料或燃料掺合物、碳氢化合物燃料或燃料掺合物、具有0-50％的燃料或燃料掺合物和0-50％的空气的燃料-空气混合物等，或其组合。在一些非限制性示例中：氢燃料可以沿着第一燃料流动路径91供应；可沿第一燃料流动路径91供应具有50-100％的氢的燃料掺合物；可沿第二燃料流动路径92供应天然气燃料；或者可以沿着第二燃料流动路径92供应具有0-60％的氢的燃料掺合物。还设想沿中心燃料通道85的燃料喷射可以在天然气操作期间，或者在一些示例中对于氢燃料的低掺合物(例如0-50％的氢)形成先导。在一些示例中，涡轮发动机10(图1)可以使用天然气燃料通过燃料-空气混合器35发起燃烧，然后转变为其他燃料，例如在低功率水平下的低百分比(例如0-50％)的氢燃料掺合物和在高功率水平下的高百分比(例如50-100％)的氢燃料掺合物。在一些示例中，涡轮发动机10(图1)可以使用天然气燃料通过燃料-空气混合器35发起燃烧，并在最大功率下转变为100％的氢燃料。在一些示例中，涡轮发动机10(图1)可以在低功率水平下使用高百分比氢燃料操作以及在高功率水平下使用天然气燃料操作。
67.转到图7，沿线vii-vii(图5)示出了燃料-空气混合器35的替代横截面视图。示出了具有第一部分70a和第二部分70b的本体70。如上所述，一组出口78可以形成燃料出口58。
68.在该视图中，内壁72被显示为在一组混合通道81内并且具有一组内孔口72a。还示出了第三壁73和第三组孔口73a的外部视图。在一些示例中，第三壁73可以相对于中心轴线c从外壁71或内壁72中的任一个或两者周向偏移。
69.入口流动路径93被示出为通过一组入口71a。中心空气流动路径94被示出为从中心空气通道86延伸，通过一组内孔口72a，并进入一组混合通道81。第一燃料流动路径91被示出为从第二组通道82延伸，通过一组外孔口73a，并进入一组混合通道81。第二燃料流动路径92被示出为从中心燃料通道85延伸，通过一组中心孔口76a，并进入一组出口混合通道88。
70.可以设想，燃料、燃料掺合物或燃料-空气混合物可以沿多个流动路径在相对于中心轴线c的不同或交错轴向位置处被喷射。在一些示例中，第二燃料流动路径92可以在从一
组内孔口72a喷射的燃料的下游喷射燃料。这种交错布置可以提供一组出口78之间的燃料浓度差异，这可以减少不希望的燃烧动态。
71.图8示出了燃料-空气混合器35沿图7的线viii-viii的前横截面视图。图示的视图取自一组出口78(图7)的上游。在该视图中，中心燃料通道85、中心空气通道86和一组出口混合通道88的部分显示在本体70中相对于中心轴线c(图7)的一个轴向位置处。
72.一组出口混合通道88可以在相对于中心轴线c(图7)朝向一组出口78的方向上具有恒定的横截面面积，增加的横截面面积或减小的横截面面积。还设想一组出口混合通道88的几何轮廓可以是圆形的、椭圆形的或它们的组合。在一些示例中，一组出口混合通道88可以包括在第一轴向位置处的圆形横截面轮廓并且在相对于中心轴线c(图7)的第二轴向位置处过渡到椭圆形横截面轮廓。在一些示例中，一组出口混合通道88可以包括在第一轴向位置处的第一椭圆形轮廓和在第二轴向位置处的第二椭圆形轮廓，其中第一和第二椭圆形轮廓沿不同方向定向。以这种方式，一组出口混合通道88可以被构造为在多个方向上引导燃料、空气或其混合物的出口流，包括平行于中心轴线c(图7)引导燃料、空气或其混合物的出口流，围绕中心轴线c(图7)周向地引导燃料、空气或其混合物的出口流，相对于中心轴线c(图7)径向地引导燃料、空气或其混合物的出口流，或它们的组合。一组出口混合通道88或一组出口78中的任一者或两者可被构造为提供旋流流体流、射流、径向流体流等或其组合，用于燃烧室50(图3)内的燃烧。
73.以这种方式，燃料-空气混合器35可以具有内部混合器空气通道，该内部混合器空气通道分成多个离散流，形成进入燃烧室50(图3)的多个离散出口(例如，一组出口78)。燃料可以从多个离散孔口(例如，一组内孔口72a)或从中心燃料通道85(例如，一组中心孔口76a)或其组合喷射到多个离散流中。
74.现在参考图9，示出了可以在燃烧器30(图3)中使用的另一个燃料-空气混合器135。燃料-空气混合器135类似于燃料-空气混合器35；因此，类似的部件将用增加100的类似数字标识，应当理解，燃料-空气混合器35的类似部件的描述适用于燃料-空气混合器135，除非另有说明。
75.燃料-空气混合器135可包括本体170，本体170具有中心轴线c、一组入口171a和一组出口178。本体170还可包括一组混合通道181、第二组通道182、中心燃料通道185、中心空气通道186和一组出口混合通道188。第四组孔口174a可以将一组混合通道181流体联接到一组出口178。一组中心孔口176a可以流体地联接中心燃料通道185和一组出口混合通道188。
76.一个区别在于本体170可以限定第一长度l1、第二长度l2、第三长度l3和第四长度l4。第一长度l1可以限定在一组出口178和一组入口171a之间。第二长度l2可以限定在一组出口178和一组第四孔口174a之间。第三长度l3可以限定在一组出口178和一组中心孔口176a之间。第四长度l4可以沿着一组出口混合通道188的一部分限定，该部分具有至少一个流动过渡，例如变化的横截面面积、形状等。
77.可以设想，第一长度l1、第二长度l2、第三长度l3或第四长度l4中的任何可以相对于彼此以预定比率或相对值形成。在一些示例中，第二长度l2可以是第一长度l1的预定百分比，或者第三长度l3可以是第一长度l1的预定百分比，或者第四长度l4可以是第二长度l2的预定百分比。在一些示例中，第二长度l2可以在第一长度l1的5％和95％之间，或者在
第一长度l1的10％和90％之间，或者在第一长度l1的20％和80％之间，等等。在一些示例中，第三长度l3可以在第一长度l1的2％和100％之间。在一些示例中，第四长度l4可以在第二长度l2的5％和100％之间。
78.本体170还可以沿着一组出口混合通道188限定内表面189和外表面190。内表面189或外表面190中的一个或两个可以平行于中心轴线c，或相对于中心轴线c形成正角(在一些示例中，远离中心轴线c)，或形成负角(在一些示例中，朝向中心轴线c)。还设想一组出口混合通道188中的出口通道的横截面面积在朝向一组出口178的方向上可以是恒定的、增加的或减少的。以这种方式，可以以预定的速度和角度将流导向一组出口178。
79.一组出口178还可以具有形成出口角201的出口方向200，如图所示。出口角201可以相对于中心轴线c形成，或者相对于沿着中心燃料通道185的方向形成。在所示的示例中，中心燃料通道185平行于中心轴线c延伸，使得出口角201相对于中心轴线c和中心燃料通道185两者形成，尽管情况并非必须如此。在所示的非限制性示例中，出口方向200形成正出口角201，使得燃料和空气在离开本体170时远离中心轴线c径向发散。以这种方式，整体流动方向可以径向向外通过一组出口混合通道188。在其他示例中，一组出口178中的多个出口可以具有不同的出口方向200，例如交替的出口方向、多组相同的出口方向、随机排列的出口方向等。
80.图10和11分别示出了燃料-空气混合器135的前视图和沿图9的线xi-xi的前横截面视图。在图10中，一组出口178与一组出口混合通道188一起示出。一组出口混合通道188在相对于中心轴线c(图9)朝向一组出口178的方向上可以具有恒定的横截面面积、增加的横截面面积或减小的横截面面积。还设想一组出口混合通道188的几何轮廓可以是圆形的、椭圆形的或它们的组合。以这种方式，一组出口混合通道188可以被构造为在多个方向上引导燃料、空气或其混合物的出口流。在一些示例中，一组出口混合通道188可以平行于中心轴线c(图9)定向或延伸，围绕中心轴线c(图9)周向地定向或延伸，相对于中心轴线c(图9)径向地定向或延伸，或其组合。一组出口混合通道188或一组出口178中的任一者或两者可构造成提供旋流流体流、射流、径向流体流等或其组合，用于燃烧室50(图3)内的燃烧。
81.现在参考图12，示出了可以在燃烧器30(图3)中使用的另一个燃料-空气混合器235。燃料-空气混合器235类似于燃料-空气混合器35、135；因此，相似的部件将用进一步增加100的相似数字标识，应当理解，燃料-空气混合器35、135的相似部件的描述适用于燃料-空气混合器235，除非另有说明。
82.燃料-空气混合器235可以包括本体270，本体270具有中心轴线c、一组入口271a和一组出口278。本体270还可包括一组混合通道281、第二组通道282、中心燃料通道285、中心空气通道286和一组出口混合通道288。第四组孔口274a可以将一组混合通道281流体地联接到一组出口278。一组中心孔口276a可以流体地联接中心燃料通道285和一组出口混合通道288。
83.本体270可以限定第一长度l1、第二长度l2、第三长度l3和第四长度l4。第一长度l1可以限定在一组出口278和一组入口271a之间。第二长度l2可以限定在一组出口278和第四组孔口274a之间。第三长度l3可以限定在一组出口278和一组中心孔口276a之间。第四长度l4可以沿着一组出口混合通道288的一部分限定，该一部分具有至少一个流动过渡，例如变化的横截面面积、形状等。
84.可以设想，第一长度l1、第二长度l2、第三长度l3或第四长度l4中的任何可以相对于彼此以预定比率或相对值形成。在一些示例中，第二长度l2可以是第一长度l1的预定百分比，或者第三长度l3可以是第一长度l1的预定百分比，或者第四长度l4可以是第二长度l2的预定百分比。在一些示例中，第二长度l2可以在第一长度l1的5％和95％之间，或者在第一长度l1的10％和90％之间，或者在第一长度l1的20％和80％之间，等等。在一些示例中，第三长度l3可以在第一长度l1的2％和100％之间。在一些示例中，第四长度l4可以在第二长度l2的5％和100％之间。
85.本体270还可以沿着一组出口混合通道288限定内表面289和外表面290。内表面289或外表面290中的一个或两个可以平行于中心轴线c，相对于中心轴线c形成正角，或者相对于中心轴线c形成负角。在所示示例中，外表面290平行于中心轴线c并且内表面289相对于中心轴线c形成负角(例如，会聚)。
86.一组出口278还可以具有形成出口角301的出口方向300，如图所示。出口角301可以相对于中心轴线c形成，或者相对于沿着中心燃料通道285的方向形成。在所示的非限制性示例中，出口方向300形成负出口角301，使得燃料和空气在离开本体270时朝向中心轴线c会聚。
87.图13和14分别示出了燃料-空气混合器235的前视图和沿图12的线xiv-xiv的前横截面视图。在该视图中，一组出口278与一组出口混合通道288一起显示。一组出口混合通道288在相对于中心轴线c(图12)朝向一组出口278的方向上可以具有恒定的横截面面积、增加的横截面面积或减小的横截面面积。还设想一组出口混合通道288的几何轮廓可以是圆形的、椭圆形的或它们的组合。以这种方式，一组出口混合通道288可以被构造为在多个方向上引导燃料、空气或其混合物的出口流。一组出口混合通道188可以平行于中心轴线c(图12)定向或延伸，围绕中心轴线c(图12)周向地定向或延伸，相对于中心轴线c(图12)径向地定向或延伸，或它们的组合。一组出口混合通道288或一组出口278中的任一者或两者可被构造为提供旋流流体流、射流、径向流体流等或其组合，用于燃烧室50(图3)内的燃烧。
88.现在参考图15，示出了可以在燃烧器30(图3)中使用的另一个燃料-空气混合器335。燃料-空气混合器335类似于燃料-空气混合器35、135、235；因此，相似的部件将用进一步增加100的相似数字来标识，应当理解，燃料-空气混合器35、135、235的相似部件的描述适用于燃料-空气混合器335，除非另有说明。
89.燃料-空气混合器335可以包括本体370，本体370具有中心轴线c、一组入口371a和一组出口378。本体370还可包括一组混合通道381、第二组通道382、中心燃料通道385、中心空气通道386和一组出口混合通道388。第四组孔口374a可以将一组混合通道381流体地联接到一组出口378。一组中心孔口376a可以流体地联接中心燃料通道385和一组出口混合通道388。
90.本体370可以限定第一长度l1、第二长度l2、第三长度l3和第四长度l4。第一长度l1可以限定在一组出口378和一组入口371a之间。第二长度l2可以限定在一组出口378和第四组孔口374a之间。第三长度l3可以限定在一组出口378和一组中心孔口376a之间。第四长度l4可以沿着一组出口混合通道388的一部分限定，该一部分具有至少一个流动过渡，例如变化的横截面面积、形状等。
91.可以设想，第一长度l1、第二长度l2、第三长度l3或第四长度l4中的任何可以相对
空气混合器内提供改进的燃料分布，这可以增加应变率和混合率。这种布置可以提供温度的降低和不希望的燃烧副产物(包括no
x
)的减少。与传统的燃料喷射器相比，本公开的方面还提供了更短且更紧凑的火焰。在一个非限制性示例中，本公开的方面提供的火焰长度小于传统燃烧器中火焰尺寸的一半。本文所述的多个离散流和交错的轴向喷射还可以提供燃料出口下游的燃烧器内的改进的流动扩散、远离燃烧器衬套的火焰位置的偏移以及燃料出口处的更均匀的燃料-空气混合物。从离散出口产生的高速射流还可以在燃烧室内产生高湍流，从而提供更好的混合和更均匀的燃烧器内温度分布，从而可以减少no
x
排放。
98.此外，对一组空气入口或一组内部通道使用多个轴向长度可以在燃料-空气混合器的本体内提供不同的混合长度。这样的布置可以提供对燃料-空气混合器的出口之间的燃料-空气分布的选择或定制，驱动放热率的差异并减少不希望的燃烧动态。
99.尽管关于涡轮发动机进行了描述，但是应当理解，本公开的方面可以具有对任何燃烧器的一般适用性。在非限制性示例中，本文描述的本公开的方面也可适用于具有螺旋桨区段、风扇和助推器区段的发动机、涡轮喷气发动机或涡轮轴发动机。
100.在尚未描述的范围内，各种实施例的不同特征和结构可以根据需要组合使用或相互替代使用。一个特征没有在所有实施例中示出并不意味着它不能被如此示出，而是为了描述的简洁而这样做。因此，可以根据需要混合和匹配不同实施例的各种特征以形成新实施例，无论新实施例是否被明确描述。本文描述的特征的所有组合或排列都被本公开覆盖。
101.本公开的进一步方面由以下条项提供：
102.一种涡轮发动机，包括：处于轴向流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，其中所述燃烧区段具有燃烧器，所述燃烧器包括：燃烧器衬套，所述燃烧器衬套至少部分地限定燃烧室；压缩空气通道，所述压缩空气通道流体地联接到所述压缩机区段和所述燃烧室；至少一个燃料供应器，所述至少一个燃料供应器流体地联接到所述燃烧室；和燃料-空气混合器，所述燃料-空气混合器包括：本体，所述本体沿中心轴线延伸并具有外壁；内壁，所述内壁位于所述本体内并限定流体地联接到所述压缩空气通道的中心空气通道，其中所述内壁与所述外壁间隔开以至少部分地限定所述内壁和所述外壁之间的一组混合通道，其中所述一组混合通道相对于所述中心轴线在所述中心空气通道的径向外侧间隔开；中心壁，所述中心壁位于所述内壁的径向内侧，并且形成流体地联接到所述至少一个燃料供应器的中心燃料通道；所述内壁中的一组内孔口，所述一组内孔口将所述中心空气通道流体地联接到所述一组混合通道；和中心空气流动路径，所述中心空气流动路径从所述中心空气通道延伸到所述一组混合通道。
103.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中，所述中心空气通道至少部分地围绕所述中心燃料通道。
104.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括：一组出口混合通道，所述一组出口混合通道将所述一组混合通道流体地联接到所述燃烧室；和所述中心壁中的一组中心孔口，所述一组中心孔口将所述中心燃料通道流体地联接到所述一组出口混合通道。
105.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括一组入口，所述一组入口在所述本体的所述外壁中并且流体地联接到所述一组混合通道。
106.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括第三壁，所述第三壁在所述本体内并且形成第二组通道。
107.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括在所述第三壁中的第三组孔口，所述第三组孔口将所述第二组通道流体地联接到所述一组混合通道。
108.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中，所述一组中心孔口相对于所述中心轴线位于所述一组入口的后方。
109.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中，所述一组入口位于所述第三组孔口的后方。
110.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括：第一燃料流动路径，所述第一燃料流动路径从所述第二组通道依次延伸到所述一组混合通道，并且延伸到所述一组出口混合通道；和第二燃料流动路径，所述第二燃料流动路径从所述中心燃料通道延伸到所述一组出口混合通道。
111.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中，所述一组入口包括相对于所述中心轴线轴向地间隔开的入口。
112.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中，所述一组出口混合通道相对于所述中心轴线轴向地和径向地延伸。
113.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中所述一组出口混合通道相对于所述中心轴线轴向地和周向地延伸。
114.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括所述本体中的一组出口，所述一组出口流体地联接到所述一组出口混合通道。
115.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括限定在所述一组入口和所述一组出口之间的第一长度、限定在所述一组出口和所述第四组孔口之间的第二长度、限定在所述一组出口和所述一组中心孔口之间的第三长度。
116.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步限定沿所述一组出口混合通道的一部分限定的第四长度，所述一部分具有流动过渡，所述流动过渡包括变化的横截面面积或变化的通道形状中的至少一个。
117.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中所述第二长度在所述第一长度的20％至80％之间。
118.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中所述第二长度在所述第一长度的10％-90％之间。
119.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中所述第二长度在所述第一长度的5％-95％之间。
120.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中所述第三长度在所述第一长度的2％-100％之间。
121.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中所述第四长度在所述第二长度的5％-100％之间。
122.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括沿所述一组出口混合通道中的出口通道的内表面和外表面。
123.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中所述内表面或所述外表面中的至少一个相对于所述第二轴线形成正角。
124.根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中所述内表面或所述外表面中的至少一
个相对于所述第二轴线形成负角。
125.一种用于涡轮发动机的燃烧器，包括：燃烧器衬套，所述燃烧器衬套至少部分地限定燃烧室；压缩空气通道，所述压缩空气通道将压缩空气源流体地联接到所述燃烧室；至少一个燃料供应器，所述至少一个燃料供应器流体地联接到所述燃烧室；和燃料-空气混合器，所述燃料-空气混合器包括：本体，所述本体沿中心轴线延伸并具有外壁；内壁，所述内壁位于所述本体内并限定流体地联接到所述压缩空气通道的中心空气通道，其中所述内壁与所述外壁间隔开以至少部分地限定所述内壁和所述外壁之间的一组混合通道，其中所述一组混合通道相对于所述中心轴线在所述中心空气通道的径向外侧间隔开；中心壁，所述中心壁位于所述内壁的径向内侧，并且形成流体地联接到所述至少一个燃料供应器的中心燃料通道；所述内壁中的一组内孔口，所述一组内孔口将所述中心空气通道流体地联接到所述一组混合通道；和中心空气流动路径，所述中心空气流动路径从所述中心空气通道延伸到所述一组混合通道。
126.根据任何前述条项所述的燃烧器，其中，所述中心空气通道至少部分地围绕所述中心燃料通道。
127.根据任何前述条项所述的燃烧器，进一步包括：一组出口混合通道，所述一组出口混合通道将所述一组混合通道流体地联接到所述燃烧室；和所述中心壁中的一组中心孔口，所述一组中心孔口将所述中心燃料通道流体地联接到所述一组出口混合通道。
128.根据任何前述条项所述的燃烧器，进一步包括一组入口，所述一组入口在所述本体的所述外壁中并且流体地联接到所述一组混合通道。
129.根据任何前述条项所述的燃烧器，进一步包括第三壁，所述第三壁在所述本体内并且形成第二组通道。
130.根据任何前述条项所述的燃烧器，进一步包括所述第三壁中的第三组孔口，所述第三组孔口将所述第二组通道流体地联接到所述一组混合通道。
131.根据任何前述条项所述的燃烧器，进一步包括所述本体中的一组出口，所述一组出口流体地联接到所述一组出口混合通道。
132.根据任何前述条项所述的燃烧器，进一步包括限定在所述一组入口和所述一组出口之间的第一长度、限定在所述一组出口和所述第四组孔口之间的第二长度、限定在所述一组出口和所述一组中心孔口之间的第三长度。
133.根据任何前述条项所述的燃烧器，进一步限定沿所述一组出口混合通道的一部分限定的第四长度，所述一部分具有包括变化的横截面面积或变化的通道形状中的至少一个的流动过渡。
134.根据任何前述条项所述的燃烧器，其中所述第二长度在所述第一长度的20％至80％之间。
135.根据任何前述条项所述的燃烧器，其中所述第二长度在所述第一长度的10％-90％之间。
136.根据任何前述条项所述的燃烧器，其中所述第二长度在所述第一长度的5％-95％之间。
137.根据任何前述条项所述的燃烧器，其中所述第三长度在所述第一长度的2％-100％之间。
138.根据任何前述条项所述的燃烧器，其中所述第四长度在所述第二长度的5％-100％之间。
139.根据任何前述条项所述的燃烧器，进一步包括沿所述一组出口混合通道中的出口通道的内表面和外表面。
140.根据任何前述条项所述的燃烧器，其中所述内表面或所述外表面中的至少一个相对于所述第二轴线形成正角。
141.根据任何前述条项所述的燃烧器，其中所述内表面或所述外表面中的至少一个相对于所述第二轴线形成负角。
142.一种向涡轮发动机燃烧室供应燃料-空气混合物的方法，所述方法包括：通过沿轴线延伸的空气通道供应空气；将来自所述空气通道的所述空气在位于所述空气通道的径向外侧的一组混合通道中分开；向所述一组混合通道供应燃料以在所述一组混合通道内形成燃料-空气混合物；和将所述燃料-空气混合物引导至一组出口混合通道，所述一组出口混合通道相对于所述轴线轴向延伸或径向延伸中的至少一个。
143.根据任何前述条项所述的方法，其中供应燃料包括将燃料从第二组通道供应到所述一组混合通道。
144.根据任何前述条项所述的方法，进一步包括将额外的燃料供应到至少所述一组出口混合通道并供应到所述燃料-空气混合物中以形成富集的燃料-空气混合物。

技术特征：
1.一种涡轮发动机，其特征在于，包括：处于轴向流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，其中所述燃烧区段具有燃烧器，所述燃烧器包括：燃烧器衬套，所述燃烧器衬套至少部分地限定燃烧室；压缩空气通道，所述压缩空气通道流体地联接到所述压缩机区段和所述燃烧室；至少一个燃料供应器，所述至少一个燃料供应器流体地联接到所述燃烧室；和燃料-空气混合器，所述燃料-空气混合器包括：本体，所述本体沿中心轴线延伸并具有外壁；内壁，所述内壁位于所述本体内并限定流体地联接到所述压缩空气通道的中心空气通道，其中所述内壁与所述外壁间隔开以至少部分地限定所述内壁和所述外壁之间的一组混合通道，其中所述一组混合通道相对于所述中心轴线在所述中心空气通道的径向外侧间隔开；中心壁，所述中心壁位于所述内壁的径向内侧，并且形成流体地联接到所述至少一个燃料供应器的中心燃料通道；所述内壁中的一组内孔口，所述一组内孔口将所述中心空气通道流体地联接到所述一组混合通道；和中心空气流动路径，所述中心空气流动路径从所述中心空气通道延伸到所述一组混合通道。2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中，所述中心空气通道至少部分地围绕所述中心燃料通道。3.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：一组出口混合通道，所述一组出口混合通道将所述一组混合通道流体地联接到所述燃烧室；和所述中心壁中的一组中心孔口，所述一组中心孔口将所述中心燃料通道流体地联接到所述一组出口混合通道。4.根据权利要求3所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括一组入口，所述一组入口在所述本体的所述外壁中并且流体地联接到所述一组混合通道。5.根据权利要求4所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括第三壁，所述第三壁在所述本体内并且形成第二组通道。6.根据权利要求5所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括在所述第三壁中的第三组孔口，所述第三组孔口将所述第二组通道流体地联接到所述一组混合通道。7.根据权利要求6所述的涡轮发动机，其特征在于，其中，所述一组中心孔口相对于所述中心轴线位于所述一组入口的后方。8.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于，其中，所述一组入口位于所述第三组孔口的后方。9.根据权利要求1-8中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：第一燃料流动路径，所述第一燃料流动路径从所述第二组通道依次延伸到所述一组混合通道，并且延伸到所述一组出口混合通道；和第二燃料流动路径，所述第二燃料流动路径从所述中心燃料通道延伸到所述一组出口
混合通道。10.根据权利要求4-8中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，其中，所述一组入口相对于所述中心轴线轴向地间隔开。

技术总结
一种涡轮发动机可包括处于轴向流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。燃烧区段可以包括具有燃料-空气混合器的燃烧器。燃料-空气混合器可以包括具有至少一个空气通道以及一组混合通道的本体。及一组混合通道的本体。及一组混合通道的本体。


技术研发人员：普拉迪普
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2022.11.09
技术公布日：2023/8/24