阅读说明：本技术 用于燃气涡轮发动机燃烧器的稀释结构 (Dilution structure for gas turbine engine combustor ) 是由 马扬克·克里斯纳·安布勒 古鲁纳斯·甘迪科塔 帕鲁马鲁·乌坎蒂 拉维·钱德拉 卡蒂凯扬·桑帕 于 2019-08-07 设计创作，主要内容包括：本公开针对一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件。燃烧器组件包括衬里和压力气室,衬里限定在其内的燃烧室,压力气室围绕衬里。衬里限定开口并且包括至少部分地通过开口安置的有壁槽。多个流动开口限定成通过有壁槽。(The present disclosure is directed to a combustor assembly for a gas turbine engine. The combustor assembly includes a liner defining a combustion chamber therein and a pressure plenum surrounding the liner. The liner defines an opening and includes a walled channel disposed at least partially through the opening. A plurality of flow openings are defined through the walled slots.)

用于燃气涡轮发动机燃烧器的稀释结构

技术领域

本主题大体涉及用于燃气涡轮发动机的燃气涡轮发动机燃烧组件。

背景技术

用于燃气涡轮发动机的燃烧组件大体在燃烧衬里中包括孔口，以利用来自扩散器腔的空气稀释燃烧室内的燃烧气体。可以采用空气来与过浓的燃烧气体混合物混合，以完成燃烧处理；以稳定燃烧室的再循环区内的燃烧火焰；以使氮氧化物排放最小化；或者，以在流出到涡轮区段之前减小燃烧气体温度。

尽管稀释孔口提供已知益处，但是，需要有在逐渐详细或具体的模式下可以经由使空气流出到燃烧室中而提供和改进这些益处的结构。

发明内容

本发明的各方面及优点将在以下描述中部分地阐述，或者，可以从描述中显而易见，或者可以经过实践本发明来得知。

本公开针对一种燃气涡轮发动机，包括燃烧器组件。燃烧器组件包括衬里和压力气室，衬里限定在其内的燃烧室，压力气室围绕衬里。衬里限定开口。衬里包括至少部分地通过开口安置的有壁槽。多个流动开口限定成通过有壁槽。

在一个实施例中，有壁槽延伸到围绕衬里的压力气室中。

在另一实施例中，有壁槽限定流动通道，流动通道通过有壁槽从压力气室到燃烧室。

在又一实施例中，通过有壁槽的多个流动开口与压力气室流体连通。

在各种实施例中，有壁槽进一步包括流动引导构件，流动引导构件从通过有壁槽的多个流动开口中的每一个流动开口延伸。在一个实施例中，流动引导构件延伸到通过衬里限定的压力气室中。仍在各种实施例中，流动引导构件相对于有壁槽以一定角度延伸。在一个实施例中，流动引导构件相对于有壁槽在35度和90度之间延伸。

在一个实施例中，有壁槽限定各自相对于通过衬里限定的燃烧室中的气体流的上游部分和下游部分。多个流动开口限定成通过有壁槽的下游部分。

在各种实施例中，衬里限定衬里流动开口，衬里流动开口通过衬里、与燃烧室流体连通。在一个实施例中，衬里流动开口限定成在距有壁槽一定距离内通过衬里，该距离等于有壁槽的长度。

仍在各种实施例中，燃烧器组件进一步包括支撑构件，支撑构件延伸通过开口从衬里到有壁槽。支撑构件将有壁槽固定在衬里的开口内。在一个实施例中，支撑构件和有壁槽一起限定第一流动通道和第二流动通道，第一流动通道通过有壁槽，第二流动通道在有壁槽和衬里之间。

在一个实施例中，多个流动开口限定成与有壁槽的内表面相切地通过有壁槽。

在另一实施例中，多个流动开口限定成相对于有壁槽至少部分地沿着径向方向通过有壁槽。

参考以下描述和所附权利要求书，将更好地了解本发明的这些及其他特征、方面和优点。并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并同描述一起用来说明本发明的原理。

附图说明

针对本领域普通技术人员，参考附图，在说明书中阐述本发明的、并包括其最佳模式的全面且能实现的公开，其中：

图1是包含入燃烧器组件的示范性实施例的示范性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；

图2是图1中示出的示范性发动机的燃烧器组件的示范性实施例的立体横截面视图；

图3至图6是图2的燃烧器组件的有壁槽的示范性实施例的一部分的横截面侧视图；

图7是图3至图6的有壁槽的示范性实施例的一部分的横截面视图；

图8是图3至图6的有壁槽的一部分的横截面视图。

在本说明书和附图中重复使用参考字符意在表示本发明的相同或类同的特征或元素。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，其一个以上示例图示在附图中。通过说明本发明而非限制本发明的方式提供每个示例。事实上，对于本领域技术人员而言，显然，在不偏离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变型。比如，作为一个实施例的部分图示或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一个实施例。因而，意在本发明覆盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变型。

文中使用的术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换地使用，以将一个部件与另一部件区分开，而不意在指明各个部件的位置或重要性。

术语“上游”和“下游”指代关于流体路线中的流体流动的相对方向。例如，“上游”指代流体从该处流动的方向，“下游”指代流体向该处流动的方向。

大体提供了燃烧器组件稀释结构的实施例，在逐渐详细或具体的模式下可以经由使空气流出到燃烧室中而改进排放和燃烧气体淬熄。燃烧器组件的各种实施例大体限定有壁槽，有壁槽构造成在多种或定制模式下使空气从扩散器腔流出到燃烧室中。

现在参考附图，图1是文中称之为“发动机10”的示范性高旁通涡轮风扇发动机10的示意性部分横截面侧视图，可以包含本公开的各种实施例。尽管下面参考涡轮风扇发动机进一步描述，但是，本公开大体上也适用于涡轮机械，包括涡轮喷射、涡轮螺旋桨和涡轮轴燃气涡轮发动机，包括船用和工业涡轮发动机和辅助动力单元。如图1所示，出于参考目的，发动机10具有通过其延伸的纵向或轴向发动机中心线轴线12。发动机10限定纵向方向L以及沿着纵向方向L的上游端99和下游端98。上游端99大体对应于沿着纵向方向L的发动机10的一端，空气从该处进入发动机10，下游端98大体对应于空气离开发动机10的一端，大体沿着纵向方向L与上游端99相对。大体上，发动机10可以包括风扇组件14和安置在风扇组件14下游的核心发动机16。

核心发动机16可以大体包括实质上筒状的外壳体18，外壳体18限定环状入口20。外壳体18以串行流动关系包围或至少部分地形成：具有增压器或低压(LP)压缩机22、高压(HP)压缩机24的压缩机区段，燃烧区段26，包括高压(HP)涡轮28、低压(LP)涡轮30的涡轮区段，以及喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)转子轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)转子轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。LP转子轴36还可以连接到风扇组件14的风扇轴38。在特定实施例中，如图1所示，LP转子轴36可以借由减速齿轮40例如以间接驱动或齿轮驱动构造连接到风扇轴38。在其他实施例中，发动机10可以进一步包括中压(IP)压缩机和能够与中压轴一起旋转的涡轮，共同限定三轴燃气涡轮发动机。

如图1所示，风扇组件14包括多个风扇叶片42，多个风扇叶片42联接到风扇轴38并且从风扇轴38径向向外延伸。环状风扇壳体或机舱44周向上围绕风扇组件14和/或核心发动机16的至少一部分。在一个实施例中，机舱44可以通过多个周向上间隔开的出口导向轮叶或柱46而相对于核心发动机16被支撑。另外，机舱44的至少一部分可以在核心发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通道48。

图2是图1中示出的核心发动机16的示范性燃烧区段26的横截面侧视图。如图2所示，燃烧区段26可以大体包括具有环状内衬里52、环状外衬里54和隔板56的环式燃烧器50，隔板56相应地在内衬里52和外衬里54的上游端58，60之间径向延伸。在燃烧区段26的其他实施例中，燃烧组件50可以是环形罐式。燃烧器50进一步包括在内衬里52和隔板56下游的外衬里54之间径向延伸的穹顶组件57。如图2所示，内衬里52关于发动机中心线12(图1)与外衬里54径向上间隔，并且在其间限定大体环状的燃烧室62。在特定实施例中，内衬里52、外衬里54和/或穹顶组件54可以至少部分或全部由金属合金或陶瓷基复合(CMC)材料形成。

如图2所示，内衬里52和外衬里54可以包围在外壳体64内。扩散器腔或压力气室84的围绕内/外流动通道66可以限定在内衬里52和/或外衬里54周围。内衬里52和外衬里54可以从隔板56朝向涡轮喷嘴或入口68延伸到HP涡轮28(图1)，因而至少部分地限定燃烧器组件50和HP涡轮28之间的热气体路径。燃料喷嘴70可以通过隔板56至少部分地延伸，以提供燃料72，与空气82(a)混合并且在燃烧室62处燃烧。在各种实施例中，隔板56包括附接到其的燃料-空气混合结构(如，旋流器组件)。

仍参考图2，内衬里52和外衬里54每个皆限定通过衬里52，54的一个以上开口105。有壁槽100至少部分地安置在开口105内。在各种实施例中，有壁槽100至少部分地延伸到燃烧室62中。在其他实施例中，有壁槽100至少部分地延伸到压力气室84中。仍在其他实施例中，有壁槽100与附接有壁槽100的衬里52，54近似齐平或平滑过渡，并且安置在开口105中。有壁槽100大体限定带壁罩壳，带壁罩壳限定通过其的从压力室84到燃烧室62的第一流动通道111(图3至图6)。

在发动机10运作期间，如图1和图2中共同示出的，通过箭头74示意性指示的一定体积的空气通过机舱44和/或风扇组件14的相关入口76进入发动机10。在空气74穿过风扇叶片42时，通过箭头78示意性指示的空气的一部分被引导或输送到旁路气流通道48中，而通过箭头80示意性地指示的空气58的另一部分被引导或输送到LP压缩机22中。随着空气80朝向燃烧区段26流过LP压缩机22和HP压缩机24，空气80被渐渐压缩。如图2所示，通过箭头82示意性指示的当下的压缩空气流动到燃烧区段26的扩散器腔或压力气室84中。压力气室84大体围绕内衬里52和外衬里54，并且大体在燃烧室62的上游。

压缩空气82对扩散器腔84加压。通过箭头82(a)示意性指示的压缩空气82的第一部分从压力气室84流动到燃烧室62中，在燃烧室62中，压缩空气82与燃料72混合并且燃烧，因而在燃烧器50内产生通过箭头86示意性指示的燃烧气体。一般，LP压缩机22和HP压缩机24向压力室84提供比燃烧所需要的更多的压缩空气。因此，通过箭头82(b)示意性指示的压缩空气82的第二部分可以被用于除燃烧之外的各种目的。例如，如图2所示，压缩空气82(b)可以被输送到内/外流动通道66中，以向内衬里52和外衬里54提供冷却。

附加地，压缩空气82(b)的至少一部分经由通过有壁槽100限定的第一流动通道111(图3至图6)流出压力气室84，到燃烧室62中，诸如经由箭头83描绘的。压缩空气82(b)的一部分(示出为空气83)通过第一流动通道111(图3至图6)从压力气室84流动到燃烧室62中。经由箭头109(图2)描绘的空气82(b)的另一部分可以流过有壁槽100的壁。例如，流109可以经由多个流动开口115通过有壁槽流出到燃烧室62，诸如参照图3至图8经由箭头85进一步示出和描述的。

现在参考图3至图6，有壁槽100限定第一流动通道111处的内表面101。有壁槽100进一步限定通过有壁槽100的多个流动开口115。在各种实施例中，多个流动开口115与压力气室84流体连通。

有壁槽100限定上游部分114和下游部分115，每个皆相对于燃烧室62中的燃烧气体86的流动。在各种实施例中，多个流动开口115可以限定成在任何地方通过有壁槽100。在一个实施例中，诸如图3至图7中大体描绘的，多个流动开口115限定成通过有壁槽100的下游部分116。更具体地，参照图7中大体提供的切开横截面视图，有壁槽100可以大体限定圆形横截面。多个流动开口115可以限定成通过面对发动机10的下游端98的有壁槽100的下游部分116或一半。

现在参考图4，在各种实施例中，有壁槽100进一步包括流动引导构件120，流动引导构件120从通过有壁槽100的多个流动开口115中的每一个延伸。在一个实施例中，诸如参照图4大体描绘的，流动引导构件120延伸到压力气室84中。流动引导构件120可以大体至少部分地限定延伸通过有壁槽100的筒状结构或带壁导管，以导引或引导流85通过有壁槽100。然而，在各种实施例中，流动引导构件120可以大体限定任何几何形状，以促进或实现流85通过有壁槽100从第一流路111到燃烧室62。

仍参考图4，在各种实施例中，流动引导构件120可以相对于有壁槽100以角度125延伸。流动引导构件115延伸的示范性角度125相对于有壁槽100在35度和90度之间。例如，流动引导构件115可以实质上垂直于有壁槽100延伸(如，90度)。作为另一示例，流动引导构件115可以远离衬里52，54延伸到燃烧室62中(如，35度)，有壁槽100附接到衬里52，54。

现在参考图5，在各种实施例中，衬里52，54可以限定衬里流动开口117，衬里流动开口117通过衬里52，54，从压力气室84到燃烧室62流体连通。衬里流动开口117允准从压力气室84到燃烧室62的空气87的流动，以便减轻流85通过流动开口115与有壁槽100的分离。在一个实施例中，衬里流动开口117限定成通过衬里52，54，在距有壁槽100距离119内，距离119等于有壁槽100的长度118。例如，其中限定衬里流动开口117通过衬里52，54所在的距有壁槽100的距离119可以从有壁槽100的内表面101开始限定。作为另一示例，有壁槽100的长度118可以限定成通过第一流路111。作为又一示例，有壁槽100的长度118可以对应于从压力气室84处的衬里52，54一侧到燃烧室62中的有壁槽100的一端的径向距离。

现在参考图6，仍在各种实施例中，燃烧器组件50进一步包括支撑构件130，支撑构件130延伸通过开口105，从衬里52，54到有壁槽100。支撑构件130将有壁槽100固定在衬里52，54的开口105内。在一个实施例中，支撑构件130和有壁槽100一起限定第一流动通道111和第二流动通道112，第一流动通道111通过有壁槽100，第二流动通道112在有壁槽100和衬里52，54之间。如此，空气流83可以分成两对以上，诸如经由箭头83和83(a)描绘的。

仍参考图6，通过支撑构件130支撑在开口105内的有壁槽100可以大体限定第一流路111，第一流路111通过有壁槽100、与燃烧室62流体连通。然而，在其他实施例中，有壁槽100可以是封闭的，以便实质上引导整个流83通过第二流动通道112。

在一个实施例中，多个流动开口115限定成与有壁槽100的内表面101相切地通过有壁槽100。例如，参考参照图8描绘的示范性实施例，多个流动开口115可以延伸通过有壁槽100从内表面101到外表面102，以便在内表面101和外表面102之间限定切向延伸的通道103。

仍参考图8，在另一实施例中，多个流动开口115可以限定成相对于有壁槽100至少部分地沿着径向方向R通过有壁槽100。例如，多个流动开口115可以延伸通过有壁槽100从内表面101到外表面102，以便至少部分地在内表面101和外表面102之间限定径向延伸的通道103。

应当理解，在各种实施例中，通道103可以在切向方向和径向方向上均延伸通过有壁槽100。

包括流动开口115的有壁槽100的实施例大体可以实现、促进或增加从压力气室84到燃烧室62的空气流83，85中的湍流。空气流83的湍流增加可以改进空气83，85的流动与燃烧气体86的混合，以减小氮氧化物(如，NOx)的产量，改进燃烧器组件50的耐久性(如，改进衬里52，54的耐久性)，或者两者。作为另一示例，包括多个流动开口115的有壁槽100可以进一步改进空气流83与燃烧气体86的混合，同时减轻空气流83与燃烧气体86到燃烧室62中的穿透损失。

进一步包括支撑构件130的有壁槽100可以进一步将支撑构件130限定为扰乱器构件，扰乱器构件将空气流83分成反向旋转涡旋对(CVP)，分成两对以上，以此将附加的涡流或尾流从空气流83添加到燃烧气体86的喷射流。附加的涡流可以引起横向扰动，横向扰动可以被进一步放大或失稳，以实现向燃烧气体86限定稀释喷射的空气流83的振荡。空气流83的振荡可以改进空气流83与燃烧气体86的穿透和混合，以减少氮氧化物(即，NOx)的产量。

发动机10和燃烧器组件50的各种实施例可以限定富燃燃烧器，其中有壁槽100可以限定稀释喷射，提供空气(如，空气83，85)与燃烧气体(如，燃烧气体86)的混合物的附加混合，以改进或完成燃烧处理。有壁槽100可以进一步限定稀释喷射，稀释喷射进一步实现或增强燃烧室62内的燃烧再循环区，以稳定其中的火焰。更进一步，有壁槽100可以限定稀释喷射，稀释喷射可以相对迅速地淬熄燃烧气体86，以使氮氧化物的产量最小化。而且，文中示出和描述的燃烧器组件50和有壁槽100的各种实施例可以实现燃烧气体温度的分布的定制，以改进燃烧器组件50处或下游的部件的耐久性(如，衬里52，54、HP涡轮28)。

更进一步，有壁槽100可以将支撑构件130大体限定为钝体装置，以便提供喷射扰乱器，来修改形成在横流喷射(JIC)中的反向旋转涡旋对(CVP)。例如，通过第二流动通道112提供的空气83的一部分可以限定CVP，CVP相对于限定JIC的燃烧气体86的流动形成。

燃烧器组件的全部或部分可以是单个、整体式组件的部分，并且可以由本领域技术人员公知的任何数目的处理来制造。这些制造处理包括但不限于称之为“增材制造”或“3D打印”的那些制造处理。附加地，可以运用任何数目的铸造、机加工、焊接、钎焊或烧结处理或其任何组合来构筑燃烧器50，包括但不限于衬里52，54、有壁槽100、流动引导构件120、支撑构件130或其组合。而且，燃烧器组件可以构成机械连结(如，通过使用螺栓、螺母、铆钉或螺钉，或者焊接或钎焊处理，或者其组合)的一个以上单独部件，或者定位在空间中，以实现实质上相似的几何、空气动力学或热力学结果，如同制造或组装为一个以上部件那样。合适材料的非限制性示例包括高强度钢、镍和钴基合金，和/或金属或陶瓷基复合材料，或者其组合。

包括支撑构件130的有壁槽100的各种实施例可以限定一种以上横截面区域的支撑构件130，诸如但不限于，圆形横截面、矩形横截面、卵形或跑道形横截面、翼型或泪滴形横截面、多边形横截面、或椭圆形横截面、或其他合适的横截面、或其组合。

附加地或替代地，有壁槽100、通过其安置有壁槽100的开口105、流动开口115或者其组合的各种实施例可以限定一个以上横截面区域，诸如但不限于，圆形横截面、矩形横截面、卵形或跑道形横截面、翼型或泪滴形横截面、多边形横截面、或椭圆形横截面、或其他合适的横截面、或其组合。

而且，有壁槽100的附加或替代实施例可以将内表面101、外表面102或两者限定为有轮廓结构，包括但不限于，螺旋形、盘旋形、螺纹或带凹槽结构。内表面101、外表面102或两者的有轮廓结构可以实质上对应于通过有壁槽100的流动开口115的切向和/或径向轮廓。然而，应当进一步理解，有壁槽100的内表面101、外表面102或两者可以大体构造成促进流动湍流、喷射扰乱或者空气流83，85与燃烧气体86的混合。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，并执行任何并入的方法。本发明的专利权范围由权利要求书来限定，可以包括本领域技术人员容易想到的其他示例。这种其他示例意在包括于权利要求书的范围内，如果该示例包括与权利要求书的文字语言并无不同的结构元素的话，或者，如果该示例包括与权利要求书的文字语言无实质不同的等同结构元素的话。

本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：

1.一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包含：衬里和压力气室，所述衬里限定在其内的燃烧室，所述压力气室围绕所述衬里，其中，所述衬里包含开口，并且其中，所述衬里包含至少部分地通过所述开口安置的有壁槽，并且进一步其中，多个流动开口限定成通过所述有壁槽，并且其中，所述有壁槽延伸到围绕所述衬里的所述压力气室中。

2.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述有壁槽限定通过其中的流动通道，所述流动通道从所述压力气室到所述燃烧室。

3.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，通过所述有壁槽的所述多个流动开口与所述压力气室和限定成通过所述有壁槽的所述流动通道流体连通。

4.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述有壁槽进一步包含流动引导构件，所述流动引导构件从通过所述有壁槽的所述多个流动开口中的每一个流动开口延伸。

5.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述流动引导构件延伸到围绕所述衬里的所述压力气室中。

6.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述流动引导构件相对于所述有壁槽以一定角度延伸。

7.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述流动引导构件相对于所述有壁槽在35度和90度之间延伸。

8.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述流动引导构件限定通过通过所述有壁槽的所述开口的实质上筒状结构。

9.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述有壁槽限定各自相对于通过所述衬里限定的所述燃烧室中的气体流的上游部分和下游部分，并且其中，所述多个流动开口限定成通过所述有壁槽的所述下游部分。

10.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述衬里包含衬里流动开口，所述衬里流动开口通过所述衬里，与所述燃烧室和所述压力气室流体连通。

11.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述衬里流动开口被限定成在距所述有壁槽一定距离内通过所述衬里，所述距离等于所述有壁槽的长度。

12.根据任何在前条项的燃烧器组件，进一步包含：支撑构件，所述支撑构件延伸通过所述开口，从所述衬里到所述有壁槽，其中，所述支撑构件将所述有壁槽固定在所述衬里的所述开口内。

13.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述支撑构件和所述有壁槽一起限定第一流动通道和第二流动通道，所述第一流动通道通过所述有壁槽，所述第二流动通道在所述有壁槽和所述衬里之间。

14.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述多个流动开口限定成与所述有壁槽的内表面相切地通过所述有壁槽。

15.根据任何在前条项的燃烧器组件，其中，所述多个流动开口限定成相对于所述有壁槽至少部分地沿着径向方向通过所述有壁槽。

16.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包含：燃烧器组件，所述燃烧器组件包含衬里和压力气室，所述衬里限定在其内的燃烧室，所述压力气室围绕所述衬里，其中，所述衬里包含开口，并且其中，所述衬里包含至少部分地通过所述开口安置的有壁槽，并且进一步其中，多个流动开口限定成通过所述有壁槽。

17.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中，所述有壁槽进一步包含流动引导构件，所述流动引导构件从通过所述有壁槽的所述多个流动开口中的每一个流动开口延伸。

18.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中，所述流动引导构件延伸到围绕所述衬里的所述压力气室中。

19.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中，所述有壁槽限定各自相对于通过所述衬里限定的所述燃烧室中的气体流的上游部分和下游部分，并且其中，所述多个流动开口限定成通过所述有壁槽的所述下游部分。

20.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中，所述燃烧器组件进一步包含：支撑构件，所述支撑构件延伸通过所述开口，从所述衬里到所述有壁槽，其中，所述支撑构件将所述有壁槽固定在所述衬里的所述开口内。