CN102538009A - 燃烧室预混合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧室预混合器，所述燃烧室预混合器包括：具有钟口状开口的燃烧管；多个管状体，所述多个管状体以叠套方式设置于所述燃烧管内，以将可燃材料输送到预混合通道，其中所述预混合通道设在所述燃烧管和所述多个管状体中的最外层管状体之间；以及在所述开口中周向排列的多个旋流器叶片，所述多个旋流器叶片中的每一个包括沿径向尺寸从所述燃烧管向所述最外层管状体延伸的主体，以及从所述开口向上游伸出的前缘。

Description

燃烧室预混合器

技术领域

本发明涉及一种用于燃气涡轮发动机燃烧室的预混合器。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，预混合的空气和燃料在设置于涡轮机上游的燃烧室内燃烧，在所述燃烧室内，由燃烧生成的高温流体会产生机械能。所述机械能随后会转化为电能并传输到电路中。燃烧室通常包括具有预混合通道的燃料喷嘴，在预混合通道中，空气和燃料会互相混合。这种预混合可提高可燃材料进行完全燃烧的程度，从而减少发动机产生的排放物的量。因此，预混合的程度越高，排放物的量就越低。

此类预混合程度的增加已通过在旋流器中使用大型旋流叶片和/或大量的旋流叶片得以实现，其中所述旋流器设置在预混合通道的上游端或附近。旋流叶片可改变可燃材料的流动方向，以促进燃料和空气进行混合。然而，大型旋流叶片和/或大量旋流叶片会增加燃料喷嘴的总重量和成本，而且，即使使用所述旋流叶片，也有可能至少进入预混合通道的进口空气是轴向或径向的，而不是轴向流动和径向流动的混合方向。

发明内容

一方面，本发明提供一种燃烧室预混合器，所述燃烧室预混合器包括：具有钟口状开口的燃烧管；多个管状体，所述管状体以叠套方式设置于燃烧管内，以将可燃材料输送至预混合通道，其中所述预混合通道设在所述燃烧管和所述多个管状体中的最外层管状体之间；以及在所述开口中周向排列的多个旋流器叶片，所述多个旋流器叶片中的每一个包括沿径向尺寸从所述燃烧管向所述最外层管状体延伸的主体，以及从所述开口向上游伸出的前缘。

所述燃烧管经形成以界定位于所述多个旋流器叶片下游的套管侧孔。所述套管侧孔位于靠近所述多个旋流器叶片的后缘的位置。所述多个管状体中的所述最外层管状体在上游方向发散。所述多个管状体通过所述钟口状开口和所述钟口状开口下游的第二位置输送可燃材料，其中，所述预混合通道从所述第二位置向下游方向收窄。所述多个管状体中的一个或多个经形成以界定燃料通道。所述多个管状体包括具有内部的中心体，所述内部用于容纳净化空气供应。所述多个旋流器叶片中的每一个以实质呈螺旋形的模式沿径向尺寸延伸。所述多个旋流器叶片中的每一个的一个或多个在所述旋流器叶片的后缘处以一定角度倾斜。沿着所述预混合通道的压力实质相同。

另一方面，本发明提供一种燃烧室预混合器，其包括：环形套管；环形壁，所述环形壁设置于所述套管内以界定预混合通道和燃料通道，所述预混合通道从套管上游端向下游延伸，且从位于所述套管上游端的发散点径向向内延伸到会聚点，所述燃料通道经配置以将燃料输送到靠近所述发散点的所述预混合通道；以及中心体，所述中心体具有最内层管以界定内部通道，且在所述壁内可装载以界定中间通道，所述中间通道经由第一孔与所述内部通道流体连通，其中所述第一孔形成于所述最内层管中，经由第二孔与所述燃料通道流体连通，其中所述第二孔形成于所述壁中位于所述第一孔下游的位置，且经由第三孔与所述预混合通道流体连通，其中所述第三孔形成于所述壁中位于所述第二孔下游、且靠近所述会聚点的位置。

所述燃烧室预混合器进一步包括设置于所述套管上游端的多个旋流器叶片，其中所述套管和所述多个旋流器叶片的横截面共同形成一个圆顶形。所述燃烧室预混合器进一步包括位于所述上游端的上游的安装法兰，其中所述壁从所述上游端向所述安装法兰发散，且所述壁包括内壁部分和外壁部分，其中所述外壁部分在所述内壁部分的下游边缘处与所述内壁部分岔开，以界定所述燃料通道。所述燃烧通道经由设在所述外壁部分中的燃料孔将燃料输送到所述预混合通道。所述燃料孔环绕所述外壁部分周向排列。所述第二孔在所述内壁部分的所述下游边缘处环绕所述内壁部分周向排列。所述第三孔在所述内壁部分的所述下游边缘处环绕所述壁周向排列。所述第一孔环绕所述最内层管周向排列。所述中间通道从所述会聚点向下游方向收窄。

再一方面，本发明提供一种燃烧室预混合器，所述燃烧室预混合器包括环形燃烧管、经形成以界定燃料通道的环形内壁，以及经形成以界定内部的中心体，其中所述燃烧管、所述内壁和所述中心体以叠套排列，以便所述燃烧管和所述内部界定一个具有会聚上游端和下游部分的预混合通道，所述预混合通道在上游端与所述燃料通道流体连通，所述内壁和所述中心体界定一个具有上游端和发散下游部分的中间通道，所述中间通道在上游端与燃料通道和所述内部流体连通，且在相应上游端和下游部分的各自边界处与所述预混合通道流体连通；且所述燃烧室预混合器进一步包括在所述预混合通道中周向排列的多个旋流器叶片，所述多个旋流器叶片中的每一个包括沿径向尺寸从所述燃烧管向所述内壁延伸的主体，以及从所述预混合通道的开口向上游伸出的前缘。

通过以下说明并结合附图可以更加清楚地了解到这些以及其他优点和特征。

附图说明

本专利申请文件中的权利要求书详细指出并明确主张了本发明。通过以下说明并结合附图可以清楚地了解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明用于燃气涡轮发动机燃烧室的预混合器的侧视截面图；

图2为图1所示预混合器的透视图；

图3为图1所示燃气涡轮发动机燃烧室的透视图；

具体实施方式部分参考附图以举例方式介绍本发明的实施例及优点和特征。

元件符号列表：

参考标号	部件	参考标号	部件
				10	燃烧室预混合器	20	燃烧管
21	环形套管	22	上游端
				23	管状部分	25	钟口状开口
26	套管侧孔	30	多个管状体
				31	预混合通道	32	外表面
33	最外层管状体	34	安装法兰
				35	中心体	36	中间通道
37	最内层管	38	内部通道
				40	多个旋流器叶片	41	主体
42	前缘	43	后缘
				44	圆顶形配置	50	第一位置
51	第二位置	60	轮毂
				61	环形内壁	62	燃料通道
63	燃料孔	70	第一孔
				71	第二孔	72	第三孔
321	外壁部分	322	内壁部分

具体实施方式

根据图1至图3，本发明提供燃烧室预混合器10，所述燃烧室预混合器通过提高混合程度而不显著增加重量的方式，使得进气保持低压降，从而让流入预混合器中的可燃材料具有轴向和径向的流向分量。燃烧室预混合器10包括燃烧管20、多个管状体30和多个旋流器叶片40。

燃烧管20包括环形套管21，所述环形套管从上游端22穿过管状部分23向下游方向延伸。环形套管21在上游端22处凸出，以形成具有圆顶式设计的钟口状开口25。例如，在运行过程中，从燃气涡轮发动机的压缩机中排出的压缩机排气在上游方向上流向燃气涡轮发动机的头端，且在接近钟口状开口25时，所述压缩机排气径向向内流向所述多个管状体30，并因具有圆顶式设计的钟口状开口25而平稳地转为轴向，随后穿过所述多个旋流器叶片40轴向向下游流动。多个旋流器叶片40向进入钟口状开口25的空气施加角动量，以便空气以预定义角度旋动，设定所述预定义角度的目的在于让空气具有足够的轴向运动，以及促进空气和燃料充分混合。

压缩机排气也可流经形成于环形套管21中的套管侧孔26。套管侧孔26可形成于多个旋流器叶片40的下游，且在某些实施例中，可形成于实质靠近所述旋流器叶片的后缘43的位置。例如，套管侧孔26减少了诸如因附面层吹除而产生的低速区的数量和影响。

多个管状体30以叠套方式设置在燃烧管20的环形套管21内，且经形成以将可燃材料输送至预混合通道31。预混合通道31设在环形套管21和多个管状体30的最外层管状体33的外表面32之间。进入钟口状开口25并流经旋流器叶片40的空气将经由预混合通道31继续流动，在所述预混合通道中，空气与通过多个管状体30输送的燃料进行预混合。预混合通道31上游的旋流器叶片40的位置考虑到了经过延长的预混合距离。此外，沿预混合通道31的压力维持在实质一致的水平。

多个旋流器叶片40在钟口状开口25中周向排列。多个旋流器叶片40中的每一个包括主体41、前缘42和后缘43，其中所述主体与钟口状开口的圆周长相比相对较薄以减轻重量。多个旋流器叶片40中的每一个的主体41沿径向尺寸从前缘和环形套管21的内径延伸到最外层管状体33的外表面32。前缘42从钟口状开口向上游伸出，后缘43以一定角度倾斜以促进空气成角度流动。前缘42的伸出使得上游端22处的切向动量具有相对较小的轴向/径向动量，从而使得空气相对平稳地进入。根据各实施例，多个旋流器叶片40中的每一个沿径向尺寸实质呈螺旋形。凭借这种结构，环形套管21和多个旋流器叶片40的横截面具有圆顶式配置44或某些其他相似的配置。

如图1所示，最外层管状体33在上游方向上朝安装法兰34发散，且在环形套管21形成钟口状开口25并与发散的最外层管状体33轴向重叠的部分，预混合通道31在上游方向上发散，以模仿最外层管状体33的发散。多个管状体30通过钟口状开口25处的第一位置50以及所述钟口状开口25下游的第二位置51输送可燃材料，其中预混合通道31在所述第一位置处是发散的，且预混合通道31在所述第二位置处是向轮毂60会聚的。第一位置50可以向上游或下游移动，或周向设在旋流器叶片40之间，以便将燃料输送到速度相对较高的区域。上述发散结构可聚拢流体，从而提高轮毂的速度并降低火焰稳定的风险。

进入钟口状开口25的空气与通过第一和第二位置50、51进入预混合通道31的燃料混合，且所述混合在可燃材料向轮毂60会聚时得到促进和加强。此外，如图2所示，预混合通道31从第二位置51起在下游方向上径向收窄。因此，预混合在可燃材料从上游端22向轮毂60会聚时得到促进，且在可燃材料沿变窄的管状部分23流动时可避免出现压降。

多个管状体30进一步包括中心体35。中心体35可装载到设于多个管状体30内的缺口中以界定中间通道36，且所述中心体包括最内层管37。最内层管37经形成以界定内部通道38，所述内部通道用于接纳净化空气供应。

作为以叠套方式部分设置于环形套管21内的环形内壁61，最外层管状体33的外表面32形成轮毂60，以界定预混合通道31的上游部分。环形内壁61进一步包括外壁部分321和内壁部分322，其中所述外壁部分和内壁部分在位于所述环形内壁的下游边缘的分界点处彼此岔开以界定燃料通道62，且所述分界点靠近上游端22。如上所述，预混合通道31从上游端22向下游延伸，并从靠近上游端22的第一位置50的发散点向靠近第二位置51的会聚点径向向内会聚，其中会聚点轴向设置于上游端22和下游变窄的管状部分23之间。

燃料通道62经配置以经由燃料孔63将燃料输送到靠近上游端22的发散点的预混合通道31。中间通道36经由形成于最内层管37中的第一孔70与内部通道38流体连通。此外，中间通道36经由第二孔71与燃料通道62流体连通，其中所述第二孔形成于环形内壁61中位于第一孔70下游的轴向位置。中间通道36还经由第三孔72与预混合通道31流体连通，其中所述第三孔形成于环形内壁61中位于第二孔71下游、且靠近会聚点和第二位置51的轴向位置。第一孔70、第二孔71和第三孔72可以分散分布并以一定角度倾斜，以减小动力并减少射流后的再循环。

因此，增加混合程度并供应给中间通道36和内部通道38的净化空气会流经第一孔70，并与经由第二孔71从燃料通道62流入中间通道36中的燃料混合。所述燃料和空气的混合物随后经由第三孔72流入预混合通道31中，并在其中与预混合通道31中已存在的可燃材料混合。所述燃料和空气的最终混合物继续流经下游变窄的管状部分23，并且由于预混合通道31在下游方向径向收窄，因此所述最终混合物的压力将维持稳定。所述径向收窄可通过环形内壁61从第二位置51向下游方向发散来构成。

燃料孔63、第一孔70、第二孔71和第三孔72可环绕各自的壁/管周向排列，并且可以实质均匀或不均匀的间隔彼此隔开。

尽管本专利申请文件仅结合有限数量的实施例来详细介绍了本发明，但应了解，本发明并不局限于此类公开的实施例。相反，本发明可经修改以涵盖所有之前并未介绍、但与本发明的精神和范围相符合的变化、更改、替换或等效配置。另外，尽管介绍了本发明的各种实施例，但应了解，本发明的各个方面可以仅包括前述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应被视为受前述说明书的限制，其仅受所附权利要求书范围的限制。

Claims (10)

1.一种燃烧室预混合器，包括：

一个具有钟口状开口的燃烧管；

多个管状体，所述多个管状体以叠套方式设置于所述燃烧管内，以将可燃材料输送到一个预混合通道，其中所述预混合通道设在所述燃烧管和所述多个管状体中的最外层管状体之间；以及

多个在所述开口中周向排列的旋流器叶片，所述多个旋流器叶片中的每一个包括一个沿径向尺寸从所述燃烧管向所述最外层管状体延伸的主体，以及一个从所述开口向上游伸出的前缘。

2.根据权利要求1所述的燃烧室预混合器，其特征在于，所述燃烧管经形成以界定位于所述多个旋流器叶片下游的套管侧孔。

3.根据权利要求2所述的燃烧室预混合器，其特征在于，所述套管侧孔位于靠近所述多个旋流器叶片的后缘的位置。

4.根据权利要求1所述的燃烧室预混合器，其特征在于，所述多个管状体中的所述最外层管状体在上游方向发散。

5.根据权利要求1所述的燃烧室预混合器，其特征在于，所述多个管状体通过所述钟口状开口和所述钟口状开口下游的第二位置输送可燃材料，其中，所述预混合通道从所述第二位置向下游方向收窄。

6.根据权利要求1所述的燃烧室预混合器，其特征在于，所述多个管状体中的一个或多个经形成以界定一个燃料通道。

7.根据权利要求1所述的燃烧室预混合器，其特征在于，所述多个管状体包括一个具有内部的中心体，所述内部用于容纳净化空气供应。

8.根据权利要求1所述的燃烧室预混合器，其特征在于，所述多个旋流器叶片中的每一个以实质呈螺旋形的模式沿径向尺寸延伸。

9.根据权利要求1所述的燃烧室预混合器，其特征在于，所述多个旋流器叶片中的每一个的一个或多个在所述旋流器叶片的后缘处以一定角度倾斜。

10.根据权利要求1所述的燃烧室预混合器，其特征在于，沿着所述预混合通道的压力实质相同。

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