CN102997279B - 燃料喷射器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料喷射器。更具体而言，提供了一种燃料喷射器，并且其包括：构件，该构件限定流过第一流体的流动路径，该流动路径具有截面，其具有横向长轴线和短轴线；头部，该头部限定储存第二流体供应的压室；和***，该***流体联接到流动路径和压室以使来自压室的第二流体在沿长轴线的第一位置和第二位置处喷射并且进入流动路径。喷射的第二流体在第一位置和第二位置处形成为射流，第一流体夹带该射流，使得喷射的第二流体流过流动路径且与第一流体混合，并且短轴线具有足够的尺寸，使得射流与构件的侧壁保持间隔开。
Description
技术领域
本文所公开的主题涉及燃料喷射器，并且更具体而言，涉及用于分级燃烧过程的燃料喷射器。
背景技术
在燃气涡轮发动机中，可燃物质在燃烧器中燃烧，并且由燃烧产生的高能流体经由过渡件被引导至涡轮。在涡轮中，高能流体以空气动力学方式与涡轮叶片相互作用并驱动涡轮叶片旋转以产生电力。高能流体接着被传输以进一步为发电***供能或作为排放物与诸如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的某些污染物一起排出。这些污染物由于可燃物质的不理想消耗而产生。
最近，已进行努力以实现更理想的可燃物质消耗，从而减少排放物中的污染物的量。这些努力包括发展燃料喷射，其中可燃物质被喷入过渡件中以与朝涡轮移动通过过渡件的高能流体的主流混合。这导致高能流体的增加的温度和能量及更理想的燃料消耗，这相应地减少污染物的排放。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种燃料喷射器，并且其包括：构件，该构件限定流过第一流体的流动路径，该流动路径具有截面，其带有横向长轴线和短轴线；头部，该头部限定储存第二流体供应的压室；和***，该***流体联接到流动路径和压室以将来自压室的第二流体在沿长轴线的第一位置和第二位置处喷射并且进入流动路径。喷射的第二流体在第一位置和第二位置处形成为射流，第一流体夹带该射流，使得喷射的第二流体流过流动路径且与第一流体混合，并且短轴线具有足够的尺寸，使得射流与构件的侧壁保持间隔开。
根据本发明的另一方面，提供了燃气涡轮发动机的一部分，并且其包括：容器，该容器包括限定主流行进经过的内部的衬里和设置在衬里周围以限定衬里流行进经过的空间的流动套管；和燃料喷射器，该燃料喷射器用于将燃料和空气喷入主流中。燃料喷射器包括构件，该构件横过该空间且限定细长的流动路径，燃料和空气朝主流流过该流动路径。构件包括具有细长形状的外表面且相对于衬里流成角度地设置在该空间中。
根据本发明的又一方面，提供了燃气涡轮发动机的一部分，并且其包括：容器，该容器包括限定主流行进经过的内部的衬里和设置在衬里周围以限定衬里流行进经过的空间的流动套管；和燃料喷射器。燃料喷射器包括：构件，该构件横过该空间且限定流过第一流体的流动路径，该流动路径具有截面，其具有横向长轴线和短轴线，长轴线相对于衬里流成角度；头部，该头部限定储存第二流体供应的压室；和***，该***流体联接到流动路径和压室以将来自压室的第二流体在沿长轴线的第一位置和第二位置处喷射并且进入流动路径。喷射的第二流体在第一位置和第二位置处形成为射流，第一流体夹带射流，使得喷射的第二流体朝主流流过流动路径且与第一流体混合，并且短轴线具有足够的尺寸，使得射流与构件的侧壁保持间隔开。
根据结合附图的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更显而易见。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书的总结处的权利要求中特别地指出且明确地主张权利。根据结合附图的以下详细描述，本发明的上述和其它特征及优点将显而易见，在附图中：
图1是燃料喷射器的透视图；
图2是图1的燃料喷射器的剖视图；
图3是燃料喷射器的周向视图；
图4是图3的燃料喷射器的径向视图；
图5是根据备选实施例的燃料喷射器的透视图；
图6是叶片基体的透视图；
图7是燃料喷射器的示意性径向视图；
图8是燃料喷射器的示意性径向视图；以及
图9是多个燃料喷射器的示意性径向视图。
详细描述参照附图以举例的方式解释了本发明的实施例以及优点和特征。
部件列表
10燃气涡轮发动机
20过渡件
21衬里
22流动套管
23内部
24主流
25环形空间
26衬里流
30燃料喷射器
40构件
50侧壁
51流动路径
510入口
511出口
512,513侧面
52第一流体
53长轴线
54短轴线
60头部
61压室
62第二流体
70底脚(foot)
80喷射***
81第一喷射位置
82第二喷射位置
83部分
830,831第一通孔和第二通孔
84叶片
840叶片内部
841,842第一喷射孔和第二喷射孔
90叶片基体
91中心叶片
92辅助叶片。
具体实施方式
参照图1和图2，提供了燃气涡轮发动机10的一部分，并且其包括容器，诸如例如，过渡件20和燃料喷射器30。过渡件20包括诸如衬里21的过渡件主体。衬里21形成为限定内部23。高能流体的主流24通过在燃烧器中的燃烧而产生，并且从可操作地设置在过渡件20上游的燃烧器经内部23行进到可操作地设置在过渡件20下游的涡轮。在一些实施例中，可被称为冲击套管的流动套管22可以包围衬里21以形成围绕衬里21的环形空间25，诸如压缩机排气壳体(CDC)空气的衬里流26在上游方向上朝燃烧器的头端流过环形空间25。衬里流26和主流24可以在大致相反的方向上传播。
燃料喷射器30包括构件40，构件40设置成在大致径向的方向上横过环形空间25。构件40包括侧壁50。侧壁50限定流动路径51，诸如空气或CDC空气的第一流体52在径向上流过流动路径51。流动路径51具有细长的截面形状，该截面形状由长轴线53和短轴线54来表征，长轴线53可相对于衬里流26横向地取向，短轴线54短于长轴线53且相对于长轴线53横向地取向。长轴线53可与衬里流26的主要行进方向形成0度或90度的角度，或者根据其它实施例，长轴线53可与衬里流26的主要行进方向形成在0度与90度之间的角度。流动路径51的细长截面形状可以是椭圆形、矩形、超椭圆形或具有可能地空气动力学边缘的另一种类似的形状。
燃料喷射器30设置成使得流动路径51的入口510靠近流动套管22，并且出口511靠近衬里21，从而使第一流体52在入口510处进入流动路径51并朝出口511流动，并且然后进入主流24。燃料喷射器30还可包括头部60和底脚70。头部60在靠近入口510处连接到构件40，并且可以可支撑地联接到流动套管22或与流动套管22一体地形成。头部60形成为限定在其中的压室61，压室61被构造成储存或被供以诸如燃料或延迟贫喷射(LLI)燃料的第二流体62供应。底脚70在靠近出口511处连接到构件40，并且可以可支撑地联接到衬里21或与衬里21一体地形成。特别地，衬里21可形成为限定具有与底脚70的形状相对应的形状的孔口，从而将底脚70以极小间隙或无间隙地安装到孔口内。根据实施例，底脚70可以在孔口处落入并焊接到衬里21，和/或可以在衬里21与底脚70之间提供密封件。
燃料喷射器30还包括喷射***80。喷射***80设置在或靠近流动路径51的入口510处且流体联接到压室61。喷射***80因此被构造成使来自压室61的第二流体62喷射并且进入流动路径51。这种喷射可以至少在第一喷射位置81和第二喷射位置82处发生，第一喷射位置81和第二喷射位置82相对于彼此在沿长轴线53延伸的方向上排列。在喷射时，喷射的第二流体62由于其压力和第一流体52的影响而在第一位置81和第二位置82处形成为射流。第一流体52夹带这些射流，使得喷射的第二流体62在与第一流体52混合的同时朝主流24流过流动路径51。在第一位置81与第二位置82之间的距离足以防止射流彼此影响并且。
参照图3和图4，短轴线54被构造成具有足够的尺寸，使得射流与构件40的侧壁50的面向内部表面保持间隔开。如图所示，如果第二流体62在靠近入口510的中心线处喷入流动路径51(如图1和图2所示)，则射流在被第一流体52夹带着流向主流24的同时，有足够动量朝流动路径51的侧面512或513传播。短轴线54的宽度足以防止射流在到达主流24之前到达侧面512或513。类似地，如果第二流体62在靠近流动路径51的侧面512处喷入流动路径51(如图5所示)，则射流在被第一流体52夹带着流向主流24的同时，有足够动量朝对立侧513传播。短轴线54的宽度同样足以防止射流在到达主流24之前到达对立侧513。
因此，第一流体52和第二流体62可以在燃料喷射器30的轴向位置处喷入主流24，该位置可以在燃气涡轮发动机的燃烧器的下游。在这种情况下，第一流体52和第二流体62的喷射形成第二级燃烧，这将趋于增加主流24的能量并减少诸如氮氧化物(NOx)的污染物的排放。
参考图5，喷射***80可包括在侧壁50的前侧和后侧的一个或两个处的部分83。部分83形成为限定分别在至少第一位置81和第二位置82处的至少第一通孔830和第二通孔831，并且具有如图5所示的更多或更少的数量。第二流体62通过第一通孔830和第二通孔831喷入流动路径51中，并且可通过至少改变第一通孔830和第二通孔831的大小和形状来控制由此形成的射流的大小、压力、范围和总体形状。第一通孔830和第二通孔831可限定在流动路径51的一个或两个相对侧512和513上。当第一通孔830和第二通孔831限定在相对侧512和513上时，它们可以分别在第一位置81和第二位置82处交错，以避免相互影响。
重新参照图1和图2，喷射***80可包括叶片84，叶片84由头部60支撑并且其形成为限定叶片内部840。叶片内部840与压室61流体连通。叶片84还可形成为分别在第一位置81和第二位置82处限定第一喷射孔841和第二喷射孔842。第二流体62通过第一喷射孔841和第二喷射孔842喷入流动路径51中，并且可通过至少改变第一喷射孔841和第二喷射孔842的大小和形状来控制射流的大小、压力、范围和总体形状。如图2所示，第一喷射孔841和第二喷射孔842可限定在叶片84的一个或两个对立侧上，并且叶片84可具有翼型形状。参照图6，叶片84可形成为叶片基体90，其包括中心叶片91和相对于中心叶片91横向地取向的一个或多个辅助叶片92。
参照图7和图8，构件40的侧壁50的外表面可具有与流动路径51的形状类似或不同的形状。也就是说，如图7所示，流动路径51可具有带有倒圆的拐角的矩形截面形状，并且侧壁50的外表面也可具有带有倒圆的拐角的矩形截面形状。相比之下，如图8所示，流动路径51可具有带有倒圆的拐角的矩形截面形状，而侧壁50的外表面则可具有例如翼型截面形状。在任一种情况下，如图7和图8所示，构件40可具有沿其纵向轴线渐变的形状。也就是说，构件40可以沿纵向轴线从头部60到底脚70扭曲、弯曲或具有变化的形状。
参照图9，燃料喷射器30在数量上可以是多个，其中多个燃料喷射器30围绕主流24周向排列。在这种情况下，多个燃料喷射器30中每一个的构件40可以相对于主流24大体上平行于彼此。也就是说，多个燃料喷射器30中每一个的构件40可具有相对于衬里流26的主要行进方向成类似角度的长轴线53。然而，根据备选实施例，应当理解，构件40中的一个或多个可以排列成使得相应的长轴线53相对于衬里流26的主要行进方向形成不同角度。
虽然仅结合有限数目的几个实施例详细描述了本发明，但应当容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。而是，可修改本发明以并入之前未描述的任意多个变型、更改、替代或等效布置，但这些仍与本发明的精神和范围相符。此外，虽然描述了本发明的各种实施例，但应当理解，本发明的方面可仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应视为受前文的描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。
Claims (18)
1.一种燃料喷射器，包括：
构件，所述构件限定流过第一流体的流动路径，所述流动路径具有截面，所述截面具有横向的长轴线和短轴线，其中所述构件设置在位于衬里和设置在所述衬里周围的流动套管之间且被衬里流行进经过的空间中，使得所述长轴线和短轴线相对于所述衬里流以成互补的角度设置，所述互补的角度在0度与90度之间；
头部，所述头部限定构造成储存第二流体供应的压室；和
喷射部，所述喷射部流体联接到所述流动路径和所述压室以使来自所述压室的第二流体在围绕所述流动路径的边缘限定在构件中的喷射位置处且在沿所述长轴线的第一位置和第二位置处喷射并且进入所述流动路径，
其中所述喷射的第二流体在所述第一位置和第二位置处形成为射流，所述第一流体夹带所述射流，使得所述喷射的第二流体流过所述流动路径且与所述第一流体混合，并且所述短轴线具有足够的尺寸，使得所述射流与所述构件的侧壁保持间隔开。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一流体包括空气，并且所述第二流体包括燃料。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述喷射部包括由所述头部支撑的叶片，所述叶片限定：
叶片内部，所述叶片内部与所述压室流体连通，和
分别在所述第一位置和所述第二位置处的第一喷射孔和第二喷射孔，所述第二流体通过所述第一喷射孔和所述第二喷射孔喷入所述流动路径中。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一喷射孔和所述第二喷射孔被限定在所述叶片的一侧或两侧上。
5.根据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，所述叶片具有翼型形状。
6.根据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，所述叶片包括具有横向中心叶片和辅助叶片的叶片基体。
7.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述构件的外表面具有类似于所述流动路径的形状的形状。
8.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述构件的外表面具有不同于所述流动路径的形状的形状。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射器，其特征在于，所述构件的外表面具有翼型形状。
10.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述构件具有沿其纵向轴线渐变的形状。
11.一种燃料喷射器，包括：
构件，所述构件限定流过第一流体的流动路径，所述流动路径具有截面，所述截面具有横向的长轴线和短轴线，其中所述构件设置在位于衬里和设置在所述衬里周围的流动套管之间且被衬里流行进经过的空间中，使得所述长轴线和短轴线相对于所述衬里流以成互补的角度设置，所述互补的角度在0度与90度之间；
头部，所述头部限定构造成储存第二流体供应的压室；和
喷射部，所述喷射部流体联接到所述流动路径和所述压室以使来自所述压室的第二流体在沿所述长轴线的第一位置和第二位置处喷射并且进入所述流动路径，
其中所述喷射的第二流体在所述第一位置和第二位置处形成为射流，所述第一流体夹带所述射流，使得所述喷射的第二流体流过所述流动路径且与所述第一流体混合，并且所述短轴线具有足够的尺寸，使得所述射流与所述构件的侧壁保持间隔开；
其中，所述喷射部包括分别在所述第一位置和所述第二位置处限定第一通孔和第二通孔的所述构件的侧壁的一部分，所述第二流体通过所述第一通孔和所述第二通孔喷入所述流动路径中。
12.根据权利要求11所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔被限定在所述流动路径的一侧或两侧上。
13.一种燃气涡轮发动机的喷射部分，包括：
容器，所述容器包括限定主流行进经过的内部的衬里和设置在所述衬里周围以限定衬里流行进经过的空间的流动套管；和
燃料喷射器，所述燃料喷射器用于将燃料和空气喷入所述主流中，所述燃料喷射器包括横过所述空间且限定细长的流动路径的构件，所述燃料和空气朝所述主流流过所述细长的流动路径，所述细长的流动路径具有限定成与所述衬里流流动经过所述空间的方向平行的截面，所述截面具有横向长轴线和短轴线；
所述构件包括具有细长形状的外表面，且所述构件设置在所述空间中使得所述长轴线和短轴线相对于所述衬里流以成互补的角度设置，所述互补的角度在0度与90度之间。
14.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机的喷射部分，其特征在于，所述燃料喷射器在数量上为多个，所述多个燃料喷射器围绕所述主流周向排列。
15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机的喷射部分，其特征在于，所述多个燃料喷射器中的每一个的每个构件相对于所述衬里流成类似的角度。
16.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机的喷射部分，其特征在于，所述流动路径和所述构件具有类似形状。
17.一种燃气涡轮发动机的喷射部分，包括：
容器，所述容器包括限定主流行进经过的内部的衬里和设置在所述衬里周围以限定衬里流行进经过的空间的流动套管；和
燃料喷射器，所述燃料喷射器包括：
构件，所述构件横过所述空间且限定流过第一流体的流动路径，所述流动路径具有截面，所述截面具有横向的长轴线和短轴线，其中所述构件设置在所述空间中使得所述长轴线和短轴线相对于所述衬里流以成互补的角度设置，所述互补的角度在0度与90度之间；
头部，所述头部限定储存第二流体供应的压室；和
喷射部，所述喷射部流体联接到所述流动路径和所述压室以使来自所述压室的第二流体在沿所述长轴线的第一位置和第二位置处喷射并且进入所述流动路径，
其中所述喷射的第二流体在所述第一位置和所述第二位置处形成为射流，所述第一流体夹带所述射流，使得所述喷射的第二流体朝所述主流流过所述流动路径且与所述第一流体混合，并且所述短轴线具有足够的尺寸，使得所述射流与所述构件的侧壁保持间隔开。
18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机的喷射部分，其特征在于，还包括所述构件的底脚，所述头部可支撑地联接到所述流动套管或与所述流动套管一体地形成，并且所述底脚可支撑地联接到所述衬里或与所述衬里一体地形成。
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