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CN111306575B - 用于热力发动机的燃料喷射器组件 - Google Patents

用于热力发动机的燃料喷射器组件 Download PDF

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CN111306575B
CN111306575B CN201911273884.7A CN201911273884A CN111306575B CN 111306575 B CN111306575 B CN 111306575B CN 201911273884 A CN201911273884 A CN 201911273884A CN 111306575 B CN111306575 B CN 111306575B
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fuel
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fuel injector
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C.S.库珀
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Abstract

提供包括燃料喷射器组件的燃烧区段的实施例。燃烧区段包括联接到外壳和衬套组件的燃料喷射器组件。燃料喷射器组件包括本体，该本体限定沿着第一方向彼此间隔开的第一入口开口和第二入口开口。本体还限定沿着至少部分地正交于第一方向的第二方向延伸的其内的燃料‑氧化剂混合通路。第一入口开口和第二入口开口各自与燃料‑氧化剂混合通路流体连通。本体限定相对于第一入口开口和第二入口开口在远端处的燃料‑氧化剂混合通路处的出口开口。第一入口开口和第二入口开口各自构造成允许氧化剂流到燃料‑氧化剂混合通路。燃料‑氧化剂混合通路构造成经由出口开口向燃烧室提供燃料‑氧化剂混合物流。

Description

用于热力发动机的燃料喷射器组件
技术领域
本主题大体上涉及用于热力发动机的燃烧区段和燃料喷射器。本主题特别地涉及用于涡轮发动机的燃烧区段处的燃料喷射器组件。
背景技术
热力发动机(诸如燃气涡轮发动机)大体上包括燃料喷嘴，该燃料喷嘴包括转向特征，以便向燃烧区段提供轴向燃料流。已知的燃料喷嘴组件大体上包括复杂的气体/热或机械结构，其需要复杂的制造方法来生产。燃料焦化、结构劣化、不期望的燃料性质以及因此对燃烧效率、性能和可操作性的不期望的影响向此类结构(包括在燃料喷嘴内相当长的流径)提出挑战。因而，需要减轻这些问题中的一些或全部的燃烧区段和燃料输送装置。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明来学习。
本公开内容的方面涉及一种燃料喷射器组件。燃料喷射器组件包括本体，该本体限定沿着第一方向彼此间隔开的第一入口开口和第二入口开口。本体还限定沿着至少部分地正交于第一方向的第二方向延伸的其内的燃料-氧化剂混合通路。第一入口开口和第二入口开口各自与燃料-氧化剂混合通路流体连通。本体限定相对于第一入口开口和第二入口开口在远端处的燃料-氧化剂混合通路处的出口开口。第一入口开口和第二入口开口各自构造成允许氧化剂流到燃料-氧化剂混合通路。燃料-氧化剂混合通路构造成经由出口开口向燃烧室提供燃料-氧化剂混合物流。
在一个实施例中，本体限定在第一入口开口与第二入口开口之间沿着第二方向延伸的燃料-氧化剂混合通路。
在各种实施例中，本体限定至少部分地沿着正交于第一方向和第二方向的第三方向延伸的出口开口。在一个实施例中，本体将出口开口限定为至少部分地正交于第一方向和第二方向延伸的槽。
在其它各种实施例中，本体包括沿着第一方向彼此间隔开的第一壁和第二壁。第一入口开口限定成通过第一壁，且第二入口开口限定成通过第二壁。在一个实施例中，燃料-氧化剂混合通路限定在第一壁与第二壁之间。在各种实施例中，本体还限定通过第一壁或第二壁中的一个或多个的第三入口开口，其中第三入口开口与燃料-氧化剂混合通路流体连通。第三入口开口构造成向燃料-氧化剂混合通路提供氧化剂流。在一个实施例中，第三入口开口沿着第二方向与第一入口开口或第二入口开口中的一个或多个相邻设置。
在还有其它各种实施例中，第一入口开口和第二入口开口各自限定与燃料-氧化剂混合通路流体连通的入口通路。在一个实施例中，入口通路相对于第一方向和第二方向成锐角设置。
在各种实施例中，本体还限定与燃料-氧化剂混合通路流体连通地延伸的燃料通路，其中燃料通路构造成向燃料-氧化剂混合通路提供燃料流。在一个实施例中，燃料通路在燃料-氧化剂混合通路的上游沿着第二方向延伸。在另一个实施例中，本体限定沿着第一方向直接在第一入口开口与第二入口开口之间的燃料通路出口开口。
在其它各种实施例中，本体包括至少部分地沿着第二方向延伸的第三壁，且其中燃料通路限定成通过第三壁。在一个实施例中，本体限定各自沿着正交于第一方向和第二方向的第三方向成相邻布置的多个第一入口开口和第二入口开口。
在还有其它各种实施例中，本体限定沿着第三方向在第一入口开口或第二入口开口中的一个或两个之间的多个第三入口开口。在一个实施例中，第三入口开口与第一入口开口或第二入口开口中的一个或两个由至少部分地沿着第二方向延伸的第三壁分离。在另一个实施例中，本体限定沿着第三方向成相邻布置的多个燃料通路。本体限定至少部分地沿着第一方向延伸的第三入口通路，其中第三入口通路限定在成对的第三壁之间。在又一实施例中，第三入口通路设置在燃料通路出口开口的上游，通过该燃料通路出口开口向燃料-氧化剂混合通路提供燃料流。在另一实施例中，本体还限定与燃烧室流体连通地延伸的第四通路，且其中第四壁分离第四通路和燃料-氧化剂混合通路。
技术方案1. 一种燃料喷射器组件，所述燃料喷射器组件包括：
本体，所述本体限定沿着第一方向彼此间隔开的第一入口开口和第二入口开口，其中所述本体还限定至少部分地沿着正交于所述第一方向的第二方向延伸的其内的燃料-氧化剂混合通路，且其中所述第一入口开口和所述第二入口开口各自与所述燃料-氧化剂混合通路流体连通，且此外其中所述本体限定相对于所述第一入口开口和所述第二入口开口在远端处的所述燃料-氧化剂混合通路处的出口开口，其中所述第一入口开口和所述第二入口开口各自构造成允许氧化剂流到所述燃料-氧化剂混合通路，且其中所述燃料-氧化剂混合通路构造成经由所述出口开口向燃烧室提供燃料-氧化剂混合物流。
技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体限定在所述第一入口开口与所述第二入口开口之间沿着所述第二方向延伸的所述燃料-氧化剂混合通路。
技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体限定至少部分地沿着正交于所述第一方向和所述第二方向的第三方向延伸的所述出口开口。
技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体将所述出口开口限定为至少部分地正交于所述第一方向和所述第二方向延伸的槽。
技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体包括沿着所述第一方向彼此间隔开的第一壁和第二壁，且其中所述第一入口开口限定成通过所述第一壁，且所述第二入口开口限定成通过所述第二壁。
技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述燃料-氧化剂混合通路限定在所述第一壁与所述第二壁之间。
技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体还限定通过所述第一壁或所述第二壁中的一个或多个的第三入口开口，其中所述第三入口开口与所述燃料-氧化剂混合通路流体连通，且此外其中所述第三入口开口构造成向所述燃料-氧化剂混合通路提供氧化剂流。
技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述第三入口开口沿着所述第二方向与所述第一入口开口或所述第二入口开口中的一个或多个相邻设置。
技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述第一入口开口和所述第二入口开口各自限定与所述燃料-氧化剂混合通路流体连通的入口通路。
技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述入口通路相对于所述第一方向和所述第二方向成锐角设置。
技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体还限定与所述燃料-氧化剂混合通路流体连通地延伸的燃料通路，其中所述燃料通路构造成向所述燃料-氧化剂混合通路提供燃料流。
技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述燃料通路在所述燃料-氧化剂混合通路的上游沿着所述第二方向延伸。
技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体限定沿着所述第一方向直接在所述第一入口开口与所述第二入口开口之间的燃料通路出口开口。
技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体包括至少部分地沿着所述第二方向延伸的第三壁，且其中所述燃料通路限定成通过所述第三壁。
技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体限定各自沿着正交于所述第一方向和所述第二方向的第三方向成相邻布置的多个第一入口开口和第二入口开口。
技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体限定沿着所述第三方向在所述第一入口开口或第二入口开口中的一个或两个之间的多个第三入口开口。
技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述第三入口开口与所述第一入口开口或所述第二入口开口中的一个或两个由至少部分地沿着所述第二方向延伸的所述第三壁分离。
技术方案18. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体限定沿着所述第三方向成相邻布置的多个燃料通路，且其中所述本体限定至少部分地沿着所述第一方向延伸的第三入口通路，其中所述第三入口通路限定在成对的所述第三壁之间。
技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述第三入口通路设置在燃料通路出口开口的上游，通过所述燃料通路出口开口向所述燃料-氧化剂混合通路提供燃料流。
技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的燃料喷射器组件，其中，所述本体还限定与所述燃烧室流体连通地延伸的第四通路，且其中第四壁分离所述第四通路和所述燃料-氧化剂混合通路。
参照以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且连同描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且开放(enabling)的公开内容在参照附图的说明书中阐述，在附图中：
图1是根据本公开内容的方面的包括燃烧区段和燃料喷射器组件的示例性热力发动机的示意性截面视图；
图2是根据本公开内容的方面的图1的热力发动机的示例性燃烧区段和燃料喷射器组件的剖面截面视图；
图3是图2的燃料喷射器组件的详细视图；
图4-5是根据本公开内容的方面的燃料喷射器组件的实施例的透视图；
图6是根据本公开内容的方面的包括燃烧区段和燃料喷射器组件的热力发动机的实施例的流径截面视图；
图7是根据本公开内容的方面的燃料喷射器组件的实施例的详细视图；
图8是从远端到燃料-氧化剂混合通路中观察的燃料喷射器组件的实施例的详细视图；
图9是图8在面9-9处的截面视图；
图10是图8在面10-10处的截面视图；
图11是燃料喷射器组件的出口开口的布置的示意性实施例；
图12是燃料喷射器组件的出口开口的布置的另一个示意性实施例；
图13是通过燃料-氧化剂混合通路的燃料喷射器组件的实施例的流径视图；以及
图14是通过燃料-氧化剂混合通路的燃料喷射器组件的实施例的流径视图。
本说明书和图中的参考符号的重复使用意在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个示例在图中示出。每个示例提供作为本发明的解释，不是本发明的限制。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种修改和变型。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可供另一个实施例使用以产生更进一步的实施例。因此，意图的是，本发明覆盖如落入所附权利要求书和它们的等同物的范围内的此类修改和变型。
如本文中使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个构件与另一个区分开，且不意在表示各个构件的位置或重要性。
用语“上游”和“下游”表示相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”表示流体流自的方向，且“下游”表示流体流向的方向。
本文中陈述的近似可包括基于如本领域中使用的一个或多个测量装置的裕度，诸如但不限于测量装置或传感器的满量程测量范围的百分比。备选地，本文中陈述的近似可包括比上限值大上限值的10%或比下限值小下限值的10%的裕度。
本文中提供包括燃料喷射器组件的燃烧区段的实施例，其与常规燃料喷嘴相比可改进效率、性能和耐久性。燃烧区段包括燃料喷射器组件，该燃料喷射器组件延伸通过外壳和衬套组件，以便提供相对较短、简化的直混合器或燃料喷射器，其消除折弯或L形的杆和壳体以及与其相关联的热负载、劣化和气体/热、机械和制造复杂性。燃料喷射器组件的各种实施例可沿径向通过衬套组件的外衬套设置，以直接向燃烧室提供燃料或燃料-氧化剂混合物流。多个燃料喷射器组件可沿着纵向方向设置，以有利地改变或调节放热特性，以便改进燃烧动态(dynamics)、性能和效率。
现在参照图，图1为如可结合本公开内容的各种实施例的示例性热力发动机10(本文中被称为“发动机10”)的示意性部分截面侧视图。虽然下文参照燃气涡轮发动机进一步描述，本公开内容大体上也可适用于涡轮机械，包括限定涡轮风扇、涡轮喷气、涡轮螺旋桨和涡轮轴燃气涡轮发动机的燃气涡轮发动机，大体上包括船用和工业涡轮发动机以及辅助功率单元，以及蒸汽涡轮发动机、内燃机、往复式发动机和布雷顿循环机。如图1中示出的，发动机10具有纵向或轴向中心线轴线12，中心线轴线12延伸通过其中以用于参考目的。大体上，发动机10可包括风扇组件14和设置于风扇组件14下游的核心发动机16。
核心发动机16大体上可包括限定环形入口20的基本上管状的外壳18。外壳18包围或至少部分地形成(呈串流关系)：压缩机区段，该压缩机区段具有增压器或低压(LP)压缩机22、高压(HP)压缩机24、燃烧器-扩散器组件26；涡轮区段，该涡轮区段包括高压(HP)涡轮28、低压(LP)涡轮30，以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)转子轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)转子轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。LP转子轴36也可连接到风扇组件14的风扇轴38。在特定实施例中，如图1中示出的，LP转子轴36可通过减速齿轮40(诸如，在间接传动或齿轮传动的构造中)连接到风扇轴38。在其它实施例中，发动机10还可包括中压(IP)压缩机和涡轮，其可与中压轴旋转。
如图1中示出的，风扇组件14包括多个风扇叶片42，风扇叶片42联接到风扇轴38且从风扇轴38沿径向向外延伸。环形风扇壳或机舱44沿周向包绕风扇组件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可相对于核心发动机16由多个沿周向间隔的出口引导静叶或支柱46支承。而且，机舱44的至少一部分可在核心发动机16的外部部分上延伸，以便限定它们之间的旁通空气流通路48。
图2为图1中示出的核心发动机16的示例性燃烧区段100的截面侧视图。应了解的是，虽然关于图2描绘的燃烧区段100的实施例设置在HP压缩机24与HP涡轮28之间燃烧器-扩散器组件26处，燃烧区段100的其它实施例可设置在HP涡轮28与LP涡轮30之间(图1)，以便限定涡轮间焚烧器(ITB)，或设置在LP涡轮30的下游，以便限定排气重燃系统或复燃排气系统。如图2中示出的，燃烧区段100大体上可包括具有衬套组件115的燃烧器组件50。衬套组件115可包括环形内衬套52、环形外衬套54以及相应地(respectfully)在内衬套52与外衬套54之间沿径向延伸的端壁56。在各种实施例中，衬套组件115可限定相对于中心线轴线12沿着周向方向C(图6)延伸的环形衬套组件。然而，应了解的是，包括联接于此的燃料喷射器组件200的燃烧区段100的其它实施例可包括限定筒形或筒环形构造的衬套组件115、逆流燃烧器组件、旋转爆轰燃烧器等。虽然未进一步详细地示出，衬套组件115还可包括一个或多个开口，以允许氧化剂流82(例如，空气)的一部分进入燃烧室62，以便提供骤冷、冷却或其它性质，以有利地影响在燃烧室62处产生的燃烧气体。
如图2中示出的，内衬套52相对于发动机中心线12(图1)与外衬套54沿径向间隔，且限定它们之间大体上环形的燃烧室62。在特定实施例中，内衬套52和/或外衬套54可至少部分地或完全地由金属合金或陶瓷基质复合(CMC)材料形成。
如图2中示出的，内衬套52和外衬套54可包围在外壳64和内壳63内。压力室66可限定成围绕内衬套52和/或外衬套54。内衬套52和外衬套54可从端壁56朝涡轮喷嘴组件或入口68延伸到HP涡轮28(图1)，因此至少部分地限定燃烧器组件50与HP涡轮28之间的热气体路径。
在发动机10的操作期间，如图1和图2中共同示出的，如由箭头74示意性指示的氧化剂的体积通过机舱44和/或风扇组件14的相关联入口76进入发动机10。在氧化剂74横穿风扇叶片42时，如由箭头78示意性指示的氧化剂的一部分被引导或传送到旁通空气流通路48中，而如由箭头80示意性指示的氧化剂的另一个部分被引导或传送到LP压缩机22中。氧化剂80在它朝燃烧区段100流过LP压缩机22和HP压缩机24时被逐渐压缩。如图2中示出的，如由箭头82示意性指示的现在的氧化剂流经压缩机出口引导静叶(CEGV)67且流过预扩散器65到燃烧区段100的压力室66中。
预扩散器65和CEGV 67调节到燃料喷射器组件200的氧化剂82流。氧化剂82使压力室66加压。氧化剂82进入燃料喷射器组件200以与燃料185混合。燃料185可为气态或液态燃料，包括但不限于，燃料油、喷气燃料丙烷、乙烷、氢气、焦炉气、天然气、合成气或其组合。
典型地，LP压缩机22和HP压缩机24向压力室66提供比对于燃烧所需要的更多的氧化剂。因此，如由箭头82(a)示意性指示的氧化剂82的第二部分可用于除燃烧之外的各种目的。例如，如图2中示出的，氧化剂82(a)可传送到压力室66中，以向内衬套52和外衬套54提供冷却。另外或在备选方案中，氧化剂82(a)的至少一部分可传送到压力室66外。例如，诸如经由箭头82(b)描绘的，氧化剂82(a)的一部分可引导通过各种流动通路以向HP涡轮28或LP涡轮30中的至少一个提供冷却空气。
往回共同参照图1和图2，在燃烧室62中生成的燃烧气体86从燃烧器组件50流入HP涡轮28，因此引起HP转子轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。如图1中示出的，燃烧气体86然后传送通过LP涡轮30，因此引起LP转子轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇轴38的旋转。燃烧气体86然后通过核心发动机16的喷气排气喷嘴区段32排出以提供推进推力。
共同参照图2-10，燃料喷射器组件200包括本体203，本体203限定沿着第一方向91彼此间隔开的第一入口开口221和第二入口开口222。本体203还限定沿着至少部分地正交于第一方向91的第二方向92延伸的其内的燃料-氧化剂混合通路207(图7、图9、图10)。第一入口开口221和第二入口开口222各自与燃料-氧化剂混合通路207流体连通(图7和图10)。
本体203还限定相对于第一入口开口221和第二入口开口222在远端94处的燃料-氧化剂混合通路207处的出口开口205(即，出口开口205限定成沿着第二方向92远离第一入口开口221和第二入口开口222通过本体203)。第一入口开口221和第二入口开口222各自构造成允许氧化剂流(诸如在图3-5和图10中经由箭头181、182分别示意性地描绘的)到燃料-氧化剂混合通路207(在图10中示意性地描绘)。燃料-氧化剂混合通路207构造成经由出口开口205向燃烧室62提供燃料-氧化剂混合物流(在图2-5、图7、图10中经由箭头186、186(a)和186(b)示意性地描绘)。
更特别地参照燃烧区段100(燃烧区段100包括图2-3中描绘的联接到外壳64和衬套组件115的燃料喷射器组件200)的实施例，本体203至少部分地延伸通过衬套组件115，与燃烧室62流体连通。本体203沿着纵向方向L延伸，且沿着纵向方向L联接到衬套组件115。例如，燃料喷射器组件200的本体203可联接到衬套组件115的外衬套54，其沿着纵向方向L延伸。
往回参照图2-10，在各种实施例中，诸如关于图3-5和图7-10描绘的，本体203包括沿着第一方向91彼此间隔开的第一壁231和第二壁232。在一个实施例中，第一入口开口221限定成通过第一壁231，且第二入口开口222限定成通过第二壁232，其各自彼此间隔开。
虽然描绘为基本上多边形的(例如，矩形的)结构，各种实施例可将第一壁231和/或第二壁232中的一个或多个进一步弯曲或扫掠(sweep)为翼型形状，以便限定压力侧、吸入侧或者其它压力或流动特性，以有利地调整到本体203中的氧化剂181、182流的进入。
特别地参照图4-5和图8-10，在各种实施例中，本体203限定燃料-氧化剂混合通路207，燃料-氧化剂混合通路207在第一入口开口221与第二入口开口222之间沿着第二方向92延伸。在其它各种实施例中，本体203限定沿着至少部分地正交于第一方向91和第二方向92的第三方向93延伸的出口开口205。
在关于图2-3和图6-7中描绘的燃烧区段100的各种示例性实施例中，第三方向93可对应于纵向方向L。在一个实施例中，第二方向92可对应于径向方向R。在燃烧区段100的示例性实施例中，本体203将出口开口205限定为沿着至少部分地正交于第一方向91和第二方向92的第三方向93延伸的槽。在一个实施例中，出口开口205至少部分地沿着纵向方向L延伸通过衬套组件115。本体203从外壳64延伸通过衬套组件115，以便将出口开口205限定为与燃烧室62直接流体连通的槽。
在各种实施例中，出口开口205至少部分地沿着纵向方向L延伸通过衬套组件115。参照图11-12，大体上提供相对于沿着纵向方向L通过燃烧室62的流径的出口开口205的布置的示意性实施例。参照图2-3和图11-12，在各种实施例中，燃烧区段100可包括多个出口开口205，其描绘为第一出口开口205(a)和第二出口开口205(b)。燃烧区段100可包括多个本体200，其描绘为第一本体203(a)和第二本体203(b)，其各自限定出口开口205。在一个示例性实施例中，诸如关于图11，第一出口开口205(a)和第二出口开口205(b)可各自通过衬套组件115沿着周向方向C设置成交错布置。在各种实施例中，诸如关于图2-3描绘的，出口开口205限定成大体上平行或同向于纵向方向L通过衬套组件115。
在另一个示例性实施例中，诸如关于图12，第一出口开口205(a)或第二出口开口205(b)中的一个或多个可相对于纵向方向L成倾斜角206设置。在其它各种实施例中，相应的本体203(a)、203(b)可成倾斜角206设置，以便使相应的出口开口205(a)、205(b)成倾斜角206设置。在燃料-氧化剂混合物186离开燃料喷射器组件200到燃烧室62中时，出口开口205、本体203或两者的倾斜角206可引起大量的燃烧涡流(例如，沿着周向方向C)。燃烧涡流可允许在燃烧器组件50的直接下游喷嘴组件68(图1)处静叶角度上的减小，以便减小重量、零件数量、复杂性或减小喷嘴组件68处的热负载，从而减小喷嘴组件68处必要的冷却流体量。因而，燃烧效率和发动机效率经由减小特别用于冷却目的或大体上用于除推力生成以外目的的氧化剂量来增加。
简要地参照图6-7，大体上描绘相对于中心线轴线12限定环形燃烧器的燃烧区段100的示例性实施例。图6提供包括燃料喷射器组件200的燃烧区段100的周向流径视图。图7提供联接到外壳64和衬套组件115的燃料喷射器组件200的详细截面视图。在各种实施例中，诸如关于图6-7描绘的，第一方向91可对应于围绕中心线轴线12相对于周向方向C的切线方向。
仍参照图6-7，在一个实施例中，本体203限定通过第一壁231的第一入口开口221和通过第二壁232的第二入口开口222，其各自沿着周向方向C或沿着第一方向91的其切线彼此间隔开。本体203限定在第一壁231与第二壁232之间的其内的燃料-氧化剂混合通路207，其中燃料-氧化剂混合通路207至少部分地沿着径向方向R与燃烧室62流体连通地延伸。第一入口开口221和第二入口开口222各自限定成至少部分地沿着周向方向C或其切线角度，与至少部分地沿着径向方向R延伸的燃料-氧化剂混合通路207流体连通。本体203限定在本体203的远端94处的燃料-氧化剂混合通路207处的出口开口205，诸如直接在燃烧室62处通过衬套组件115。
仍参照图6-7，在燃烧区段100的其它各种实施例中，燃料-氧化剂混合通路207限定成相对于从中心线轴线12延伸的径向方向R成锐角96。在一个实施例中，第一壁231和第二壁232各自沿着径向方向R和周向方向C(诸如相对于径向方向R成锐角96)延伸。燃料-氧化剂混合通路207可限定在第一壁231与第二壁232之间且相对于径向方向R成锐角96设置。锐角96构造成有利地向本体203中提供氧化剂181、182流以用于与液态和/或气态燃料流混合，经由箭头185(图7和图10)示意性地示出，以产生充分混合的燃料-氧化剂混合物186且使其离开到燃烧室62。在各种实施例中，锐角96相对于径向方向R在约15度与约75度之间。在一个实施例中，锐角96在约25度与约65度之间。在另一个实施例中，锐角96约45度，+/-10度。在其它各种实施例中，锐角96还构造成调节压力室66处的氧化剂流，以用于冷却下游构件，诸如HP涡轮28(图1)。
因为燃料-氧化剂混合物186离开燃料喷射器组件200到燃烧室62中，本体203(或更特别是第一壁231和第二壁232)的锐角96可引起大量的燃烧涡流(例如，沿着周向方向C或其切线)。诸如上文描述的，燃烧涡流可允许在燃烧器组件50的直接下游喷嘴组件68(图1)处静叶角度上的减小，以便减小重量、零件数量、复杂性或减小喷嘴组件68处的热负载，从而减小喷嘴组件68处必要的冷却流体量。
现在参照图8-10，在各种实施例中，第一入口开口221和第二入口开口222各自限定与燃料-氧化剂混合通路207以及第一入口开口221和第二入口开口222中的每个流体连通的入口通路223。与第一入口开口221和第二入口开口222中的每个相应的入口通路223大体上相对于第一方向91彼此相反地设置，且各自提供与燃料-氧化剂混合通路207的流体连通。入口通路223允许相应的氧化剂181、182流流到燃料-氧化剂混合通路207。
在各种实施例中，诸如关于图10描绘的，入口通路223相对于第二方向92或第一方向91成锐角97设置。在一个实施例中，诸如关于图7描绘的，入口通路223至少部分地沿着周向方向C(或其切线方向)和沿着径向方向R(诸如沿着锐角97)设置。应了解的是，诸如大体上关于图7描绘的，锐角97相对于第一入口开口221和第二入口开口222可不同。在其它各种实施例中，第一入口开口221和第二入口开口222以及相应的入口通路223沿着第一方向91彼此相反地设置。
在另外的实施例中，诸如关于图7-8和图10描绘的，本体203还限定与燃料-氧化剂混合通路207流体连通地延伸的燃料通路209。燃料通路209构造成向燃料-氧化剂混合通路207提供液态和/或气态燃料185流。在各种实施例中，燃料通路209在燃料-氧化剂混合通路207的上游沿着第二方向92(即，从远端95朝燃料-氧化剂混合通路207)延伸。
在一个实施例中，本体203限定沿着第一方向91直接在第一入口开口221与第二入口开口222之间的燃料通路出口开口219。在一个特定的实施例中，诸如关于图7描绘的，燃料通路出口开口219沿着周向方向C或其切线限定在第一入口开口221与第二入口开口222之间。在更特定的实施例中，燃料通路出口219沿着第一方向91设置在第一入口开口221和第二入口开口222的相应入口通路223之间。通过相应的第一入口开口221和第二入口开口222的氧化剂181、182流与经由燃料通路出口开口219离开燃料通路209的燃料185流混合。氧化剂181、182流和燃料185流在燃料-氧化剂混合通路207内混合在一起，以产生充分混合的燃料-氧化剂混合物186到燃烧室62。相对于第一方向91彼此交叉的入口开口221、222以及设置在它们之间的燃料通路209的布置可有利地经由在燃料-氧化剂混合通路207处的燃料通路出口开口219和入口通路223的相交处的剪切作用来提供改进的混合。
往回参照图2-5和图8-10，在各种实施例中，本体还限定通过第一壁231或第二壁232中的一个或多个的第三入口开口211、212。参照图4-5，第一壁231可限定通过其中的第三入口开口211，且第二壁232可限定与通过第一壁231的第三入口开口211相反的通过其中的第三入口开口212。第三入口开口211、212与燃料-氧化剂混合通路207流体连通。第三入口开口211、212构造成向燃料-氧化剂混合通路207提供氧化剂流(经由箭头183(图4-5、图9-10)示意性地示出)。
更清楚地参照图4-5和图8-10，在各种实施例中，第三入口开口211、212沿着第二方向92与第一入口开口221、第二入口开口222或两者中的一个或多个相邻或以其它方式邻接地设置。在一个实施例中，第三入口开口211、212相对于出口开口205朝远端95(即，相对于第二方向92与出口开口205相反)设置。例如，第三入口开口211、212可设置在第一入口开口221、第二入口开口222或两者的上游。然而，应了解的是，在未描绘的其它实施例中，第三入口开口211、212可设置在第一入口开口221、第二入口开口222或两者中的一个或多个的下游。
在更进一步的实施例中，诸如图8-9中描绘的，燃料喷射器组件200的本体203限定至少部分地沿着第一方向91延伸的第三入口通路213。第三入口通路213至少部分地沿着第一方向91延伸，以提供从第三入口开口211、212中的每个到燃料-氧化剂混合通路207的流体连通。参照图9-10，应了解的是，第三入口通路可设置在燃料通路出口开口219的上游，通过该燃料通路出口开口219向燃料-氧化剂混合通路207提供燃料185流。
现在参照图8-10，在各种实施例中，本体203包括至少部分地沿着第二方向92延伸的第三壁233。在一个实施例中，燃料通路209限定成通过第三壁233。在其它各种实施例中，第三入口通路213限定在成对的第三壁233之间。在一个特定实施例中，诸如关于图8描绘的，第三入口通路213沿着第三方向93限定在成对的第三壁233之间。
在各种实施例中，诸如关于图4-5和图8描绘的，本体203限定各自沿着第三方向93成相邻或以其它方式并排布置的多个第一入口开口221和第二入口开口222。在一个实施例中，本体203还限定相对于第三方向93在第一入口开口221之间通过第一壁231的多个第三入口开口211。在另一实施例中，本体203还限定相对于第三方向93在第二入口开口222之间通过第二壁232的多个第三入口开口212。诸如关于图8描绘的，本体203的各种实施例还可限定沿着第三方向93成相邻或串行布置的多个燃料通路209。
仍参照图8-10，在各种实施例中，通过第一壁231的每个第三入口开口211与第一入口开口221由至少部分地沿着第二方向92延伸的第三壁233分离。在其它各种实施例中，通过第二壁232的每个第三入口开口212与第二入口开口222由至少部分地沿着第二方向92延伸的第三壁233分离。
现在参照图13，还提供燃料喷射器组件200的另一个实施例的流径视图。往回参照图2-3、图11-12，连同图13，在各种实施例中，燃料喷射器组件200还可限定与燃烧室62(图2-3)流体连通地延伸通过其中的第四通路204。在各种实施例中，第四通路204至少部分地沿着第二方向92延伸。在一个实施例中，第四通路204构造成通过其中直接向燃烧室62提供燃料流(经由箭头187(图2-3)示意性地描绘)。第四壁234可沿着第二方向92延伸，以便流体地分离第四通路204和燃料-氧化剂混合通路207。在各种实施例中，第四通路204可限定引导燃料流通路，以促进燃烧区段100的点燃和低功率操作。第四通路204还可相对于到燃料-氧化剂混合通路207的(一个或多个)燃料185流独立地控制燃料流187。因而，第四通路204还可用来控制燃烧室62处的放热特性(例如，压力波动、振荡等)，以便减轻不期望的燃烧动态。
在另一实施例中，第四通路204可提供开口，通过该开口，点火器或传感器设置成通过本体203到燃烧室62。传感器可包括压力传感器，以便监测或测量燃烧室处的压力、或其波动或振荡，或热电偶，或视觉或热成像装置。还有其它实施例可允许管道镜进入通过本体203且经由第四通路204到燃烧室62中。还有其它实施例可将第四通路204限定为阻尼器，诸如，例如亥姆霍兹阻尼器。其它各种实施例可允许传感器设置成通过第四通路204，以便向燃料系统300和发动机10提供反馈控制，以便调整一个或多个燃料185流(例如，诸如图2中描绘的，燃料流185(a)、185(b)的独立控制等)。
往回参照图13，燃料喷射器组件200还可限定多个燃料通路209(未描绘)和各种几何形状的燃料通路出口开口219(经由开口219(a)、219(b)、219(c)、219(d)等示意性地描绘)，或各种压力、流率、温度等的通过其中的燃料流，以便基于至少期望的负载(例如，满负载、部分负载等)或任务状况(例如，点燃、空转、起飞、爬升、巡航、进场、反向，或它们之间的一个或多个暂态状况)来使沿着燃烧区段100的纵向尺寸的放热负载变化。例如，变化的燃料通路出口开口219(a)、219(b)、219(c)、219(d)或变化的燃料流185(a)、185(b)等(图2)可基于负载或任务状况有利地影响排放输出、燃烧动态(例如，压力波动、声学、振动等)。
现在参照图14，还提供燃料喷射器组件200的又一实施例的流径视图。往回参照图2-3、图11-13，连同图14，在各种实施例中，燃料氧化剂混合通路207和出口开口205可限定弯曲或蜿蜒状的截面区域。应了解的是，在未描绘的其它实施例中，燃料氧化剂混合通路207和/或出口开口205可限定其它截面区域，这些截面区域限定一个或多个波形，诸如但不限于正弦波、方(box)波、三角波或之字形或不对称或不规则(例如，可变频率)波形。
往回参照图2，发动机10可包括构造成接收液态和/或气态燃料185流的燃料系统300。燃料系统300可包括一个或多个燃料计量装置310、320，以便分离且独立地控制燃料185流，以便向燃烧区段100提供独立的流185(a)、185(b)。在一个实施例中，第一燃料流185(a)可独立于在第二本体203(b)处接收的第二燃料流185(b)来在第一本体203(a)处接收。如先前描述的，燃料流185(a)、185(b)可独立地计量、促动或以其它方式向燃料喷射器组件200提供，以便有利地改变沿着燃烧区段100的纵向方向L的放热。
包括本文中大体上提供的燃烧区段100和燃料喷射器组件200的发动机10的实施例可提供更紧凑、更短的火焰，从而允许更紧凑、更短的燃烧器组件50和燃烧区段100。因而，发动机10可较小(例如，诸如沿着纵向方向L)，从而减小重量、改进整体效率和性能且允许相对较高能量的燃烧区段100安装在相对较小的设备中。
在各种实施例中，将燃料喷射器组件200直接设置到衬套组件115的外衬套54中有利地改进燃烧性能，以便允许沿着径向方向R在外壳64与燃烧器组件50之间的较短距离。例如，燃料喷射器组件200的各种实施例可限定基本上直的通路(例如，通路207、209、213、223等)。备选地，通路中的一些或全部可限定不同的截面区域、蜿蜒状截面或曲率等。另外或备选地，包括混合器或预混合器装置的简化的燃料喷射器组件200可消除增加机械、气体/热或制造复杂性的转弯、折弯、L形截面等，或相对于常规燃料喷嘴组件进一步减小热负载，从而改进耐久性且减轻焦化或损失(相对于使用空气或燃料来用于冷却)。
燃料喷射器组件200和燃烧区段100的实施例可进一步降低排放(例如，氮氧化物或NOx)且减小来自预混通过衬套组件115的外衬套54的火焰辐射。燃料分级，诸如经由独立的燃料流185(a)、185(b)或更多(例如，横跨纵向方向L的三个或更多个独立的流)，可对于环境状况、发动机负载范围和任务状况提供较高的燃烧效率。
在特定实施例中，燃烧区段100可包括燃料喷射器组件200，燃料喷射器组件200限定与第二本体203(b)轴向分离的第一本体203(a)，以在两个或更多个区中提供顺序的轴向燃烧分级，以便增加在基础负载或其它部分负载状况下的燃烧温度且减少NOx的形成。发动机10的部分负载状况可允许减小或消除在第二本体203(b)处的燃料流，以便在部分负载状况下维持可操作性，同时进一步允许减小排放输出(例如，NOx)、燃料焚烧，且维持或改进部分负载可操作性。另外或备选地，顺序的轴向分级可允许在高功率或满负载状况下改进效率，以便通过第一本体203(a)和第二本体203(b)或更多来提供燃料。更进一步，顺序的轴向分级可允许控制和改进燃烧动态，诸如通过使燃料独立地且选择性地流过第一本体203(a)和第二本体203(b)。
更进一步或备选地，设置成基本上直的通过外壳64通过衬套组件115(例如，外衬套54)的燃料喷射器组件200与常规燃料喷嘴相比可由于较短、基本上直的通路经由减小的热负载来减小内部燃料焦化。
燃料喷射器组件200和燃烧区段100的其它各种实施例可产生大量的燃烧涡流(例如，沿着周向方向C或其切线)，其可减小涡轮喷嘴组件68处的涡流角，或完全消除喷嘴组件，从而减小发动机10的重量，减小冷却流，且改进发动机效率和性能。
此外，燃料喷射器组件200和燃烧区段100的实施例可通过消除由与涡流器组件(常规燃料喷嘴可设置成通过该涡流器组件)相关的偏移、对准、放置、定位等引起的担忧来提供相对较容易的安装。
虽然本文中未进一步描绘，燃料喷射器组件200和燃烧区段100可包括一个或多个密封件，诸如在燃料喷射器组件200与外壳64之间或在燃料喷射器组件200与衬套组件115(例如，在外衬套54处)之间等。
关于图1-14描绘且本文中描述的燃料喷射器组件200、燃烧区段100和燃烧器组件50可构造为各种构件的组件，这些构件机械地连结或布置以便产生本文中示出和描述的燃料喷射器组件200。燃料喷射器组件200、燃烧区段100和燃烧器组件50或其部分可备选地构造为单个、整体构件且通过为本领域技术人员所通常已知的任何数量的工艺来制造。例如，燃料喷射器组件200和外壳64可构造为单个、整体构件。这些制造工艺包括但不限于被称为“增材制造”或“3D打印”的那些。另外，可使用任何数量的铸造、机加工、焊接、钎焊或烧结工艺，或机械紧固件或其任何组合来构造燃料喷射器组件200或燃烧区段100。此外，燃料喷射器组件200可由用于涡轮发动机燃烧器区段的任何合适材料构造，包括但不限于镍基和钴基合金。更进一步，流径表面和通路可包括表面精加工(finishing)或其它制造方法，以减小阻力或以其它方式促进流体流，诸如但不限于，滚筒精加工、滚磨、膛线、抛光或涂覆。
该书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括带有与权利要求书的字面语言非实质差异的等同结构元件，此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种燃料喷射器组件，所述燃料喷射器组件包括：
本体，所述本体限定沿着第一方向彼此间隔开的第一入口开口和第二入口开口，其中所述本体还限定沿着至少部分地正交于所述第一方向的第二方向延伸的其内的燃料-氧化剂混合通路，且其中所述第一入口开口和所述第二入口开口各自与所述燃料-氧化剂混合通路流体连通，且此外其中所述本体限定相对于所述第一入口开口和所述第二入口开口在远端处的所述燃料-氧化剂混合通路处的出口开口，其中所述第一入口开口和所述第二入口开口各自构造成允许氧化剂流到所述燃料-氧化剂混合通路，其中所述燃料-氧化剂混合通路构造成经由所述出口开口向燃烧室提供燃料-氧化剂混合物流，且其中，所述本体将所述出口开口限定为至少部分地沿着正交于所述第一方向和所述第二方向的第三方向延伸的槽。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述本体限定在所述第一入口开口与所述第二入口开口之间沿着所述第二方向延伸的所述燃料-氧化剂混合通路。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述本体包括沿着所述第一方向彼此间隔开的第一壁和第二壁，且其中所述第一入口开口限定成通过所述第一壁，且所述第二入口开口限定成通过所述第二壁。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述燃料-氧化剂混合通路限定在所述第一壁与所述第二壁之间。
5.根据权利要求3所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述本体还限定通过所述第一壁或所述第二壁中的一个或多个的第三入口开口，其中所述第三入口开口与所述燃料-氧化剂混合通路流体连通，且此外其中所述第三入口开口构造成向所述燃料-氧化剂混合通路提供氧化剂流。
6.根据权利要求5所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述第三入口开口沿着所述第二方向与所述第一入口开口或所述第二入口开口中的一个或多个相邻设置。
7.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述第一入口开口和所述第二入口开口各自限定与所述燃料-氧化剂混合通路流体连通的入口通路。
8.根据权利要求7所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述入口通路相对于所述第一方向和所述第二方向成锐角设置。
9.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述本体还限定与所述燃料-氧化剂混合通路流体连通地延伸的燃料通路，其中所述燃料通路构造成向所述燃料-氧化剂混合通路提供燃料流。
10.根据权利要求9所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述燃料通路在所述燃料-氧化剂混合通路的上游沿着所述第二方向延伸。
11.根据权利要求10所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述本体限定沿着所述第一方向直接在所述第一入口开口与所述第二入口开口之间的燃料通路出口开口。
12.根据权利要求9所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述本体包括至少部分地沿着所述第二方向延伸的第三壁，且其中所述燃料通路限定成通过所述第三壁。
13.根据权利要求12所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述本体限定各自沿着正交于所述第一方向和所述第二方向的第三方向成相邻布置的多个第一入口开口和第二入口开口。
14.根据权利要求13所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述本体限定沿着所述第三方向在所述第一入口开口或第二入口开口中的一个或两个之间的多个第三入口开口。
15.根据权利要求14所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述第三入口开口与所述第一入口开口或所述第二入口开口中的一个或两个由至少部分地沿着所述第二方向延伸的所述第三壁分离。
16.根据权利要求14所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述本体限定沿着所述第三方向成相邻布置的多个燃料通路，且其中所述本体限定至少部分地沿着所述第一方向延伸的第三入口通路，其中所述第三入口通路限定在成对的所述第三壁之间。
17.根据权利要求16所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述第三入口通路设置在燃料通路出口开口的上游，通过所述燃料通路出口开口向所述燃料-氧化剂混合通路提供燃料流。
18.根据权利要求16所述的燃料喷射器组件，其特征在于，所述本体还限定与所述燃烧室流体连通地延伸的第四通路，且其中第四壁分离所述第四通路和所述燃料-氧化剂混合通路。
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