專利名稱：用于渦輪機燃燒器的燃料噴嘴及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在渦輪發(fā)動機中的燃料噴嘴的設(shè)計。
背景技術(shù)：
在典型的渦輪發(fā)動機中，燃燒器接收來自渦輪發(fā)動機的壓縮機部分的壓縮空氣。 燃料在燃燒器中與壓縮空氣混合，并且燃料_空氣混合物然后被點燃以產(chǎn)生熱的燃燒氣 體。熱的燃燒氣體被發(fā)送到發(fā)動機的渦輪級。典型地，使用多個燃料噴嘴以將燃料輸送到 燃燒器內(nèi)的壓縮空氣流中。傳統(tǒng)的燃料噴嘴在形狀上為圓柱形，帶有圓柱形的外壁。多個徑向延伸的燃料噴 射器附接在燃料噴嘴的外壁的圓周周圍。至少一個燃料輸送孔形成在各燃料噴射器上。燃料供應(yīng)管線附接至燃料噴嘴的上游端。燃料典型地輸送到形成在燃料噴嘴的 內(nèi)側(cè)上的環(huán)形形狀的主要燃料通道中。該主要燃料通道將燃料輸送至燃料噴射器，并且燃 料被噴出燃料噴射器的燃料輸送孔，以使得其可與沿著燃料噴嘴的長度流動的壓縮空氣混合。由燃料噴嘴產(chǎn)生的燃料-空氣混合物然后在燃料噴嘴的下游在燃燒器內(nèi)的位置 處被點燃。熱的燃燒氣體然后被發(fā)送出燃燒器，并進(jìn)入發(fā)動機的渦輪部分。在燃燒器內(nèi)，燃料_空氣混合物中小的振蕩導(dǎo)致火焰振蕩?；鹧嬲袷幱衷谌紵?內(nèi)產(chǎn)生壓力波。該壓力波可傳播回燃料噴嘴以引起進(jìn)入燃燒器的另外的燃料的輸送中的進(jìn) 一步振蕩。初始振蕩和在更多燃料的輸送中的進(jìn)一步振蕩的相互作用可以是建設(shè)性的或破 壞性的。當(dāng)相互作用為建設(shè)性時，振蕩可彼此加強，導(dǎo)致燃燒器內(nèi)大的壓力振蕩。通常稱為“燃燒動態(tài)變化”的該壓力波/振蕩可以為足夠強以物理地?fù)p傷位于燃 燒器內(nèi)的元件。當(dāng)然，它們增加了在燃燒器的壁上的機械負(fù)載。它們也可引起空氣-燃 料混合物的不完全或低效燃燒，這會增加非期望的NOx排放。此外，振蕩會引起火焰回閃 (flashback)和/或火焰熄滅。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明可用一種用于渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴來實施，該燃料噴嘴包括外 壁，以及形成在外壁上的多個徑向延伸的燃料噴射器，此處至少一個燃料輸送孔形成各燃 料噴射器上。燃油噴嘴可包括形成在外壁內(nèi)并構(gòu)造成將燃料輸送至燃料噴射器的通常為環(huán) 形形狀的主要燃料通道。燃料噴嘴還可包括定位成比主要燃料通道更接近燃料噴嘴的中央 縱向軸處的輔助燃料通道，其中輔助燃料通道接收來自主要燃料通道的第一部分的燃料， 并將燃料輸送回主要燃料通道的第二部分中。另一方面，本發(fā)明可用一種用于渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴來實施，該燃料噴嘴包括 外壁，以及形成在外壁上的多個徑向延伸的燃料噴射器，此處在各燃料噴射器上形成至少 一個燃料輸送孔。燃料噴嘴也可包括沿著噴嘴的長度延伸的多個主要燃料通道，其中主要 燃料通道沿著外壁的內(nèi)部表面定位，且其中主要燃料通道將燃料輸送至燃料噴射器。燃料噴射器也可包括多個輔助燃料通道，其中各輔助燃料通道定位成比主要燃料通道更接近燃 料噴嘴的中心縱向軸線，且其中各輔助燃料通道接收來自對應(yīng)的主要燃料通道的第一部分 的燃料，并將燃料輸送回其所對應(yīng)的主要燃料通道的第二部分中。
又另一方面，本發(fā)明可用一種形成用于渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴的方法來實施，該 方法包括在外壁上形成多個徑向延伸的燃料噴射器，此處在各燃料噴射器上形成至少一個 燃料輸送孔，并形成在外壁內(nèi)的至少一個主要燃料通道，其中該至少一個主要燃料通道將 燃料輸送至至少其中一個燃料噴射器。該方法還可包括在定位成比對應(yīng)的主要燃料通道更 接近燃料噴嘴的中心縱向軸線的燃料噴嘴的一部分上形成至少一個輔助燃料通道，其中各 至少一個輔助燃料通道接收來自對應(yīng)的主要燃料通道的第一部分的燃料，并將燃料輸送回 對應(yīng)的主要燃料通道的第二部分。


圖1是典型燃料噴嘴的縱向橫截面；
圖2是包括輔助燃料通道的備選燃料噴嘴設(shè)計的縱向橫截面視圖
圖3是在圖2中所示的燃料噴嘴的橫截面視圖4是包括輔助燃料通道的備選燃料噴嘴設(shè)計的縱向橫截面視圖
圖5是燃料噴嘴的另一實施例的縱向橫截面視圖6是燃料噴嘴的另一實施例的縱向橫截面視圖7是燃料噴嘴的另一實施例的縱向橫截面視圖8是燃料噴嘴的另一實施例的縱向橫截面視圖9是在圖8中所示的燃料噴嘴的橫截面視圖10是燃料噴嘴的另一實施例的縱向橫截面視圖；并且
圖11是燃料噴嘴的又另一實施例的縱向橫截面視圖。
部件清單
100燃料噴嘴
102燃料通道
104外壁
106壁
108箭頭
110燃料噴射器
112燃料孔
114燃料通路
120中心區(qū)域
200燃料噴嘴
202燃料通道
204外壁
206內(nèi)壁
208燃料通道
210燃料噴射器
214燃料通路
220內(nèi)部圓柱形壁
222外部圓柱形壁
223第一連接通道
224輔助燃料通道
226下游連接通道
227下游部分
228燃料通道的封閉部分
230箭頭
232故々1 目丨J頭
234箭頭
240內(nèi)部壁
242輔助燃料通道
250中間連接通道
具體實施例方式圖1中圖示了典型燃料噴嘴設(shè)計的一些元件。如在其中所示，燃料噴嘴100包括 外壁104。多個徑向延伸的燃料噴射器110安裝在外壁104的圓周周圍。一個或更多的燃 料孔112沿著各燃料噴射器110的長度形成。燃料從燃料供應(yīng)管輸送進(jìn)入環(huán)形的主要燃料通道102。該燃料在箭頭108的方向 上沿著燃料噴嘴100的長度移動。在主要通道102內(nèi)的燃料然后通過形成在外壁104中的 孔眼104進(jìn)入各燃料噴射器110。燃料輸送至各個燃料孔112，在此處燃料離開燃料噴射器 并與周圍的空氣混合。典型地，大體積的壓縮空氣沿著燃料噴射器的外壁經(jīng)過且該壓縮空 氣也在和與箭頭108相同的方向上移動。結(jié)果，在燃料注射器110上離開燃料孔112的燃 料迅速地與壓縮空氣混合。在液體燃料的情況下，燃料也將迅速地霧化并與周圍的壓縮空 氣混合。燃料_空氣混合物然后將進(jìn)一步向噴嘴的下游移動至其被燃燒的位置。雖然未在圖1中專門圖示，但典型的燃料噴嘴也可包括沿著燃料噴嘴的中心區(qū)域 120延伸的許多附加的燃料通道。同樣，許多附加的零件，例如旋流器，也可安裝在燃料噴嘴 的外壁104上。因為本發(fā)明集中于被輸送至在燃料噴射器110上的燃料孔112的燃料，這 些是僅有的已圖示的元件。應(yīng)理解的是燃料噴嘴的任何給出的實施例都將可能包括未在圖 中圖示的許多附加的零件。另外，在本申請的圖中圖示的實施例中，燃料噴嘴通常在形狀上為圓柱形。然而， 實施本發(fā)明的燃料噴嘴可以具有許多其它的外部形狀。例如，實施本發(fā)明的燃料噴嘴可以 具有橢圓形、正方形、矩形或其它的直線性橫截面的形狀。如上所指出，當(dāng)如在圖1中圖示的燃料噴嘴安裝在燃燒器中時，該燃料噴嘴可經(jīng) 歷或遭受在通過主要燃料通道102流動的燃料中導(dǎo)致對應(yīng)的振蕩或壓力波的振蕩和壓力 波。圖2圖示了包括輔助燃料通道的燃料噴嘴。如圖2中所示，輔助燃料通道224位 于主要燃料通道202的內(nèi)部。第一連接通道223將主要燃料通道202的上游端聯(lián)接至輔助燃料通道224的上游端。另外，下游連接通道226將輔助燃料通道224的下游端聯(lián)接至主 要燃料通道202。因此，燃料可沿著主要燃料通道通過，如由箭頭208圖示，并且燃料也能夠 通過輔助燃料通道224通過，如由箭頭230、232和234圖示。然后燃料將被輸送至燃料噴 射器210，如上所述。在圖2中圖示的實施例中，輔助燃料通道224基本上與主要通道202同心。同心 的輔助燃料通道224由內(nèi)部壁220和外部壁222形成，這些壁位于在燃料噴嘴內(nèi)部比主要 燃料通道202更接近燃料噴嘴的中心縱向軸線處。輔助燃料通道224構(gòu)造成起到諧振器管的作用。當(dāng)輔助燃料通道以適當(dāng)?shù)某叽缧?成時，提供輔助燃料通道224可起作用而減少或消除由在經(jīng)由燃料噴射器的燃料流中導(dǎo)致 的振蕩。這又可減少在燃燒室內(nèi)的壓力振蕩，以及在燃燒器內(nèi)的下游火焰中的瞬態(tài)振蕩。減 少火焰和壓力振蕩提高了渦輪發(fā)動機的效率，減少了非期望的排放，避免了意外的回閃和 熄滅，并且可延長燃燒器硬件的壽命。圖3圖示了在圖2中圖示的噴嘴設(shè)計的橫截面視圖。如在其中所示，主要燃料通 道202基本為位于外壁204和第一圓柱形內(nèi)壁206之間的環(huán)形空間。輔助燃料通道224形 成在內(nèi)部圓柱形壁220和外部圓柱形壁222之間。多個徑向延伸的連接通道223和226將主要燃料通道202聯(lián)接至輔助燃料通道 224。在圖2和3中圖示的實施例中，有八個在上游端處的上游連接通道223，和八個在輔助 燃料通道的下游端處的下游連接通道226。這些連接通道的位置可與徑向延伸的燃料噴射 器210的位置一致，或連接通道可特意構(gòu)造成使得它們不與燃料噴射器210的位置相對應(yīng)。 并且，在一些實施例中，不同數(shù)目的連接通道可以在主要燃料通道202和輔助燃料通道224 之間形成。進(jìn)一步地，第一數(shù)目的上游連接通道可形成在主要和輔助燃料通道之間，同時提 供第二、不同數(shù)目的下游連接通道。如上所論述，輔助燃料通道和上游以及下游連接通道的尺寸和構(gòu)造可以選擇成減 少選定的頻率下在燃料流中的振蕩。因此，設(shè)計者可改變輔助燃料通道和連接通道的尺寸 和構(gòu)造，來幫助消除或減少特定頻率下的振蕩。改變或調(diào)整燃料噴嘴以減少或消除在選定的頻率下的振蕩的一種途徑是改變輔 助燃料通道的長度。圖2圖示了第一實施例，其中輔助燃料通道具有長度Li。圖4圖示了 燃料噴嘴的一個備選實施例，此處輔助燃料通道具有長度L2，其大于在圖2中所示的實施 例中的輔助燃料通道的長度Ll。設(shè)計者可選擇性地改變輔助燃料通道的長度來為特定的特 性調(diào)整燃料噴嘴。調(diào)整燃料噴嘴以使得其將具有某些特性的另一種途徑是改變輔助燃料通道的形 狀。圖5顯示了燃料噴嘴的一個備選實施例，此處下游連接通道226將輔助燃料通道224 的中間部分聯(lián)接回到主要燃料通道202。注意輔助燃料通道的進(jìn)一步的下游部分227是簡 單地封閉的。通過改變在下游連接通道226和輔助燃料通道224的下游端之間的長度X，可 以定制燃料噴嘴以便其包括某些特性。圖6中圖示了類似于圖5中所示燃料噴嘴的一個備選實施例。在此實施例中，上 游連接通道223將主要燃料通道202聯(lián)接至輔助燃料通道224的中間部分。輔助燃料通道 224的額外的上游長度Y向上游進(jìn)一步延伸并且封閉。這里再一次，輔助燃料通道224的形 狀和尺寸將被選擇以給予燃料噴嘴某些特性。
圖7圖示了調(diào)整燃料噴嘴以使得其包括選定的特性的另一種途徑。在圖7中圖示 的燃料噴嘴中，輔助燃料通道224的厚度T大于在圖5中所示的實施例的輔助燃料通道224 的厚度。如圖5和7中所示的實施例的所有其它特性是一樣的。通過選擇性地改變輔助燃 料通道的厚度，可改變在其下減少振蕩的頻率。在圖2-7中圖示的各個實施例中，主要燃料通道的內(nèi)部和外部壁完全地與輔助燃 料通道的內(nèi)部和外部壁分離。圖8圖示了一個實施例，其中單獨的壁既形成了主要燃料通 道的內(nèi)部壁又形成了輔助燃料通道的外部壁。如圖8中所示，主要燃料通道102的外部壁仍然由燃料噴嘴的外壁104形成。主 要燃料通道102的內(nèi)部壁106也形成了輔助燃料通道242的外部壁。在主要和輔助燃料通 道之間的壁106中的孔眼允許第二通道242被連接至主要燃料通道102。在一些實施例中，主要燃料通道102和輔助燃料通道242兩者都將在燃料噴嘴的 整個圓周周圍延伸。這將意味著主要燃料通道和輔助燃料通道沿著燃料噴嘴的長度形成同 心的環(huán)形通路。在備選實施例中，主要燃料通道和輔助燃料通道兩者都可形成為沿著燃料噴嘴的 內(nèi)側(cè)延伸的多個獨立通道。圖9圖示了此類型的一個實施例的橫截面視圖。如圖9中所示， 四個分離的主要燃料通道102在外壁104的內(nèi)圓周周圍隔開。各主要燃料通道102由沿著 燃料噴嘴的長度延伸的內(nèi)部壁106形成。另外，各主要燃料通道102連接至對應(yīng)的輔助燃 料通道242。輔助燃料通道242由附接至主要燃料通道102的內(nèi)部壁106的外側(cè)的多個內(nèi) 部壁240形成。穿過主要燃料通道102的內(nèi)部壁106的孔眼將主要燃料通道102連接到它 們相對應(yīng)的輔助燃料通道242上。在圖9中圖示的實施例中，有總共八個燃料噴射器110在燃料噴嘴的外圓周周圍 隔開。另外，各主要和對應(yīng)的輔助燃料通道供應(yīng)燃料到其中兩個燃料噴射器110。因此，有 總共四個主要燃料通道和四個對應(yīng)的輔助燃料通道。在備選實施例中，可以提供不同數(shù)目的燃料噴射器110、主要燃料通道102和輔助 燃料通道。例如，各燃料噴射器110可通過其自己的獨立的主要和輔助燃料通道供給燃料。 備選地，單個主要和輔助燃料通道可以供應(yīng)燃料至多于兩個燃料噴射器110。而且，如上所 指出，輔助燃料通道242的長度和構(gòu)造可選擇性地改變來為燃料噴嘴提供選定的特性。圖10中圖示了調(diào)整燃料噴嘴以便其具有選定特性的另一種方法。如在其中所示， 在此實施例中，有總共三個沿著輔助燃料通道的長度的連接通道。上游連接通道允許來自 主要通道的燃料進(jìn)入輔助燃料通道。中間連接通道定位成朝向輔助燃料通道的下游端，并 且最后的下游連接通道確保了在輔助燃料通道的下游端處的任何燃料被返回至主要燃料 通道。在又其它實施例中，可以提供位于主要和輔助燃料通道之間的另外的連接通道或 孔眼來調(diào)整燃料噴嘴，以便其具有某些特性。圖11圖示了燃料噴嘴的又另一備選實施例。如圖11中所示，輔助燃料通道242 的下游端封閉，并且中間連接通道250將輔助燃料通道242的中間部分聯(lián)接至主要燃料通 道102。這里再一次，輔助燃料通道的構(gòu)造已被改變以給予燃料噴嘴某些特性。在本發(fā)明的又其它實施例中，主要或輔助燃料通道，和/或連接通道可包括由柔 性材料形成的部分，例如彈性材料。該彈性材料還可用來在燃料流中使振蕩減幅。
雖然本發(fā)明已聯(lián)系當(dāng)前認(rèn)為最可行和優(yōu)選的實施例來描述，但將理解的是本發(fā)明 不局限于公開的實施例，而是相反，本發(fā)明意在覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi) 的各種修改和等價布置。
權(quán)利要求
一種用于渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴，包括外壁；形成在所述外壁上的多個徑向延伸的燃料噴射器，此處至少一個燃料輸送孔形成在各燃料噴射器上；形成在所述外壁內(nèi)部、且構(gòu)造為將燃料輸送至所述燃料噴射器的的大致環(huán)形形狀的主要燃料通道；和定位成比所述主要燃料通道更接近所述燃料噴嘴的中心縱向軸線的輔助燃料通道，其中所述輔助燃料通道接收來自所述主要燃料通道的第一部分的燃料，并將燃料輸送回所述主要燃料通道的第二部分中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述輔助燃料通道也為大致環(huán)形形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述主要燃料通道和所述輔助燃料 通道是同心的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料噴嘴，其特征在于，多個徑向延伸的連接通道連接所述 主要燃料通道和所述輔助燃料通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料噴嘴，其特征在于，一組進(jìn)口連接通道將所述主要燃料 通道的所述第一部分連接至所述輔助燃料通道的上游端，并且其中，一組出口連接通道將 所述主要燃料通道的所述第二部分連接至所述輔助燃料通道的下游端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料噴嘴，其特征在于，一組進(jìn)口連接通道將所述主要燃料 通道的所述第一部分連接至所述輔助燃料通道的上游端，并且其中，一組出口連接通道將 所述主要燃料通道的所述第二部分連接至沿著所述輔助燃料通道的長度的中間位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述輔助燃料通道的下游端封閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料噴嘴，其特征在于，一組進(jìn)口連接通道將所述主要燃料 通道的所述第一部分連接至沿著所述輔助燃料通道的長度的中間位置，并且其中，一組出 口連接通道將所述主要燃料通道的所述第二部分連接至所述輔助燃料通道的下游端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述輔助燃料通道的上游端封閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于渦輪機燃燒器的燃料噴嘴及其形成方法，具體而言，一種用于渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴(200)包括主要燃料通道(208)，其用于供應(yīng)燃料至排列在燃料噴嘴的外表周圍的多個徑向延伸的燃料噴射器(210)。輔助燃料通道(232)將主要燃料通道(208)的上游端聯(lián)接至該主要燃料通道的下游端。輔助燃料通道(232)起到諧振器管的作用，來幫助減少在流過主要燃料通道的燃料中的諧振。
文檔編號F23D14/48GK101988702SQ20101024897
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者N·蘇布拉馬尼安, P·B·賈因 申請人:通用電氣公司