[发明专利]用于在涡轮发动机中使用的燃料喷嘴组件及其组装方法

说明书

关于联邦政府资助的研发的声明

根据由美国能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42643，本发明利用政府支持做出。政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本文所述的主题大体而言涉及涡轮发动机，且更特定而言，涉及用于涡轮发动机的燃料喷嘴组件。

背景技术

至少某些已知的燃气涡轮发动机在燃烧器组件中点燃燃料-空气混合物以生成燃烧气体流，燃烧气体流经由热气体路径引导至涡轮。压缩空气从压缩器递送到燃烧器组件。已知的燃烧器组件包括燃烧器衬套和多个燃料喷嘴组件，燃烧器衬套限定燃烧区域，燃料喷嘴组件便于燃料和空气递送到燃烧区域。涡轮将燃烧气体流的热能转变成机械能，机械能用于使涡轮轴旋转。涡轮的输出可用于向例如发电机或泵的机器提供功率。

至少某些已知的燃料喷嘴组件包括管组件或微型混合器，其便于混合物质，诸如稀释剂、气体和/或空气与燃料，以生成燃料混合物用于燃烧。这样的燃料混合物可包括氢气(H₂)，氢气(H₂)与燃料混合使得高氢燃料混合物引导至燃烧区域。在燃料混合物的燃烧期间，已知的燃烧器可经历火焰保持或逆燃，其中预期被约束于燃烧器衬套内的火焰向上游朝向燃料喷嘴组件行进。这样的火焰保持/逆燃事件可导致排放性能降级和/或过热且损坏燃料喷嘴组件，这归因于非常大的热负载。

此外，在某些已知的燃烧器组件操作期间，高氢燃料混合物的燃烧可邻近燃料喷嘴组件的外表面形成多个涡流，其增加了燃烧组件内的温度且引起啸声(screech tone)频率，啸声频率在整个燃烧器组件和燃料喷嘴组件上造成振动。增加的内部温度和振动可造成磨损和/或可缩短燃烧器组件的使用寿命。

发明内容

在一方面，提供一种用于涡轮机发动机的燃料喷嘴。燃料喷嘴包括外壳，其联接到燃烧器衬套，燃烧器衬套限定燃烧室。外壳包括端壁，端壁至少部分地限定燃烧室。多个混合管延伸穿过外壳用于将燃料引导至燃烧室，多个混合管中的每个混合管包括在入口部与出口部之间延伸的内表面。出口部邻近外壳端壁定向。多个混合管中的至少一个包括从出口部向外延伸的多个突出部。相邻突出部间隔开一周向距离使得凹槽限定于每对周向间隔开的突出部之间以便于促进在燃烧室中的燃料混合。

在另一方面，提供一种用于涡轮发动机的燃烧器组件。该燃烧器组件包括壳体，其包括空气压室；燃烧衬套，其位于壳体内且在其中限定燃烧室；以及多个燃料喷嘴，其联接到燃烧器衬套。多个燃料喷嘴中的每个燃料喷嘴包括：外壳，其联接到燃烧器衬套。外壳包括端壁，端壁至少部分地限定燃烧室。多个混合管延伸穿过外壳用于将燃料引导至燃烧室，多个混合管中的每个混合管包括在入口部与出口部之间延伸的内表面。出口部邻近外壳端壁定向。多个混合管中的至少一个包括从出口部向外延伸的多个突出部。相邻突出部间隔开一周向距离使得凹槽限定于每对周向间隔开的突出部之间以便于促进在燃烧室中的燃料混合。

在又一方面，提供一种组装用于涡轮发动机的燃料喷嘴的方法。该方法包括：将外壳联接到燃烧器衬套，燃烧器衬套限定燃烧室。外壳包括端壁，端壁至少部分地限定燃烧室。多个混合管联接到外壳用于将燃料引导至燃烧室。多个混合管中的每个混合管包括在入口部与出口部之间延伸的内表面，其中出口部邻近外壳端壁定位。至少一个凹槽穿过至少一个混合管的出口部形成使得多个周向间隔开的突出部从出口部向外延伸以便于促进在燃烧室中的燃料混合。

附图说明

图1是示例性涡轮发动机的示意图。

图2是可用于图1所示的涡轮发动机的示例性燃料喷嘴组件的截面图；

图3是在图2中示出且沿着线3-3所截取的燃料喷嘴组件的一部分的截面图。

图4是可用于图2所示的燃料喷嘴组件且沿着区域4截取的示例性燃料喷嘴的一部分的放大截面图。

图5为图4所示的燃料喷嘴的备选实施例的放大截面图。

图6是在图4中示出且沿着区域6所截取的燃料喷嘴的一部分的放大截面图。

图7为图4所示的燃料喷嘴的一部分的透视图。

图8是在图6中示出且沿着线8-8所截取的燃料喷嘴的一部分的截面图。

图9至图12为图6所示的燃料喷嘴的备选实施例的放大截面图。

部件列表

10   涡轮发动机

12   进气部段

14   压缩器部段

16   燃烧器部段

18   涡轮部段

20   排气部段

22   转子组件

24   轴