[发明专利]用于涡轮发动机中的燃烧器组件及其组装方法

说明书

关于联邦资助研究和开发的声明

本发明是根据美国能源部授予的合同No. DE-FC26-05NT42643在政府的支持下完成的。政府对本发明具有某些权利。

技术领域

本文描述的主题大体涉及涡轮发动机，并且更具体而言，涉及用于涡轮发动机中的燃烧器组件。

背景技术

至少一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，以产生燃烧气体流，燃烧气体流通过热气路径被引导到涡轮。压缩空气从压缩机输送到燃烧器组件。已知的燃烧器组件包括限定燃烧区的燃烧器衬套，以及使得燃料和空气能够输送到燃烧区的多个燃料喷嘴组件。涡轮将燃烧气体流的热能转换成用来旋转涡轮轴的机械能。涡轮的输出可用来对例如发电机或泵的机器提供功率。

至少一些已知的燃料喷嘴组件包括管组件或微混合器，它们使得诸如稀释剂、气体和/或空气的物质能够与燃料混合，以产生供燃烧的燃料混合物。这种燃料混合物可包括与燃料混合的氢气(H₂)，以产生高氢燃料混合物，高氢燃料混合物被引导到燃烧区。在燃料混合物的燃烧期间，至少一些已知的燃烧器可经历拢焰或逆燃，其中燃烧火焰向上游朝燃料喷嘴组件行进。这样的拢焰/逆燃事件可导致排放性能降低、过热，以及/或者损害燃料喷嘴组件。

另外，在至少一些已知的燃烧器组件的运行期间，高氢燃料混合物的燃烧可在燃料喷嘴组件的外表面附近产生多个漩涡。这样的漩涡可提高燃烧组件内的温度，以及/或者引起尖锐音频，尖锐音频会在整个燃烧器组件和燃料喷嘴组件中引起振动。随着时间的推移，在提高的内部温度和/或这样的振动下继续运行可造成磨损，并且/或者可缩短燃烧器组件的使用寿命。

发明内容

在一方面，提供一种用于涡轮发动机的燃料喷嘴组件。该燃料喷嘴组件包括定位在由外壳限定的空气腔室内的多个燃料喷嘴。多个燃料喷嘴中的各个联接到限定燃烧室的燃烧衬套上。多个燃料喷嘴中的各个包括：壳体，其包括内表面，该内表面在其中限定冷却流体腔室和燃料腔室；以及延伸通过壳体的多个混合管。各个混合管包括内表面，该内表面限定在空气腔室和燃烧室之间延伸的流动通道。多个混合管中的至少一个混合管包括至少一个冷却流体孔口，以将冷却流体流从冷却流体腔室引导到流动通道。至少一个冷却管道联接成与冷却流体腔室处于流连通，以将冷却流体流引导到冷却流体腔室。

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：外壳，其包括空气腔室；燃烧器衬套，其定位在外壳内，并且在其中限定在燃烧室；以及包括多个燃料喷嘴的燃料喷嘴组件。多个燃料喷嘴中的各个联接到燃烧衬套上。多个燃料喷嘴中的各个包括：壳体，其包括内表面，该内表面在其中限定冷却流体腔室和燃料腔室。多个混合管联接成与空气腔室处于流连通，并且延伸通过壳体。各个混合管包括内表面，该内表面限定在空气腔室和燃烧室之间延伸的流动通道。多个混合管中的至少一个混合管包括至少一个冷却流体孔口，以将冷却流体流从冷却流体腔室引导到流动通道。冷却管道联接成与冷却流体腔室处于流连通，以将冷却流体流引导到冷却流体腔室。

在又一方面，提供一种组装用于涡轮发动机的燃料喷嘴组件的方法。该方法包括在前端壁和相对的后端壁之间联接侧壁，以形成壳体，壳体具有在其中限定腔体的内表面。将内壁联接到壳体内表面上，使得在内壁和前端壁之间限定燃料腔室，以及使得在内壁和后端壁之间限定冷却流体腔室。将多个混合管联接到壳体上，使得多个混合管中的各个混合管延伸通过壳体，多个混合管中的各个包括限定流动通道的内表面。通过至少一个混合管而限定至少一个冷却流体孔口，以将冷却流体腔室联接成与混合管流动通道处于流连通。将冷却管道联接到壳体上，使得将冷却管道联接成与冷却流体腔室处于流连通。

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中显示的涡轮发动机的示例性燃料喷嘴组件的截面图。

图3是图2中显示的、具有简化的管布置的燃料喷嘴组件的一部分的沿着线3-3得到的截面图。

图4是可用于图2中显示的燃料喷嘴组件的示例性燃料喷嘴的一部分的沿着区域4得到的放大横截面图。

图5是图2中显示的燃料喷嘴组件的备选实施例的截面图。

图6是图5中显示的燃料喷嘴组件的一部分的沿着线6-6得到的截面图。

图7是图5中显示的燃料喷嘴的备选实施例的一部分的沿着区域7得到的放大横截面图。

图8-10是可用于图5中显示的燃料喷嘴组件的燃料喷嘴的备选实施例的放大横截面图。