[发明专利]中心体喷射器微型混合器燃料喷嘴组件

说明书

本发明涉及燃料喷射器，包括限定流体腔室的端壁、中心体、从端壁朝向燃料喷射器的下游端包围中心体的外部套管。中心体包括轴向延伸的外壁和内壁。外壁和内壁从端壁朝燃料喷射器下游端延伸。外壁、内壁和端壁限定沿朝燃料喷射器下游端的第一方向以及沿朝燃料喷射器上游端的第二方向延伸的流体导管。流体导管与流体腔室流体连通。外壁限定与流体导管流体连通的至少一个径向定向的流体喷射端口。外部套管和中心体限定径向位于其间的预混合通道且在预混合通道下游端处限定出口。外部套管限定周向布置在外部套管的第一轴向部分处的多个径向定向的第一空气入口端口。外部套管限定周向布置在外部套管的第二轴向部分处的多个径向定向的第二空气入口端口。

技术领域

本发明主题大体上涉及燃气涡轮发动机燃烧组件。更具体地说，本发明主题涉及一种用于燃气涡轮发动机燃烧器的预混合燃料喷嘴组件。

背景技术

飞机和工业燃气涡轮发动机包括一种燃烧器，燃料在燃烧器中燃烧以输入能量实现发动机循环。典型的燃烧器结合一个或多个燃料喷嘴，所述一个或多个燃料喷嘴的功能是将液态或气态燃料引入空气流动流中，从而使得所述空气流动流能够雾化并燃烧。一般的燃气涡轮发动机燃烧设计标准包括优化燃料与空气的混合物和燃烧以产生高能燃烧，同时最小化例如一氧化碳、二氧化碳、一氧化二氮和未燃尽的碳氢化合物等的排放，以及最小化部分地由于燃烧期间的压力振荡导致的燃烧音调(combustion tones)。

然而，一般的燃气涡轮发动机燃烧设计标准通常造成必须要解决的冲突和不利结果。举例来说，产生高能量燃烧的已知解决方案是结合轴向定向的叶片或涡旋器并串行结合燃料喷射器以促进燃料-空气混合和雾化。然而，这种串行结合可能会产生巨大燃烧涡旋或更长的火焰，其可能会增加主要燃烧区滞留时间或形成更长的火焰。此类燃烧涡旋可诱发燃烧不稳定性，例如声压动力学或振荡(即，燃烧音调)提高、贫油熄火(lean blow-out，LBO)风险提高或噪音提高或者诱发周向局部热斑(即，可能会损坏下游涡轮区段的周向不对称温度分布)、或者对燃烧区段或整个燃气涡轮发动机诱发结构损坏。

另外，更大的燃烧涡旋或更长的火焰可能会增加燃烧器区段的长度。增加燃烧器的长度大体上会增加燃气涡轮发动机的长度或除去用于燃气涡轮发动机的其它部件的设计空间。燃气涡轮发动机长度的此类增加大体上例如通过以下方式不利于一般的燃气涡轮发动机设计标准：增加飞机燃气涡轮发动机的重量和组装并且由此降低燃气涡轮发动机燃料效率和性能。

因此，需要一种燃料喷嘴组件，其可产生高能燃烧，同时最小化排放、燃烧不稳定性、结构磨损和性能下降，并且同时维持或减少燃烧器大小。

发明内容

本发明的各方面及优势将部分在以下描述中阐述，或可从所述描述中显而易见，或可通过本发明的实施得知。

本发明涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器，包括：限定流体腔室的端壁、中心体、以及从燃料喷射器的端壁朝向下游端包围中心体的外部套管。中心体包括轴向延伸的外壁和内壁。外壁和内壁从燃料喷射器的端壁朝向下游端延伸。外壁、内壁和端壁一起限定沿朝向燃料喷射器的下游端的第一方向以及沿朝向燃料喷射器的上游端的第二方向延伸的流体导管。流体导管与流体腔室处于流体连通。外壁限定与流体导管处于流体连通的至少一个径向定向的流体喷射端口。外部套管和中心体限定径向位于其间的预混合通道并且在预混合通道的下游端处限定出口。外部套管限定周向布置在外部套管的第一轴向部分处的多个径向定向的第一空气入口端口。外部套管限定周向布置在外部套管的第二轴向部分处的多个径向定向的第二空气入口端口。

本发明的另一方面涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴，包括：限定流体腔室的端壁、轴向并径向相邻布置的多个燃料喷射器、以及后向壁。每个燃料喷射器的外部套管的下游端连接到后向壁。