[发明专利]预混合燃料喷嘴

说明书

大体提供一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器组件。第一燃料喷射器包括围绕第一壁式燃料喷射回路的第一中心体。第一燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过第一中心体，与第一壁式燃料喷射回路流体连通。第一中心体限定围绕第一壁式燃料喷射回路的冷却回路。第一中心体在第一中心体的下游端处限定多个冷却开口。多个冷却开口与冷却回路流体连通。第一中心体在第一中心体的下游端限定轴向延伸的冷却出口。

技术领域

本主题大体涉及燃气涡轮发动机燃料喷射器和燃烧器组件。

背景技术

燃气涡轮发动机通常面临减少排放的挑战，例如由于在燃烧过程中在升高的温度下存在氮和氧而形成的氮氧化物(NO_x)的排放。在高温燃烧中，例如在超过大约1530℃，产生大量的NO_x，这对燃气涡轮发动机的设计和操作提出了挑战。超过大约1530℃，随着燃烧温度的进一步升高，NO_x的形成速率迅速增加。

燃料喷射和燃烧系统中的减少NO_x的已知结构和方法通常受到其他设计标准的限制，包括在发动机的整个工作范围内维持燃烧稳定性(例如，减轻贫油熄火)，减轻不良的燃烧动态(例如，因燃烧过程中的放热而产生的压力振荡)，所产生的模式因子(例如，燃烧温度的周向变化)以及其他排放物，例如烟，未燃烧的碳氢化合物，一氧化碳和二氧化碳。

此外，燃料喷射器和燃烧器组件通常受到挑战以减轻由于通常由效率更高的燃气涡轮发动机导致的高温和高温梯度引起的燃料喷射器和燃烧器结构的磨损和劣化。

因此，需要一种燃料喷射器和燃烧器组件，其提供改善的NO_x排放，同时保持燃烧稳定性，减轻燃烧动态，保持理想的模式因子和排放，并减轻由于高温燃烧而引起的燃料喷射器结构的磨损和劣化。

压力振荡通常在燃气涡轮发动机的燃烧区段中发生，由燃烧室内的燃料和空气混合物的点燃引起。尽管标称压力振荡是燃烧的副产品，但压力振荡的幅度的增加可能因通常在贫油条件下操作燃烧区段而导致，例如以减少燃烧排放。增大的压力振荡可能损坏燃气涡轮发动机中的燃烧区段和/或加速燃烧区段的结构退化，从而导致发动机故障或增加发动机维护成本。随着燃气涡轮发动机日益面临减少排放的挑战，需要用于衰减燃烧气体压力振荡的结构以减少燃气涡轮发动机的排放，同时保持或改善燃烧区段的结构寿命，并提供所需的燃料-空气混合。

发明内容

本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中变得显而易见，或者可以通过实施本发明而获知。

本公开的一方面涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器组件。第一燃料喷射器包括围绕第一壁式燃料喷射回路的第一中心体。第一燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过第一中心体，与第一壁式燃料喷射回路流体连通。第一中心体限定围绕第一壁式燃料喷射回路的冷却回路。第一中心体在第一中心体的下游端处限定多个冷却开口。多个冷却开口与冷却回路流体连通。第一中心体在第一中心体的下游端限定轴向延伸的冷却出口。

在一个实施例中，冷却出口与燃气涡轮发动机的燃烧室直接流体连通。冷却出口被限定在轴向上邻近燃烧室。

在另一个实施例中，多个冷却开口至少部分地在冷却出口的上游被限定通过第一中心体。

在又一个实施例中，多个冷却开口基本轴向地被限定通过第一中心体。

在又一个实施例中，第一中心体包括圆锥形或截头圆锥形结构。

在又一个实施例中，第一中心体包括球状结构。

在一个实施例中，第一中心体在冷却回路和轴向延伸的冷却出口之间限定喉部区域。冷却出口限定从喉部区域到第一中心体的下游端的增大的横截面面积。