CN109804200B - 旋流器、燃烧装置组件以及具有改善燃料/空气混合的燃气涡轮 - Google Patents

Abstract

提出了一种旋流器，用于产生旋流燃料/空气混合物。该旋流器具有静叶，围绕旋流器的中心轴线径向地延伸并且被定位在环形基座上。旋流器具有混合通道，用于混合燃料和空气。至少一条混合通道由两个相邻静叶的相对壁限定。相对壁中的至少一个壁包括：主侧注入开口，用于将燃料流束喷射到混合通道中；以及副侧注入开口，与主侧注入开口对应并且用于将燃料射流喷射到混合通道中。副侧注入开口位于壁上，使得在混合通道内，来自副侧注入开口的射流在来自主侧注入开口的流束中产生湍流。湍流增加了燃料和空气的混合。

Description

旋流器、燃烧装置组件以及具有改善燃料/空气混合的燃气 涡轮

技术领域

本技术总体上涉及一种旋流器，特别是燃气涡轮的旋流器，以及用于进一步减少诸如氮氧化物(NOx)之类的空气污染物的改进。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，燃烧或烧掉燃烧装置的燃料以产生热加压排气，这些排气然后被供给到涡轮级，在该涡轮级中，排气在膨胀和冷却的同时将动量传递到涡轮动叶，从而在涡轮转子上施加旋转运动。然后，涡轮转子的机械动力可以用于驱动发电机产生电力或者用于驱动机器。在目前的燃气涡轮发动机的燃烧装置(例如，干式低排放(DLE)燃烧装置)中的燃烧是通过使用在燃烧装置的不同位置处和在不同运行阶段供给的引燃燃料和主燃料来启动和维持的。然而，燃烧燃料会在排气中产生若干种不期望的污染物，这些污染物对环境有害。因此，通常期望保持污染物(例如，氮氧化物(NOx)、一氧化碳等)尽可能少。

存在两种主要措施可以实现降低燃烧火焰的温度。第一种措施是使用燃料在空气中精细分布的贫燃化学计量法(lean stoichiometry)，生成具有低燃料比率的燃料/空气混合物。相对小比率的燃料带来具有低温度的燃烧火焰。第二种措施是在燃烧发生之前提供燃料和空气的彻底混合。混合越好，燃料在燃烧区中的分布越均匀，并且燃料浓度显著高于平均值的区域越少。这有助于防止燃烧区中的热点，这些热点可能由燃料/空气混合比的局部最大值而引起。在高局部燃料/空气浓度的情况下，以燃料富集的容器(pockets)的形式，在该局部区域中温度上升，因此，排放物(例如，排气中的NOx)的量增加。

因此，现代燃气涡轮发动机可以使用在该燃料/空气混合物燃烧之前以贫燃化学计量法预混合空气和燃料的概念。预混合可以通过将燃料(例如，主气体燃料)注入到燃烧装置的旋流区中的空气流束中来进行，该旋流区位于燃烧区的上游。在燃料/空气混合物进入燃烧区之前，旋流导致燃料和空气的混合。即使由于空气和燃料的预混合而通常预期良好的混合，然而在燃气涡轮的运行中(特别是在特定负载下)，也可能发生燃料和空气的混合并非为期望的最佳情况。被喷射到进入空气流束中并且旨在产生旋流燃料/空气混合物的燃料可能沿着空气流束或多或少地以流线型方式流动，因此不能实现适当的混合。

EP 2161502(A1)公开了一种燃烧器，具有预混合空气管道，该预混合空气管道沿着燃烧器轴线延伸，其中燃烧空气被通过该管道供应。旋流设备(例如，旋流静叶)被布置在管道中。该设备经由包括入口开口的入口级将高卡燃料(例如，天然气)注入到管道中。旋流设备包括另一入口级，该入口级包括入口开口(即，钻孔)，该入口开口用于注入低卡燃料(例如，合成气)。分配器开口(即，分配器钻孔)形成有梯形表面区域，其中该表面区域包括两侧的圆角。

DE 102009038845涉及一种旋流叶片，包括第一气体喷嘴组和其他附加的第二气体喷嘴组。所述喷嘴由第一分配管供给，喷嘴由第二分配管供给，分配管被集成在旋流叶片中，该旋流叶片被实施为在第一分配管和第二分配管之间分开的两个半叶片。该发明还涉及一种燃烧器和燃气涡轮。

WO 2007131818(A1)公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器的旋流器，该旋流器包括：被布置在圆中的多个静叶；流动槽，被限定在圆中的相邻静叶之间，每个流动槽具有入口端和出口端，在使用旋流器中，沿着每个流动槽从其入口端到其出口端行进的空气和燃料流使得旋流器提供旋流空气和燃料混合物，至少一个静叶被配置为生成流动蜗旋，该流动蜗旋从邻近流动槽的出口端的静叶的边缘延伸到旋流混合物内，从而改善旋流混合物中空气和燃料的混合。

发明内容

相对于前述现有技术，本发明的目的是提供一种旋流器，特别是一种用于燃气涡轮的燃烧室的旋流器，一种配备有该旋流器的燃烧装置组件，以及具有至少一个该燃烧装置组件的燃气涡轮，该燃烧装置组件又包括这样的旋流器中的一个或多个旋流器，使得通过提供均匀的燃料/空气混合物(尤其是在燃气涡轮的所有可能负载下)来改善旋流区域中的燃料和空气的混合。

上述目的通过根据本文所描述的用于产生燃料/空气混合物的旋流器，根据本文所描述的配备有该旋流器的燃烧装置组件，以及根据本文所描述的具有至少一个该燃烧装置组件的燃气涡轮发动机来实现。在从属权利要求中提供了本技术的有利实施例。

在本技术的第一方面，提出了一种用于产生旋流燃料/空气混合物的旋流器。旋流器具有中心轴线并且包括：静叶的环形阵列，静叶的环形阵列被定位于基板上并且围绕中心轴线延伸；环形盖板，位于静叶的环形阵列的顶上。多条混合通道由静叶的环形阵列、基板和环形盖板形成，用于混合燃料和空气。多条混合通道中的至少一条混合通道由多个静叶中的两个相邻静叶的相对壁限定。相对壁中的至少一个壁包括至少一个主侧注入开口(在下文中也称为主开口)，适于将燃料流束喷射到混合通道中。具有主侧注入开口的壁还包括至少一个副侧注入开口(在下文中也称为副开口)，副侧注入开口与主侧注入开口对应。副侧注入开口适于将燃料射流喷射到混合通道中。副侧注入开口被定位于静叶的壁上，使得在混合通道内，从副侧注入开口喷射的射流在从主侧注入开口喷射的流束中产生湍流。湍流增加了空气和燃料(特别是主气体燃料)的混合，进而使得诸如氮氧化物(NOx)之类的空气污染物减少。

多条混合通道被布置为相对于中心轴线沿径向向内的方向引导空气(然后引导空气和燃料混合物)。多条混合通道还被布置为相对于中心轴线在切向向内的方向上引导空气(然后引导空气和燃料混合物)。因此，使空气和燃料混合物围绕中心轴线旋流并且远离基板。多条混合通道还被布置为：在空气经过混合通道的同时，平行于基板的表面引导空气(然后引导空气和燃料混合物)。

燃料与流入旋流器并且通过旋流器到达燃烧室的空气的混合得到改善。由于本技术，在燃料进入燃烧室之前以及随着燃料进入燃烧室，燃料和空气混合，由于混合主要在混合通道中进行，燃料和空气混合得到改善。因此减少了燃烧室的主火焰区域中的燃料富集的容器，进而减少了排放物。此外，降低了在罐/火焰管表面或者燃烧器风室上形成任何热点的可能性，因此延长了燃烧装置中或燃烧装置周围的部件(例如，罐/火焰管表面)的寿命。

在旋流器的实施例中，副侧注入开口位于壁上的、从主侧注入开口径向向内的位置。这提供了用于实施本技术的主燃料注入开口和副燃料注入开口的布置或定位方案。

在旋流器的另一实施例中，副侧注入开口与主侧注入开口的距离介于沿着壁从静叶的径向内部细端到静叶的径向外部宽端测量的壁的长度的10％到20％之间。因此，副燃料注入开口相对于壁长度位于主燃料注入开口附近，该壁长度等于或基本上等于混合通道的长度，因此从副开口喷射的射流容易与从主开口喷射的流束相互作用，以产生或增加燃料中的湍流。

在旋流器的另一实施例中，主侧注入开口与环形基座的竖直距离等于副侧注入开口与环形基座的竖直距离。因此，从环形基座，主开口和副开口处于相同的水平(即，相同的高度)，即，主开口和副开口沿着垂直于中心轴线的连接主开口和副开口的直线。因此，从主开口喷射并且或多或少地以流线型方式径向向内流动的燃料流束经过或流过壁，因此来自副开口的射流通过从副开口相对于壁垂直喷射燃料形成的射流很容易被引导到燃料流束中。

在旋流器的另一实施例中，主侧注入开口的尺寸大于副侧注入开口的尺寸。由于副开口小于主开口，例如，副开口的直径比主开口小，在相同的燃料供应压力下，实现了更大的射流速度。因此，射流具有更大的动量并且在来自主开口的燃料流束中产生更大的扰动，因此产生更好的湍流。

在旋流器的另一实施例中，壁至少包括第一主侧注入开口和第二主侧注入开口。壁还至少包括第一副侧注入开口和第二副侧注入开口，第一副侧注入开口与第一主侧注入开口对应，第二副侧注入开口与第二主侧注入开口对应。因此，在混合通道中，引入多于一个的流束并且注入多于一个的对应射流，以产生增加的湍流。

在旋流器的另一实施例中，在壁上，第一主侧注入开口和第二主侧注入开口被定位为轴向地间隔开。第一主侧注入开口与旋流器的静叶的径向内部细端的水平距离等于第二主侧注入开口与旋流器的静叶的径向内部细端的水平距离。在旋流器的另一实施例中，在壁上，第一副侧注入开口和第二副侧注入开口被定位为轴向地间隔开。第一副侧注入开口与旋流器的静叶的径向内部细端的水平距离等于第二副侧注入开口与旋流器的静叶的径向内部细端的水平距离。因此，两个主开口和两个对应副开口被定位成使得来自第二开口的射流可以引起或增加来自主开口的对应流束中的湍流。

在旋流器的另一实施例中，第一主侧注入开口与环形基座的竖直距离等于与第一主侧注入开口对应的第一副侧注入开口与环形基座的竖直距离。在该实施例中，第二主侧注入开口与环形基座的竖直距离等于与第二主侧注入开口对应的第二副侧注入开口与环形基座的竖直距离。因此，两个主开口和两个对应副开口水平对齐。从主开口喷射的并且径向或水平向内流动的燃料流束流过对应副开口，因此从副开口喷射的射流仅通过相对于壁垂直喷射燃料形成的射流便很容易地被引导到对应的燃料流束中。

在旋流器的另一实施例中，具有主侧注入开口中的一个或多个主侧注入开口和对应副侧注入孔中的一个或多个副侧注入孔的静叶包括燃料供应通道，燃料供应通道适于向主侧注入开口中的一个或多个主侧注入开口以及对应副侧注入开口中的一个或多个副侧注入开口供应燃料。因此，可以通过使用相同的燃料供应通道向主开口和副开口供应燃料，这使得静叶构造简单。

在旋流器的另一实施例中，具有主侧注入开口中的一个或多个主侧注入开口和对应副侧注入孔中的一个或多个副侧注入孔的静叶包括第一燃料供应通道和第二燃料供应通道。第一燃料供应通道适于向主侧注入开口中的一个或多个主侧注入开口供应燃料。第二燃料供应通道适于向对应副侧注入开口中的一个或多个副侧注入开口供应燃料。在静叶内，第二燃料供应通道与第一燃料供应通道流体分开。因此，通过使用不同的燃料供应通道，向主开口和副开口供应燃料。由于燃料供应通道在静叶内没有进行流体连接，所以可以在不同压力下向主开口和副开口供应燃料。这也使得能够选择性地使用主开口和副开口，即，可以仅使用第一燃料供应通道向一个或多个主开口供应燃料，或者可以向主开口和副开口均供应燃料，从而当需要时，使得能够选择性地产生湍流。

在本技术的第二方面，提出了一种用于燃气涡轮发动机的燃烧装置组件。燃烧装置组件包括燃烧室和旋流器。燃烧室具有纵向轴线。旋流器如根据本技术的第一方面所述。旋流器被布置为使得旋流器的中心轴线与燃烧室的纵向轴线对齐。本技术的燃烧装置组件具有与本技术的上述方面相同的优点。

在本技术的第三方面，提出了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括至少一个燃烧装置组件。燃烧装置组件如根据本技术的第二方面所述。本技术的燃气涡轮发动机具有与本技术的上述第二方面相同的优点。

附图说明

通过参考以下结合附图对本技术的实施例所进行的描述，本技术的上述属性和其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加显而易见，并且会更好地理解本技术本身，其中：

图1以剖视图示出了燃气涡轮发动机的示例性实施例的一部分，并且其中结合了本技术的旋流器和燃烧装置组件的示例性实施例；

图2示意性地图示了燃烧装置组件的示例性实施例的分解图，该燃烧装置组件包括本技术的旋流器的示例性实施例；

图3示意性地图示了图2的燃烧装置组件的旋流器的透视图；

图4示意性地图示了图3的旋流器的静叶的透视图；

图5示意性地图示了旋流器的示例性实施例的相邻静叶的俯视图，示意性地描绘了本技术的旋流器的工作；

图6示意性地图示了旋流器的静叶的壁上的主侧注入开口和副侧注入开口的布置方案；

图7示意性地图示了旋流器的静叶的壁上的多个主侧注入开口和多个副侧注入开口的另一布置方案；

图8示意性地图示了旋流器的静叶中的燃料供应通道的方案；以及

图9示意性地图示了根据本技术的各方面的旋流器的静叶中的燃料供应通道的另一方案。

具体实施方式

在下文中，本技术的上述特征以及其他特征将被详细描述。各种实施例参照附图而被描述，在附图中，使用相同的附图标记表示相同的元件。在以下描述中，为了说明的目的，给出了大量具体细节以便提供对一个或多个实施例的全面理解。应当注意的是，示出的实施例旨在说明而非限定本发明。显而易见的是，这些实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实施。

图1以截面图示出燃气涡轮发动机10的示例。燃气涡轮发动机10按流动顺序包括入口12、压气机或压气机部14、燃烧装置部16及涡轮部18，这些构件总体上按流动顺序并且总体上围绕旋转轴线20并沿旋转轴线20的方向而被布置。燃气涡轮发动机10进一步包括轴22，轴22可以围绕旋转轴线20旋转并且纵向延伸穿过燃气涡轮发动机10。轴22驱动地将涡轮部18连接至压气机部14。

在燃气涡轮发动机10的运行中，通过进气口12吸入的空气24由压气机部14压缩并且被输送至燃烧部或燃烧器部16。燃烧器部16包括：燃烧器增压室26，沿纵向轴线35延伸的一个或多个燃烧室28，以及被固定至每个燃烧室28的至少一个燃烧器30。燃烧部16可以包括多于一个的燃烧器30以及旋流器1(图1中未示出，图2和图3中示出)。纵向轴线35穿过旋流器的中心。燃烧室28和燃烧器30位于燃烧器增压部26内部。穿过压气机14的压缩空气进入散流器32并从散流器32排出到燃烧器增压部26中，部分空气从燃烧器增压部26进入燃烧器30并与气态燃料或液体燃料混合。之后，空气/燃料混合物燃烧，并且来自燃烧的燃烧气体34或工作气体经由过渡管17穿过燃烧室28而被引导至涡轮部18。

该示例性燃气涡轮发动机10具有管状燃烧装置部装置16，其由燃烧装置罐19的环状阵列构成，每个燃烧装置罐19具有燃烧器30和燃烧室28，过渡管17具有与燃烧室28交界的大体圆形入口以及环形段形式的出口。过渡管出口的环形阵列形成用于将燃烧气体引导至涡轮18的环。

涡轮部18包括被附接至轴22的多个动叶承载盘36。在该示例中，两个盘36分别承载涡轮动叶38的环形阵列。然而，动叶承载盘的数目可以不同，即，仅有一个盘或多于两个盘。此外，被固定至燃气涡轮发动机10的定子42的导流静叶40被设置在涡轮动叶38的环形阵列的级之间。导流静叶44被设置在燃烧室28的出口与前涡轮动叶38的入口之间，并且导流静叶44将工作气体流转向至涡轮动叶38上。

来自燃烧室28的燃烧气体34进入涡轮部18并驱动涡轮动叶38，涡轮动叶38转而使轴22旋转。导流静叶40、44用于优化燃烧或工作气体34在涡轮动叶38上的角度。

涡轮部18驱动压气机部14。压气机部14包括轴向串联的静叶级46和转子动叶级48。转子动叶级48包括转子盘，转子盘支撑动叶的环形阵列。压气机部14还包括壳体50，壳体50包围转子级并支撑静叶级48。导流静叶级包括径向延伸静叶的环形阵列，径向延伸静叶被安装至壳体50。静叶被设置为在给定发动机操作点以最优角度向动叶提供气流。一些导流静叶级具有可变静叶，在可变静叶中，静叶围绕其自身纵向轴线的角度可以根据在不同发动机操作条件下可能发生的气流特征来调整。

壳体50限定压气机14的通路56的径向外表面52。通路56的径向内表面54至少部分由转子的转子鼓53限定，转子鼓53部分由转子动叶级48的环形阵列限定。

本技术结合上述具有单个轴或线轴的示例性涡轮发动机而被描述，该轴或线轴连接单个多级压气机及单个一级或多级涡轮。然而，应当理解的是，本技术同样适用于两轴发动机或三轴发动机，并且可以被用于工业、航空或海洋应用。此外，管状燃烧装置部装置16也被用于示例性目的，并且应当理解的是，本技术同样适用于环式燃烧室和罐式燃烧室。在下文中使用的术语“轴向”、“径向”和“周向”是相对于旋流器1(图2中所示)的中心轴线9(图2中所示)而言。本技术的旋流器1和/或本技术的燃烧装置组件100被结合在图1的燃气涡轮发动机10中。

图2示意性地示出了包括本技术的旋流器1的示例性实施例的燃烧装置组件100的示例性实施例的分解图。应当注意的是，旋流器1和/或燃烧装置组件100通常可以包括更多部分，并且在图2中，仅描绘了那些对于理解本技术来说很重要的部分或部件。

燃烧装置组件100(在下文中称为组件100)包括燃烧器(未示出)，旋流器1(例如，径向旋流器1)具有旋流器静叶7，旋流器静叶7通常为楔形或扇形，被定位在围绕旋流器1的中心轴线9的环形基座上76，用于产生燃料和空气的旋流混合物(在下文中也称为燃料/空气混合物)。环形基座76是环形或圆形基板71的一侧。应当理解的是，在基板71是环形或圆环形的情况下，引燃器被插入圆环中。引燃器与圆环密封，因此除了引燃空气之外，其他空气不会进入旋流器区域。此外，组件100包括环形盖板92和燃烧室28。旋流器1的旋流器静叶7被附接于环形盖板92。燃烧室28由燃烧壳体98限定。可选地，组件100包括位于旋流器1和燃烧壳体98之间的、称为预腔室96的过渡件。燃烧室28的直径大于预腔室96的直径。燃烧室28可以经由包括圆顶板(未示出)的圆顶部分(未示出)而被连接到预腔室96。一般而言，过渡件17或预腔室96可以被实现为燃烧壳体或火焰管的、朝向引燃器的一个延续的部分，或者被实现为引燃器和燃烧壳体或火焰管之间的单独部分。旋流器1和燃烧室28基本上围绕纵向轴线35旋转对称。一般而言，纵向轴线35是燃烧装置组件100及其部件(包括旋流器1)的对称轴线。旋流器1的中心轴线9与燃烧装置组件100中的纵向轴线35对齐，即，纵向轴线35穿过旋流器1的中心轴线9。

如图3结合图2所示，在旋流器1中，多个(例如，十二个)旋流器静叶7被布置为围绕环形基板71(特别地，在环形基座76上)周向地间隔开，以便在相邻旋流器静叶7之间形成混合通道或槽75。环形基板71在每个槽75的径向外部端包括基座注入孔77，借助于该基座注入孔77，主燃料被供应至旋流器1。附加地，每个旋流器静叶7在其一侧73或壁73的径向外部端包括一个或多个侧注入孔，借助于该侧注入孔，主燃料也被供应至旋流器1。已经在图2所描绘的旋流器1的实施例中示出了每个壁73一个侧注入孔(在下文中也称为主侧注入开口60或孔60)，而在图3所示的旋流器1的实施例中描绘了每个壁73两个侧注入孔，两者都是主侧注入开口60，然而在下文中也称为第一主侧注入开口61或孔61和第二主侧注入开口62或孔62。具有多于两个的主侧注入开口60的旋流器1的另一实施例是可能的，并且完全在本技术的范围之内。

此外，旋流器1的静叶7的壁73包括一个或多个附加侧注入孔，借助于该附加侧注入孔，主燃料也被供应至旋流器1。已经在图2所描绘的旋流器1的实施例中示出了每个壁73一个这样的侧注入孔(在下文中也称为副侧注入开口80或孔80)，而在图3所示的旋流器1的实施例中描绘了每个壁73两个侧注入孔，两者都是副侧注入开口80，然而在下文中也称为第一侧注入开口81或孔81和第二副侧注入开口82或孔82。具有多于两个的副侧注入开口80的旋流器1的另一实施例是可能的，并且完全在本技术的范围之内。在旋流器1的示例性实施例中，若干个孔80与若干个孔60对应，即，如果存在两个孔60(例如，图3的孔61和孔62)，则旋流器1的静叶7的壁73还包括两个孔80(例如，孔81和孔82)。

如图2所示，多个固定孔78延伸通过旋流器静叶7和基板71，旋流器静叶7通过该基板71而被固定在基板71上。备选地，旋流器静叶7可以与基板71一体形成，即，作为一个延伸的部分。通常地，基板71被固定到围绕燃烧器30(图1)环形定位的适配器板(未示出)上，然而旋流器1与旋流器静叶7可以通过将旋流器1支撑在其他部件(未示出)上来被定位于组件100中。如图3所示，每个旋流器静叶7具有细端74，该细端74具有径向内部位置；以及相对定位的宽端72。

如图2所示，预腔室96是柱形形式，并且可以与环形盖板92一体形成，或者可以通过中间部件(未示出)而被附接到环形盖板92。因此，旋流器静叶7使用螺母和螺栓(未示出)、通过与旋流器静叶7的固定孔78对齐的、包括在环形盖板92中的多个固定孔94而被附接在环形盖板92的一个面上；并且预腔室96与环形盖板92的另一面一体形成，或者通过中间件(未示出)而被附接在环形盖板92的另一面上。应当注意的是，本公开的图2中所示的旋流器1的组件、旋流器静叶7、环形盖板92和预腔室96仅用于示例性目的，并且可以存在其他件或部件，诸如将一个部件连接到另一部件的其他环形板(未示出)，例如，旋流器静叶7可以与顶板(未示出)连接或一体形成，该顶板然后可以被连接到环形盖板92。

如图3所示，空气被供应到旋流器70的槽75的径向外部入口端2，并且沿着槽75大致径向向内地行进，槽75被界定在位于两侧的相邻旋流器静叶7、位于底部的环形基座76和顶部区域之间，顶部区域可以由环形盖板92面向旋流器静叶7的面形成。主燃料被供应至基座注入孔77，主侧注入开口60、61、62，以及副侧注入开口80、81、82，所有这些孔和开口均在槽75中敞开，以便主燃料进入槽75并且与沿着槽75径向向内行进的空气混合。由孔77，孔60、61、62和孔80、81、82喷射的空气和燃料通过槽75的径向内部出口端3离开槽75。因此，旋流器1在紧邻槽75的出口端3的、径向向内的环形区域中以及在槽75内产生燃料/空气的旋流混合物。该旋流混合物沿着组件100的轴向，穿过环形盖板92和预腔室96，行进到燃烧室28。

在下文中，参考图4、图5、图6和图7并且结合图3，对于主侧注入开口60、61、62中的一个或多个开口以及与其对应的副侧注入开口80、81、82中的一个或多个开口在静叶7的壁73上的定位以及功能进行进一步的详细说明。

图4示意性地描绘了旋流器1的一个静叶7。为了便于理解，图4中描绘的静叶7是在图3中标记为“A”的静叶7。如图4所示，两个主孔60(即，孔61和孔62)被定位在静叶7的壁73上。孔61、62中的每个孔具有对应的副孔80(即，与孔61对应的孔81和与孔62对应的孔82)。孔61、62通常位于朝向静叶7的顶部70的位置。例如，沿着壁73测量，孔61和62中的每个孔(即，孔60)与环形基座76的距离介于静叶7的顶部70与环形基座76的距离的65％和91％之间。对应的孔81和82也被定位为朝向静叶7的顶部70。此外，与静叶7的对应的孔81和82相比较，孔61、62通常位于径向的外侧，即，朝向静叶7的外部宽端72。在图4中，空气的流动方向由标记为6的箭头描绘。在后面的图中，特别是在图5、图6和图7中，孔61、62和对应的孔81和82的定位以水平距离和竖直距离来表示。轴线4代表一个方向，沿该方向测量水平距离(即，从静叶7的细端74开始并且沿着壁73)。轴线5代表一个方向，沿该方向测量竖直距离(即，从槽75的环形基座76开始并且沿着壁73)。轴线4和轴线5通常彼此垂直，并且轴线5大致垂直于环形基座76。

在下文中参考图5以进一步说明孔60和孔80的定位和功能，这也适用于图4的孔61、62和孔81，82的定位和功能。图5示出了形成槽75的旋流器1的两个相邻静叶7的相对壁73。图5中所描绘的相邻静叶7来自多个静叶7(如图2和图3所描绘的)，并且被定位在环形基座76上并且在旋流器1的中心轴线9(如图2所示)周围径向地延伸。相对壁73中的一个壁具有主侧注入开口60，即，孔60。在旋流器1的运行期间，即，在燃气涡轮发动机10的运行期间，燃料流束66从孔60喷射到混合通道75或槽75中。从孔60喷射的流束66随着来自外部入口端2并且流向内部出口端3的空气6转动并流动。同一壁73具有副侧注入开口80，即，孔80，该孔80与孔60对应。燃料射流88从孔80喷射到槽75中。从孔80喷射的射流88也随着来自外部入口端2并且流向内部出口端3的空气6转动并流动。

然而，孔80被这样定位于静叶7的壁73上，使得射流88射入或冲入或推入流束66中，从而在流束66中产生湍流8。在射流88推入流束66或射流88与流束66混合之处产生湍流8。湍流8继续向下游传播，即，朝向槽75的出口端3传播。湍流8促进来自孔60和孔80的燃料和空气6的混合。湍流8(即，破碎或混乱)在槽75中扩散，并且还促进来自孔77(图3中所示)的燃料和空气6的混合。

为了促进射流88推入流束66，孔80在径向上位于主侧注入开口60的内侧。然而，在旋流器1的另一实施例(未示出)中，与孔60相比，孔80可以不是在径向内侧，并且可以与孔60处于相同的径向距离处，但是射流88可以朝向流束66成角度地喷射，以使射流88被推入流束66中。此外，为了在射流88仍具有相当大的动量时促进或便于射流88与流束66的混合，孔80位于孔60的附近，例如，孔60和孔80被设置或定位在壁73上，使得孔60和孔80之间的距离101介于壁73的长度107的10％和20％之间。长度107是静叶7的外部宽端72和内部细端74之间的距离，并且该距离沿着壁73进行测量。在另一实施例中，距离107可以更小，例如，介于壁73的长度107的5％和10％之间。此外，孔60与壁73的内部细端74的距离介于壁73的长度的85％和95％之间。

在旋流器1的实施例中，孔80小于孔60，即，孔60的尺寸104(例如，直径)大于孔80的尺寸105(例如，直径)。在孔80中，即使向孔80供应燃料的压力与向孔60供应燃料的压力相同，所喷射的射流88也会具有更大的动量。例如，孔80的尺寸105介于孔60的尺寸104的50％和70％之间。

图6示出了当壁73上仅存在一个孔60和一个孔80时(例如，如图2中所示的旋流器1)，孔60和孔80的位置。在旋流器1的该实施例中，孔60与环形基座76的竖直距离102与孔80与环形基座76的竖直距离103相等或相同。应当注意的是，竖直距离102、103可以分别从孔60和孔80的中心(未示出)或几何中心(未示出)测量，或者可以从孔60、80的边缘或边界测量，使得孔60、80与测量距离102、103相邻但是被限制在测量距离102、103内。

图7示出了当壁73上存在多于一个孔60和多于一个孔80时(例如，如图3和图4中所示的旋流器1，存在两个孔60(即，孔61、62)和两个孔80(即，孔81、82))，孔60和孔80的位置。在旋流器1的一个实施例中，孔61和孔62被定位为在轴向上间隔开，即，孔61在轴向上(即，沿着或平行于图4的轴线5)位于孔62的顶部或上方。例如，孔61和62之间的距离介于静叶7的顶部70与环形基座76的距离的10％至30％之间。此外，在旋流器1的该实施例中，孔61与静叶7的内部细端74之间的水平距离106与孔62与静叶7的内部细端74的水平距离107相等或相同，即，在壁73上，孔61相对于环形基座76(即，图4中的轴线5所表示的方向上)正好在孔62的上方。

如图7所示，在旋流器1的相关实施例中，孔81和孔82也在轴向上间隔开，即，孔81在轴向上(即，沿着或平行于图4的轴线5)位于孔82的顶部或上方。此外，在旋流器1的该实施例中，孔81与静叶7的内部细端74的水平距离108与孔82与静叶7的内部细端74的水平距离109相等或相同，即，在壁73上，孔81相对于环形基座76(即，图4中的轴线5所表示的方向上)正好在孔82的上方。

如图7所描绘的，在旋流器1的另一实施例中，孔61与环形基座76的竖直距离110与孔81与环形基座76的竖直距离111相等或相同，即，孔81在水平方向上(即，沿着或平行于图4的轴线4)位于孔61的一侧并且与孔61在相同水平上。此外，在旋流器1的该实施例中，孔62与环形基座76的竖直距离112与孔82与环形基座76的竖直距离113相等或相同，即，孔82在水平方向上(即，沿着或平行于图4的轴线4)位于孔62的一侧并且与孔62在相同水平上。

应当注意的是，竖直距离110、111、112和113可以分别从孔61、孔81、孔62和孔82的中心(未示出)或几何中心(未示出)测量，或者可以从孔61、81、62、82的边缘或边界测量，使得孔61、81、62、82与测量的竖直距离110、111、112和113相邻但是被限制在测量的竖直距离内。类似地，应当注意的是，水平距离106、107、108和109可以从孔61、孔62、孔81和孔82的中心(未示出)或几何中心(未示出)测量，或者可以分别从孔61、62、81、82的边缘或边界测量，使得孔61、62、81、82与测量的水平距离106、107、108和109相邻但是被限制在测量的水平距离内。

图8和图9在下文中示意性地表示旋流器1的两个实施例，示出了向静叶7的孔60和孔80供应燃料的不同方式。如图8所示，在旋流器1中，静叶7包括燃料供应通道89。燃料供应通道89通常向孔60和80供应燃料，例如，气体燃料。备选地，如图9所示，在旋流器1中，静叶7包括两个单独的燃料供应通道，即，通常向孔60供应气体燃料的第一燃料供应通道90和通常向孔80供应气体燃料的第二燃料供应通道91。通道90和91在静叶7内没有流体连接，即，通道90和91彼此流体分开，意味着流经通道90到达孔60的燃料在静叶7内始终与流经通道91到达孔80的燃料分开。通道90和91可以具有流量控制机构或者与之相关联的技术(例如，流量阀、流量计等)，从而以流束66的形式经由孔60喷射的燃料的量以及以射流88的形式经由孔80喷射的燃料的量独立地可变。在燃气涡轮10和其他相关技术领域中，通常已知旋流器1的静叶7中的燃料供应通道的构造和功能，以及经过燃料通道的流动的类似结构和功能，因此为了简洁起见，在本文中不再进一步详细说明。

虽然已经参考某些实施例详细描述了本技术，但是应当理解的是，本技术不限于那些精确的实施例。应当注意的是，术语“第一”、“第二”等的使用并不表示任何重要性的排序，而是用于区分一个元件与另一元件。相反地，鉴于描述用于实践本发明的示例性模式的本公开，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以做出许多修改和变化。因此，本发明的范围由以下权利要求而非前面的描述来指示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变、修改和变化都应当被视为在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种旋流器(1)，用于产生燃料/空气混合物，所述旋流器(1)具有一条中心轴线(9)，并且包括：

-多个静叶(7)的一个环形阵列，被定位在一个基板(71)上并且围绕所述中心轴线(9)延伸；

-一个环形盖板(92)，位于多个静叶(7)的所述环形阵列顶上；

-多条混合通道(75)，由多个静叶(7)的所述环形阵列、所述基板(71)和所述环形盖板(92)形成，用于混合所述燃料和所述空气(6)，

所述多条混合通道(75)中的至少一条混合通道(75)由所述多个静叶(7)的两个相邻静叶(7)的相对壁(73)限定，其中所述相对壁(73)中的至少一个壁包括：至少一个主侧注入开口(60)，所述主侧注入开口(60)适于将燃料流束(66)喷射到所述混合通道(75)中；以及至少一个副侧注入开口(80)，所述副侧注入开口(80)与所述主侧注入开口(60)对应并且适于将燃料射流(88)喷射到所述混合通道(75)中，其中所述副侧注入开口(80)被定位在所述静叶(7)的所述壁(73)上，使得在所述混合通道(75)内，从所述副侧注入开口(80)喷射的所述射流(88)在从所述主侧注入开口(60)喷射的所述流束(66)中产生湍流(8)；

其中所述副侧注入开口(80)与所述主侧注入开口(60)的距离(101)介于所述壁(73)的如下长度(107)的10％和20％之间或者5％和10％之间，所述长度(107)是沿着所述壁(73)从所述静叶(7)的径向内部细端(74)到所述静叶(7)的径向外部宽端(72)测量的。

2.根据权利要求1所述的旋流器(1)，其中所述副侧注入开口(80)位于所述壁(73)上的、从所述主侧注入开口(60)径向向内的位置。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的旋流器(1)，其中所述主侧注入开口(60)与所述基板(71)的环形基座(76)的竖直距离(102)等于所述副侧注入开口(80)与所述环形基座(76)的竖直距离(103)。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的旋流器(1)，其中所述主侧注入开口(60)的尺寸(104)大于所述副侧注入开口(80)的尺寸(105)。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的旋流器(1)，其中所述壁(73)至少包括：

-一个第一主侧注入开口(61)和一个第二主侧注入开口(62)；以及

-一个第一副侧注入开口(81)，与所述第一主侧注入开口(61)对应；以及

-一个第二副侧注入开口(82)，与所述第二主侧注入开口(62)对应。

6.根据权利要求5所述的旋流器(1)，其中在所述壁(73)上，所述第一主侧注入开口(61)和所述第二主侧注入开口(62)被定位为轴向地间隔开，并且其中所述第一主侧注入开口(61)与所述旋流器(1)的所述静叶(7)的径向内部细端(74)的水平距离(106)等于所述第二主侧注入开口(62)与所述旋流器(1)的所述静叶(7)的径向内部细端(74)的水平距离。

7.根据权利要求6所述的旋流器(1)，其中在所述壁(73)上，所述第一副侧注入开口(81)和所述第二副侧注入开口(82)被定位为轴向地间隔开，并且其中所述第一副侧注入开口(81)与所述旋流器(1)的所述静叶(7)的径向内部细端(74)的水平距离(108)等于所述第二副侧注入开口(82)与所述旋流器(1)的所述静叶(7)的径向内部细端(74)的水平距离(109)。

8.根据权利要求7所述的旋流器(1)，其中

-所述第一主侧注入开口(61)与所述基板(71)的环形基座(76)的竖直距离(110)等于与所述第一主侧注入开口(61)对应的所述第一副侧注入开口(81)与所述环形基座(76)的竖直距离(111)；并且

-所述第二主侧注入开口(62)与所述环形基座(76)的竖直距离(112)等于与所述第二主侧注入开口(62)对应的所述第二副侧注入开口(82)与所述环形基座(76)的竖直距离(113)。

9.根据权利要求1-2和6-8中任一项所述的旋流器(1)，其中具有所述主侧注入开口(60、61、62)中的一个或多个主侧注入开口以及所述对应副侧注入开口(80、81、82)中的一个或多个副侧注入开口的所述静叶(7)包括一条燃料供应通道(89)，所述燃料供应通道(89)适于向所述主侧注入开口(60、61、62)中的一个或多个主侧注入开口以及所述对应副侧注入开口(80、81、82)中的一个或多个副侧注入开口供应燃料。

10.根据权利要求1-2和6-8中任一项所述的旋流器(1)，其中具有所述主侧注入开口(60、61、62)中的一个或多个主侧注入开口以及所述对应副侧注入开口(80、81、82)中的一个或多个副侧注入开口的所述静叶(7)包括：

-一条第一燃料供应通道(90)，适于向所述主侧注入开口(60、61、62)中的一个或多个主侧注入开口供应燃料；以及

-一条第二燃料供应通道(91)，适于向所述对应副侧注入开口(80、81、82)中的一个或多个副侧注入开口供应燃料，并且其中在所述静叶(7)内，所述第二燃料供应通道(91)与所述第一燃料供应通道(90)流体分开。

11.根据权利要求1-2和6-8中任一项所述的旋流器(1)，其中以所述流束(66)的形式经由所述主侧注入开口(60、61、62)喷射的燃料量以及以所述射流(88)的形式经由所述副侧注入开口(80、81、82)喷射的燃料量独立地可变。

12.一种用于燃气涡轮发动机的燃烧装置组件(100)，所述燃烧装置组件(100)包括：

-一个燃烧室(28)，具有一条纵向轴线(35)；以及

-根据权利要求1至11中任一项所述的旋流器(1)，其中所述旋流器(1)被布置为使得所述旋流器(1)的所述中心轴线(9)与所述燃烧室(28)的所述纵向轴线(35)对齐。

13.一种燃气涡轮发动机(10)，包括至少一个根据权利要求12所述的燃烧装置组件(100)。

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