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CN116624896A - 多压降旋流器套圈板 - Google Patents

多压降旋流器套圈板 Download PDF

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CN116624896A
CN116624896A CN202310069462.8A CN202310069462A CN116624896A CN 116624896 A CN116624896 A CN 116624896A CN 202310069462 A CN202310069462 A CN 202310069462A CN 116624896 A CN116624896 A CN 116624896A
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CN
China
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swirler
fuel nozzle
annular
cyclone
primary
Prior art date
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Pending
Application number
CN202310069462.8A
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English (en)
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普拉迪普·奈克
沙伊·比尔马赫
金关宇
萨克特·辛
帕鲁马鲁·乌坎蒂
卡蒂凯扬·桑帕斯
史蒂文·C·维塞
尼古拉斯·R·奥弗曼
迈克尔·A·本杰明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Abstract

一种旋流器组件，包括具有带初级旋流器文丘里管的初级旋流器的旋流器、连接到初级旋流器的旋流器套圈板、以及设置在旋流器套圈板中的燃料喷嘴。旋流器套圈板具有一起形成环形腔的后壁、环形锥形壁和环形腔壁。环形腔包括多个入口孔口和至少一个出口孔口。通过多个入口孔口进入环形腔的氧化剂的流引起从压力气室的第一压力到低于第一压力的第二压力的第一压降，并且从环形腔通过至少一个出口孔口进入初级旋流器文丘里管的氧化剂的流引起从第二压力到低于第二压力的第三压力的第二压降。

Description

多压降旋流器套圈板
技术领域
本公开涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧器中的旋流器组件的旋流器套圈板。
背景技术
已知一些常规燃气涡轮发动机包括富燃燃烧器，富燃燃烧器通常使用与燃料喷嘴集成的旋流器以将旋流燃料/空气混合物输送到燃烧器。径向-径向旋流器是此类旋流器的一个示例，并且包括初级径向旋流器、次级径向旋流器和围绕燃料喷嘴的旋流器套圈板。初级旋流器包括初级旋流器文丘里管，其中来自初级旋流器的初级旋流空气流与通过燃料喷嘴注入到初级旋流器文丘里管中的燃料混合。旋流器套圈板可包括吹扫孔，吹扫孔提供从压力气室到初级旋流器文丘里管的吹扫空气流。通过旋流器套圈板的吹扫流在其离开旋流器套圈板进入初级旋流器文丘里管时处于相对高的速度。
发明内容
根据一个方面，本公开涉及一种燃烧器的旋流器组件，旋流器组件限定通过其中的旋流器组件中心线。该方面的旋流器组件包括(i)旋流器，旋流器包括具有初级旋流器文丘里管的初级旋流器，(ii)旋流器套圈板，旋流器套圈板连接到初级旋流器的上游侧，并且包括沿旋流器组件中心线延伸通过其中的燃料喷嘴开口，以及(iii)燃料喷嘴，燃料喷嘴设置在旋流器套圈板的燃料喷嘴开口中。旋流器套圈板包括(a)后壁，后壁从燃料喷嘴开口径向向外延伸，(b)环形锥形壁，环形锥形壁在燃料喷嘴开口处从后壁的径向向内部分延伸，并且从后壁向上游径向向外延伸，以及(c)环形腔壁，环形腔壁连接后壁的径向向外部分和环形锥形壁的上游端，环形腔形成在后壁、环形锥形壁和环形腔壁之间，环形腔壁包括通过其中的多个入口孔口。旋流器套圈板包括在环形腔和初级旋流器文丘里管之间提供流体连通的至少一个出口孔口，并且通过多个入口孔口进入环形腔的氧化剂的流引起从压力气室的第一压力到低于第一压力的第二压力的第一压降，并且从环形腔通过至少一个出口孔口进入初级旋流器文丘里管的氧化剂的流引起从第二压力到低于第二压力的第三压力的第二压降。
根据另一方面，本公开涉及一种操作燃气涡轮的燃烧器的方法。在该方面，燃烧器包括(i)压力气室，(ii)旋流器组件，旋流器组件包括(a)旋流器，旋流器具有带初级旋流器文丘里管的初级旋流器，和(b)旋流器套圈板，旋流器套圈板连接到初级旋流器，并且包括延伸通过其中的燃料喷嘴开口和环形压降腔，环形压降腔具有与压力气室流体连通的多个入口孔口，以及与初级旋流器文丘里管区域流体连通的至少一个出口孔口，以及(iii)燃料喷嘴，燃料喷嘴设置在旋流器套圈板的燃料喷嘴开口中。操作燃气涡轮发动机的燃烧器的方法包括(1)将氧化剂的第一流提供到压力气室，氧化剂的第一流具有第一压力，(2)经由环形压降腔的多个入口孔口将氧化剂的第二流从压力气室提供到旋流器套圈板的环形压降腔，氧化剂的第二流在环形压降腔中在氧化剂的流中引起从第一压力到低于第一压力的第二压力的第一压降，以及(3)经由旋流器套圈板的至少一个出口孔口将氧化剂的第三流从环形压降腔提供到初级旋流器文丘里管区域，氧化剂的第三流在氧化剂的流中引起从第二压力到低于第二压力的第三压力的第二压降。
通过考虑以下详细描述、附图和权利要求，本公开的附加特征、优点和实施例被阐明或显而易见。此外，应当理解，前述概述和以下详细描述都是示例性的并且旨在提供进一步的解释而不限制所要求保护的本公开的范围。
附图说明
上述以及其他特征和优点将从以下各种示例性实施例的更具体的描述中变得显而易见，如附图中所示，其中相似的附图标记通常指示相同的、功能类似的和/或结构类似的元件。
图1是根据本公开的方面的示例性高旁通涡轮风扇喷气发动机的示意局部横截面侧视图。
图2是根据本公开的方面的示例性燃烧区段的局部横截面侧视图。
图3是图2的示例性燃烧区段的前部的局部横截面侧视图。
图4是根据本公开的方面的示例性燃料喷嘴组件的局部横截面侧视细节视图。
图5是根据本公开的方面的示例性旋流器组件的后视立体图。
图6是根据本公开的方面的示例性旋流器套圈板的前视立体图。
图7是根据本公开的方面的在图4的细节7-7处截取的示例性旋流器套圈板的局部横截面侧视细节视图。
图8是根据本公开的方面的示例性旋流器套圈板的后视前正视图。
图9是根据本公开的另一方面的在图4的细节9-9处截取的示例性旋流器套圈板出口孔口布置的局部横截面侧视细节视图。
图10是根据本公开的另一方面的示例性旋流器套圈板出口孔口布置的局部横截面侧视细节视图。
图11是根据本公开的又一方面的在对应于图4的平面A-A的图9的平面11-11处截取的旋流器套圈板和燃料喷嘴出口孔口布置的局部横截面后视前视图。
图12是根据本公开的又一方面的在对应于图4的平面A-A的图9的平面12-12处截取的旋流器套圈板和燃料喷嘴出口孔口布置的局部横截面后视前视图。
图13是根据本公开的又一方面的在对应于图4的平面A-A的图10的平面13-13处截取的旋流器套圈板和燃料喷嘴出口孔口布置的局部横截面后视前视图。
图14是根据本公开的方面的用于操作燃烧器的方法的处理步骤的流程图。
具体实施方式
下面详细讨论各种实施例。尽管讨论了特定实施例，但这仅是为了说明的目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以使用其他部件和构造。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
在包括径向-径向旋流器的富燃燃烧器中，空气从燃烧器的压力气室提供到初级径向旋流器，其中当空气流过初级旋流器时，初级旋流器中的旋流轮叶在空气中引起旋流。初级旋流器还包括文丘里管和将燃料注入到文丘里管中的燃料喷嘴，在文丘里管中燃料与初级旋流器的旋流空气流混合。旋流器套圈板围绕燃料喷嘴并且可以包括吹扫孔，吹扫孔提供从压力气室到文丘里管的吹扫空气流。通过旋流器套圈板的吹扫流在其离开旋流器套圈板进入初级旋流器文丘里管时处于相对高的压力和高出口速度。来自套圈板的高速空气流直接与来自初级旋流器的旋流空气相互作用，这导致流体动力学不稳定性并在初级旋流器的流中，特别是在燃料喷嘴尖端之前引入更高的扰动。这些流体动力学不稳定性迫使燃烧器内燃料分布和热释放的不稳定性，导致文丘里管内的压力波动幅度高于期望幅度。
本公开解决了前述问题以降低流体动力学不稳定性并且将文丘里管压力波动的幅度保持在期望水平或低于期望水平。根据本公开，旋流器套圈板包括环形腔，环形腔具有入口孔口和出口孔口。包含在压力气室中的加压空气流过入口孔口进入旋流器套圈板的环形腔。该空气的第一流引起第一压降，使得环形腔内的空气压力小于压力气室中的空气压力。旋流器套圈板的环形腔中的空气然后流过出口孔口进入初级旋流器文丘里管。该空气的第二流引起第二压降，使得文丘里管内的气流的压力小于环形腔中的空气的压力。结果，从套圈板出来的流的速度可以保持在较低速度，因此可以减少初级旋流器空气流中的扰动。因此，本公开减少了在传统套圈板中出现的流体动力学不稳定性。
现在参考附图，图1是可以结合本公开的各种实施例的示例性高旁通涡轮风扇喷气发动机10(本文称为“发动机10”)的示意局部横截面侧视图。尽管下文参考涡轮风扇发动机进一步描述，但本公开也适用于一般的涡轮机械，包括涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴燃气涡轮发动机，包括船用和工业涡轮发动机和辅助动力单元。如图1所示，发动机10具有从上游端98延伸到下游端99的纵向或轴向中心线轴线12，以供参考。通常，发动机10可包括风扇组件14和设置在风扇组件14下游的核心发动机16。
核心发动机16通常可以包括限定环形入口20的外壳体18。外壳体18以串行流动关系包围或至少部分地形成：压缩机区段，其具有增压或低压(LP)压缩机22、高压(HP)压缩机24；燃烧器26；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28、低压(LP)涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)转子轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)转子轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。LP转子轴36也可以连接到风扇组件14的风扇轴38。在特定实施例中，如图1所示，LP转子轴36可以通过减速齿轮40连接到风扇轴38，例如在间接驱动构造或齿轮传动构造中。在其他实施例中，尽管未示出，但发动机10还可以包括中压(IP)压缩机和可随中压轴旋转的涡轮。
如图1所示，风扇组件14包括多个风扇叶片42，多个风扇叶片42联接到风扇轴38并从风扇轴38径向向外延伸。环形风扇壳体或机舱44周向围绕风扇组件14和/或核心发动机16的至少一部分。在一个实施例中，机舱44可以通过多个周向间隔开的出口导向轮叶或支柱46相对于核心发动机16被支撑。此外，机舱44的至少一部分可以在核心发动机16的外部分上方延伸，以便在其间限定旁通气流通道48。
图2描绘了根据本公开的示例性燃烧器26。在图2中，燃烧器26包括旋流器组件50、燃料喷嘴组件52、圆顶组件54和外壳体64内的环形燃烧衬套56。环形燃烧衬套56包括环形外衬58和环形内衬60，在它们之间形成燃烧室62。压力气室66形成在圆顶组件54内。返回参考图1，在操作中，空气73进入机舱44，并且空气73的一部分作为压缩机入口气流80进入压缩机区段，在此该部分空气被压缩。空气73的另一部分作为旁通气流78进入旁通气流通道48。在图2中，来自压缩机区段(22/24)的空气82经由扩散器(未示出)进入燃烧器26。一部分空气82(a)进入圆顶组件54到压力气室66，而另一部分空气82(b)流到环形燃烧衬套56和外壳体64之间的外流动通道68。如下文将描述的，压力气室66中的空气82(a)通过旋流器组件50以与由燃料喷嘴组件52注入的燃料混合，并被点燃以生成燃烧产物气体86。
参考图3和图4，图3描绘了包括旋流器组件50的燃烧器26中的燃烧器的前部的局部横截面视图，而图4描绘了旋流器组件50的局部横截面视图。在图3中，燃烧器26限定其自身的相对于发动机中心线轴线12的纵向方向L，以及相对于发动机中心线轴线12的径向方向R。旋流器组件50关于旋流器组件中心线69对称，旋流器组件中心线69在纵向方向L上延伸并垂直于径向方向R。旋流器组件50适当地连接到圆顶组件54。旋流器组件50包括旋流器51和设置在旋流器51内的燃料喷嘴90。如以下将更详细描述的，旋流器51包括：初级旋流器70，其包括初级旋流器文丘里管100；次级旋流器72；以及旋流器套圈板91。初级旋流器70包括多个初级旋流器旋流轮叶74。初级旋流器旋流轮叶74周向设置成一排，使得每个初级旋流器旋流轮叶74径向向内延伸至初级旋流器轮叶唇缘76。初级旋流器70还包括初级旋流器文丘里管100，初级旋流器文丘里管100在纵向方向L上绕旋流器组件中心线69同心延伸。因此，初级旋流器70被构造为使来自压力气室66的加压空气82(a)的对应部分从多个初级旋流器旋流轮叶74径向向内旋流，并且然后在初级旋流器70内在初级旋流方向104上(即，绕旋流器组件中心线69顺时针，或绕旋流器组件中心线69逆时针)旋流。
次级旋流器72类似地包括次级旋流器旋流轮叶84，次级旋流器旋流轮叶84周向设置成一排，使得每个次级旋流器旋流轮叶84径向向内延伸到次级旋流器轮叶唇缘88。因此，次级旋流器72被构造为使来自压力气室66的加压空气82(a)的另一对应部分从次级旋流器72的多个次级旋流器旋流轮叶84径向向内旋流。
可以看到燃料喷嘴组件52包括设置在旋流器51的旋流器套圈板91内的燃料喷嘴90。燃料喷嘴90将燃料92注入初级旋流器文丘里管100的初级旋流器文丘里管区域102(图4)，在此燃料92与来自初级旋流器70的空气82(a)混合。文丘里管中的燃料和空气混合物进一步与来自初级旋流器文丘里管100下游的次级旋流器72的空气82(a)在下游混合。初级旋流器文丘里管100将从初级旋流器旋流轮叶74和次级旋流器旋流轮叶84旋流的空气径向分离。
在图4中，旋流器套圈板91在初级旋流器70的上游侧112与初级旋流器70接口。下文将更详细地讨论旋流器套圈板91的各种结构实施例。简而言之，旋流器套圈板91包括环形腔110(其在本文中也可以被称为“环形压降腔”)、多个入口孔口106和至少一个出口孔口108。多个入口孔口106提供气室66和环形腔110之间的流体连通，而至少一个出口孔口提供环形腔110和初级旋流器的初级旋流器文丘里管区域102之间的流体连通。
在操作中，由于压缩机区段对空气的压缩，压力气室66中的空气82(a)(在本文中也称为氧化剂)被以第一压力P1加压，并且一部分空气82(a)(氧化剂)的第一流114从压力气室66流过多个入口孔口106进入旋流器套圈板91的环形腔110。通过入口孔口106到环形腔110的第一流114引起从第一压力P1到低于第一压力P1的第二压力P2的第一压降ΔP1。因此，环形腔110内的氧化剂处于压力P2。包含在环形腔110内的氧化剂的第二流116然后流过至少一个出口孔口108，进入初级旋流器文丘里管区域102。通过至少一个出口孔口108的氧化剂的第二流116引起从第二压力P2到低于第二压力P2的第三压力P3的第二压降ΔP2。因此，通过旋流器套圈板91的总压降ΔPT可以限定为ΔPT＝ΔP1+ΔP2。
多个入口孔口106的尺寸、形状和/或数量，环形腔110的尺寸/形状、以及至少一个出口孔口108的尺寸、形状和数量都可以被构造成获得期望的ΔP1、ΔP2和ΔPT。在一些示例性实施例中，多个入口孔口106的布置(例如，尺寸、形状和数量)以及环形腔110的布置(例如，尺寸和形状)可以使得提供在ΔPT的百分之十和百分之九十之间的ΔP1。环形腔110的布置(例如，尺寸和形状)以及至少一个出口孔口108的布置(例如，尺寸、形状和数量)可以使得提供构成ΔPT的其余部分(百分比)的ΔP2。
图5描绘了根据本公开的方面的示例性旋流器51的后视立体图。可见旋流器51包括初级旋流器70、次级旋流器72和旋流器套圈板91。形成旋流器组件50的一部分的燃料喷嘴90未在图5中描绘。如上文关于图4所述，旋流器套圈板91在初级旋流器70的上游侧112处与初级旋流器70接口。图5还描绘了旋流器套圈板91中的示例性入口孔口106。可见图5中所示的示例性入口孔口106构成圆形孔口(即，圆形孔)，但如下文将更详细地描述的，入口孔口106可以被构造为具有其他形状。
图6是根据本公开的方面的示例性旋流器套圈板91的前视立体图。图7是如图4所示的在细节7-7处截取的示例性旋流器套圈板91的横截面视图。可见旋流器套圈板91包括后壁118，后壁118在径向方向R上从旋流器组件中心线69径向向外延伸，并且还绕旋流器组件中心线69周向延伸。燃料喷嘴开口124限定为通过后壁118。如图4所示，作为旋流器组件50的一部分，燃料喷嘴90设置在旋流器套圈板91的燃料喷嘴开口124中。虽然后壁118被描述为大致圆柱形壁，但后壁118不限于圆柱形并且可以替代地是其他形状，例如正方形、矩形、六边形等。
旋流器套圈板91还包括环形锥形壁120和环形腔壁122。环形锥形壁120从燃料喷嘴开口124的后壁118的径向向内部分128径向向外延伸，并且在燃料喷嘴开口124处从后壁118的径向向内部分128向上游延伸。环形锥形壁还绕旋流器组件中心线69周向延伸，从而在燃料喷嘴开口124的上游端形成径向向内锥形开口。环形腔壁122连接到后壁118的径向向外部分130和环形锥形壁120的上游端132。环形腔壁122绕旋流器组件中心线69周向延伸。因此，后壁118、环形锥形壁120和环形腔壁122形成环形腔110。
多个入口孔口106形成为通过环形腔壁122。如上所讨论的，入口孔口106提供从压力气室66进入环形腔110的氧化剂的第一流。如上所述，多个入口孔口可以具有不同的形状和/或尺寸。图6和7中所示的入口孔口106大致是圆形孔。替代地，入口孔口106可以包括其他形状的孔，例如三角形孔、梯形孔、椭圆形孔、矩形孔等。此外，入口孔口106可以是直通孔，或者替代地，可以是锥形的。例如，入口孔口106可以在孔口的外端(即，邻近压力气室66的环形腔壁122的外侧)具有较小尺寸，并且在孔口的内端(即，邻近环形腔110的环形腔壁122的内侧)具有较大尺寸。替代地，入口孔口106可以在孔口的外端(即，邻近压力气室66的环形腔壁122的外侧)具有较大尺寸，并且在孔口的内端(即，邻近环形腔110的环形腔壁122的内侧)具有较小尺寸。
如上所述，通过环形腔壁122的入口孔口106的数量可以基于期望的压降ΔP1而变化。此外，入口孔口106绕环形腔壁的周向的周向间距可以变化，使得入口孔口106可以在孔口之间具有小的周向间距或者在孔口之间具有较大的周向间距。周向间距也可以绕周向不等，其中，例如，第一入口孔口和第二入口孔口可以绕周向间隔开第一距离，并且然后第三入口孔口可以与第二入口孔口间隔开大于第一距离的第二距离。
在图7中，入口孔口106示出为绕环形腔壁122的周向的单排，其中该单排布置成与后壁118的下游侧上的后表面136相距轴向距离134。然而，入口孔口106可以绕环形腔壁122的周向布置成多排。例如，入口孔口106可以绕环形腔壁122的周向布置成两排，其中第一排可以布置在轴向距离134处，并且第二排可以布置在第二轴向距离处(未示出)，第二轴向距离大于或小于轴向距离134。此外，第一排的入口孔口106可以与第二排的入口孔口106周向交错。
还可以看到，图7的旋流器套圈板91包括至少一个出口孔口108。至少一个出口孔口108提供环形腔110和初级旋流器文丘里管区域102之间的流体连通。在图7中，多个出口孔口108包括在旋流器套圈板91中。图7中的出口孔口108被示出为通过后壁118的大致圆柱形孔。然而，出口孔口108不必是圆柱形孔，而是可以替代地是其他形状，例如三角形孔口、矩形孔口、梯形孔口、椭圆形孔口等。此外，类似于入口孔口106，出口孔口108可以是锥形的。例如，出口孔口108可以在孔口的入口端(即，后壁118的前表面146处的出口孔口的入口侧)具有较小尺寸，并且在孔口的出口端(即，后壁118的后表面136处的出口孔口的出口侧)具有较大尺寸。替代他，出口孔口108可以在孔口的入口端具有较大尺寸，并且在孔口的出口端具有较小尺寸。
图7中的出口孔口108被示出为以出口孔口径向角126设置。出口孔口径向角126被示出为以径向向内角度从后壁118的前表面146延伸到后壁118的后表面136。出口孔口径向角126用于在径向向内方向上朝向燃料喷嘴90的尖端94将氧化剂的第二流从环形腔110提供到初级旋流器文丘里管区域102中。出口孔口径向角126相对于旋流器组件中心线69示出，并且可以在从0度(即，与旋流器组件中心线69轴向平行对准的出口孔口)到70度的范围内。
图8是根据本公开的示例性旋流器套圈板91的后视前正视图。图8描绘了通过后壁118的后表面136的出口孔口108的布置。简要回顾图7，出口孔口108被示出为相对于旋流器组件中心线69成出口孔口径向角126。图7所示的出口孔口108在图8中由出口孔口108(a)表示。然而，出口孔口108还可以以出口孔口周向角138布置。也就是说，出口孔口108可以以出口孔口径向角126和出口孔口周向角138(见例如出口孔口108(b))对准，以便在旋流器组件中心线69的径向内侧并且绕旋流器组件中心线69周向地将氧化剂的第二流从环形腔110提供到初级旋流器文丘里管区域102。在图8中，出口孔口108(b)的旋流方向将在绕旋流器组件中心线69的逆时针方向上。然而，出口孔口周向角138可以与图8中所示相反，以便在绕旋流器组件中心线69的顺时针方向上提供氧化剂的第二流。无论出口孔口周向角138提供顺时针氧化剂流还是逆时针氧化剂流，该方向都可以布置成与由初级旋流器70在初级旋流器文丘里管区域102中提供的氧化剂的初级旋流方向104处于共旋流方向或与初级旋流方向104(见图4)处于反旋流方向。
图8还描绘了其中多排出口孔口108可以包括在旋流器套圈板91中的布置。例如，出口孔口108的第一排140和出口孔口108的第二排144可以包括在旋流器套圈板91中。出口孔口108的第一排140可以周向布置在距旋流器组件中心线69的径向距离142处，而出口孔口108的第二排144可以布置在距旋流器组件中心线69的第二径向距离145处。第一排140的出口孔口108可以周向等距地彼此间隔开角距离152。第二排144的出口孔口108可以类似地周向等距地间隔开角距离154。当然，第一排140或第二排144的出口孔口108不需要周向等距地间隔，并且可以具有不同的角距离152，并且每排内的单独出口孔口108之间可以具有不同的角距离154。此外，第一排140的出口孔口108可以相对于第二排144的出口孔口108交错(即，偏移)。例如，利用连接旋流器组件中心线69和第二排144的出口孔口108中的一个的中心(例如，出口孔口108(a)的中心)的参考线148，第一排140的出口孔口108可以相对于第二排144的出口孔口108周向偏移偏移角150。
图9至图13描绘了根据本公开的方面的出口孔口108的另一种布置。图9和10是在图4中的细节9-9处截取的替代实施例的局部横截面视图。在图9中，与其中出口孔口108是通过后壁118的呈角度的孔的图4相比，出口孔口108被示出为在燃料喷嘴开口124处通过后壁118定位。也就是说，出口孔口108在燃料喷嘴开口124处形成在燃料喷嘴90的燃料喷嘴外表面156和旋流器套圈板91之间。图11是在对应于图4的平面A-A的图9的平面11-11处截取的局部横截面视图。在图11中，可以看出该布置的出口孔口108形成为矩形出口孔口，或通过旋流器套圈板91的燃料喷嘴开口124形成的槽。因此，燃料喷嘴90的燃料喷嘴外表面156限定出口孔口108的径向内部分。当然，类似于上述本公开的先前方面，出口孔口108不限于矩形形状，而是可以替代地实施为其他形状。此外，矩形出口孔口108的数量、尺寸和间距可以与上述类似地变化。此外，虽然图11描绘了绕燃料喷嘴开口124周向间隔开的多个矩形出口孔口108，但是可以替代地实施单个环形出口孔口。例如，在图12中，图12也是在再次对应于图4的平面A-A的图9的平面12-12处截取的局部横截面视图，可以实施单个周向或环形出口孔口168来代替图11的多个出口孔口108。
返回参考图9，为了提供环形腔110和出口孔口108之间的流体连通，包括延伸通过环形锥形壁120的径向向内部分的沟道158。沟道158的径向向内部分限定出口孔口108的一部分。在该方面中，为了为环形锥形壁120提供支撑，并密封其中形成有沟道158的环形腔110的前侧，支撑肋160可以被包括为旋流器套圈板91的一部分。支撑肋160的内表面162形成其中形成有出口孔口108的旋流器套圈板的燃料喷嘴开口124。支撑肋160可以形成为绕其中形成有出口孔口108的旋流器组件中心线69的周向的环形壁的一部分。因此，对于该方面，用于从环形腔110到初级旋流器文丘里管区域102的氧化剂的第二流的流动路径通过沟道158，并且然后通过出口孔口108。同样，可以布置前述流动路径元件的尺寸、数量和布置以获得期望的第二压降ΔP2。此外，在可以实施环形出口孔口的图12的方面中，沟道158可以构成绕燃料喷嘴开口124的整个周向的环形沟道。
图10描绘了根据本公开的方面的出口孔口的另一种布置。图10的方面有点类似于图9的方面，因为它包括沟道158和支撑肋160，但是出口孔口108没有形成为通过后壁118。相反，燃料喷嘴90包括形成在燃料喷嘴的径向外部分中的燃料喷嘴腔164和燃料喷嘴出口孔口166。燃料喷嘴出口孔口166提供燃料喷嘴腔164和初级旋流器文丘里管区域102之间的流体连通。如在图13中所见，图13是在对应于图4的平面A-A的图10的平面13-13处截取的局部横截面视图，多个燃料喷嘴腔164和对应燃料喷嘴出口孔口166可以绕燃料喷嘴90的周向提供。替代地，虽然未在图中描绘，但燃料喷嘴腔164和/或燃料喷嘴出口孔口166可以形成为绕燃料喷嘴90的整个周向的环形燃料喷嘴腔和环形出口孔口，类似于图12中所示。在这种情况下，沟道158也可以绕燃料喷嘴开口124的整个周向形成。因此，在该方面中，氧化剂的第二流从环形腔110通过沟道158进入燃料喷嘴腔164，并且通过燃料喷嘴出口孔口166离开进入初级旋流器文丘里管区域102。
本公开的另一方面涉及操作燃气涡轮发动机的燃烧器的方法。图14描绘了本公开的该方面的方法的处理步骤的流程图。在步骤1400中，提供燃烧器26。燃烧器包括各种部件，例如(i)压力气室66和(ii)旋流器组件50，旋流器组件50包括：(a)旋流器51，其具有带初级旋流器文丘里管100的初级旋流器70；(b)旋流器套圈板91，其连接到初级旋流器70并且包括延伸通过其中的燃料喷嘴开口124和环形压降腔(环形腔110)。环形压降腔110具有与压力气室66流体连通的多个入口孔口106和与初级旋流器文丘里管区域102流体连通的至少一个出口孔口108。旋流器组件50还包括设置在旋流器套圈板91的燃料喷嘴开口124中的燃料喷嘴90。任何前述燃烧器部件的结构和布置可以是上文关于图1至13描述的任何结构和布置。
一旦提供了根据本公开的燃烧器，就进行用于操作燃烧器的其余操作处理。可以容易地理解，该方法的以下处理是经由发动机10的操作进行的。在步骤1401中，将氧化剂的第一流113(图2)提供给压力气室66，其中氧化剂的第一流113具有第一压力P1。上面描述了这个处理，其中在操作中，发动机10吸入空气73，并且压缩机入口空气流80的一部分进入压缩机区段(22/24)，在压缩机区段中其被压缩，然后，压缩空气82经由扩散器提供给燃烧器26，其中一部分空气82(a)进入压力气室66。
接下来，在步骤1402中，氧化剂的第二流114经由环形压降腔110的多个入口孔口106从压力气室66提供到旋流器套圈板91的环形压降腔110。巧合，虽然未在图14的流程图中描绘，但压力气室66中的一部分氧化剂(压缩空气82(a))也被提供到旋流器51，其中氧化剂进入初级旋流器70，并且初级旋流器70在通过其中的氧化剂流中引起旋流，以提供在初级旋流方向104上进入初级旋流器文丘里管100的氧化剂的旋流流115(图4)。返回步骤1403，通过入口孔口106到环形压降腔110的氧化剂的第二流114在环形压降腔110中在氧化剂的第二流114中引起从第一压力P1到低于第一压力的第二压力P2的第一压降ΔP1(步骤1403)。
在步骤1404中，氧化剂的第三流116经由旋流器套圈板91的至少一个出口孔口108从环形压降腔110提供到初级旋流器文丘里管区域102(流116)。通过旋流器套圈板91的至少一个出口孔口108的氧化剂的第三流116在氧化剂的第三流116中引起从第二压力P2到低于第二压力的第三压力P3的第二压降ΔP2(步骤1405)。第一压降ΔP1和第二压降ΔP2形成通过旋流器套圈板91的总压降ΔPT。第一压降ΔP1可以提供总压降ΔPT的百分之十和百分之九十之间，而第二压降ΔP2可以提供总压降的其余部分。
接下来，在步骤1406中，进入初级旋流器文丘里管区域102的氧化剂的第三流116与来自初级旋流器70的氧化剂的旋流流115混合。上文描述了来自初级旋流器70的氧化剂的旋流流115，并且被初级旋流器70旋流以生成氧化剂的旋流流115的从压力气室66到初级旋流器70的氧化剂流(压缩空气82(a))可以被称为提供从压力气室66到初级旋流器70的氧化剂的第四流117。燃料92还通过燃料喷嘴90注入到初级旋流器文丘里管100的初级旋流器文丘里管区域102中。燃料92与氧化剂的第三流116和来自初级旋流器70的氧化剂的旋流流115混合，以生成初级旋流器燃料-空气混合物119。初级旋流器燃料-空气混合物119通过初级旋流器文丘里管100朝向旋流器组件50的下游端99行进。然后，初级旋流器燃料-空气混合物119在初级旋流器文丘里管100下游的火炬锥123中与来自次级旋流器72的次级旋流器旋流氧化剂121(图4)混合，以生成旋流器组件燃料-空气混合物85(图2)(步骤1407)。然后，旋流器组件燃料-空气混合物85在燃烧室62中被点燃，以形成燃烧产物气体86(步骤1408)。
虽然前面的描述大体涉及燃气涡轮发动机，但是可以容易地理解，燃气涡轮发动机可以在各种环境中实施。例如，发动机可以在飞行器中实施，但也可以在非飞行器应用(例如发电站、海洋应用、或石油和天然气生产应用)中实施。因此，本公开不限于在飞行器中使用。
本公开的进一步方面由以下条项的主题提供。
一种燃烧器的旋流器组件，所述旋流器组件限定通过其中的旋流器组件中心线，所述旋流器组件包括：旋流器，所述旋流器包括具有初级旋流器文丘里管的初级旋流器；旋流器套圈板，所述旋流器套圈板连接到所述初级旋流器的上游侧，并且包括沿所述旋流器组件中心线延伸通过其中的燃料喷嘴开口；以及燃料喷嘴，所述燃料喷嘴设置在所述旋流器套圈板的所述燃料喷嘴开口中，所述旋流器套圈板包括：(a)后壁，所述后壁从所述燃料喷嘴开口径向向外延伸；(b)环形锥形壁，所述环形锥形壁在所述燃料喷嘴开口处从所述后壁的径向向内部分延伸，并且从所述后壁向上游径向向外延伸；以及(c)环形腔壁，所述环形腔壁连接所述后壁的径向向外部分和所述环形锥形壁的上游端，环形腔形成在所述后壁、所述环形锥形壁和所述环形腔壁之间，所述环形腔壁包括通过其中的多个入口孔口，其中所述旋流器套圈板包括在所述环形腔和所述初级旋流器文丘里管之间提供流体连通的至少一个出口孔口，并且其中通过所述多个入口孔口进入所述环形腔的氧化剂的流引起从压力气室的第一压力到低于所述第一压力的第二压力的第一压降，并且从所述环形腔通过所述至少一个出口孔口进入所述初级旋流器文丘里管的氧化剂的流引起从所述第二压力到低于所述第二压力的第三压力的第二压降。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述至少一个出口孔口包括多个出口孔口，所述多个出口孔口布置成相对于所述旋流器组件中心线轴向通过所述后壁。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述至少一个出口孔口包括多个出口孔口，所述多个出口孔口布置成从所述后壁的上游侧到所述后壁的下游侧相对于所述旋流器组件中心线以径向向内角度通过所述后壁，以便将所述氧化剂的所述流引导通过其中朝向所述燃料喷嘴的尖端。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述初级旋流器具有旋流方向，并且所述多个出口孔口进一步在与所述初级旋流器的所述旋流方向的共旋流或反旋流方向上以一定角度周向布置。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述第一压降包括通过所述旋流器套圈板的总压降的百分之十和百分之九十之间，并且所述第二压降包括通过所述旋流器套圈板的所述总压降的其余部分。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述至少一个出口孔口包括多个出口孔口，每个出口孔口限定为邻近所述燃料喷嘴，其中所述燃料喷嘴的外表面限定每个出口孔口的一部分。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述至少一个出口孔口包括多个出口孔口，其中所述燃料喷嘴包括所述燃料喷嘴的径向外部分上的多个燃料喷嘴腔，所述多个燃料喷嘴腔中的每一个燃料喷嘴腔经由所述多个出口孔口中的相应出口孔口与所述环形腔流体连通，并且其中每个燃料喷嘴腔包括燃料喷嘴出口孔口，所述燃料喷嘴出口孔口提供所述燃料喷嘴腔和所述初级旋流器文丘里管之间的流体连通。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述至少一个出口孔口包括限定成通过所述旋流器套圈板的所述燃料喷嘴开口的环形沟道，并且其中所述燃料喷嘴包括(i)所述燃料喷嘴的径向外部分中的环形燃料喷嘴腔，所述环形燃料喷嘴腔经由所述环形沟道与所述环形腔流体连通，以及(ii)至少一个燃料喷嘴出口孔口，所述至少一个燃料喷嘴出口孔口提供所述环形燃料喷嘴腔和所述初级旋流器文丘里管之间的流体连通。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述至少一个燃料喷嘴出口孔口包括环形出口孔口。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述至少一个出口孔口包括周向布置成通过所述后壁的多排出口孔口，所述多排出口孔口中的每一排布置在与所述旋流器组件中心线相距不同的径向距离处。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述至少一个出口孔口包括圆形孔口、矩形孔口、三角形孔口和梯形孔口中的任一种。
根据任何前述条项所述的旋流器组件，其中所述至少一个出口孔口从所述后壁的前表面处的第一尺寸到所述后壁的后表面处的第二尺寸成锥形，所述第一尺寸不同于所述第二尺寸。
一种操作燃气涡轮发动机的燃烧器的方法，所述燃烧器包括(i)压力气室，(ii)旋流器组件，所述旋流器组件包括(a)旋流器，所述旋流器具有带初级旋流器文丘里管的初级旋流器，和(b)旋流器套圈板，所述旋流器套圈板连接到所述初级旋流器，并且包括延伸通过其中的燃料喷嘴开口和环形压降腔，所述环形压降腔具有与所述压力气室流体连通的多个入口孔口，以及与初级旋流器文丘里管区域流体连通的至少一个出口孔口，以及(iii)燃料喷嘴，所述燃料喷嘴设置在所述旋流器套圈板的所述燃料喷嘴开口中，所述方法包括：将氧化剂的第一流提供到所述压力气室，所述氧化剂的第一流具有第一压力；经由所述环形压降腔的所述多个入口孔口将所述氧化剂的第二流从所述压力气室提供到所述旋流器套圈板的所述环形压降腔，所述氧化剂的第二流在所述环形压降腔中在所述氧化剂的流中引起从所述第一压力到低于所述第一压力的第二压力的第一压降；以及经由所述旋流器套圈板的所述至少一个出口孔口将所述氧化剂的第三流从所述环形压降腔提供到初级旋流器文丘里管区域，所述氧化剂的第三流在所述氧化剂的流中引起从所述第二压力到低于所述第二压力的第三压力的第二压降。
根据任何前述条项所述的方法，其中所述至少一个出口孔口包括布置成通过所述旋流器套圈板的后壁的多个出口孔口，并且所述氧化剂的第三流由所述多个出口孔口径向向内引向所述燃料喷嘴的尖端。
根据任何前述条项所述的方法，进一步包括将所述氧化剂的第四流从所述压力气室提供到所述初级旋流器，所述初级旋流器在所述氧化剂的初级旋流方向上引起旋流进入所述初级旋流器文丘里管，其中所述多个出口孔口进一步布置成在与所述初级旋流方向共旋流或反旋流方向上将所述氧化剂的第三流提供到所述初级旋流器文丘里管。
根据任何前述条项所述的方法，其中所述第一压降包括通过所述旋流器套圈板的总压降的百分之十和百分之九十之间，并且所述第二压降包括通过所述旋流器套圈板的所述总压降的其余部分。
根据任何前述条项所述的方法，其中所述至少一个出口孔口包括多个出口孔口，每个出口孔口限定在所述旋流器套圈板的所述燃料喷嘴开口处，并且其中所述燃料喷嘴的外表面形成每个所述出口孔口的径向向内部分。
根据任何前述条项所述的方法，其中所述至少一个出口孔口包括多个出口孔口，其中所述燃料喷嘴包括多个燃料喷嘴腔，所述多个燃料喷嘴腔中的每一个经由所述多个出口孔口中的相应出口孔口与所述环形压降腔流体连通，其中每个燃料喷嘴腔包括燃料喷嘴出口孔口，所述燃料喷嘴出口孔口提供所述燃料喷嘴腔和所述初级旋流器文丘里管之间的流体连通，并且其中所述氧化剂的第三流经由所述燃料喷嘴腔和它们各自的燃料喷嘴出口孔口从所述环形压降腔提供到所述初级旋流器文丘里管。
根据任何前述条项所述的方法，其中所述至少一个出口孔口包括限定成通过所述燃料喷嘴开口的环形沟道，其中所述燃料喷嘴包括(i)所述燃料喷嘴的径向外部分中的环形燃料喷嘴腔，所述环形燃料喷嘴腔与所述环形沟道流体连通，以及(ii)至少一个燃料喷嘴出口孔口，所述至少一个燃料喷嘴出口孔口提供所述环形燃料喷嘴腔和所述初级旋流器文丘里管之间的流体连通，并且其中所述氧化剂的第三流经由所述环形沟道、所述环形燃料喷嘴腔和所述至少一个燃料喷嘴出口孔口从所述环形压降腔提供到所述初级旋流器文丘里管。
根据任何前述条项所述的方法，其中所述至少一个燃料喷嘴出口孔口包括绕所述燃料喷嘴的所述径向外部分的环形出口孔口。
尽管前面的描述是针对本公开的一些示例性实施例，但是应当注意，其他变化和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下进行。此外，结合本公开的一个实施例描述的特征可以结合其他实施例使用，即使上面没有明确说明。

Claims (10)

1.一种燃烧器的旋流器组件，其特征在于，所述旋流器组件限定通过其中的旋流器组件中心线，所述旋流器组件包括：
旋流器，所述旋流器包括具有初级旋流器文丘里管的初级旋流器；
旋流器套圈板，所述旋流器套圈板连接到所述初级旋流器的上游侧，并且包括沿所述旋流器组件中心线延伸通过其中的燃料喷嘴开口；以及
燃料喷嘴，所述燃料喷嘴设置在所述旋流器套圈板的所述燃料喷嘴开口中，
所述旋流器套圈板包括：
(a)后壁，所述后壁从所述燃料喷嘴开口径向向外延伸；
(b)环形锥形壁，所述环形锥形壁在所述燃料喷嘴开口处从所述后壁的径向向内部分延伸，并且从所述后壁向上游径向向外延伸；以及
(c)环形腔壁，所述环形腔壁连接所述后壁的径向向外部分和所述环形锥形壁的上游端，环形腔形成在所述后壁、所述环形锥形壁和所述环形腔壁之间，所述环形腔壁包括通过其中的多个入口孔口，
其中所述旋流器套圈板包括在所述环形腔和所述初级旋流器文丘里管之间提供流体连通的至少一个出口孔口，并且
其中通过所述多个入口孔口进入所述环形腔的氧化剂的流引起从压力气室的第一压力到低于所述第一压力的第二压力的第一压降，并且从所述环形腔通过所述至少一个出口孔口进入所述初级旋流器文丘里管的所述氧化剂的流引起从所述第二压力到低于所述第二压力的第三压力的第二压降。
2.根据权利要求1所述的旋流器组件，其特征在于，其中所述至少一个出口孔口包括多个出口孔口，所述多个出口孔口布置成相对于所述旋流器组件中心线轴向通过所述后壁。
3.根据权利要求1所述的旋流器组件，其特征在于，其中所述至少一个出口孔口包括多个出口孔口，所述多个出口孔口布置成从所述后壁的上游侧到所述后壁的下游侧相对于所述旋流器组件中心线以径向向内角度通过所述后壁，以便将所述氧化剂的所述流引导通过其中朝向所述燃料喷嘴的尖端。
4.根据权利要求3所述的旋流器组件，其特征在于，其中所述初级旋流器具有旋流方向，并且所述多个出口孔口进一步在与所述初级旋流器的所述旋流方向的共旋流或反旋流方向上以一定角度周向布置。
5.根据权利要求1所述的旋流器组件，其特征在于，其中所述第一压降包括通过所述旋流器套圈板的总压降的百分之十和百分之九十之间，并且所述第二压降包括通过所述旋流器套圈板的所述总压降的其余部分。
6.根据权利要求1所述的旋流器组件，其特征在于，其中所述至少一个出口孔口包括多个出口孔口，每个出口孔口限定为邻近所述燃料喷嘴，其中所述燃料喷嘴的外表面限定每个出口孔口的一部分。
7.根据权利要求1所述的旋流器组件，其特征在于，其中所述至少一个出口孔口包括多个出口孔口，
其中所述燃料喷嘴包括所述燃料喷嘴的径向外部分上的多个燃料喷嘴腔，所述多个燃料喷嘴腔中的每一个燃料喷嘴腔经由所述多个出口孔口中的相应出口孔口与所述环形腔流体连通，并且
其中每个燃料喷嘴腔包括燃料喷嘴出口孔口，所述燃料喷嘴出口孔口提供所述燃料喷嘴腔和所述初级旋流器文丘里管之间的流体连通。
8.根据权利要求1所述的旋流器组件，其特征在于，其中所述至少一个出口孔口包括限定成通过所述旋流器套圈板的所述燃料喷嘴开口的环形沟道，并且
其中所述燃料喷嘴包括(i)所述燃料喷嘴的径向外部分中的环形燃料喷嘴腔，所述环形燃料喷嘴腔经由所述环形沟道与所述环形腔流体连通，以及(ii)至少一个燃料喷嘴出口孔口，所述至少一个燃料喷嘴出口孔口提供所述环形燃料喷嘴腔和所述初级旋流器文丘里管之间的流体连通。
9.根据权利要求8所述的旋流器组件，其特征在于，其中所述至少一个燃料喷嘴出口孔口包括环形出口孔口。
10.根据权利要求1所述的旋流器组件，其特征在于，其中所述至少一个出口孔口包括周向布置成通过所述后壁的多排出口孔口，所述多排出口孔口中的每一排布置在与所述旋流器组件中心线相距不同的径向距离处。
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