具有稀释开口的燃烧器的制作方法

具有稀释开口的燃烧器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2021年12月21日提交的印度临时申请序列号202111059704的优先权，其内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本主题大体上涉及具有稀释孔的燃烧器，更具体地涉及具有在燃烧器中形成稀释开口的一组稀释孔的燃烧器。


背景技术：

4.涡轮发动机由穿过发动机的燃烧气体流驱动，以使多个涡轮叶片旋转。燃烧器可以设置在涡轮发动机内并且与燃烧气体流入其中的涡轮流体联接。
5.在涡轮发动机的燃烧器中使用碳氢燃料是已知的。大体上，空气和燃料被供给到燃烧室，空气和燃料被混合，然后燃料在空气的存在下燃烧以产生热气体。然后，热气体被供给到涡轮，其在涡轮处冷却并膨胀以产生动力。燃料燃烧的副产品通常包括对环境有害的毒素，诸如氮氧化物和二氧化氮(统称为no
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)、一氧化碳(co)、未燃烧的碳氢化合物(uhc)(例如，有助于形成大气臭氧的甲烷和挥发性有机化合物)、以及包括硫的氧化物(例如，so2和so3)的其他氧化物。
6.正在探索用于燃气涡轮发动机的各种燃料。氢或与另一种元素或化合物混合的氢可用于燃烧，但是氢或氢混合燃料可能导致比传统燃料更高的火焰温度。即，氢或氢混合燃料通常比传统燃料(如石油基燃料、或石油和合成燃料混合物)具有更宽的可燃范围和更快的燃烧速度。
7.源自世界范围内的空气污染问题的标准规范了由于涡轮发动机操作而生成的氮氧化物(no
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)、未燃烧碳氢化合物(uhc)和一氧化碳(co)的排放。特别地，由于操作期间燃烧器火焰温度高，因此在燃烧器内形成氮氧化物(no
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)。期望的是，通过调节燃烧器内的轮廓和/或图案来减少no
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排放，同时仍维持期望的效率。
附图说明
8.在附图中：
9.图1是涡轮发动机的示意图。
10.图2是根据本文公开的一方面的图1的具有带多组稀释孔的燃烧器衬里的燃烧区段的截面图。
11.图3是根据本文公开的一方面的具有多组稀释孔的燃烧器的示意图。
12.图4是根据本文公开的一方面的具有第一组稀释孔和第二组稀释孔的燃烧器的示意图。
13.图5是根据本文公开的另一方面的具有第一组稀释孔和第二组稀释孔的燃烧器的示意图。
14.图6是根据本文公开的又一方面的具有第一组稀释孔和第二组稀释孔的燃烧器的示意图。
15.图7是根据本文公开的一方面的具有第一排稀释开口和第二排稀释开口的燃烧器衬里的示意图，第一排稀释开口具有第一组稀释入口形状，第二排稀释开口具有第二组稀释入口形状。
16.图8是根据本文公开的一方面的具有第一排稀释开口和第二排稀释开口的燃烧器衬里的示意图，第一排稀释开口具有第一组稀释入口形状，第二排稀释开口具有第三组稀释入口形状。
17.图9是根据本文公开的一方面的具有第一排稀释开口和第二排稀释开口的燃烧器衬里的示意图，第一排稀释开口具有第一组稀释入口形状，第二排稀释开口具有第四组稀释入口形状。
18.图10是根据本文公开的一方面的其中第一排稀释开口相对于第二排稀释开口交错的燃烧器衬里的示意图。
19.图11是根据本文公开的一方面的其中第一排稀释开口限定比第二排稀释开口大的流动面积的燃烧器衬里的示意图。
20.图12是用于控制燃烧室中的no
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的方法的流程图。
具体实施方式
21.本文描述的公开的各方面涉及燃烧器，并且尤其涉及具有稀释孔的燃烧器衬里。为了例释的目的，将关于涡轮发动机来描述本公开。为传统燃料设计的许多燃烧器将不适用于氢燃料或氢混合燃料，因此本文所述的燃烧器在设计时考虑了氢和氢混合燃料的燃烧。然而，将理解的是，本文所述的公开的方面不限于此，并且本文所述的燃烧器可以在发动机中实施，包括但不限于涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和涡轮风扇发动机。本文讨论的公开的方面可以在具有燃烧器的非飞行器发动机内，诸如在其他移动应用和非移动工业、商业和住宅应用内，具有普遍适用性。
22.本文使用“示例性”一词来意指“用作示例、实例或例释”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。
23.如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以使一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
24.术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
25.如本文所用，术语“上游”是指与流体流动方向相反的方向，而术语“下游”是指与流体流动方向相同的方向。术语“前向”或“前”表示在某物的前面，“后向”或“后”表示在某物的后面。例如，当用于流体流动时，前向/前可以表示上游，后向/后可以表示下游。
26.术语“流体”可以是气体或液体。术语“流体连通”意指流体能够在指定区域之间建立连接。
27.此外，如本文所用，术语“径向”或“径向地”是指远离共同中心的方向。例如，在涡
轮发动机的整体上下文中，径向是指沿着在发动机的中心圆顶中心线和发动机外周之间延伸的射线的方向。
28.所有方向引用(例如，径向、轴向、近端、远端、上、下、向上、向下、左、右、横向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、前向、后向等)仅用于标识目的，以帮助读者理解本公开，并且不造成限制，特别是关于本文描述的公开的方面的位置、方位或使用的限制。连接引用(例如，附接、联接、连接和接合)将被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的中间结构元件以及元件之间的相对移动，除非另有指示。因此，连接引用不一定意味着两个元件直接连接并且相对于彼此固定。示例性附图仅用于例释的目的，并且在所附附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。
29.单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确指示。此外，如本文所用，术语“组”或“一组”元件可以是任意数量的元件，包括仅一个。
30.如本文中在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由诸如“大约”、“近似”、“大体上”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指代在单个值、值的范围和/或限定值的范围的端点的1％、2％、4％、5％、10％、15％或20％的余量内。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这种范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点能够彼此独立地组合。
31.图1是涡轮发动机10的示意图。作为非限制性示例，涡轮发动机10可以在飞行器内使用。涡轮发动机10可以至少包括压缩机区段12、燃烧区段14和涡轮区段16。驱动轴18旋转地联接压缩机区段12和涡轮区段16，使得其中一个的旋转影响另一个的旋转，并且限定涡轮发动机10的旋转轴线20。
32.压缩机区段12可以包括彼此串行流体联接的低压(lp)压缩机22和高压(hp)压缩机24。涡轮区段16可以包括彼此串行流体联接的lp涡轮26和hp涡轮28。驱动轴18可以将lp压缩机22、hp压缩机24、lp涡轮26和hp涡轮28可操作地联接在一起。替代地，驱动轴18可以包括lp驱动轴(未示出)和hp驱动轴(未示出)。lp驱动轴可以将lp压缩机22联接到lp涡轮26，并且hp驱动轴可以将hp压缩机24联接到hp涡轮28。lp线轴可以被限定为lp压缩机22、lp涡轮26和lp驱动轴的组合，使得lp涡轮26的旋转可以将驱动力施加到lp驱动轴，lp驱动轴进而可以使lp压缩机22旋转。hp线轴可以被限定为hp压缩机24、hp涡轮28和hp驱动轴的组合，使得hp涡轮28的旋转可以将驱动力施加到hp驱动轴，hp驱动轴进而可以使hp压缩机24旋转。
33.压缩机区段12可以包括多个轴向间隔开的级。每一级包括一组周向间隔开的旋转叶片和一组周向间隔开的固定轮叶。用于压缩机区段12的一级的压缩机叶片可以被安装到盘，盘被安装到驱动轴18。用于给定级的每一组叶片可以具有其自己的盘。压缩机区段12的轮叶可以被安装到壳体，壳体可以围绕涡轮发动机10周向延伸。应当理解，压缩机区段12的表示仅仅是示意性的并且可以有任何数量的级。进一步地，预期的是，在压缩机区段12内可
以有任何其他数量的部件。
34.与压缩机区段12类似，涡轮区段16可以包括多个轴向间隔开的级，其中每一级具有一组周向间隔开的旋转叶片和一组周向间隔开的固定轮叶。涡轮区段16的一级的涡轮叶片可以被安装到盘，盘被安装到驱动轴18。用于给定级的每一组叶片可以具有其自己的盘。涡轮区段的轮叶可以以周向方式被安装到壳体。要注意的是，可以有任意数量的叶片、轮叶和涡轮级，因为图示的涡轮区段仅仅是示意性的表示。进一步地，预期的是，在涡轮区段16内可以有任何其他数量的部件。
35.燃烧区段14可以串行设置在压缩机区段12和涡轮区段16之间。燃烧区段14可以流体联接到压缩机区段12和涡轮区段16的至少一部分，使得燃烧区段14至少部分地将压缩机区段12流体联接到涡轮区段16。作为非限制性示例，燃烧区段14可以在燃烧区段14的上游端处流体联接到hp压缩机24，并且在燃烧区段14的下游端处流体联接到hp涡轮28。
36.在涡轮发动机10的操作期间，环境空气或大气空气经由压缩机区段12上游的风扇(未示出)被吸入压缩机区段12，空气在压缩机区段12处被压缩，限定加压空气。然后，加压空气可以流入燃烧区段14，加压空气在燃烧区段14处与燃料混合以限定燃料/空气混合物并被点燃，从而生成燃烧气体。hp涡轮28从这些燃烧气体中提取一些功，hp涡轮28驱动hp压缩机24。燃烧气体被排出到lp涡轮26中，lp涡轮26提取附加功来驱动lp压缩机22，并且排气最终经由涡轮区段16下游的排气区段(未示出)从涡轮发动机10被排出。lp涡轮26的驱动驱动了lp线轴，以使风扇(未示出)和lp压缩机22旋转。加压气流和燃烧气体可以一起限定流过涡轮发动机10的风扇、压缩机区段12、燃烧区段14和涡轮区段16的工作气流。
37.图2描绘了位于涡轮发动机10的压缩机区段12和涡轮区段16之间的燃烧区段14的截面图。燃烧区段14可以包括环形布置的燃料喷射器76，每个燃料喷射器76连接到燃烧器80。应当理解，环形布置的燃料喷射器可以是一个或多个燃料喷射器，并且一个或多个燃料喷射器76可以具有不同的特性，并且显示的一个燃料喷射器76仅用于例释目的而不是旨在是限制性的。取决于燃烧器80位于其中的发动机的类型，燃烧器80可以具有筒形、筒环形或环形布置。在非限制性示例中，环形布置被图示并且被布置在壳体78内。燃烧器80可以包括环形燃烧器衬里82、包括圆顶壁114的圆顶组件84，其一起限定围绕圆顶中心线(dc)的燃烧室86。压缩空气通路88可以至少部分地由燃烧器衬里82和壳体78两者限定。至少一个燃料喷射器76流体联接到燃烧室86。通道90可以流体联接压缩空气通路88和燃烧器80。通道90可以由位于燃烧器衬里82中的多组稀释孔限定，作为非限制性示例，示出了第一组稀释孔90a和第二组稀释孔90b。
38.燃料喷射器76可以联接到并设置在扩口锥部91上游的圆顶组件84内，以限定燃料出口94。燃料喷射器76可以包括燃料入口96以及线性燃料通路100，燃料入口96可以适于接收燃料流(f)，线性燃料通路100在燃料入口96与燃料出口94之间延伸。旋流器102可以设置在圆顶入口98处，以使进入空气接近离开燃料喷射器76的燃料(f)形成旋流，并提供进入燃烧器80的空气和燃料的均匀混合物。
39.燃烧器衬里82可以由壁104限定，壁104具有外表面106和至少部分地限定燃烧室86的内表面108。壁104可以由一个连续的整体部分构成或可以是组装在一起以限定燃烧器衬里82的多个整体部分。作为非限制性示例，外表面106可以限定壁104的第一块，而内表面108可以限定壁104的第二块，当它们组装在一起时，形成燃烧器衬里82。如本文所述，壁104
包括第一组稀释孔90a和第二组稀释孔90b。进一步预期的是，燃烧器衬里82可以是任何类型的燃烧器衬里82，包括但不限于双壁衬里或瓷砖衬里。点火器110可以设置在壁104处并且在任何位置处流体联接到燃烧室86，作为非限制性示例，在第一组稀释孔90a和第二组稀释孔90b之间流体联接到燃烧室86。
40.第一组稀释孔90a可以在第二组稀释孔90b的下游。第二组稀释孔90b可以被定位成更靠近圆顶壁114。第二组稀释孔90b可以位于壁104中，使得第二组稀释孔90b的中心和圆顶壁114的热侧之间的测量长度(l2)可以等于燃烧器长度(l)或在燃烧器长度(l)的0到0.2倍之间。第一组稀释孔90a和圆顶壁114的热侧之间的测量长度(l1)可以等于燃烧器长度(l)或在燃烧器长度(l)的0.2到0.7倍之间。初级混合区(pm)被定位成紧接在圆顶入口98的下游。高热释放(hhr)区域被限定在第一组稀释孔90a和第二组稀释孔90b之间的初级混合区(pm)内。
41.在操作期间，压缩空气(c)可以从压缩机区段12通过压缩空气通路88流到燃烧器80。燃烧器衬里82中的第一组稀释孔90a和第二组稀释孔90b允许至少一部分压缩空气(c)经过，以限定从压缩空气通路88到燃烧室86的稀释气流(af)。
42.一些压缩空气(c)可以与燃料(f)混合，并且一旦进入燃烧器80，就在燃烧室86内通过一个或多个点火器110被点燃，以限定用于生成燃烧气体(g)的火焰。燃烧气体(g)使用通过第一组稀释孔90a和第二组稀释孔90b供应的稀释气流(af)而被混合，并且在燃烧室86内混合，之后，燃烧气体(g)流过燃烧器出口112并进入涡轮区段16。
43.稀释气流(af)从第一组稀释孔90a穿透到燃烧室86中的程度高于从第二组稀释孔90b穿透到燃烧室86中的程度。第一组孔90a限定第一稀释气流(a1)，并且第二组孔90b限定第二稀释气流(a2)。第一组稀释孔90a被形成为具有更高的穿透率，用于实现朝向燃烧室86中心的更低的温度。更高的穿透率还有助于降低no
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排放、更好的燃烧器出口温度轮廓、和图案因素。
44.第二组稀释孔90b用于通过向内推动旋流器流(sf)来控制接近圆顶入口98的火焰的形状。第二组稀释孔90b还用于为了火焰稳定性目的而控制旋流器流(sf)的径向扩散。这控制了初级混合区(pm)中的火焰的形状和大小，从而又控制了高热释放(hhr)区域。在第一组稀释孔90a和第二组稀释孔90b之间形成高热释放(hhr)区域。高热释放(hhr)区域决定了no
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排放。高热释放(hhr)区域的形状和大小由第一组稀释孔90a和第二组稀释孔90b之间的距离以及从第一组稀释孔90a和第二组稀释孔90b排出的稀释气流(af)的强度所控制。
45.进一步地，由于稀释气流(af)与旋流器流(sf)的相互作用所产生的高剪力，第二组稀释孔90b增强了初级混合区(pm)中的混合。这实现了初级混合区(pm)中的更加均匀的温度，从而又减少了no
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排放。来自第二组稀释孔90b的稀释气流(af)冲击旋流器流(sf)以产生用于冷却燃烧衬里82的流动结构。
46.图3是根据本文公开的另一方面的燃烧器180(图2的燃烧器80的变型)的示意图。燃烧器基本上类似于燃烧器80，因此，相似部分将用增加100的相似数字标识。应当理解，燃烧器80的相似部分的描述适用于燃烧器180，除非另有说明。
47.燃烧器180具有燃烧室186，燃烧室186由燃烧器衬里182和包括圆顶壁214的圆顶组件184限定。燃烧器180包括多组稀释孔，图示为四组稀释孔，包括第一组190a、第二组190b、第三组190c和第四组190d。每组稀释孔190a、190b、190c、190d可以包括在入口191和
出口开口192之间延伸的通道190，出口开口192限定进入燃烧室186的开口。出口开口192可以限定对应的第一、第二、第三和第四直径(d1)、(d2)、(d3)、(d4)。在本公开的一方面中，通道190也可以限定对应的直径，换句话说，通道190可以在入口191和出口开口192之间具有恒定的直径。每组稀释孔190a、190b、190c、190d的几何中心分别位于测量长度(l1)、(l2)、(l3)、(l4)处，其中测量长度(l1)、(l2)、(l3)、(l4)平行于圆顶中心线(dc)从圆顶壁114延伸。在图示的示例性燃烧器衬里182中，当测量长度(l1)、(l2)、(l3)、(l4)的值增加时，直径(d1)、(d2)、(d3)、(d4)的值也增加。在另一个示例中，当测量长度的值增加时，直径的值会减小。进一步预期了直径大小和长度值的任何组合。在燃烧器衬里182中可以有彼此轴向间隔开的n组稀释孔，其中当测量长度增加时，直径逐渐增加或减小，以产生射流穿透的逐渐增加或减小或组合，以便实现较低的气体温度和较低的no
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。稀释气流(af)在不同组的稀释孔之间分流的方式可以为发动机中的最佳性能提供变化。
48.图4是根据本文公开的另一方面的燃烧器280(图2的燃烧器80的变型)的示意图。燃烧器基本上类似于燃烧器80，因此，相似部分将用增加200的相似数字标识。应当理解，燃烧器80的相似部分的描述适用于燃烧器280，除非另有说明。
49.燃烧器280具有由燃烧器衬里282和包括圆顶壁314的圆顶组件284限定的燃烧室286。燃烧器包括第一组稀释孔290a和第二组稀释孔290b。第一组稀释孔290a与圆顶壁214间隔平行于燃烧器280的圆顶中心线(dc)的第一测量长度(l1)。第一组稀释孔290a中的每个通道290可以限定近似垂直于燃烧器衬里282(在5％以内)定向的第一中心线(cl1)，以限定大约90
°
(在5％以内)的第一稀释角(δ)。第二组稀释孔290b与圆顶壁214间隔第二测量长度(l2)。第二测量长度(l2)小于第一测量长度(l1)。第二组稀释孔290b中的每个通道290可以限定与圆顶壁314相交的第二中心线(cl2)，以限定等于或小于90
°
的第二稀释角(α)。在一些实施方式中，稀释角(α)小于45
°
。第二稀释角(α)可以是相对于圆顶壁314的锐角。
50.可以更清楚地看出，作为非限制性示例，第一稀释气流(a1)比第二稀释气流(a2)穿透到燃烧室86中一直到或接近圆顶中心线(dc)的量更高。
51.在操作中，旋流器302接近离开燃料喷射器276的燃料(f)混合进入的压缩空气(c)，并提供空气和燃料的均匀混合物，以限定进入燃烧器280的旋流器流(sf)。第二组稀释孔290b被定位成接近燃料出口294/圆顶入口298，使得第二稀释气流(a2)以第二稀释气流(a2)冲击圆顶壁214的方式被引入到燃烧室286，以限定冲击稀释气流(i)。第二组稀释孔290b朝向圆顶壁214倾斜，以冷却圆顶壁214，并且使冲击稀释气流(i)沿着圆顶壁214滑动，从而控制如虚线所示的旋流器流(sf)的径向扩散(rs)。在一些实施方式中，相对于燃烧衬里282的外表面306的定向角可以不同于相对于燃烧衬里282的内表面308的定向角。改变稀释通道的倾斜角以及衬里的内表面和外表面之间的稀释出口开口的大小有助于实现本文所述的高热释放区(hhr)的不同形状和大小。这有助于控制衬里壁上的旋流器流的擦洗，从而避免较高的衬里温度。而且，当来自第二组稀释孔290b的稀释气流(d)冲击旋流器流(sf)时，第一组稀释孔290a和第二组稀释孔290b的不同角度和直径可以在燃烧器280的初级混合区(pm)中实现不同级别的混合，这有助于控制no
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。此外，第二组稀释孔290b可以控制火焰形状，这又有助于控制初级混合区(pm)内的温度并因此有助于控制no
x
排放。
52.图5是根据本文公开的另一方面的燃烧器380(图2的燃烧器80的变型)的示意图。燃烧器基本上类似于燃烧器80，因此，相似部分将用增加300的相似数字标识。应当理解，燃
烧器80的相似部分的描述适用于燃烧器380，除非另有说明。
53.燃烧器包括第一组稀释孔390a和第二组稀释孔390b。第二组稀释孔390b与圆顶壁414间隔第二测量长度(l2)。测量长度(l2)小于第一测量长度(l1)。第二组稀释孔390b的通道390可以限定与燃烧器衬里382相交以限定等于或小于90
°
的第三稀释角(β)的第三中心线(cl3)。在一些实施方式中，稀释角(β)小于45
°
。不同于图4的第二组稀释孔290b，第二组稀释孔390b被定向成远离圆顶壁414指向。第三稀释角(β)被限定为燃烧器衬里382和第三中心线(cl3)之间的锐角。第三稀释气流(a3)可以通过第二组稀释孔390b的出口开口392排出，以直接冲击旋流器流(sf)。通过将第二组稀释孔390b引向旋流器流，对旋流器流(sf)的扩散进行了附加控制以及对提供高热释放(hhr)的区域进行了控制。第三稀释气流(a3)对旋流器流(sf)的直接冲击有助于增加初级混合区(pm)中的湍流级别，这进一步有助于改进初级混合区(pm)中的混合，导致了初级混合区(pm)中的均匀温度分布，其又导致较低的no
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排放。
54.在操作中，旋流器402接近离开燃料喷射器376的燃料(f)混合进入的压缩空气(c)，并提供空气和燃料的均匀混合物，以限定进入燃烧器380的旋流器流(sf)。第二组稀释孔390b被定位成接近燃料出口394/圆顶入口398，使得第三稀释气流(a3)以第三稀释气流(a3)朝向圆顶中心线(dc)推动旋流器流(sf)的方式被引入燃烧室386。第二组稀释孔390b远离圆顶壁314倾斜，以便使第三稀释气流(a3)直接冲击到旋流器流(sf)上并使旋流器流(sf)朝向圆顶中心线(dc)塌陷，从而控制旋流器流(sf)的径向扩散(rs)。这种推动控制了旋流器流(sf)的位置，导致了燃烧器衬里382的内表面408上的火焰擦洗较少。
55.图6是根据本文公开的另一方面的燃烧器480(图2的燃烧器80的变型)的示意图。燃烧器基本上类似于燃烧器80，因此，相似部分将用增加400的相似数字标识。应当理解，燃烧器80的相似部分的描述适用于燃烧器480，除非另有说明。
56.燃烧器480包括第一组稀释孔490a和第二组稀释孔490b。第一组稀释孔490a朝向燃料出口494/圆顶入口498成角度。第一组稀释孔490a与圆顶壁514间隔第一测量长度(l1)。第一测量长度(l1)大于第二组稀释孔490b的第二测量长度(l2)。第一组稀释开口490a的通道490可以限定与燃烧器衬里482相交以限定等于或小于90
°
的第四稀释角(θ)的第四中心线(cl4)。在一些实施方式中，第四稀释角(θ)小于45
°
。作为非限制性示例，第三稀释角(θ)可以是燃烧器衬里482和第四中心线(cl4)之间的锐角。
57.在操作中，第一组稀释孔490a可以朝向圆顶入口498倾斜，并且第二组稀释孔490b可以远离圆顶入口498倾斜，使得来自第一组稀释孔490a和第二组稀释孔490b两者的第四稀释气流(a4)和第五稀释气流(a5)冲击旋流器流(sf)，以进一步减少中心再循环区或径向扩散(rs)，从而将火焰保持在燃烧器480的中心区域中。由于第四和第五稀释气流(a4、a5)的相互作用，因此第一组稀释孔490a和第二组稀释孔490b朝向彼此成角度有助于进一步改进初级混合区(pm)中的湍流级别。这连同第四和第五稀释气流(a4、a5)两者与旋流器流(sf)相互作用一起进一步增加了剪力，导致了改进的混合、均匀的温度分布和更低的no
x
排放。
58.应当理解，预期了本文所述的第一组稀释孔和第二组稀释孔的任何组合。进一步地，如本文所述的燃烧器衬里的外表面上的每组稀释孔的出口开口的轴向位置可以不同于燃烧器衬里的内表面上的相同出口开口的位置。
59.图7是燃烧器衬里的示意图，作为非限制性示例，该燃烧器衬里是图4的燃烧器衬里282，包括第一组稀释孔290a和第二组稀释孔290b。可以更清楚地看出，第一组稀释孔290a和第二组稀释孔290b包括至少一个出口开口292，图示为位于燃烧器衬里282中的多个出口开口292。轴向方向由“x”表示，而周向方向表示为“y”。
60.第一组稀释孔290a可以是第一排稀释开口216的一部分或限定整个第一排稀释开口216，第一排稀释开口216至少部分地围绕燃烧器衬里282周向延伸。进一步预期的是，第一排稀释开口216围绕整个燃烧器衬里282延伸。第一排稀释开口216可以包括具有第一组稀释入口形状220的出口开口292。第一组稀释入口形状220可以是圆形并且限定如本文所述的第一直径(d1)。
61.本文所述的每个出口开口292具有限定用于稀释气流(d)的出口开口292的物理横截面积的流动面积(fa)。流动面积(fa)由前面提到的轴向和周向尺寸，即出口开口292的水力直径所限定。总稀释流动面积是通过全组稀释孔的流动面积(fa)的总和。用于如本文所述的第二组稀释孔290b的总流动面积可以是总稀释流的1％到80％，其中流的其余部分通过本文所述的其余组稀释开口进入燃烧室。例如，第二组稀释孔290b的大小可以定为允许总稀释流的50％通过，而第一组稀释孔290a的大小也可以定为允许总稀释流的50％通过。
62.在另一个示例中，返回参考图3，第二组稀释孔190b的大小可以定为允许总稀释流的50％通过，而第一组稀释孔190a的大小可以定为允许总稀释流的20％通过，第三组稀释孔190c的大小可以定为允许总稀释流的20％通过，并且第四组稀释孔190d的大小可以定为允许总稀释流的10％通过。
63.再次参考图7，第二组稀释孔290b可以是第二排稀释开口218的一部分或限定整个第二排稀释开口218，第二排稀释开口218至少部分地围绕燃烧器衬里282或围绕燃烧器衬里282的整体周向延伸。第二排稀释开口218可以包括具有第二组稀释入口形状222的出口开口292。第二组稀释入口形状222可以是长圆形并且周向延伸“y”的尺寸(l1)，尺寸(l1)大于其中形状222轴向延伸“x”的尺寸(l2)。第二组稀释入口形状222可以是任何形状，包括但不限于相似的椭圆形、跑道形或泪滴形，以控制由本文所述的稀释气流(af)所限定的稀释射流的穿透。第二组稀释开口290b的流动穿透又将决定初级混合区(pm)的形状以及高速旋流器流(sf)与衬里和火焰形状的接近性。与等效流动面积的圆形孔相比，椭圆形或跑道形孔将实现更低的穿透率。而且，具有横向细长槽也有助于控制初级混合区(pm)以及在横向方向上的火焰形状。
64.图8是燃烧器衬里的示意图，作为非限制性示例，该燃烧器衬里是图4的燃烧器衬里282，包括第一组稀释孔290a和第二组稀释孔290b。图示为多个出口开口292的至少一个出口开口292被更清楚地示出。轴向方向由“x”表示，而周向方向表示为“y”。
65.第二组稀释孔290b可以是第三排稀释开口224的一部分或限定整个第三排稀释开口224，第三排稀释开口224至少部分地围绕燃烧器衬里282或围绕燃烧器衬里282的整体周向延伸。第三排稀释开口224可以包括具有第三组稀释入口形状226的出口开口292。第三组稀释入口形状226可以限定槽227，槽227周向延伸“y”的尺寸(l3)，尺寸(l3)大于其中形状226轴向延伸“x”的尺寸(l2)。进一步地，槽227可以具有大于第一排稀释开口216中的开口292的第一直径(d1)的数倍的尺寸(l3)。作为非限制性示例，尺寸(l3)可以是第一直径(d1)的三倍以上。槽的更宽的横向覆盖有助于控制初级混合区(pm)、横向方向上的火焰形状，并
且在横向方向上实现均匀的温度。
66.图9是燃烧器衬里的示意图，作为非限制性示例，该燃烧器衬里是燃烧器衬里282，具有第一组稀释孔290a和第二组稀释孔290b。可以更清楚地看出，第一组稀释孔290a和第二组稀释孔290b包括至少一个出口开口292，图示为位于燃烧器衬里282中的多个出口开口292。轴向方向由“x”表示，而周向方向表示为“y”。
67.第一组稀释孔290a可以是第一排稀释开口216的一部分或限定整个第一排稀释开口216。第一组稀释开口290a的每个稀释出口开口292可以具有第一组稀释入口形状220的形状，其中出口开口292限定第一直径(d1)。第二组稀释开口290b可以是第四排稀释开口228的一部分或限定整个第四排稀释开口228。第四排稀释开口228可以包括具有各种入口大小的出口开口292，在图9中称为第二入口大小230和第三入口大小232。具有第二入口大小230的出口开口292可以具有第二直径(d2)，并且具有第三入口大小232的开口可以具有第三直径(d3)。在本文公开的一个方面中，第二入口大小230和第三入口大小232在第四排稀释开口228中围绕燃烧器衬里282周向交替。进一步预期的是，第一直径大于第二直径，第二直径大于第三直径(d1》d2》d3)。具有第二入口大小230的开口292可以相对于具有第三入口大小232的开口292更大，这可以限定用作直列开口的中间杯状稀释开口，以向内推动再循环，这可以进一步实现温度分布的均匀性。应当理解，虽然大小可以变化，但是开口292的形状可以是相同的，作为非限制性示例，如图所示的圆形。
68.图10是燃烧器衬里的示意图，作为非限制性示例，该燃烧器衬里是图4的燃烧器衬里282，包括限定交错排234的第一组稀释孔290a和第二组稀释孔290b。交错排234可以是任意数量的排，包括如图所示的两排，其中出口开口292相对于彼此周向交错。虽然图示为具有相同的入口大小234，但是应当理解，出口开口292可以限定任何大小的入口。
69.图11是燃烧器衬里的示意图，作为非限制性示例，该燃烧器衬里是图4的燃烧器衬里282，包括限定第五排稀释开口238的第一组稀释孔290a和限定第六排稀释开口240的第二组稀释孔290b。第二组稀释孔290b可以具有限定流动面积(fa)的出口开口292该流动面积(fa)大于第一组稀释孔290a的出口开口的流动面积。接近圆顶壁114(图2)的较大流动面积(fa)可以在燃烧室86(图2)内实现进一步的温度分布均匀性。
70.应当理解，本文所述的出口开口292为本文所述的通道提供了出口，并且同时限定了进入燃烧室的入口。应当理解，出口开口292的数量可以在不同排的出口开口292之间是不同的。进一步地，具有本文所述的直径的周向变化是可能的。而且，可以在前后稀释孔之间存在周向交错，以控制初级区中的温度分布。预期了本文所述的稀释出口开口形状和位置的任何组合。图2-11仅用于例释目的，并不意指是限制性的。
71.应当理解，本文所述的稀释孔是示例性的，如图所示。稀释孔可以以无数不同的方式组织，并且作为非限制性示例，可以包括任何形状或大小的肋、销组、回路、子回路、膜开口、气室、网孔和湍流器。稀释孔可以包括其他流增强装置，作为非限制性示例，位于稀释孔后面的小开口。进一步预期的是，稀释孔可以是稀释孔的集合的一部分。还预期的是，稀释孔可以是沿燃烧器衬里定位的冷却孔的集合的补充，并且与沿燃烧器衬里定位的冷却孔的集合分离。
72.在图12中图示了用于控制存在于图2的燃烧器80内的燃烧气体(g)中的氮氧化物或no
x
的方法600的流程图。方法600包括在方框602处，将燃料/空气混合物喷射到燃烧室
中，以及在604处，用旋流器混合压缩空气(c)和燃料，以限定旋流器流(sf)。在方框606处，燃料/空气混合物被点燃，以限定火焰并生成燃烧气体。该方法进一步包括在方框608处，以第一稀释角(δ)喷射第一稀释气流(a1)通过燃烧器衬里，并以第二稀释角(α)喷射第二稀释气流(a2)通过燃烧器衬里进入燃烧室的初级区。在方框612处，该方法包括通过将第二稀释气流(a2)冲击到旋流器流(sf)上来控制火焰的形状和大小。
73.方法600可以进一步包括第一稀释气流(a1)比第二稀释气流(a2)更大程度地喷射到燃烧室中。该方法可以进一步包括使第一稀释角(在本文中描述为第四稀释角(θ))朝向燃料喷射器成角度，以及使第二稀释角(在本文中描述为第三稀释角(β))远离燃料喷射器成角度，如图6所示。在其他实施方式中，如图4所示，第二稀释角(α)朝向燃料喷射器成角度。应当理解，来自如本文所述的第一组稀释孔的气流在不同的方向上被引导，并且被描述为第一稀释气流(a1)和第五稀释气流(a5)。来自如本文所述的第二组稀释开口的气流在不同的方向上被引导，并且被指示为第二稀释气流(a2)、第三稀释气流(a3)和第四稀释气流(a4)。
74.与本文所述的燃烧器衬里和方法相关联的益处是稀释开口下游的均匀温度分布，这等同于更好的no
x
和燃烧器出口温度轮廓/图案。导流器和衬里上的较低温度等同于更好的衬里和导流器寿命。
75.虽然针对涡轮发动机进行了描述，但是应当理解，本文所述的燃烧器可以用于具有排放no
x
的燃烧器的任何发动机。应当理解，本文讨论的本公开的方面的应用也适用于具有螺旋桨区段或风扇和增压区段的发动机以及涡轮喷气发动机和涡轮发动机。
76.在尚未描述的范围内，各个实施例的不同特征和结构可以根据需要组合使用或彼此替代使用。没有在所有实施例中例释一个特征并不意味着它不能被如此例释，而是为了描述的简洁而这样做。因此，可以根据需要混合和匹配不同实施例的各种特征以形成新的实施例，而无论新的实施例是否被明确描述。本文描述的特征的所有组合或置换都被本公开覆盖。
77.该书面描述使用示例来描述本文描述的公开的方面，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践公开的方面，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本公开的各方面的可专利范围由权利要求所限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质差异的等效结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。
78.进一步的方面由以下条款的主题提供：
79.一种涡轮发动机，包括：沿发动机中心线处于串行流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述燃烧区段包括：燃烧器衬里，所述燃烧器衬里具有第一端、与所述第一端相对的第二端，并且至少部分地限定在所述第一端和所述第二端之间延伸长度l的燃烧室；圆顶组件，所述圆顶组件在所述第一端处被安装到所述燃烧器衬里，并且限定所述燃烧室的圆顶入口；多组稀释孔，所述多组稀释孔至少包括：第一组稀释孔，所述第一组稀释孔被设置在所述燃烧器衬里中、在所述圆顶入口的下游；和第二组稀释孔，所述第二组稀释孔被设置在所述燃烧器衬里中、在所述第一组稀释孔和所述圆顶入口之间，其中所述第二组稀释孔与所述圆顶入口向下游间隔距离l2，所述距离l2是所述长度l的0.0至0.2，所述第二
组稀释孔具有与所述第一组稀释孔不同的至少一个物理特性。
80.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述第一组稀释孔与所述圆顶入口向下游间隔距离l1，所述距离l1是所述长度l的0.2至0.7。
81.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述多组稀释孔中的每组稀释孔进一步包括从所述燃烧器衬里处的入口延伸到出口开口的通道，并且其中所述至少一个物理特性是由所述出口开口的横截面积的总和所限定的总稀释流动面积，并且其中所述第二组稀释孔中的所述出口开口限定等于所述总稀释流动面积或在所述总稀释流动面积的1％到80％之间的第二稀释气流。
82.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，进一步包括旋流器，所述旋流器被设置在所述圆顶入口处，用于提供旋流器流，并且其中所述第二组稀释孔成角度，以提供冲击所述旋流器流的第二稀释气流。
83.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述第一组稀释孔和所述第二组稀释孔相对于彼此周向交错。
84.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述至少一个物理特性是稀释角，并且所述第二组稀释孔朝向所述圆顶壁成角度，以限定第一稀释角。
85.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述至少一个物理特性是稀释角，并且所述第二组稀释孔远离所述圆顶壁成角度，以限定第三稀释角。
86.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述第一组稀释孔朝向所述圆顶壁成角度，以限定第四稀释角。
87.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，进一步包括在所述第一组稀释孔和所述第二组稀释孔下游的第三组稀释孔，并且其中所述圆顶组件限定圆顶中心线，并且所述多组稀释孔中的每组稀释孔的几何中心位于平行于所述圆顶中心线距离所述圆顶壁的测量长度处。
88.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述至少一个物理特性是直径，并且当所述测量长度的值增加时，对应直径的值增加。
89.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述至少一个物理特性是直径，并且当所述测量长度的值增加时，对应直径的值减小。
90.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述第二组稀释孔限定比所述第一组稀释孔大的流动面积。
91.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述第一组稀释孔具有第一组稀释入口形状，所述第一组稀释入口形状包括具有第一直径的圆形形状。
92.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述第二组稀释孔具有第二组稀释入口形状，所述第二组稀释入口形状包括长圆形形状。
93.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述长圆形形状是椭圆形、跑道形或泪珠形中的一个。
94.根据前述条款中的任一项所述的涡轮发动机，其中所述长圆形形状限定槽，所述槽具有等于所述第一直径多倍的周向尺寸。
95.一种用于控制存在于涡轮发动机的燃烧器内的氮氧化物的方法，所述方法包括：通过燃料喷射器将燃料和空气混合物喷射到所述燃烧器的燃烧室中，以限定燃料/空气混
合物；用旋流器使压缩空气和所述燃料混合，以限定旋流器流；点燃所述燃料/空气混合物，以限定火焰并生成燃烧气体；以第一稀释角喷射第一稀释气流通过限定所述燃烧室的燃烧器衬里；以第二稀释角喷射第二稀释气流通过所述燃烧器衬里到所述燃烧室的初级区中，所述初级区位于所述燃料喷射器的下游和所述第一稀释气流的上游；通过将所述第二稀释气流冲击到所述旋流器流上来控制所述火焰的形状和大小。
96.根据前述条款中的任一项所述的方法，其中所述第一稀释气流比所述第一稀释气流更大程度地喷射到所述燃烧室中。
97.根据前述条款中的任一项所述的方法，其中所述第一稀释角朝向所述燃料喷射器成角度，并且所述第二稀释角远离所述燃料喷射器成角度。
98.根据前述条款中的任一项所述的方法，其中所述第二稀释角朝向所述燃料喷射器成角度。

技术特征：
1.一种涡轮发动机，其特征在于，包括：沿发动机中心线处于串行流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段，所述燃烧区段包括：燃烧器衬里，所述燃烧器衬里具有第一端、与所述第一端相对的第二端，并且至少部分地限定在所述第一端和所述第二端之间延伸长度l的燃烧室；圆顶组件，所述圆顶组件在所述第一端处被安装到所述燃烧器衬里，并且限定所述燃烧室的圆顶入口；多组稀释孔，所述多组稀释孔至少包括：第一组稀释孔，所述第一组稀释孔被设置在所述燃烧器衬里中、在所述圆顶入口的下游；和第二组稀释孔，所述第二组稀释孔被设置在所述燃烧器衬里中、在所述第一组稀释孔和所述圆顶入口之间，其中所述第二组稀释孔与所述圆顶入口向下游间隔距离l2，所述距离l2是所述长度l的0.0至0.2，所述第二组稀释孔具有与所述第一组稀释孔不同的至少一个物理特性。2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一组稀释孔与所述圆顶入口向下游间隔距离l1，所述距离l1是所述长度l的0.2至0.7。3.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述多组稀释孔中的每组稀释孔进一步包括从所述燃烧器衬里处的入口延伸到出口开口的通道，并且其中所述至少一个物理特性是由所述出口开口的横截面积的总和所限定的总稀释流动面积，并且其中所述第二组稀释孔中的所述出口开口限定等于所述总稀释流动面积或在所述总稀释流动面积的1％到80％之间的第二稀释气流。4.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括旋流器，所述旋流器被设置在所述圆顶入口处，用于提供旋流器流，并且其中所述第二组稀释孔成角度，以提供冲击所述旋流器流的第二稀释气流。5.根据权利要求1-4中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一组稀释孔和所述第二组稀释孔相对于彼此周向交错。6.根据权利要求1-5中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述至少一个物理特性是稀释角，并且所述第二组稀释孔朝向所述圆顶壁成角度，以限定第一稀释角。7.根据权利要求1-5中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述至少一个物理特性是稀释角，并且所述第二组稀释孔远离所述圆顶壁成角度，以限定第三稀释角。8.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一组稀释孔朝向所述圆顶壁成角度，以限定第四稀释角。9.根据权利要求1-5中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括在所述第一组稀释孔和所述第二组稀释孔下游的第三组稀释孔，并且其中所述圆顶组件限定圆顶中心线，并且所述多组稀释孔中的每组稀释孔的几何中心位于平行于所述圆顶中心线距离所述圆顶壁的测量长度处。10.根据权利要求9所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述至少一个物理特性是直径，并且当所述测量长度的值增加时，对应直径的值增加。

技术总结
一种涡轮发动机和用于控制存在于涡轮发动机的燃烧器内的氮氧化物的方法。涡轮发动机具有沿发动机中心线串行流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。燃烧区段具有燃烧器衬里，燃烧器衬里具有第一端、与第一端相对的第二端，并且至少部分地限定在第一端和第二端之间延伸的燃烧室。圆顶组件在第一端处被安装到燃烧器衬里，并且限定燃烧室的圆顶入口。有多组稀释孔，包括设置在燃烧器衬里中、在圆顶入口下游的第一组稀释孔和设置在燃烧器衬里中、在第一组稀释孔和圆顶入口之间的第二组稀释孔。释孔。释孔。


技术研发人员：曼南帕蒂
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2023/6/27