具有交替稀释栅的燃烧器的制作方法

1.本公开涉及一种燃气涡轮发动机的燃烧室中燃烧气体的稀释。更详细地，本公开涉及一种具有用于稀释燃烧气体的交替稀释栅的燃烧器。


背景技术：

2.在传统的燃气涡轮发动机中，已知将稀释空气流提供到主燃烧区下游的燃烧室中。常规地，环形燃烧器衬套可包括内衬套和外衬套，在它们之间形成燃烧室。内衬套和外衬套可包括通过衬套的稀释孔，其提供空气流(即，稀释射流)从围绕环形燃烧器衬里的通道进入燃烧室。已知一些应用使用圆形孔来向燃烧室提供稀释空气流。通过常规燃烧器中的圆形稀释孔的空气流与燃烧室内的燃烧气体混合以提供燃烧气体的骤冷。在稀释射流后面看到的高温区域(即稀释射流的尾流区域)与高氮氧化物(nox)形成有关。此外，圆形稀释空气射流不会横向扩散，从而在稀释射流之间产生高温，这也有助于高nox的形成。
附图说明
3.本公开的特征和优点将从以下对各种示例性实施例的描述中显而易见，如附图中所示，其中相似的附图标记通常表示相同、功能相似和/或结构相似的元件。
4.图1是根据本公开的一个方面的示例性高旁通涡轮风扇喷气发动机的示意性部分横截面侧视图。
5.图2是根据本公开的一个方面的示例性燃烧区段的横截面侧视图。
6.图3是描绘了根据本公开的一个方面的示例性稀释流组件的一部分的俯视图，取自图2中的视图3-3或a-a。
7.图4是根据本公开的一个方面在图1和图2中所示的平面4-4截取的燃烧器的局部横截面图。
8.图5是根据本公开的一个方面在图3的平面5-5截取的示例性稀释流组件的横截面图。
9.图6是根据本公开的一个方面在图3的平面6-6截取的示例性稀释流组件的横截面图。
10.图7是根据本公开的一个方面在图3的平面7-7截取的稀释流组件的局部横截面后视图。
11.图8a至8e描绘了根据本公开的方面的各种形状的稀释栅构件。
12.图9是根据本公开的另一方面在图3的平面5-5截取的稀释流组件的替代布置的横截面图。
13.图10是根据本公开的又一方面在图3的平面5-5处截取的稀释流组件的替代布置的横截面图。
14.图11是根据本公开的又一方面在图3的平面5-5截取的稀释流组件的另一种布置的局部横截面图。
15.图12是根据本公开的又一方面在图3的平面6-6截取的稀释流组件的另一种布置的局部横截面图。
16.图13是描绘了根据本公开的另一方面的另一个示例性稀释流组件的一部分的俯视图，取自图3中的视图3-3或a-a。
17.图14是根据本公开的又一方面在图3的平面5-5截取的又一示例性稀释流组件的局部横截面图。
具体实施方式
18.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可以使用其他部件和配置而不背离本公开的精神和范围。
19.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来，并且不旨在表示各个组件的位置或重要性。
20.术语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，“下游”是指流体流向的方向。
21.在涡轮发动机的燃烧区段中，空气流过围绕燃烧器衬套的外通道，并且通过围绕燃烧器衬套的内通道。空气通常从燃烧器衬套的上游端流到燃烧器衬套的下游端。外通道和内通道中的一些气流通过燃烧器衬套中的稀释孔转向并作为稀释空气进入燃烧室。稀释气流的一个目的是在燃烧室内的燃烧气体进入涡轮区段之前冷却(即骤冷)燃烧气体。然而，必须快速有效地对来自主区的燃烧产物进行骤冷，以使高温区域最小化，从而可以减少燃烧系统的nox排放。
22.本公开旨在通过改进来自主燃烧区的热燃烧气体的稀释骤冷来减少nox排放。根据本公开，燃烧器衬套包括连接上游衬套部分和下游衬套部分的稀释流组件，其中稀释流组件包括交替布置在稀释开口内的多个稀释栅构件。稀释栅构件围绕燃烧器衬套周向延伸，彼此交替地布置在上游和下游。在各种布置中，上游稀释栅构件可以使稀释空气更深地穿透到燃烧室中，并且可以以一定角度布置以沿上游方向提供稀释空气。结果，上游稀释栅构件可以为与燃烧气体混合提供更大的湍流，从而提供更好的燃烧气体骤冷。下游稀释栅构件可以提供更靠近稀释区下游的衬套的稀释空气，以便更快地重新附接稀释空气并提供对衬套的更好冷却。结果，可以实现稀释空气与燃烧气体的更好混合和更高的湍流，从而减少nox排放。
23.现在参考附图，图1是示例性高旁通涡轮风扇喷气发动机10的示意性部分横截面侧视图，本文称为“发动机10”，其可结合本公开的各种实施例。尽管下文参照涡轮风扇发动机进一步描述，但本发明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具有轴向中心线轴线12，其从上游端98延伸到下游端99，以供参考。通常，发动机10可包括风扇组件14和布置在风扇组件14下游的核心发动机16。
24.核心发动机16通常可以包括限定环形入口20的外壳18。外壳18以串联流动关系包围或至少部分地形成压缩机区段(22/24)、燃烧器26、涡轮区段(28/30)和喷射排气喷嘴区段32，压缩机区段(22/24)具有增压器或低压(lp)压缩机22和高压(hp)压缩机24，涡轮区段(28/30)包括高压(hp)涡轮28和低压(lp)涡轮30。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。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，例如在间接驱动配置或齿轮驱动配置中。在其他实施例中，尽管未示出，但发动机10还可包括中压(ip)压缩机和可随中压轴旋转的涡轮。
25.如图1所示，风扇组件14包括多个风扇叶片42，其联接到风扇轴38并从风扇轴38径向向外延伸。环形风扇外壳或机舱44周向地围绕风扇组件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的外部上延伸，以便在其间限定旁通气流通道48。
26.图2是如图1所示的核心发动机16的示例性燃烧器26的横截面侧视图。如图2所示，燃烧器26通常可限定燃烧器中心线111，其可对应于轴向中心线轴线12(图1)，而图2描绘了局部横截面图，燃烧器26围绕燃烧器中心线111周向地延伸。燃烧器26还大体上限定了沿燃烧器中心线111的轴向方向(l)、从燃烧器中心线111延伸的径向方向(r)以及围绕燃烧器中心线111延伸的周向方向(c)。燃烧器26包括具有内衬套52和外衬套54的燃烧器衬套50、整流罩60和圆顶组件56。外衬套54和内衬套52围绕燃烧器中心线111周向延伸。圆顶组件56在外衬套54和内衬套52之间径向延伸，并且还围绕燃烧器中心线111周向延伸。内衬套52、外衬套54和圆顶组件56一起限定燃烧室62，该燃烧室62围绕燃烧器中心线111周向延伸。内衬套52和外衬套54都从燃烧室62的上游端131延伸到燃烧室62的下游端133。燃烧室62可以更具体地限定各种区域，包括主燃烧区71，在该主燃烧区71可以发生燃料-氧化剂混合物的初始化学反应和/或燃烧气体86的再循环，然后进一步向下游流动到稀释区72。如将在下文更详细描述的，在稀释区72中，燃烧气体86可以在流过涡轮入口68到达hp涡轮28和lp涡轮30(图1)之前与压缩空气82(c)混合。
27.可以看出外衬套54包括从燃烧室62的上游端131延伸到燃烧室62的稀释区72的上游衬套部分100，从燃烧室62的稀释区72延伸到燃烧室62的下游端133的外衬套下游衬套部分104，以及在稀释区72处通过外衬套54的外衬套环形间隙108。如下文将更详细描述的，外衬套稀释流组件92跨过外衬套环形间隙108以连接外衬套54的上游衬套部分100和外衬套54的下游衬套部分104。类似地，可以看出内衬套52包括从燃烧室62的上游端131延伸到燃烧室62的稀释区72的内衬套上游衬套部分102，从燃烧室62的稀释区72延伸到燃烧室62的下游端133的内衬套下游衬套部分106，以及在稀释区72处通过内衬套52的内衬套环形间隙110。内衬套稀释流组件94跨过内衬套环形间隙110以连接内衬套上游衬套部分102和内衬套下游衬套部分106。外衬套稀释流组件92和内衬套稀释流组件94都围绕燃烧器中心线111周向延伸。下面将更详细地描述外衬套稀释流组件92和内衬套稀释流组件94的各个方面。
28.如图2所示，内衬套52可以装在内壳65内，外衬套54可以装在外壳64内。外氧化剂流动通道88限定在外壳64和外衬套54之间，内氧化剂流动通道90被限定在内壳65和内衬套52之间。通常，外衬套稀释流组件92和内衬套稀释流组件94将压缩空气流82(c)流分别从外氧化剂流动通道88和内氧化剂流动通道90提供进入燃烧室62的稀释区72。压缩空气82(c)流因此可用于提供稀释区72中的燃烧气体86的骤冷，从而冷却进入涡轮区段(28/30)的燃烧气体86流。
29.在图2的横截面图中，可以看出燃烧器26包括旋流器组件58和与旋流器组件58连
接的燃料喷嘴组件70。然而，众所周知，燃烧器26包括连接到圆顶组件56中的相应开口(未示出)的多个旋流器组件58，多个旋流器组件58围绕燃烧器中心线111周向隔开。类似地，为相应的多个旋流器组件58提供了多个燃料喷嘴组件70。因此，图2的横截面图仅代表多个旋流器组件58和燃料喷嘴组件70之一。
30.在发动机10的运行期间，共同参考图1和2，如箭头示意性指示的，一定体积的空气73通过机舱44和/或风扇组件14的相关入口76从上游端98进入发动机10。随着一定体积的空气73通过风扇叶片42，空气73的一部分，如箭头78示意性指示的，被导向或引导到旁通气流通道48中，而空气80的另一部分，如箭头示意性指示的，被导向或引导进入lp压缩机22。空气80在流经lp压缩机22和hp压缩机24流向燃烧器26时被逐渐压缩。
31.参考图2，现在的压缩空气82，如箭头示意性指示的，流入燃烧器26的扩散器腔84并且对扩散器腔84加压。压缩空气82的第一部分，如箭头82(a)示意性指示的，从扩散器腔84流入整流罩60内的压力气室66，然后在压力气室66中，其通过旋流器组件58旋转并与燃料喷嘴组件70提供的燃料混合以产生旋流的燃料/氧化剂混合物85，然后将其点燃并燃烧以产生燃烧气体86。旋流的燃料/氧化剂混合物85可以在涡流器流动方向97上围绕涡流器中心线95旋流，其可以围绕涡流器中心线95顺时针或围绕涡流器中心线95逆时针旋转。进入扩散器腔84的压缩空气82的第二部分，如箭头82(b)示意性地指示的，可以用于除燃烧之外的各种目的。例如，如图2所示，压缩空气82(b)可以被引导到外氧化剂流动通道88和内氧化剂流动通道90中。然后，压缩空气82(b)的一部分，用箭头示意性地显示为压缩空气82(c)，可以从外氧化剂流动通道88引导通过外衬套稀释流动组件92并且进入燃烧室62的稀释区72，以提供稀释区72中的燃烧气体86的骤冷。压缩空气82(c)还可以为燃烧气体86的流动提供湍流，从而使压缩空气82(c)与燃烧气体86更好地混合。压缩空气82(c)从内氧化剂流动通道90通过内衬套52的内衬套稀释流动组件94发送类似的流动。此外，或作为替代方案，压缩空气82(b)的至少一部分可通过各种流动通道(未示出)从扩散器腔84引出，以向hp涡轮28或lp涡轮30中的至少一个提供冷却空气。
32.返回共同参考图1和图2，在燃烧室62中产生的燃烧气体86从燃烧器26流入hp涡轮28，从而使hp转子轴34旋转，从而支持hp压缩机24的操作。如图1所示，燃烧气体86然后被引导通过lp涡轮30，从而使lp转子轴36旋转，从而支持lp压缩机22的操作和/或风扇轴38的旋转。燃烧气体86然后通过核心发动机16的喷射排气喷嘴部分32排出以在下游端99处提供推进力。
33.图3是描绘根据本公开的一个方面的示例性稀释流组件的一部分的俯视图，例如外衬套稀释流组件92。值得注意的是，图3的俯视图也适用于内衬套52的内衬套稀释流组件94。图3的视图也可以与图2所示的a-a视图相同。因此，在图3中，一些元件用适用于外衬稀释流组件92的附图标记来描绘，此外，内衬套稀释流组件94的相应元件被描绘在括号中。没有对应的括号元素所描绘的元素适用于外衬套稀释流组件92和内衬套稀释流组件94两者。如图3所示，稀释流组件92(94)包括上游衬套板112和下游衬套板114。上游衬套板112与上游衬套部分100(102)连接或接合，下游衬套板114与下游衬套部分104(106)连接或接合。稀释开口118在环形间隙108(110)(图2)处设置在上游衬套板112和下游衬套板114之间。稀释开口118的宽度可以围绕外衬套54或内衬套52周向相同，或者可替代地，稀释开口118的宽度可以周向变化，以便在围绕燃烧室62的不同位置处提供更多或更少的稀释空气。多个肋
构件116在周向方向上彼此间隔开并跨过稀释开口118延伸以连接上游衬套板112和下游衬套板114。例如，第一肋构件120和第二肋构件122可以在周向方向上彼此隔开距离126，并且第二肋构件122和第三肋构件124可以在周向方向上彼此隔开距离128。在一些方面，对于多个肋构件116中的每一个，距离126和距离128可以相同，或者距离126和距离128可以彼此不同(例如，距离126可以小于距离128)。此外，在稀释开口118的宽度周向变化的情况下，肋构件116跨过稀释开口118的长度也可根据稀释开口118的宽度而变化。
34.稀释流组件92(94)还包括布置在稀释开口118内并延伸到燃烧室62中的多个稀释栅构件130。多个稀释栅构件130连接到多个肋构件116。例如，第一稀释栅构件132可以连接到第一肋构件120和第二肋构件122，第二稀释栅构件134可以连接到第二肋构件122和第三肋构件124。如图3所示，多个稀释栅构件130在周向方向上以连续布置的方式布置，并且布置成使得连续的稀释栅构件130在轴向方向上交替偏移。例如，第一稀释栅构件132可布置为距上游衬套板112的下游侧140一距离136，第二稀释栅构件134可布置为距上游衬套板112的下游侧140一距离138。因此，第一稀释栅构件132可以布置在第二稀释栅构件134的轴向方向(l)的上游。
35.图4是根据本公开的一个方面的燃烧器衬套和稀释流组件的局部横截面图，在图1和图2中所示的平面4-4处截取。如图4所示，多个外衬套稀释流组件92可以围绕外衬套54周向布置。多个外衬套稀释流组件92中的每一个可以在密封接头152处与多个外衬套稀释流组件92中的相邻外衬套稀释流组件接合。密封接头152可以布置为诸如卡口接头，或者可以在连续的外衬套稀释流组件92之间提供密封的任何其他类型的接头。类似地，多个内衬套稀释流动组件94可以围绕内衬套52周向布置。多个内衬套稀释流组件94中的每一个可以在密封接头154处与多个内衬套稀释流组件94中的相邻内衬套稀释流组件接合。密封接头154可以布置为诸如卡口接头，或者可以在连续的内衬套稀释流组件94之间提供密封的任何其他类型的接头。
36.图5是在图3的平面5-5截取的稀释流组件92(94)的横截面图。在图5中，上游稀释栅构件142显示为布置在稀释开口118内。上游稀释栅构件142连接到肋构件156(图3)和肋构件146。上游稀释栅构件142可以布置在距上游衬套板112的下游侧140一距离136处。因此，上游稀释栅构件142布置在稀释开口118内以在上游衬套板112和上游稀释栅构件142的上游侧160之间设置上游稀释流动路径158。类似地，上游稀释栅构件142布置在稀释开口118内以在上游稀释栅构件142的下游侧164和下游衬套板114之间设置下游稀释流动路径162。上游稀释栅构件142延伸到燃烧室62中，并且可以延伸到燃烧室中一长度170，从上游衬套部分100(102)的热表面侧174到上游稀释栅构件142的末端172获取。如图5所示，上游稀释栅构件142通常可以沿径向方向(r)延伸到燃烧室62中。然而，如下文所述，上游稀释栅构件142可以替代地以一定角度延伸。
37.在图5中，可以看出下游衬套板114通过诸如焊接接头166的实心式连接方式连接到下游衬套部分104(106)的下游衬套部分冷表面侧190。相对地，上游衬套板112可以通过浮动式连接方式与上游内衬套部分100(102)的上游内衬套部分冷表面侧192接合，例如在上游内衬套部分100(102)和上游衬套板112之间设置密封件168以创建密封接头。当然，替代地，可以在上游衬套部分100(102)和上游衬套板112之间设置焊接接头作为实心式连接方式，并且可以在下游衬套部分104(106)和下游衬套板114之间提供浮动式连接方式。或
者，可以为上游衬套板112和下游衬套板114两者实施实心式连接方式。
38.图6是在图3的平面6-6截取的稀释流组件92(94)的横截面图。在图6中，下游稀释栅构件144显示为布置在稀释开口118内。下游稀释栅构件144连接到肋构件148和肋构件146(图3)。下游稀释栅构件144可布置在距上游衬套板112的下游侧140一距离138处。因此，下游稀释栅构件144布置在稀释开口118内以在上游衬套板112和下游稀释栅构件144的上游侧178之间设置上游流动路径176。类似地，下游稀释栅构件144布置在稀释开口118内以在下游稀释栅构件144的下游侧182和下游衬套板114之间设置下游稀释流动路径180。下游稀释栅构件144延伸到燃烧室62中，并且可以延伸到燃烧室中一长度184，从下游衬套部分104(106)的热表面侧186到下游稀释栅构件144的末端188获取。如图6所示，下游稀释栅构件144通常可以沿径向方向(r)延伸到燃烧室62中。然而，如下文所述，下游稀释栅构件144可以替代地以一定角度延伸。此外，虽然图5和6大体上描绘了上游稀释栅构件142和下游稀释栅构件144以相同长度(即，长度170和长度184相同)延伸到燃烧室中，但是如下所述，可以替代地设置不同的长度。
39.图7是在图3的平面7-7截取的稀释流组件的局部横截面后视图。如图7所示，上游稀释栅构件142和上游稀释栅构件150可以具有大致矩形的横截面形状。下游稀释栅构件144同样可以具有大致矩形的横截面形状。然而，可以使用其他形状的稀释栅构件。例如，如图8a所示，可以包括抛物线形或半椭圆形稀释栅构件130。或者，如图8b所示，可以包括梯形稀释栅构件130，或者如图8c所示，可以包括倒梯形稀释栅构件130。然而，如图8d所示，可以包括漏斗形或灯罩形稀释栅构件130，或者如图8e所示，可以包括倒置的漏斗形或倒置的灯罩形稀释栅构件130。此外，任何前述稀释栅构件形状的各种组合可以一起使用并在稀释流组件92(94)内实施。
40.图9和10是在图3的平面5-5处截取的稀释流组件92(94)的替代布置的横截面图。图9和10的横截面类似于图5所示的横截面，但描绘了上游稀释栅构件142和下游稀释栅构件144具有不同长度的布置。在图9的布置中，上游稀释栅构件142的长度170大于下游稀释栅构件144的长度184。通过包括较短的下游稀释栅构件144，下游稀释栅构件144可以帮助提供更好的冷却到下游衬套部分104(106)的热表面侧186。同时，较长的上游稀释栅构件142可以使稀释空气流82(c)更深地穿透到燃烧室62的稀释区72中。另一方面，在图10的布置中，上游稀释栅构件142显示为具有比下游稀释栅构件144的长度184更短的长度170。这种布置可以帮助实现燃烧气体86的期望骤冷效果以减少nox排放。此外，虽然图9和10描绘了上游稀释栅构件142和下游稀释栅构件144之间的不同长度，但也可以周向地实施不同的稀释栅栏长度。例如，上游稀释栅构件142的长度170可以大于上游稀释栅构件150(图3)的长度170。
41.图11是在图3的平面5-5截取的稀释流组件的另一种布置的局部横截面图。图12是在图3的平面6-6截取的稀释流组件的又一布置的局部横截面图。在图5和图6中所示的稀释流组件92(94)的布置中，上游稀释栅构件142和下游稀释栅构件144都被描绘为在径向方向上延伸到燃烧室62中。相对地，在图11的布置中，上游稀释栅构件142显示为以上游角度194布置。上游角度194的范围可以从十五度到三十度。当然，上游角度194不限于上述范围，也可以采用其他角度代替。通过在上游角度194处设置上游稀释栅构件142，可以从与燃烧室62内的燃烧气体86混合的压缩空气82(c)的流动中获得更大的湍流。上游稀释栅构件142没
有限于在径向方向上或以上游角度194延伸，替代地，上游稀释栅构件142可以以下游角度198延伸。下游角度198的范围可以具有从十五度到三十度，但是替代地可以实施其他角度。
42.在图11中，可以看出下游稀释栅构件144沿径向方向延伸到燃烧室62中。然而，如图12所示，下游稀释栅构件144可以以下游角度196布置。下游角度196可以在从十五度到三十度的范围内。当然，下游角度196不限于上述范围，也可以采用其他角度。通过在下游角度196处设置下游稀释栅构件144，可以实现稀释空气从下游稀释流动路径180更快地重新附接至下游衬套部分104(106)。下游稀释栅构件144不限于沿径向方向或以下游角度196延伸，替代地，下游稀释栅构件144可以以上游角度200延伸。上游角度200可以具有从十五度到三十度的范围，但替代地也可以实施其他角度。
43.除了图11和图12中所示的布置，每个相应的稀释栅构件130(图3)的角度可以针对每个稀释栅构件130在周向方向上不同地布置。例如，返回参考图3，上游稀释栅构件142可以以上游角度194布置，如图11所示，下游稀释栅构件144可以以下游角度196布置，如图12所示。继续沿周向，上游稀释栅构件150可以以下游角度198布置，如图11所示，下游稀释栅构件134可以以上游角度200布置，如图12所示。因此，每个相应的稀释栅构件130可以在周向方向上以不同的角度布置。
44.图13描绘了根据本公开的另一方面的另一个示例性稀释流组件布置的一部分的俯视图，取自图2的视图3-3或a-a。在图13的布置中，每个稀释栅构件130被布置为向进入燃烧室62的氧化剂流提供横向分量。例如，上游稀释栅构件142可以相对于上游衬套板112的下游侧140以角度202布置，以便在第一横向方向204上为进入燃烧室62的氧化剂流提供横向分量。或者，上游稀释栅构件142(显示为稀释栅构件142a)可以相对于上游衬套板112的下游侧140以角度206布置，以便在第二横向方向208上为进入燃烧室62的氧化剂流提供横向分量。类似地，下游稀释栅构件144可以相对于上游衬套板112的下游侧140以角度210布置，以便在第二横向方向208上为进入燃烧室62的氧化剂流提供横向分量。或者，下游稀释栅构件144(显示为稀释栅构件144a)可以相对于上游衬套板112的下游侧140以角度212布置，以便在第一横向方向204上为进入燃烧室62的氧化剂流提供横向流动分量。
45.在围绕外衬套54或内衬套52法人稀释栅构件130的周向布置中，上游稀释栅构件，例如上游稀释栅构件142、150和132，连同所有其他上游稀释栅构件，可以全部以相同的角度202或以相同的角度206布置。或者，每个相应的上游稀释栅构件可以分别以不同的角度202或分别以不同的角度206布置。类似地，在下游稀释栅构件的周向布置中，例如下游稀释栅构件134和144，连同所有其他下游稀释栅构件，都可以以相同的角度210或以相同的角度212布置。或者，每个相应的下游稀释栅构件可以分别以不同的角度210或分别以不同的角度212布置。因此，通过以一定角度设置上游稀释栅构件和/或下游稀释栅构件以提供它们相应的横向流动分量，可以实现稀释氧化剂(空气)与燃烧气体在横向方向上的更好混合。
46.图14是根据本公开的又一方面在图3的平面5-5处截取的稀释流组件的局部横截面图。图14的布置与图5所示的相似。然而，在图14中，可以看出上游稀释栅构件142包括上游偏转部分214，该上游偏转部分214被布置成使来自上游稀释流动路径158的氧化剂流在燃烧室62内在上游方向218上(即，朝向上游端131)偏转。如图14所示，上游偏转部分214可以以设置在上游稀释栅构件142的末端172(图5)处的勺的形式实施，其中该勺在上游方向218上延伸。通过将上游偏转部分214设置到上游稀释栅构件142，可以实现来自上游稀释流
动路径158的氧化剂流与燃烧气体86之间的增加的湍流。
47.可以看出下游稀释栅构件144包括下游偏转部分216，该下游偏转部分216被布置成使来自下游稀释流动路径180的氧化剂流在燃烧室62内在下游方向220上偏转。类似于上游偏转部分214，下游偏转部分216可以以设置在稀释栅构件144的末端188(图6)处的勺来实施，其中该勺在下游方向220上延伸。通过将下游偏转部分216设置到下游稀释栅构件144，氧化剂流可以更快地重新附接到下游衬套部分104(106)的热表面侧186。当然，上游稀释栅构件142可以设置有下游偏转部分217而不是上游偏转部分214，并且下游稀释栅构件144可以设置有上游偏转部分215而不是下游偏转部分216。当然，上游稀释栅142可以设置有上游偏转部分214并且下游稀释栅144可以设置有上游偏转部分215，或者上游稀释栅142可以设置有下游偏转部分217并且下游稀释栅144可以设置有下游偏转部分216。此外，上游和下游偏转部分的任何组合都可以在连续稀释栅中周向实施。
48.稀释流组件92(94)可以通过可以组装的单独部件来生产。例如，上游衬套板112和下游衬套板114可以由与上游衬套部分100(102)和下游衬套部分104(106)兼容的分离金属部件来生产。肋构件116和稀释栅构件130也可以制造为单独的部件，它们可以连接(例如，焊接)到上游衬套板112和下游衬套板114上，从而制造稀释流组件92(94)。或者，稀释流组件92(94)可通过增材制造工艺来生产。
49.在前面的描述中，图5至图14描述了稀释栅构件130的各种布置，其可以在外衬套稀释流组件92内或内衬套稀释流组件94内实施。在外衬套稀释流组件92和/或内衬套稀释流组件94中的每一个内，可以实施图5到14所示和描述的方面的任何组合。例如，外衬套稀释流组件92可以包括图5和图6所示布置中的所有稀释栅构件130。或者，在外衬套稀释流组件92内，可以提供用于稀释栅构件130的不同方面。例如，外衬套稀释流组件92可包括如图4所示的稀释栅构件142，包括如图12所示的稀释栅构件144，并包括如图13所示的稀释栅构件150。因此，图5至图14中描绘的稀释栅构件130的任何组合都可以在外衬套稀释流组件92内和内衬套稀释流组件94内实施。
50.虽然前面的描述大体上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中实施，例如发电站、海洋应用或石油和天然气生产应用。因此，本公开不限于在飞行器中使用。
51.本公开的其他方面由以下条款的主题提供。
52.一种用于燃气涡轮的燃烧器的燃烧器衬套，所述燃烧器衬套限定围绕燃烧器中心线的周向方向、沿所述燃烧器中心线的轴向方向和从所述燃烧器中心线向外延伸的径向方向，其特征在于，所述燃烧器衬套包括：
53.围绕所述燃烧器中心线周向延伸的外衬套；和
54.围绕所述燃烧器中心线周向延伸的内衬套，
55.其中，所述外衬套和所述内衬套在其之间限定燃烧室，并且
56.所述外衬套和所述内衬套中的至少一个包括(a)上游衬套部分、(b)下游衬套部分和(c)至少一个稀释流组件，在所述上游衬套部分和所述下游衬套部分之间设置环形间隙，所述至少一个稀释流组件布置成跨过所述环形间隙，所述稀释流组件包括(i)上游衬套板、(ii)下游衬套板和(iii)多个稀释栅构件，稀释开口设置在所述上游衬套板和所述下游衬
套板之间，所述多个稀释栅构件布置在所述稀释开口内并延伸到所述燃烧室中，所述多个稀释栅构件在所述周向方向上以连续的布置布置并且布置成使得连续的稀释栅构件在所述轴向方向上交替偏移。
57.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述上游衬套部分在所述轴向方向上从所述燃烧室的上游端延伸到所述燃烧室的稀释区，所述下游衬套部分在所述轴向方向上从所述稀释区延伸到所述燃烧室的下游端，所述环状间隙周向设置在所述上游衬套部分和所述下游衬套部分之间在所述燃烧室的所述稀释区处。
58.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述多个稀释栅构件中的每个稀释栅构件布置在所述稀释开口内，以在所述上游衬套板和所述稀释栅构件的上游侧之间设置上游稀释流动路径，并且在所述稀释栅构件的下游侧和所述下游衬套板之间设置下游稀释流动路径。
59.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述至少一个稀释流组件包括围绕所述外衬套和/或所述内衬套周向布置的多个稀释流组件，并且所述多个稀释流组件中的每一个稀释流组件与所述多个稀释流组件中的在所述周向方向上相邻的稀释流组件经由密封接头接合。
60.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述上游衬套部分包括上游衬套部分冷表面侧，并且所述下游衬套部分包括下游衬套部分冷表面侧，并且所述上游衬套板连接到所述上游衬套部分冷表面侧，所述下游衬套板连接到所述下游衬套部分冷表面侧。
61.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述多个稀释栅构件包括在所述径向方向和所述周向方向延伸的矩形、梯形和抛物线形之一的横截面形状。
62.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，稀释流组件通过增材制造工艺制造。
63.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述稀释流组件还包括(iv)多个肋构件，所述多个肋构件在所述周向方向上彼此间隔开并延伸跨过所述稀释开口，所述多个肋构件连接所述上游衬套板和所述下游衬套板，所述多个稀释栅构件连接到所述多个肋构件。
64.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述多个肋构件包括第一肋构件、第二肋构件和第三肋构件，并且所述多个稀释栅构件包括在所述第一肋构件和所述第二肋构件之间延伸的第一稀释栅，以及在所述第二肋构件和所述第三肋构件之间延伸的第二稀释栅。
65.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述第一肋构件和所述第二肋构件布置成在所述周向方向上彼此隔开第一距离布置，所述第二肋构件和所述第三肋构件布置成在所述周向方向上彼此隔开第二距离，所述第二距离小于所述第一距离，并且所述第一稀释栅在所述周向方向上的长度大于所述第二稀释栅在所述周向方向上的长度。
66.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述第一稀释栅相对于所述第二稀释栅在所述轴向方向上布置在上游。
67.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述第一稀释栅和所述第二稀释栅中的一个延伸到所述燃烧室中的长度大于所述第一稀释栅和所述第二稀释栅中的
另一个延伸到所述燃烧室中的长度。
68.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述第一稀释栅和所述第二稀释栅中的一个在所述径向方向上延伸到所述燃烧室中，并且所述第一稀释栅和所述第二稀释栅中的另一个以上游角度延伸到所述燃烧室中。
69.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述第一稀释栅和所述第二稀释栅中的一个在所述径向方向上延伸到所述燃烧室中，并且所述第一稀释栅和所述第二稀释栅中的另一个以下游角度延伸到所述燃烧室中。
70.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述第一稀释栅和所述第二稀释栅中的一个以上游角度延伸到所述燃烧室中，并且所述第一稀释栅和所述第二稀释栅中的另一个以下游角度延伸到所述燃烧室。
71.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述第一稀释栅相对于所述上游衬套板的下游侧以第一角度布置，从而在第一横向方向上为氧化剂流提供横向流动分量，并且所述第二稀释栅相对于所述上游衬套板的所述下游侧以第二角度布置，从而在第二横向方向上为氧化剂流提供横向流动分量。
72.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述第一稀释栅和所述第二稀释栅中的一个包括上游偏转部分，所述上游偏转部分布置成使氧化剂流在所述燃烧室内在上游方向上偏转，并且所述第一稀释栅和所述第二稀释栅中的另一个包括下游偏转部分，所述下游偏转部分布置成使氧化剂流在所述燃烧室内在下游方向上偏转。
73.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述上游偏转部分包括设置在所述稀释栅构件末端的、在所述上游方向上延伸的勺，并且所述下游偏转部分包括设置在所述稀释栅构件的末端的、在所述下游方向上延伸的勺。
74.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述下游衬套板通过实心式连接方式连接到所述下游衬套部分，并且所述上游衬套板通过浮动式连接方式连接到所述上游衬套部分。
75.根据前述条款中的任一项所述的燃烧器衬套，其中，所述实心式连接方式是焊接接头，并且所述浮动式连接方式包括设置在所述上游衬套部分和所述上游衬套板之间的密封件。
76.尽管前面的描述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，并且可以在不背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。

技术特征：
1.一种用于燃气涡轮的燃烧器的燃烧器衬套，所述燃烧器衬套限定围绕燃烧器中心线的周向方向、沿所述燃烧器中心线的轴向方向和从所述燃烧器中心线向外延伸的径向方向，其特征在于，所述燃烧器衬套包括：围绕所述燃烧器中心线周向延伸的外衬套；和围绕所述燃烧器中心线周向延伸的内衬套，其中，所述外衬套和所述内衬套在其间限定燃烧室，并且所述外衬套和所述内衬套中的至少一个包括(a)上游衬套部分、(b)下游衬套部分和(c)至少一个稀释流组件，在所述上游衬套部分和所述下游衬套部分之间设置环形间隙，所述至少一个稀释流组件布置成跨过所述环形间隙，所述稀释流组件包括(i)上游衬套板、(ii)下游衬套板和(iii)多个稀释栅构件，稀释开口设置在所述上游衬套板和所述下游衬套板之间，所述多个稀释栅构件布置在所述稀释开口内并延伸到所述燃烧室中，所述多个稀释栅构件在所述周向方向上以连续的布置布置并且布置成使得连续的稀释栅构件在所述轴向方向上交替偏移。2.根据权利要求1所述的燃烧器衬套，其特征在于，其中，所述上游衬套部分在所述轴向方向上从所述燃烧室的上游端延伸到所述燃烧室的稀释区，所述下游衬套部分在所述轴向方向上从所述燃烧室的所述稀释区延伸到所述燃烧室的下游端，所述环状间隙周向设置在所述上游衬套部分和所述下游衬套部分之间、在所述燃烧室的所述稀释区处。3.根据权利要求1所述的燃烧器衬套，其特征在于，其中，所述多个稀释栅构件中的每个稀释栅构件布置在所述稀释开口内，以在所述上游衬套板和所述稀释栅构件的上游侧之间设置上游稀释流动路径，并且在所述稀释栅构件的下游侧和所述下游衬套板之间设置下游稀释流动路径。4.根据权利要求1所述的燃烧器衬套，其特征在于，其中，所述至少一个稀释流组件包括围绕所述外衬套和/或所述内衬套周向布置的多个稀释流组件，并且所述多个稀释流组件中的每一个稀释流组件经由密封接头在所述周向方向上接合所述多个稀释流组件中的相邻的稀释流组件。5.根据权利要求1所述的燃烧器衬套，其特征在于，其中，所述上游衬套部分包括上游衬套部分冷表面侧，并且所述下游衬套部分包括下游衬套部分冷表面侧，并且所述上游衬套板连接到所述上游衬套部分冷表面侧，所述下游衬套板连接到所述下游衬套部分冷表面侧。6.根据权利要求1所述的燃烧器衬套，其特征在于，其中，所述多个稀释栅构件包括在所述径向方向和所述周向方向上延伸的矩形、梯形和抛物线形之一的横截面形状。7.根据权利要求1所述的燃烧器衬套，其特征在于，其中，所述稀释流组件通过增材制造工艺制造。8.根据权利要求1所述的燃烧器衬套，其特征在于，其中，所述稀释流组件还包括(iv)多个肋构件，所述多个肋构件在所述周向方向上彼此间隔开并延伸跨过所述稀释开口，所述多个肋构件连接所述上游衬套板和所述下游衬套板，所述多个稀释栅构件连接到所述多个肋构件。9.根据权利要求8所述的燃烧器衬套，其特征在于，其中，所述多个肋构件包括第一肋构件、第二肋构件和第三肋构件，并且所述多个稀释栅构件包括在所述第一肋构件和所述
第二肋构件之间延伸的第一稀释栅，以及在所述第二肋构件和所述第三肋构件之间延伸的第二稀释栅。10.根据权利要求9所述的燃烧器衬套，其特征在于，其中，所述第一肋构件和所述第二肋构件布置成在所述周向方向上彼此隔开第一距离，所述第二肋构件和所述第三肋构件布置成在所述周向方向上彼此隔开第二距离，所述第二距离小于所述第一距离，并且所述第一稀释栅在所述周向方向上的长度大于所述第二稀释栅在所述周向方向上的长度。

技术总结
一种用于燃气涡轮的燃烧器的燃烧器衬套，包括外衬套和内衬套。外衬套和内衬套中的至少一个具有上游衬套部分和下游衬套部分，它们之间具有环形间隙。至少一个稀释流组件被布置成跨过环形间隙。至少一个稀释流组件包括上游衬套板和下游衬套板，稀释开口设置在上游衬套板和下游衬套板之间，以及多个稀释栅构件，稀释栅构件布置在稀释开口内并延伸到燃烧室中。多个稀释栅构件在周向方向上以连续的布置布置，并且布置成使得连续的稀释栅构件在轴向方向上交替偏移。上交替偏移。上交替偏移。


技术研发人员：克里什内杜
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2022.04.01
技术公布日：2023/8/8