具有交替旋转主燃烧器的不对称基板冷却的制作方法_2

文档序号:9509945阅读:来源:国知局
纵轴18和以其为中心的先导燃烧器22前进,并且相邻的第二旋转流132朝向先导燃烧器22以这个线性流入方向116前进。在此区域中相反流动方向的碰撞造成剪切与漩涡并且这些造成燃烧不稳定性以及增加的脉动与增加的NOx和C0排放等。
[0021]为了减轻由碰撞造成的剪切与漩涡,已经提出了图3中示出并且用于基板40的旋转构造以及图2的相关冷却布置,其中旋转器组件将旋转沿着交替方向给予到各主燃烧器流24。例如,每隔一个旋转主流104可以是顺时针旋转主流130,同时插入的旋转主流104可以是逆时针的旋转主流132。在此构造中,在发动机操作过程中,由于相邻旋转主流108的相邻部分106沿着燃烧器布置纵轴18轴向地前进,它们最终地相遇,但是与图2的构造相反,当它们相遇时它们都沿着相同方向前进。在流入区域134中顺时针旋转主流130与逆时针旋转主流132的邻近部分106均沿着流入方向116前进。在该视图中,当逆时针旋转的主流132邻近并且周向于顺时针旋转主流130的右侧布置时在顺时针旋转主流130与逆时针旋转主流132之间形成流入区域。在流出区域136中逆时针旋转主流132与顺时针旋转主流130的邻近部分106均沿着流出方向112行进。在该视图中,当逆时针旋转的主流132邻近并且周向于顺时针旋转主流130的左侧布置时在逆时针旋转主流132与顺时针旋转主流130之间形成流出区域。
[0022]图4示出了如沿着燃烧器布置纵轴18从下游端16朝向上游端14所观察,基板40、冷却布置、以及图3的交替旋转连同主燃烧器20以及内先导锥体62、外先导锥体64、以及环形间隙66。在该视图中可以看到在流入区域134中螺旋行进的顺时针旋转的主流130与逆时针旋转的主流132将从径向向外侧78朝向径向向内侧82旋转。其中外先导锥体64存在的地方,其阻挡流的流入部分进一步流入行进,留下流入部分沿着外先导锥体64轴向地向下游前进。对于先导锥体布置下游端70的轴向下游的位置来说,流的流入部分遇到旋转先导流并且旋转先导流对着扩展的流入侵入作用。预先混合的流入部分与预混合先导流的外周混合并且随着预先混合先导流轴向地流动。相比之下,当从径向向内侧82朝向径向向外侧78旋转时还将通过偏离内部先导锥体62径向向外地引导主流的流出部分,增强流出区域136中的流出效应。因此,在各流入区域134中,先导火焰接收促进燃烧火焰的燃料与空气混合物的汇集。相比之下,在各流出区域136中先导火焰不接收燃料与空气混合物的汇集,而是替代地在流出区域中的燃料与空气被引导远离先导火焰。
[0023]在操作中,来自流入区域的燃料与先导火焰的外周混合形成趋于允许燃烧火焰的闪回与火焰保持的条件。在这些条件中,火焰可能驻留在先导锥体上和/或在旋转器上导致硬件受损。可能促进火焰驻留在先导锥体上的趋势的一个因素可以是相对缓慢移动的冷却流体从那里排放的环形间隙出口 68。来自环形间隙66的相对缓慢移动的冷却流体与流入区域中的燃料与空气混合物混合,并且这使融合的冷却空气与燃料与空气混合物的整体速度减慢,这使得对于火焰更容易驻留。
[0024]通过利用流体动态模型等调查,发明人能够认识此现象。发明人还认识到流动通过基板40的冷却穿孔50的冷却流体52变得夹带在主旋转流104中。尤其应该指出的是流动通过冷却穿孔50的冷却流体52的某些部分变得以这样的方式被夹带使得其将夹带的流引导到流入区域中。通过此,发明人推论出可以通过修剪用于冷却穿孔50的新式样来改进图4中示出的现有技术的均匀冷却孔式样。由于可获得燃料的丰富和/或相对缓慢的流速,新的式样可以优选地将冷却流体52传送到燃烧布置的更易于闪回与火焰保持的部分,诸如流入区域134。发明人进一步认识到可以调节模式的不使冷却流体52传送到流入区域134的其它部分以允许较少的冷却流体通过那里。冷却流的此减少可以用于抵消用于将冷却流体52引导到流入区域134的冷却流的增加。此抵消允许通过燃烧器布置10的冷却流体52的总流保持相同或接近相同。保持相同或类似的总冷却流防止了与冷却空气流增加相关的发动机操作效率的降低,并且防止了通常与冷却流体增加相关的额外NOx和C0排放的形成。
[0025]图5示出了具有通过基板40的高流量冷却穿孔152与低流量冷却穿孔154的新型基板冷却布置150的示例性实施方式。高流量冷却穿孔152限定基板40的相对较高流量区域156,同时低流量冷却穿孔154限定基板40的相对较低流量区域158 (与区域156相比)。在此示例性实施方式中,基板40分成通过平面162界定的均匀的弧形部分160,燃烧器布置纵轴18与主燃烧器纵轴164 (其平行于燃烧器布置纵轴18)定位在其中。换种说法,平面162从燃烧器布置纵轴18径向地延伸并且平分在燃烧器布置纵轴18的相对侧上的主燃烧器20。在该视图中,存在四个平面162,每个平面都平分两个主旋转器20。基板40的高流量区域156是包括高流量冷却穿孔152的弧形部分160。同样地,基板40的低流量区域158是包括低流量冷却穿孔154的弧形部分160。在此示例性实施方式中,高流量区域156在修改的流入区域134’上游并且与修改的流入区域134’周向地对准,并且低流量区域158在修改的流出区域136’上游并且与修改的流出区域136’周向地对准。在修改的流入区域134’中,此修改包括相对稀薄的混合物。在修改的流出区域136’中,此修改包括相对富含的混合物。
[0026]因为观察到在此位置处流动通过基板40的冷却流体52被夹带并且传送到流入区域134,所以选择该配置。还观察到在低流量区域158中的冷却流体52的减少未负面地影响流出区域136’,因为流出区域136’已经相对稀薄,并且减少引导到流出区域136’的冷却流体52的量趋向于减小流出区域136’中混合物的稀薄度,由此促进在燃烧器布置10中更加均匀的混合。这继而促进更好的燃烧同时还保存通过燃烧器布置10的总冷却流。在图5中示出的实施方式中,高流量冷却穿孔152的大部分径向向外于主燃烧器纵轴164布置因为此位置方便冷却流体52夹带并且传送到如所期望的流入区域。此构造已经证实并且证明减小了闪回与火焰保持的可能性。
[0027]可以通过除了改变冷却穿孔的直径的多种其它方式实现在高流量区域156中的相对高的流速。例如,在高流量区域156中可能仅简单地存在更多的冷却穿孔,或者较大与较多穿孔的任何组合有效地提供了在那个区域中的相对较大的流速。同样地,为了减小流速,可以使用较小或较少的穿孔或者二者。此外有效地缓解了闪回与火焰保持的高流量区域与低流量区域的其它构造是可以设想的并且在本公开的范围内。例如,尽管示出的区域是具有全部弧长度的1/8的弧形长度的弧形部分,但是它们可以采用诸如更短或更长弧形长度的任何形状。另选地,高或低流量区域可以是圆形、正方形、或者基板40的界限内的其它形状。此区域的形状可以形成为与目标的流入区域的形状匹配。例如,如果目标的流入区域特征在于球形形状,那么高流量区域可以是圆形。同样地,如果目标流入区域特征在于任何其它形状,那么高流区域可以以任何必要尺寸与此形状匹配以适应流动通过高流区域的冷却流体当其朝向流入区域前进时的任何流聚合和/或偏离。通过此种方式,当冷却流体达到流入区域时流动通过高流区域的冷却流体的横截面形状将与流入区域的横截面的形状和/或尺寸匹配,并且流入区域的最大数量将通过冷却流体渗透。可以以任意多种方式实现高流区域的成形,包括简单地将几个相同或类似尺寸和/或成形的冷却穿孔以适当形状布置在适当位置中。另选地,具有不同尺寸与形状的单个冷却穿孔可以在高流量区域中装配在一起,其在操作过程中,形成用于流动通过高流量区域的冷却流体的期望形状。
[0028]在图6中示出的另选示例性实施方式中,替代或除了改变基板中的穿孔以外,先导锥体可以构造为使冷却流体的流偏转。在一个示例性实施方式中,环形间隙66的形状可以改变以优选地将来自环形间隙66的更多的冷却流体传送到流入区域134并且将来自环形间
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