专利名称：用于将空气流引入燃烧器的系统的制作方法
技术领域：
本文公开的主题涉及一种燃烧器，且更具体而言，涉及ー种用于将空气流引入燃烧器的空气喷射系统。
背景技术：
燃气涡轮发动机典型地包括具有限定燃烧室的燃烧器衬套的燃烧器。在燃烧室内，压缩空气与燃料的混合物燃烧而产生热燃烧气体。燃烧气体可经燃烧室流向一个或更多涡轮级，以生成用于驱动负载和/或压缩机的功率。典型地，燃烧过程由于热燃烧气体而加热燃烧器衬套。遗憾的是，用于冷却燃烧器衬套的现有冷却系统可能围绕燃烧衬套导入空气流的不均匀，和因此整个燃烧器的压カ不均匀。如所了解的，不均匀的空气流显著影响冷却系统的效力、燃烧器性能和排放。
发明内容
下文概述了范围与原始要求保护的发明相称的某些实施例。这些实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅g在提供对本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可涵盖可与下文陈述的实施例相似或不同的各种形式。根据第一实施例，一种系统包括燃气涡轮燃烧器。该燃气涡轮燃烧器包括围绕燃烧区域布置的燃烧衬套和围绕燃烧衬套布置的套筒。燃烧衬套和套筒围绕衬套周向地限定空气流通路。该燃气涡轮燃烧器还包括多个轴向喷射器，这些轴向喷射器构造成沿轴向将空气流引入空气流通路中，从而有利于喷射流与来自燃烧器的上游部分的交叉流之间的动量交換。多个轴向喷射器不对称地构造成围绕燃气涡轮燃烧器的轴线周向地提供空气流的均匀喷射。根据第二实施例，一种系统包括轴向空气喷射系统。该轴向空气喷射系统包括多个轴向喷射器，这些轴向喷射器构造成将空气流引入由围绕包围燃气涡轮燃烧器的燃烧区域的燃烧衬套布置的套筒限定的空气流通路中，从而有利于喷射流与来自燃烧器的上游部分的交叉流之间的动量交換，其中空气流通路围绕衬套周向地布置。多个轴向喷射器不对称地构造成围绕燃气涡轮燃烧器的轴线周向地提供空气流的均匀喷射。根据第三实施例，一种系统包括涡轮发动机。该涡轮发动机包括压缩机和具有旋转轴线的涡轮，以及联接到压缩机和涡轮上的燃烧器。该燃烧器包括围绕燃烧区域布置的燃烧衬套和围绕燃烧衬套布置的套筒，其中燃烧衬套和套筒围绕衬套周向地限定空气流通路。该燃烧器还包括多个轴向喷射器，这些轴向喷射器构造成沿轴向将空气流引入空气流通路内，从而有利于喷射流与来自燃烧器的上游部分的交叉流之间的动量交換，其中多个轴向喷射器构造成扩大用于进ー步远离旋转轴线喷射空气流的有效区域。
当參考附图阅读下文的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中同样的附图标记始終表示同样的零件，其中
图1是具有带轴向空气喷射系统的燃烧器的涡轮系统的ー个实施例的框 图2是具有带轴向空气喷射系统的燃烧器的图1的涡轮系统的ー个实施例的截面图；图3是图2的燃烧器的一个实施例在线3-3内截取的局部截面图，示出了轴向空气喷射系统；
图4是图2的燃烧器的一个实施例沿着线4-4截取的截面图，示出了轴向空气喷射系统(例如具有不同径向高度的喷射器)；
图5是图2的燃烧器的一个实施例沿着线4-4截取的截面图，示出了轴向空气喷射系统(例如具有不同数量的支柱的喷射器)；
图6是图2的燃烧器的一个实施例的截面侧视图，示出了轴向空气喷射系统(例如勺状件)；
图7是图6的燃烧器的一个实施例沿着线7-7截取的截面图；以及 图8是图2的燃烧器的一个实施例的截面侧视图，示出了不对称的空气流通路。部件列表 10涡轮系统 12燃烧器 14燃料 16压缩空气 18燃烧气体 20进气 22进气区段 24压缩机 26涡轮 28轴 30负载 32排气区段 42轴向空气喷射系统 44端盖 46头端 47燃料喷嘴 48燃烧室 49空气流通路 50燃烧外壳 52燃烧衬套 54套筒 55周向地 57轴线 58旋转轴线 59轴向60过渡件62箭头64涡轮叶片66 叶片
76多个轴向喷射器78端部80 径向82 开ロ84箭头85空气流86唇部88 径向90箭头92箭头
94喷射器空气流96空气流106外侧108内侧110径向高度111空气流区域112喷射器114喷射器116喷射器118喷射器120喷射器128支柱130喷射器132喷射器134喷射器136喷射器138喷射器148勺状件150 表面152勺状件154勺状件156箭头158箭头159 开ロ160箭头 162空气流 172轴线 173偏离距离 174径向高度。
具体实施例方式下文将描述本发明的ー个或更多个特定实施例。为了尽量提供对这些实施例的简明描述，说明书中可能未描述实际实施方案的全部特征。应该认识到，在任何此类实际实施方案的开发过程中，与任何工程或设计项目中一祥，必须做出许多针对实施方案的决定以实现开发者的特定目标，例如服从于可能因实施方案而异的系统相关和商业相关的约束。此外，应该认识到，此类开发努力可能复杂且耗时，但对于受益于此公开内容的普通技术人员来说却将是ー项例行的设计、装配和制造工作。当介绍本发明的各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”和“所述的”旨在
意味着存在一个或多个这样的元件。用语“包含”、“包括”和“具有”g在作为包括性的且意味着可存在所列元件以外的其它元件。本公开内容针对用于改善进入燃烧器内的空气流的分配的系统。具体地,本公开内容的实施例包括一种系统，该系统包括带有轴向空气喷射系统的燃烧器(例如燃气涡轮燃烧器)，该轴向空气喷射系统包括不对称构造，以使空气流能够围绕燃烧器的轴线周向地均匀喷射。该燃烧器包括围绕燃烧区域布置的燃烧衬套和围绕燃烧衬套布置的套筒(例如流动套筒)。燃烧衬套和套筒围绕衬套周向地限定空气流通路。该轴向空气喷射系统包括多个轴向喷射器，以将空气流引入空气流通路内，由此有利于来自轴向空气喷射系统的喷射流与来自燃烧器的上游部分的交叉流之间的动量交換。轴向空气喷射系统的不对称构造増加了动量交换的效力。该系统可包括具有旋转轴线的涡轮发动机，并且多个轴向喷射器扩大了用于进一歩远离旋转轴线的空气流喷射的有效区域。在某些实施例中，至少两个轴向喷射器包括不同的径向高度。例如，多个轴向喷射器包括进ー步远离旋转轴线的第一喷射器，该第一喷射器包括比更接近旋转轴线的第二喷射器大的径向高度。在一些实施例中，至少两个轴向喷射器包括不同的空气流区域。例如，多个轴向喷射器可包括相等的径向高度，且进一歩远离旋转轴线的第一喷射器包括比更接近旋转轴线的第二喷射器大的用于将空气流喷射到空气流通路内的有效区域。例如，第一喷射器可包括数量比第二喷射器少的穿过空气流区域的支柱。在其它实施例中，每个喷射器都可包括布置在套筒表面上的轴向勺状件。在更多实施例中，燃烧衬套和套筒每一个均可包括互相偏离的轴线，以限定不对称的空气流通路。通过采用所公开的实施例中的轴向空气喷射系统，空气可围绕燃烧衬套周向地以更均匀的方式轴向地喷射，以由于喷射流与交叉流之间优化的动量交换而使在燃烧期间经历的压降最小化，同时提高驻焰(flame holding)裕度(例如降低驻焰的可能性)。更均匀的空气流还增强了燃烧衬套的冷却和燃烧器性能，同时减少了排放。图1是采用包括多个轴向喷射器的不对称轴向空气喷射系统的燃气涡轮系统10(例如燃气涡轮发动机)的一个实施例的框图。燃气涡轮系统10包括燃烧燃料14以驱动燃气涡轮发动机10的燃烧器12 (例如燃气涡轮燃烧器)。燃气涡轮系统10可包括ー个或更多燃烧器12。如下文详细所述，燃烧器14包括围绕燃烧区域布置的燃烧器衬套和围绕燃烧衬套布置的套筒(例如流动套筒)。燃烧衬套和套筒围绕衬套周向地限定空气流通路。通过采用所公开的实施例中的轴向空气喷射系统，空气可围绕燃烧衬套周向地以更均匀的方式轴向地喷射，以使在燃烧期间经历的压降最小化，同时提高驻焰裕度。更均匀的空气流还增强了燃烧衬套的冷却和燃烧器性能，同时减少了排放。具体地，不对称地构造的多个轴向喷射器围绕衬套周向地将空气流引入空气流通路内。多个轴向喷射器扩大了用于进一歩远离涡轮发动机10的旋转轴线的空气流喷射(例如在套筒的外侧或低压侧)的有效区域。具体地，多个轴向喷射器围绕燃烧器12的轴线周向地提供空气流的均匀喷射。在燃烧器12内，燃料14可与箭头所示的压缩空气16混合，并可发生点燃，从而产生驱动燃气涡轮系统10的热燃烧气体18。根据某些实施例，燃料14可以是液态或气态燃料，诸如天然气、轻或重馏出油、石脑油、原油、残油或合成气。压缩空气16包括经进气区段22进入燃气涡轮系统10的进气20。进气20被压缩机24压缩而产生进入燃烧器12的压缩空气16。在某些实施例中，一个或更多燃料喷嘴可将燃料14和/或压缩空气16引入燃烧器12的燃烧区域内。此外，轴向空气喷射系统可将压缩空气16引入燃烧区域内。在燃烧区内，压缩空气16与燃料14燃烧而产生热燃烧气体18。热燃烧气体18可从燃烧器12流经经由轴28驱动压缩机24的涡轮26。例如，燃烧气体18可向涡轮26内的涡轮转子叶片施加原动力，以使轴28旋转。轴28也可连接到尤其诸如发电机、推进器、变速器或驱动系统之类的负载30上。在流经涡轮26之后，热燃烧气体18可经排气区段32离开燃气涡轮系统10。图2是具有带轴向空气喷射系统42的燃烧器12的图1的涡轮系统10(例如燃气涡轮)的一个实施例的截面图。在某些实施例中，燃气涡轮发动机10可包括布置成环形排列的多个燃烧器12。如上文參考图1所述，空气经进气部22进入燃气涡轮发动机10并在压缩机24中被加压。压缩空气和燃料经端盖44和头端46被引导到各燃料喷嘴47，这些燃料喷嘴将燃料-空气混合物分配到燃烧器12内。燃烧器12包括燃烧室48 (例如燃烧区域)，该燃烧室大致由燃烧外壳50、燃烧衬套52和套筒54 (例如流动套筒)限定。在某些实施例中，套筒54和燃烧衬套52相互共轴，以限定可使空气能够通过以用于冷却并进入头端46和燃烧室48内的中空环形空间49 (例如空气流通路)。具体地，燃烧器12包括围绕燃烧区域48布置的燃烧衬套52和围绕燃烧衬套52布置的套筒54。燃烧衬套52和套筒围绕衬套52周向地55限定空气流通路49。轴向空气喷射系统42围绕燃烧衬套52 (例如围绕燃烧器12的轴线57)周向地55以更均匀的方式将空气轴向地喷射到空气流通路49内，从而使在燃烧期间经历的压降最小化，同时提高驻焰裕度。更均匀的空气流还增强了燃烧衬套52的冷却和燃烧器性能，同时减少了排放。具体地，不对称地构造的轴向喷射器围绕衬套52周向地55大致沿轴向59将空气流引入空气流通路49内。多个轴向喷射器扩大了用于进一歩远离涡轮发动机10的旋转轴线58的空气流喷射(例如在套筒54的外侧或低压侧)的有效区域。具体地，多个轴向喷射器围绕燃烧器12的轴线57周向地55提供空气流的均匀喷射。燃烧器12的设计提供了空气-燃料混合物经过渡件60 (例如收缩区段)朝涡轮26的最佳流动。例如，燃料喷嘴47可将经加压的空气-燃料混合物分配到燃烧室48内，其中发生空气-燃料混合物的燃烧。所形成的排气经过渡件60流向涡轮26，如箭头62所示，从而使涡轮26的叶片64围绕旋转轴线58随同轴28 —起旋转。涡轮叶片64的旋转致使轴28旋转，由此致使压缩机24内的叶片66吸入由进气部22接收的空气并对其进行加压。图3是图2的燃烧器12的一个实施例在线3-3内截取的局部截面图，示出了轴向空气喷射系统42。燃烧器12包括燃烧衬套52、套筒54(例如流动套筒)和轴向空气喷射系统42。如上所述，燃烧衬套52和套筒54围绕衬套52周向地55限定空气流通路49。在某些实施例中，燃烧衬套52和衬套54每ー个均包括相互偏离的轴线，以限定空气流通路49的不对称(參见图8)。轴向空气喷射系统42包括邻近与燃烧器12的头端45相反的套筒54的一端78布置的多个轴向喷射器76。多个轴向喷射器76围绕套筒54的端部78周向地55布置并沿径向80部分地延伸到空气流通路49内。多个轴向喷射器76构造成大致沿轴向59将空气流(例如来自压缩机24的压缩空气)引入空气流通路49内。例如，每个喷射器76都包括用于沿轴向59引导空气流的开ロ 82。如图所示,来自压缩机24的压缩空气如箭头84大致所示大致沿轴向59流到套筒54外側。此外，压缩空气如箭头85大致所示从过渡件60大致沿轴向59流入空气流通路49内。多个轴向喷射器76的唇部86沿径向88延伸超出套筒54，使得唇部86如箭头90大致所示从轴向59至径向80引导(例如转向)套筒54外侧的空气流。于是，多个轴向喷射器76如箭头92大致所示大致沿轴向59引导空气流通过开ロ 82。喷射器空气流94朝燃烧器12的头端46大致沿轴向59将空气流85 (例如交叉流)从过渡件60 (例如燃烧器12的上游部分)夹带(例如有利于动量交換)到单股空气流96内。如下文更详细所述，多个轴向燃料喷射器76包括不对称的构造，以围绕燃烧器12的轴线57周向地55提供空气流的均匀喷射。具体地，轴向燃料喷射器76的不对称构造扩大了用于进一歩远离涡轮发动机10的旋转轴线58的空气流喷射(例如在套筒54的外侧或低压侧)的有效区域。这使在外侧喷射到空气流通路49内的空气的质量流量和速率能与在套筒54的内侧或高压侧上喷射的空气的质量流量和速率相匹配，以围绕燃烧器12的轴线57周向地55形成均匀空气流。在某些实施例中，多个轴向喷射器76中的至少两个轴向喷射器76包括不同的径向高度。例如，进ー步远离涡轮发动机10的旋转轴线58的至少一个喷射器76包括比更靠近旋转轴线58的另ー喷射器76大的径向高度。在其它实施例中，多个轴向喷射器76包括相等的径向高度，并且进一歩远离旋转轴线58的至少ー个喷射器76包括比更靠近旋转轴线58的另ー喷射器76大的用于将空气流喷射到空气流通路49内的有效区域。例如，多个轴向喷射器76中的每个喷射器76都包括空气流区域，并且多个轴向喷射器76中的至少两个轴向喷射器76包括用于将空气流喷射到空气流通路49内的不同的空气流区域。例如，至少ー个喷射器76具有数量比另ー喷射器76少的穿过空气流区域的支柱。在一些实施例中，多个轴向喷射器76包括布置在套筒54的表面上的轴向勺状件(參见图7和8)。通过采用轴向空气喷射系统42，空气可围绕燃烧衬套52周向地55以更均匀的方式轴向地喷射，从而使在燃烧期间经历的压降最小化，同时提高驻焰裕度。更均匀的空气流还增强了燃烧衬套52的冷却和燃烧器性能，同时减少了排放。图4-8示出了轴向空气喷射系统42的不同实施例。轴向空气喷射系统42的各实施例使空气能够围绕燃烧衬套52周向地55以更均匀的方式轴向地喷射，从而使在燃烧期间经历的压降最小化，同时提高驻焰裕度。更均匀的空气流还增强了燃烧衬套52的冷却和燃烧器性能，同时减少了排放。图4是图2的燃烧器12的一个实施例沿着线4-4截取的截面图，示出了具有带不同径向高度的喷射器76的轴向空气喷射系统42。轴向空气喷射系统42中的喷射器76的数量可以从I至50、1至5、1至10、1至20、10至20、20至30、30至40或40至50或任何其它数量不等。如图所示，燃烧器12包括具有不对称构造的轴向空气喷射系统42。具体地，轴向空气喷射系统42包括具有不对称构造以围绕燃烧器12的轴线57周向地55提供进入空气流通路49内的空气流的均匀喷射的多个轴向喷射器76。具体地，喷射器76大致沿轴向59将空气流引入空气流通路49内。轴向燃料喷射器76的不对称构造扩大了用于进一歩远离涡轮发动机10的旋转轴线58的空气流喷射(例如在套筒54的外侧或低压侧106)的有效区域。这使在外侧上喷射到空气流通路49内的空气的质量流量和速率能与在套筒54的内侧或高压侧108上喷射的空气的质量流量和速率相匹配，以围绕燃烧器12的轴线57周向地55形成均匀空气流。每个轴向喷射器76都包括径向高度110和用于开ロ 82的空气流区域111。在某些实施例中，多个轴向喷射器76中的至少两个轴向喷射器76包括不同的径向高度110。例如，进ー步远离涡轮发动机10的旋转轴线58的至少ー个喷射器76 (例如在外侧106上)包括比更靠近旋转轴线58的另ー喷射器76(例如在内侧108上)大的径向高度110。如图所示，轴向喷射器112、114和116的径向高度110不同于轴向喷射器118和120的径向高度110。具体地，喷射器112、114和116的径向高度110大于喷射器118和120的径向高度110。喷射器76之间的径向高度110彼此之间(例如喷射器112、114、116与喷射器118和120之间)可相差(例如一个喷射器76的高度110可大于另一喷射器76)大约1%至 200%、1% 至 100%、10% 至 50%、50% 至 100%、100% 至 200%、100% 至 150%、150% 至 200% 以及其间的所有子范围。例如，喷射器76之间的径向高度110可相差(例如一个喷射器76的高度 110 可大于另一喷射器 76)大约 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%、130%、140%、150%、160%、170%、180%、190% 或 200% 或任何其它数量。在某些实施例中，多个轴向喷射器76中的至少两个轴向喷射器76包括不同的空气流区域111 (例如用于空气流的几何区域和有效区域)。例如，进ー步远离涡轮发动机10的旋转轴线58的至少ー个喷射器76 (例如在外侧106上)包括比更靠近旋转轴线58的另一喷射器76(例如在内侧108上)大的空气流区域111。如图所示，轴向喷射器112、114和116的空气流区域111不同于轴向喷射器118和120的空气流区域111。具体地，喷射器112、114和116的空气流区域111大于喷射器118和120的空气流区域111。喷射器76之间的空气流区域111彼此之间(例如喷射器112、114、116与喷射器118和120之间)可相差(例如一个喷射器76的区域111可大于另一喷射器76)大约1%至200%、1%至100%、10%至50%、50%至100%、100%至200%、100%至150%、150%至200%以及其间的所有子范围。例如，喷射器76之间的空气流区域111可相差(例如一个喷射器76的区域110可大于另一喷射器 76)大约 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%、130%、140%、150%、160%、170%、180%、190% 或 200% 或任何其它数量。备选地，轴向喷射器76可具有相同的几何空气流区域11 (例如到外周的区域)但不同的有效空气流区域111 (例如没有任何中间障碍物的到外周的区域)。图5是图2的燃烧器的一个实施例沿着线4-4截取的截面图，示出了具有带不同数量的支柱的喷射器76的轴向空气喷射系统42。轴向空气喷射系统42中的喷射器76的数量可以从I至50、1至5、I至10、I至20、10至20、20至30、30至40或40至50或任何其它数量而变化。如图所示，燃烧器12包括具有不对称构造的轴向空气喷射系统42。具体地，轴向空气喷射系统42包括具有不对称构造以围绕燃烧器12的轴线57周向地55提供空气流向空气流通路49内的均匀喷射的多个轴向喷射器76。具体地，喷射器76大致沿轴向59将空气流引入空气流通路49内。轴向燃料喷射器76的不对称构造扩大了用于进一歩远离涡轮发动机10的旋转轴线58的空气流喷射(例如在套筒54的外侧或低压侧106上)的有效区域。这使在外侧上喷射到空气流通路49内的空气的质量流量和速率能与在套筒54的内侧或高压侧108上喷射的空气的质量流量和速率相匹配，以围绕燃烧器12的轴线57周向地55形成均匀空气流。如图所示，多个轴向喷射器76包括相等的径向高度110和相等的几何空气流区域111 (例如通往外周的区域)。然而，在某些实施例中，多个轴向喷射器76中的至少两个轴向喷射器76由于布置在喷射器76的开ロ 82内的支柱128的有无而包括不同的有效空气流区域111 (例如不存在任何中间障碍物的通往外周的区域)。例如，进ー步远离涡轮发动机10的旋转轴线58的至少ー个喷射器76 (例如在外侧106上)包括比更靠近旋转轴线58的另ー喷射器76(例如在内侧108上)大的有效空气流区域111。如图所示，轴向喷射器130和132的有效空气流区域111不同于轴向喷射器134、136和138的有效空气流区域111。具体地，喷射器130和132的有效空气流区域111大于喷射器134、136和138的有效空气流区域111。此外，喷射器134和138的有效空气流区域111大于喷射器136的有效空气流区域11。喷射器76之间的空气流区域111彼此之间(例如喷射器130和132与喷射器134、136和138之间)可相差(例如一个喷射器76的区域111可大于另一喷射器76)大约 1% 至 200%、1% 至 100%、10% 至 50%、50% 至 100%、100% 至 200%、100% 至 150%、150% 至 200%以及其间的所有子范围。例如，喷射器76之间的有效空气流区域111可相差(例如ー个喷射器 76 的区域 110 可大于另一喷射器 76)大约 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%、130%、140%、150%、160%、170%、180%、190% 或 200% 或任何其它数量。如上所述，有效空气流区域76上的变化归因于喷射器76的开ロ 82中的支柱128的有无。支柱128的数量从内侧108至外侧106 (即，远离涡轮发动机10的旋转轴线58)减少。在某些实施例中，多个轴向喷射器76中的至少两个喷射器76包括不同数量的支柱128。例如，至少ー个喷射器76具有数量比另ー喷射器76少的穿过空气流区域111的支柱128。具体而言，喷射器130和132包括数量比喷射器134、136和138 (例如2至3个支柱128)少的支柱128 (例如0个支柱128)。此外，喷射器134和138包括数量比喷射器136 (例如3个支柱)少的支柱128 (例如2个支柱128)。支柱128的数量可从I至10、I至5、或I至3或任何其它数量而变化。在某些实施例中，轴向喷射器76可包括如图6和7中所示的轴向勺状件。图6是图2的燃烧器12的一个实施例的截面侧视图，示出了具有勺状件148(例如轴向勺状件)的轴向空气喷射系统42。图7是图6的燃烧器12沿着线7-7截取的截面图。轴向空气喷射系统42中的喷射器76 (例如勺状件148)的数量可从I至200、1至50、20至40、50至100,70至90、100至150、120至140、150至200、170至190或任何其它数量而变化。勺状件148布置在套筒54的表面150上。具体地，勺状件148围绕套筒54的表面150周向地55布置。如图所示，燃烧器12包括具有不对称构造的轴向空气喷射系统42。具体地，轴向空气喷射系统42包括具有不对称构造以围绕燃烧器12的轴线57周向地55提供空气流的均匀喷射的多个轴向喷射器76(例如勺状件148)。具体地，勺状件148大致沿轴向59将空气流引入空气流通路49内。勺状件148每ー个均包括径向高度110。在某些实施例中，多个轴向喷射器76中的至少两个勺状件148包括不同的径向高度110。例如，进ー步远离涡轮发动机10的旋转轴线58的至少ー个勺状件148 (例如在外侧106上)包括比更靠近旋转轴线58的另一勺状件148 (例如在内侧108上)大的径向高度110。如图6中所示，勺状件152和154的径向高度110不同。具体地，勺状件152的径向高度110大于勺状件154的径向高度110。如图6和7两者中所示，勺状件148的径向高度110可从外侧106至内侧108围绕套筒54周向地减小。勺状件148之间的径向高度110彼此之间(例如勺状件152和154之间)可相差(例如一个喷射器76的高度110可大于另一喷射器76)大约1%至 200%、1% 至 100%、10% 至 50%、50% 至 100%、100% 至 200%、100% 至 150%、150% 至 200% 以及其间的所有子范围。例如，勺状件148之间的径向高度110可相差(例如一个喷射器76的高度 110 可大于另一喷射器 76)大约 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%、130%、140%、150%、160%、170%、180%、190% 或 200% 或任何其它数量。在某些实施例中，多个轴向喷射器76中的至少两个勺状件148包括如图7中所示的不同空气流区域111 (例如用于空气流的几何区域和有效区域)。例如，进ー步远离涡轮发动机10的旋转轴线58的至少ー个勺状件148 (例如在外侧106上)使得能够包括比更靠近旋转轴线58的另一勺状件148 (例如在内侧108)大的空气流区域111。如图所示，勺状件152的空气流区域111不同于勺状件154的空气流区域111。具体而言，勺状件152的空气流区域111大于勺状件154的空气流区域111。勺状件154之间的空气流区域111彼此之间(例如勺状件152和154之间)可相差(例如一个喷射器76的区域111可大于另ー喷射器 76)大约 1% 至 200%、1% 至 100%、10% 至 50%、50% 至 100%、100% 至 200%、100% 至 150%、150%至200%以及其间的所有子范围。例如，勺状件148之间的空气流区域111可相差(例如一个喷射器76的区域110可大于另一喷射器76)大约10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%、130%、140%、150%、160%、170%、180%、190% 或 200% 或任何其它数量。多个轴向燃料喷射器76 (例如勺状件148)的不对称构造(例如由于径向高度110和空气流区域111的差异)扩大了用于进一歩远离涡轮发动机10的旋转轴线58的空气流喷射(例如在套筒54的外侧或低压侧上)的有效区域。这使在外侧106上喷射到空气流通路49内的空气的质量流量和速率能与在套筒54的内侧或高压侧108上喷射的空气的质量流量和速率相匹配，以围绕燃烧器12的轴线57周向地55形成均匀空气流。如图所示,来自压缩机24的压缩空气如箭头156大致所示大致沿轴向59流到套筒54外側。此外，压缩空气如箭头158大致所示从过渡件60大致沿轴向59流入空气流通路49内。勺状件148径向地80和88延伸超出套筒54，以将套筒54外侧的空气流156经开ロ 159引入空气流通路49内，同时如箭头160大致所示将空气流大致维持在轴向59上。喷射器空气流160朝燃烧器12的头端46大致沿轴向59将空气流158 (例如交叉流)从过渡件60 (例如燃烧器12的上游部分)夹带(例如有利于动量交換)到单股空气流162内。如上所述，在某些实施例中，空气流通路49本身可以是不対称的。图8是图2的燃烧器12的一个实施例的截面侧视图，示出了不对称的空气流通路49。燃烧器12包括套筒54 (例如流动套筒)和燃烧衬套52。如上所述，燃烧器12包括围绕燃烧衬套52布置的套筒54。燃烧衬套52和套筒54围绕衬套52周向地55限定空气流通路49。燃烧衬套52 (和燃烧器12)包括轴线57且套筒54包括轴线172。轴线57和172相互偏离，以限定空气流通路49中的不对称。具体地，轴线57和172偏离距离173。由于偏离距离173，空气流通路49包括比更靠近旋转轴线58的空气流通路49的径向高度174 (例如在内侧108上)大的远离涡轮发动机10的旋转轴线58的径向高度174 (例如在外侧106上)。接近外侧106的空气流通路49的径向高度174和接近内侧108的空气流通路49的径向高度174彼此之间可相差大约 1% 至 200%、1% 至 100%、10% 至 50%、50% 至 100%、100% 至 200%、100% 至 150%、150%至200%以及其间的所有子范围。空气流通路49的不对称构造(例如由于轴线57和172的偏离)扩大了用于进ー步远离涡轮发动机10的旋转轴线58的空气流喷射(例如在套筒54的外侧或低压侧106上)的有效区域。这使在外侧106上喷射到空气流通路49内的空气的质量流量和速率能与在套筒54的内侧或高压侧108上喷射的空气的质量流量和速率相匹配，以围绕燃烧器12的轴线57周向地55形成均匀空气流。均匀空气流使在燃烧期间经历的压降最小化，同时提高了驻焰裕度。更均匀的空气流还增强了燃烧衬套52的冷却和燃烧器性能，同时减少了排放。所公开的实施例的技术效果包括提供了用于改善进入燃烧器12内的空气流的分配的系统。具体地，该燃烧器包括轴向空气喷射系统42，该轴向空气喷射系统包括不对称构造，以使空气流能够围绕燃烧器的轴线57周向地均匀喷射到套筒54与燃烧衬套53之间的空气流通路49内。轴向空气喷射系统42包括用于将空气流轴向地引入空气流通路49内的多个轴向喷射器76。轴向喷射器76可包括不同的径向高度110和/或有效空气流区域111，以扩大用于进一歩远离涡轮发动机10的旋转轴线58的空气流喷射的有效区域。在某些实施例中，喷射器76可包括布置在套筒54的表面150上的轴向勺状件148。在进ー步的实施例中，燃烧衬套52和套筒54每ー个均可包括相互偏离的轴线57和172，以限定不对称的空气流通路49。通过采用轴向空气喷射系统42，空气可围绕燃烧衬套52周向地以更均匀的方式轴向地喷射到空气流通路49内，从而使在燃烧期间经历的压降最小化，同时提高驻焰裕度。更均匀的空气流还增强了燃烧衬套52的冷却和燃烧器性能，同时减少了排放。此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种系统，包括 燃气涡轮燃烧器，其包括 围绕燃烧区域布置的燃烧衬套； 围绕所述燃烧衬套布置的套筒，其中所述燃烧衬套和所述套筒围绕所述衬套周向地限定空气流通路；以及 多个轴向喷射器，其构造成沿轴向将空气流引入所述空气流通路内，从而有利于喷射流与来自所述燃烧器的上游部分的交叉流之间的动量交换，其中所述多个轴向喷射器不对称地构造成围绕所述燃气涡轮燃烧器的轴线周向地提供所述空气流的均匀喷射。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有旋转轴线的涡轮发动机，并且所述多个轴向喷射器构造成扩大用于进一步远离所述旋转轴线的空气流喷射的有效区域。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步远离所述旋转轴线的所述多个轴向喷射器的第一喷射器包括比更靠近所述旋转轴线的所述多个轴向喷射器的第二喷射器大的径向高度。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个轴向喷射器包括相等的径向高度，并且进一步远离所述旋转轴线的所述多个轴向喷射器的第一喷射器包括比更靠近所述旋转轴线的所述多个轴向喷射器的第二喷射器大的用于所述空气流喷射到所述空气流通路内的有效区域。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述多个轴向喷射器中的每个喷射器都包括空气流区域，并且所述第一喷射器具有数量比所述第二喷射器少的穿过所述空气流区域的支柱。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个轴向喷射器中的至少两个轴向喷射器包括不同的径向高度。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个轴向喷射器中的至少两个喷射器包括不同的用于将所述空气流喷射到所述空气流通路内的空气流区域。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个轴向喷射器中的每一个喷射器都包括布置在所述套筒的表面上的轴向勺状件。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃烧器衬套包括第一轴线并且所述套筒包括第二轴线，并且所述第一轴线和所述第二轴线相互偏离，以限定所述空气流通路中的不对称。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有所述燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮发动机。
11.一种系统,包括 轴向空气喷射系统，包括 多个轴向喷射器，其构造成将空气流引入由围绕包围燃气涡轮燃烧器的燃烧区域的燃烧衬套布置的套筒限定的空气流通路内，从而有利于喷射流与来自所述燃烧器的上游部分的交叉流之间的动量交换，其中所述空气流通路围绕所述衬套周向地布置，并且所述多个轴向喷射器不对称地构造成围绕所述燃气涡轮燃烧器的轴线周向地提供所述空气流的均匀喷射。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述多个轴向喷射器中的每一个喷射器都包括空气流区域，并且所述多个轴向喷射器的第一喷射器具有数量比所述多个轴向喷射器的第二喷射器少的穿过所述空气流区域的支柱。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述多个轴向喷射器中的至少两个轴向喷射器包括不同的径向高度。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述多个轴向喷射器中的至少两个喷射器包括不同的用于将所述空气流喷射到所述空气流通路内的空气流区域。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有旋转轴线的涡轮发动机，并且所述多个轴向喷射器构造成扩大用于进一步远离所述旋转轴线的空气流喷射的有效区域。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，进一步远离所述旋转轴线的所述多个轴向喷射器的第一喷射器包括比更靠近所述旋转轴线的所述多个轴向喷射器的第二喷射器大的径向高度。
17.—种系统,包括 涡轮发动机，其包括 压缩机和具有旋转轴线的涡轮；以及 联接到所述压缩机和所述涡轮上的燃烧器，其中所述燃烧器包括 围绕燃烧区域布置的燃烧衬套； 围绕所述燃烧衬套布置的套筒，其中所述燃烧衬套和所述套筒围绕所述衬套周向地限定空气流通路；以及 多个轴向喷射器，其构造成沿轴向将空气流引入所述空气流通路内，从而有利于喷射流与来自所述燃烧器的上游部分的交叉流之间的动量交换，其中所述多个轴向喷射器构造成扩大用于进一步远离所述旋转轴线的空气流喷射的有效区域。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述多个轴向喷射器不对称地构造成围绕所述燃烧器的轴线周向地提供所述空气流的均匀喷射。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，进一步远离所述旋转轴线的所述多个轴向喷射器的第一喷射器包括比更靠近所述旋转轴线的所述多个轴向喷射器的第二喷射器大的径向高度。
20.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述多个轴向喷射器包括相等的径向高度，并且进一步远离所述旋转轴线的所述多个轴向喷射器的第一喷射器包括比更靠近所述旋转轴线的所述多个轴向喷射器的第二喷射器大的用于所述空气流喷射到所述空气流通路内的有效区域。
全文摘要
本发明涉及用于将空气流引入燃烧器的系统，具体而言，涉及一种系统，该系统包括燃气涡轮燃烧器。该燃气涡轮燃烧器包括围绕燃烧区域布置的燃烧衬套和围绕燃烧衬套布置的套筒。燃烧衬套和套筒围绕衬套周向地限定空气流通路。该燃气涡轮燃烧器还包括多个轴向喷射器，这些轴向喷射器构造成沿轴向将空气流引入空气流通路内，从而有利于喷射流与来自燃烧器的上游部分的交叉流之间的动量交换。多个轴向喷射器不对称地构造成围绕燃气涡轮燃烧器的轴线周向地提供空气流的均匀喷射。
文档编号F23R3/04GK103017200SQ20121035409
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月21日 优先权日2011年9月22日
发明者D.K.托伦托, C.A.安东尼翁诺, A.G.戈弗雷 申请人:通用电气公司