具有包括空气动力学形状的主体和/或喷射孔口的喷射器组件的燃烧系统技术方案

提供燃烧涡轮发动机中改进的燃烧系统。燃烧器系统可包括喷射器组件（12），喷射器组件布置在燃烧级中，该燃烧级布置在燃烧器系统的主燃烧级的下游。喷射器组件可包括反应物引导结构（16、62），反应物引导结构布置成通过布置在反应物引导结构的一个或更多个侧壁（21）上的一阵列的喷射孔口（19、60）向燃烧级输送反应物的相应射流。反应物引导结构可构造成相对于待与输送到燃烧级的反应物的射流混合的流体流（20）形成流线形主体。所述阵列的喷射孔口（19）可以是空气动力学形状的，以限定相应的流线形孔口横截面（例如，翼型形状的）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有包括空气动力学形状的主体和/或喷射孔口的喷射器组件的燃烧系统关于联邦政府资助开发的声明本专利技术的开发由合约号DE-FE0023968部分支持，该合约由美国能源部授予。相应地，美国政府对本专利技术可享有某些权利。
所公开的实施例总的涉及燃烧涡轮发动机，比如燃气涡轮发动机，且更具体地，涉及布置在分布式燃烧系统（DCS）中的第二燃烧级中的喷射器组件。
技术介绍
在燃气涡轮发动机中，燃料从燃料源被输送到燃烧部段，在燃烧部段处，燃料与空气混合并被点燃，以产生热的燃烧产物，其限定工作气体。工作气体被引导到涡轮机部段，在涡轮机部段处，工作气体实现涡轮机转子的旋转。已知的是，通过在主燃烧级的轴向下游提供一部分的待点燃燃料，可降低来自燃烧部段中燃烧燃料的NOX排放的生成。该方法在
中被称为分布式燃烧系统（DCS）。例如，见美国专利8,375,726和8,752,386。以上列举的专利中的每个通过引用的方式被并入本文中。附图说明图1是所公开的用于燃烧涡轮发动机（比如，燃气涡轮发动机）的燃烧器系统（例如，分布式燃烧系统（DCS））的一个非限制性实施例的简化部分示意图。图2-3图示了所公开的喷射器组件的相应的非限制性实施例的示意图，所述喷射器组件包括流线形的反应物引导结构（例如，空气动力学形状的勺部），流线形的反应物引导结构与一阵列的空气动力学形状的喷射孔口相组合，以将反应物的相应射流输送到DCS的燃烧级（例如，第二或轴向燃烧级）。图4图示了所公开的喷射器组件的非限制性实施例的示意图，所述喷射器组件包括流线形的反应物引导结构（例如，空气动力学形状的勺部），流线形的反应物引导结构与一阵列的圆形喷射孔口相组合，以将反应物的相应射流输送到DCS的轴向燃烧级。图5图示了所公开的喷射器组件的非限制性实施例的示意图，所述喷射器组件包括钝的反应物引导结构（例如，圆形的勺部），钝的反应物引导结构与一阵列的空气动力学形状的喷射孔口相组合，以将反应物的相应射流输送到DCS的轴向燃烧级。图6图示了所公开的反应物引导结构的一个非限制性实施例的示意图，如可实施成喷射孔口的空间交错阵列。图7图示了所公开的反应物引导结构的一个非限制性实施例的相应的示意图，比如翼型部，包括弧（camber），且进一步包括一阵列的空气动力学形状的喷射孔口。图8-9图示了所公开的反应物引导结构的相应的非限制性实施例的示意图，如可实施成限定相应的弧的相应的翼型部的组群，包括相应阵列的空气动力学形状的喷射孔口。图10是所公开的空气动力学形状的喷射孔口的一个非限制性实施例的示意图，具有如下的轮廓：随着孔口朝反应物引导结构的侧壁上的出口延伸，轮廓的横截面面积减小。图11是所公开的喷射器组件的一个非限制性实施例的横截面视图，其中，反应物引导结构可进一步包括在反应物引导结构的后缘处的流动通道。具体实施方式本专利技术的专利技术人已经认识到在已知的分布式燃烧系统（DCS）中可能出现的某些问题，其中，布置在第二燃烧级（区）中的喷射器组件通常具有圆形横截面轮廓，所述第二燃烧级（区）可布置在主燃烧级的轴向下游。这些喷射器组件可包括流体联接到导气罩（airscoop）的燃料喷嘴组件，具有钝的（例如，圆形）横截面轮廓和/或圆形形状的喷射孔口。第二燃烧级也可被称为轴向燃烧级。例如，这些轴向级喷射器组件（或简称轴向喷射器）附近的局部峰值温度可达到第二燃烧级中所喷射的燃料/空气混合物的绝热火焰温度。该绝热温度可大体高于主燃烧级中的温度，导致具有圆形横截面轮廓的轴向喷射器附近的增加的局部NOX的生成。本专利技术人已经聪明地认识到，具有钝的轮廓和/或圆形形状的喷射孔口的喷射器附近的升高的局部峰值温度的一个来源可能是所述喷射器的背风侧中再循环区的形成，在该处，旋涡脱落可允许燃料富集区的形成，例如，这可由主区气体在相对高的燃烧停留时间中的相对低的夹带造成。升高的局部温度的另一来源可能是：由于再循环区中再循环产物的火焰稳定效应，在由轴向级反应物的过早点燃引起的轴向级火焰点燃之前，首端（headend）流体（例如，来自主燃烧区的燃烧产物）与轴向级反应物夹带的机会有限。另外，在轴向级火焰点燃之前，由于轴向级反应物的低的稀释，因此轴向级反应物与主区气体之间由非优化剪切引起的混合可导致升高的火焰温度。至少鉴于以上的考虑，且在不将所公开的实施例限制于任何特定的理论操作原理的情况下，提出轴向喷射器，其构造成消除或至少减小所述再循环区的尺寸，且另外地，构造成增加在轴向级反应物点燃之前所发生的夹带的量。为了减小轴向级反应物在射流的背风侧中的再循环，提出的是，利用如下的喷射器替换钝的（例如，圆形）横截面的喷射器：所述喷射器被适当地（例如，空气动力学地）构造，使得造成再循环区形成的低压区域可由另外的轴向级反应物替换。见题为“CombustionSystemWithInjectorAssemblyIncludingAnAerodynamically-ShapedBody”的专利申请（代理人案号201515809），其与本申请同时提交，并且其全部内容通过引用的方式被并入本文中。本专利技术人提出：在这样的空气动力学形状的喷射器结构的一个或更多个侧壁上包括一阵列的空气动力学构造（例如，形状）的喷射孔口。本专利技术人进一步提出相应的组合，比如，包括流线形主体（例如，翼型形状的勺部）的反应物引导结构与一阵列的空气动力学形状的喷射孔口和/或圆形形状的孔口的组合；或钝的反应物引导结构（例如，圆柱形状的勺部）与一阵列的空气动力学形状的喷射孔口的组合。利用所提出的喷射器结构，现在，在某些非限制性的实施例中，实现减少的燃烧停留时间是可行的，这有助于使NOX排放在大约1700℃（3200℉）及更高的涡轮机入口温度下减小到可接受的水平内。在以下的详细描述中，各种具体细节被陈述，以便提供所述实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解的是，本专利技术的实施例可在没有这些具体细节的情况下被实践，本专利技术不限于所描绘的实施例，并且本专利技术可以以多种替代实施例来实践。在其它的实例、方法、程序和部件中，还未详细描述将被本领域技术人员较好地理解的内容，以避免不必要的和冗繁的解释。此外，各种操作可被描述成以有助于理解本专利技术的实施例的方式执行的多个离散步骤。然而，描述的顺序不应被解释成暗示这些操作必须以它们所呈现的顺序来执行或者它们甚至是取决于顺序的，除非另外表明。此外，短语“在一个实施例中”的重复使用不一定指的是相同实施例，尽管其可以是相同实施例。注意的是，由于本领域技术人员可根据给定应用的需求适当地组合所述公开实施例的方面，因而所公开的实施例不需要被解释成是互相排斥的实施例。如本申请中所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等意图是同义的，除非另外表明。最后，如本文中使用的，短语“构造成”或“布置成”包含如下概念：在短语“构造成”或“布置成”之前的特征被有意地且特别地设计或制作成以特定的方式起作用或运作，并且不应解释成表示特征仅具有以特定的方式起作用或运作的能力或适合性，除非这样表明。图1是用于燃烧涡轮发动机（比如燃气涡轮发动机）的燃烧器系统10（例如，DCS）的简化部分示意图。在一个非限制性的实施例中，多个周向布置的喷射器组件12可布置在燃烧级（例如，轴向级）中，该燃烧级（例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃烧系统，包括：布置在燃烧级中的喷射器组件（12），所述燃烧级布置在所述燃烧系统的主燃烧级（18）的下游，其中，所述喷射器组件包括反应物引导结构（16），所述反应物引导结构（16）布置成通过布置在所述反应物引导结构的至少一个侧壁上的一阵列的喷射孔口（19）向所述燃烧级输送反应物的相应射流，所述反应物引导结构构造成相对于流体流（20）形成流线形的主体，所述流体流（20）待与输送到所述燃烧级的反应物的射流混合，其中，所述阵列的喷射孔口是空气动力学形状的，以便限定相应的流线形孔口横截面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃烧系统，包括：布置在燃烧级中的喷射器组件（12），所述燃烧级布置在所述燃烧系统的主燃烧级（18）的下游，其中，所述喷射器组件包括反应物引导结构（16），所述反应物引导结构（16）布置成通过布置在所述反应物引导结构的至少一个侧壁上的一阵列的喷射孔口（19）向所述燃烧级输送反应物的相应射流，所述反应物引导结构构造成相对于流体流（20）形成流线形的主体，所述流体流（20）待与输送到所述燃烧级的反应物的射流混合，其中，所述阵列的喷射孔口是空气动力学形状的，以便限定相应的流线形孔口横截面。2.如权利要求1所述的燃烧系统，其中，所述反应物引导结构（16）包括：弯曲的前缘（30），以及包括渐缩尾部部段（32）的后缘；并且，空气动力学形状的喷射孔口（19）的横截面限定：弯曲的前缘（25），以及包括渐缩尾部部段（27）的后缘。3.如权利要求1所述的燃烧系统，其中，所述反应物引导结构（16）包括：弯曲的前缘（30），以及包括渐缩尾部部段（32）的后缘；并且，空气动力学形状的喷射孔口的横截面限定：非弯曲的前缘（35），以及包括渐缩尾部部段（37）的后缘。4.如权利要求2或3中任一项所述的燃烧系统，其中，所述反应物引导结构的渐缩尾部部段和所述空气动力学形状的喷射孔口的相应的渐缩尾部部段相对于与反应物的射流混合的流体流沿下游方向布置。5.如权利要求2或3中任一项所述的燃烧系统，其中，所述阵列的喷射孔口包括空气动力学形状的喷射孔口的空间交错阵列（40）。6.如权利要求1所述的燃烧系统，其中，所述反应物引导结构包括翼型部，所述翼型部构造成限定弧（44），并且所述空气动力学形状的喷射孔口布置在所述翼型部的吸力侧上。7.如权利要求1所述的燃烧系统，包括另外的喷射器组件，其中，所述喷射器组件和另外的喷射器组件包括燃烧级中的多个周向布置的喷射器组件，其中，用于周向布置的喷射器组件的相应的反应物引导结构包括翼型部，所述翼型部限定相应的弧，其中，相邻的翼型部包括沿着共同的方向延伸的相应的弧（44）。8.如权利要求1所述的燃烧系统，包括另外的喷射器组件，其中，所述喷射器组件和另外的喷射器组件包括燃烧级中的多个周向布置的喷射器组件，其中，用于周向布置的喷射器组件的相应的反应物引导结构包括翼型部，所述翼型部包括相应的弧，其中，相邻的翼型部包括沿着交替变化的方向延伸的相应的弧（44、45）。9.如权利要求1所述的燃烧系统，其中，所述空气动力学形状的喷射孔口的横截面包括如下的轮廓（50）：随着孔口朝反应物引导结构的至少一个侧壁上的出口延伸，所述轮廓（50）的横截面面积减小。10.如权利要求1所述的燃烧系统，其中，所述燃烧级包括流动加速圆锥（17），并且喷射器组件布置在所述流动加速圆锥中。11.如权利要求1所述的燃烧系统，其中，被输送到燃烧级的反应物的相应的射流包括相对于待与反应物混合的流体流的相应的横向流射流。12.一种燃气涡轮发动机，包括根据前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：AJ诺思，JE波尔蒂洛毕尔巴鄂，WR拉斯特，D甘巴科尔塔，R席尔普，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国,US