用于燃气涡轮发动机的燃烧系统中的喷射器组件和包括这样的喷射器组件的管道布置结构技术方案

提供用于燃气涡轮发动机内的燃烧器系统的喷射器组件和包括这样的组件的管道布置结构。反应物引导结构（42）可以被构造成限定曲线流动路径（47），以便将反应物流从第一流动方向（50）朝向燃烧气体横向流（60）引导成第二流动方向（52）。横向流引导结构（54）可以进一步限定流动路径（58），以便引导燃烧气体横向流的一部分朝向横向流引导结构的出口侧。公开的喷射器组件能够被构造成减少压力损失，同时提供喷射的反应物与经过的横向流的有效水平的混合。相应的喷射器组件或整个管道布置结构可以通过使用例如3D打印/增材制造（AM）技术的快速制造技术被形成为成套结构，例如单件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃气涡轮发动机的燃烧系统中的喷射器组件和包括这样的喷射器组件的管道布置结构相关申请的交叉引用本申请涉及均在2016年3月30日提交的名称为“MethodandComputer-ReadableModelforAdditivelyManufacturingInjectorAssemblyorDuctingArrangementIncludingSuchInjectorAssemblies”的美国专利申请15/085,203。关于联邦政府资助的开发的声明本专利技术的开发部分受到美国能源部授予的合同号DE-FE0023968的支持。因此，美国政府可享有本专利技术中的某些权利。
公开的实施例大体涉及燃烧涡轮发动机，例如燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及在用于燃气涡轮发动机的燃烧系统中的喷射器组件和包括这样的组件的管道布置结构。
技术介绍
在燃气涡轮发动机中，燃料从燃料源被递送到燃烧区段，在此燃料与空气混合并且被点燃以产生限定工作气体的热燃烧产物。工作气体被引导到涡轮机区段，在此它们实现涡轮机转子的旋转。已知能够通过减少在燃烧器中的停留时间来减少NOx排放的生成。可以通过在主燃烧级下游提供一部分待点燃的燃料来减少在燃烧区段中的停留时间。这种方法在本领域中被称为分布式燃烧系统（DCS）。例如参见美国专利8,375,726和8,752,386。也已知在燃气涡轮发动机中的某些管道布置结构可以被构造成适当地对齐工作气体的流，以致例如这样的流对齐可以被设置成避免在发动机的涡轮机区段中需要第一级流动引导叶片。例如参见美国专利7,721,547和8,276,389。每篇上文列出的专利均通过引用的方式被并入本文。附图说明图1是可以被构造成具有公开的喷射器组件的燃烧器过渡管道的组件的部分示意性代表图，其可以包括相应的流动加速结构，例如流动加速椎体。图2是公开的喷射器组件的一种非限制性实施例的示意性代表图。图3是示出在公开的喷射器组件中的反应物引导结构和横向流（cross-flow）引导结构的相应出口侧的等轴视图。图4是示出图3中所示的横向流引导结构的入口侧的等轴视图。图5是示出在公开的喷射器组件的另一非限制性实施例中的反应物引导结构和横向流引导结构的相应出口侧的等轴视图。图6是示出图5中所示的横向流引导结构的入口侧的等轴视图。图7是包括分叉结构的公开的喷射器组件的仍另一非限制性实施例的示意图。图8是包括嵌套结构的公开的喷射器组件的仍另一非限制性实施例的示意图。图9是公开的喷射器组件的仍另一非限制性实施例的示意性代表图。图10是公开的喷射器组件的另外的非限制性实施例的示意性代表图。图11是描绘出如可以通过图10中所示的喷射器组件获得的喷射孔口阵列的立面图，其被构造成喷射燃烧气体横向流的相应部分的对应阵列，以便与反应物流混合。图12是公开的喷射器组件的仍另外的非限制性实施例的示意性代表图。图13是描绘出如可以通过图12中所示的喷射器组件获得的相应喷射孔口阵列的立面图，其被构造成喷射相应反应物流阵列，以便与燃烧气体横向流的相应部分的阵列混合。图14是列出某些步骤的流程图，所述步骤可以用于公开的方法中，用于制造喷射器组件或者包括这样的喷射器组件的管道布置结构，其可以用于燃气涡轮发动机中的燃烧系统。图15是列出另外的步骤的流程图，所述步骤可以用于公开的方法中，用于制造喷射器组件或管道布置结构。图16是与公开的方法相结合的流程次序，用于制造喷射器组件或管道布置结构。具体实施方式将燃烧器设计方法（例如可能涉及分布式燃烧系统（DCS）方法）和诸如燃气涡轮发动机的燃烧涡轮发动机的燃烧器系统中的高级管道方法集成在一起能够产生某些优点。例如，通过这些设计方法的适当集成，预期可以实现降低的静态温度和减少的燃烧停留时间，这些中的每个均有助于在近似1700℃（3200℉）及以上的涡轮机入口温度下将NOx排放减小到可接受水平内。例如，通过喷射反应物（例如，燃料和空气）通过被布置在主燃烧级下游的次燃烧级内的多个喷射器组件（每个可以包括导气罩（airscoop）和燃料喷嘴的组件），可行的是将反应温度保持在NOx形成阈值以下，甚至在点火温度可以是1700℃及以上的情况下。在某些实施例中，次燃烧级可以涉及流动加速结构，其通过能够达到相对高的亚音速速度的燃烧气体横向流（例如，来自主燃烧区域的有害气体），这有助于实现降低的静态温度和减少的燃烧停留时间。本专利技术人已经认识到，在经过的燃烧气体横向流处于相对高的亚音速速度的情况下，系统的总压力可能存在显著降低，而这是不期望的。鉴于这样的认知，本专利技术人提出了一种新颖的喷射器组件，其被恰当地构造成减少这样的压力损失的大小，同时实现喷射的反应物与经过的燃烧气体横向流的有效程度的混合。本专利技术人已经进一步认识到，常规制造技术可能不利于可能涉及有效实施前述方法的喷射器组件构造的成本有效和/或可实现的制造。例如，常规制造技术往往由于持续限制制造可变性而略有欠缺；并且还可能由于成本有效地且可靠地生产这样的燃烧器部件中可能涉及的相对复杂的几何构型和小型化特征和/或导管而有所欠缺。鉴于这种进一步的认知，在一种非限制性实施例中，本专利技术人进一步提出使用三维（3D）打印/增材制造（AM）技术，例如，激光烧结、选择性激光熔化（SLM）、直接金属激光烧结（DMLS）、电子束烧结（EBS）、电子束熔化（EBM）等，它们可以有助于成本有效地制造可能涉及复杂几何构型和小型化特征和/或导管的公开的喷射器组件。对于期望获得与3D打印/增材制造（AM）技术相关的大体背景信息的读者，例如参见由Springer于2010年出版的GibsonI.、StuckerB和RosenD.撰写的题为“AdditiveManufacturingTechnologies,3DPrinting,RapidPrototyping,andDirectDigitalManufacturing”的教科书，该教科书通过引用的方式被并入本文。在以下详细描述中，陈述各种具体细节，以便提供对这样的实施例的全面理解。然而，本领域技术人员将理解的是，本专利技术的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践，本专利技术不受限于所描绘的实施例，并且本专利技术可以在各种各样的替代实施例中实践。在其它情形中，将被本领域技术人员良好理解的方法、过程和部件未被详细描述，以避免不必要的和累赘的解释。此外，可以将各种操作描述为以有助于理解本专利技术的实施例的方式来执行的多个离散的步骤。然而，描述的顺序不应被解释为意味着这些操作需要按照它们被呈现的顺序来执行，也不应被解释为它们甚至是依赖于顺序的，除非另有指示。此外，短语“在一种实施例中”的重复使用不一定指相同的实施例，尽管它可以表示相同的实施例。注意，所公开的实施例不需要被解释为相互排斥的实施例，这是因为这样的公开的实施例的各方面可以由本领域技术人员根据给定应用的需要来适当地组合。如本申请中所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”等旨在是同义的，除非另有指示。最后，如本文中所使用的，短语“构造成”或“设置成”包含如下概念，即：将短语“构造成”或“设置成”之前的特征有意和特别地设计成或使之以特定的方式动作或起作用，并且该特征不应被解释为意味着该特征仅具有以指定的方式来动作或起作用的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种布置在燃烧级内的喷射器组件，所述燃烧级流体地联接成接收来自燃烧器出口的燃烧气体横向流，所述喷射器组件包括：具有入口侧（44）和出口侧（46）的反应物引导结构（42），所述反应物引导结构限定曲线流动路径（47），以便将反应物流从所述入口侧处的第一流动方向（50）朝向所述燃烧气体横向流引导成在所述出口侧处的第二流动方向（52）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.30 US 15/0850671.一种布置在燃烧级内的喷射器组件，所述燃烧级流体地联接成接收来自燃烧器出口的燃烧气体横向流，所述喷射器组件包括：具有入口侧（44）和出口侧（46）的反应物引导结构（42），所述反应物引导结构限定曲线流动路径（47），以便将反应物流从所述入口侧处的第一流动方向（50）朝向所述燃烧气体横向流引导成在所述出口侧处的第二流动方向（52）。2.根据权利要求1所述的喷射器组件，其中，所述第二流动方向被设置成使得所述反应物流相对于所述燃烧气体横向流实现期望的喷射角度（θ）。3.根据权利要求2所述的喷射器组件，其中，所述反应物流相对于所述燃烧气体横向流的所述期望的喷射角度处于从近似0°到近似90°的范围内。4.根据权利要求1所述的喷射器组件，进一步包括：具有入口侧（56）和出口侧（57）的横向流引导结构（54），所述横向流引导结构限定大体轴向延伸的流动路径，以便将所述燃烧气体横向流（60）的在所述横向流引导结构（54）的所述入口侧（56）处接收的一部分朝向所述横向流引导结构的所述出口侧（57）引导通过所述喷射器组件。5.根据权利要求4所述的喷射器组件，其中，在所述反应物引导结构的所述出口侧处离开的所述反应物流和所述燃烧气体横向流的在所述横向流引导结构的所述出口侧处离开的所述部分相对于彼此被设置，以便形成在离开的反应物流的内部部分和所述燃烧气体横向流的离开部分的对应部分之间的第一共混流动界面（63）。6.根据权利要求5所述的喷射器组件，其中，在所述反应物引导结构的所述出口侧处离开的所述反应物流和沿着所述喷射器组件的周边经过的燃烧气体横向流相对于彼此被设置，以便形成在离开的反应物流的外部部分和经过的燃烧气体横向流的对应部分之间的第二共混流动界面（64）。7.根据权利要求4所述的喷射器组件，其中，在所述反应物引导结构的所述出口侧处离开的所述反应物流和所述燃烧气体横向流的在所述反应物引导结构的所述出口侧处离开的所述部分形成基本同心的协流。8.根据权利要求4所述的喷射器组件，其中，所述燃烧气体横向流的在所述横向流引导结构的所述出口侧处离开的所述部分的流动方向被设置成相对于所述反应物流在所述反应物引导结构的所述出口侧处的流动方向实现期望的喷射角度（ɸ）。9.根据权利要求4所述的喷射器组件，其中，所述反应物引导结构和所述横向流引导结构分别包括分叉结构（102、104），以便提供相...

【专利技术属性】
技术研发人员：AJ诺思，JE波蒂略毕尔巴鄂，WR拉斯特，J梅多斯，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国,US