燃气涡轮发动机的驻涡燃烧器及其操作方法技术

本申请提供用在燃气涡轮发动机中的驻涡燃烧器，其限定径向方向、轴向方向和周向方向。所述驻涡燃烧器包括限定前端的外涡流室壁和穹顶，所述穹顶在所述外涡流室壁的前端处附接到所述外涡流室壁或者与所述外涡流室壁一体形成。所述穹顶和外涡流室壁至少部分地限定具有外驻涡室的燃烧室。所述穹顶包括限定气流方向的通风道。所述驻涡燃烧器的径向方向和轴向方向限定通过所述通风道延伸的参考平面，所述通风道的气流方向限定与所述参考平面的大于零的角度。本申请还提供了用于操作燃气涡轮发动机中的驻涡燃烧器的操作方法。

Standing Vortex Burner of Gas Turbine Engine and Its Operation Method

This application provides a standing vortex burner used in a gas turbine engine, which defines radial, axial and circumferential directions. The standing eddy combustor comprises an outer eddy chamber wall and a dome defining the front end. The dome is attached to the outer eddy chamber wall at the front end of the outer eddy chamber wall or integrated with the outer eddy chamber wall. The dome and the wall of the external swirl chamber are at least partially defined as combustion chambers with an external swirl chamber. The dome comprises a ventilation duct that defines the direction of the airflow. The radial and axial directions of the standing vortex burner are limited to a reference plane extending through the ventilation duct, and the airflow direction of the ventilation duct is limited to an angle larger than zero of the reference plane. The application also provides an operation method for operating a standing vortex burner in a gas turbine engine.

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮发动机的驻涡燃烧器及其操作方法
本公开大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用在燃气涡轮发动机中的驻涡燃烧器。
技术介绍
航空燃气涡轮发动机通常用来为飞行器产生推力。其它燃气涡轮发动机用在各种海洋和工业应用中。无论应用如何，燃气涡轮发动机具有气体路径，其通常包括以串流次序的空气入口、压缩机区段、燃烧器、涡轮区段和气体出口。压缩机区段和涡轮区段包括联接在外壳内的至少一排周向间隔开的旋转叶片。压缩机区段通常将压缩空气提供给燃烧器，在燃烧器中，该压缩空气与燃料混合并燃烧以产生燃烧气体。燃烧气体流动穿过涡轮区段从而对涡轮区段进行驱动。涡轮区段又可以给压缩机区段及可选地为例如风扇或推进器的喷气式发动机提供动力。先进的燃气涡轮发动机技术需求正推动其中的燃烧器在长度上更短，在更宽的操作范围上具有更高的性能水平，并产生较低的废气污染物排放水平。为尝试达到这些目标，已经开发了驻涡燃烧器。如本文中使用的术语“驻涡燃烧器(trappedvortexcombustor)”通常指在主燃烧室上游具有一个或多个区段(例如，内和/或外驻涡室)的燃烧器，主燃烧室被配置成至少部分地预混合和预汽化加压空气的旋涡中的燃料。驻涡室可径向定位在主燃烧室外，允许降低燃烧室的总体长度。然而，用于降低燃烧室的总体长度的另外的开发将是有用的。
技术实现思路
本专利技术的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本专利技术的实施而得知。在本公开的一个实施例中，提供一种用在燃气涡轮发动机中的驻涡燃烧器。所述驻涡燃烧器限定径向方向、轴向方向和周向方向。所述驻涡燃烧器包括限定前端的外涡流室壁和穹顶，所述穹顶在所述外涡流室壁的前端处附接到所述外涡流室壁或者与所述外涡流室壁一体形成。所述穹顶和外涡流室壁至少部分地限定具有外驻涡室的燃烧室。所述穹顶包括限定气流方向的通风道(airchute)。所述驻涡燃烧器的径向方向和轴向方向限定通过所述通风道延伸的参考平面，所述通风道的气流方向限定与所述参考平面的大于零的角度。在某些示范性实施例中，由所述主通风道的气流方向与所述参考平面限定的角度大于大约五度并小于大约五十度。在某些示范性实施例中，所述通风道是所述穹顶的主通风道。例如，在某些示范性实施例中，所述穹顶还包括沿所述驻涡燃烧器的周向方向间隔开的多个主通风道，其中，所述燃烧室被配置成在操作中接收总量气流，并且其中，所述总量气流的至少大约百分之十五通过所述多个主通风道提供。例如，在某些示范性实施例中，所述总量气流的大约百分之二十到大约百分之八十五通过所述多个主通风道提供。在某些示范性实施例中，所述主通风道包括定位在其中的至少一个轮叶。在某些示范性实施例中，所述主通风道包括定位在其中的至少一个主体分离器。在某些示范性实施例中，所述通风道限定高度和宽度，其中，所述高度大于所述宽度。在某些示范性实施例中，所述通风道是所述穹顶的密封斜槽(sealchute)。在某些示范性实施例中，所述通风道是所述穹顶的主通风道，其中，所述穹顶还包括密封斜槽，其中，所述密封斜槽限定在所述参考平面内的气流方向，其中，所述穹顶限定在所述参考平面内通过所述密封斜槽延伸的参考线，并且其中，所述气流方向限定与所述穹顶的参考线的角度小于九十度并大于大约四十五度。例如，在某些示范性实施例中，所述驻涡燃烧器还包括：外过渡壁，所述外过渡壁附接到所述外涡流室壁并与所述外涡流室壁一体形成；以及外燃烧室衬套，所述外燃烧室衬套附接到所述外过渡壁或者与所述外过渡壁一体形成，其中，所述外过渡壁和所述外燃烧室衬套一起形成拐角，并且其中，所述密封斜槽的气流方向与所述拐角相交。在某些示范性实施例中，所述驻涡燃烧器还包括外过渡壁，所述外过渡壁附接到所述外涡流室壁并与所述外涡流室壁一体形成；其中，所述穹顶、所述外涡流室壁或所述外过渡壁的至少一个限定燃料喷嘴开口。对于这种实施例，所述驻涡燃烧器还可包括燃料喷嘴，所述燃料喷嘴定位在所述燃料喷嘴开口中或者通过其延伸，所述燃料喷嘴限定平均燃料喷射方向，并且其中，所述平均燃料喷射方向限定与所述参考平面的角度大于零度并小于大约四十五度。例如，在某些示范性实施例中，由所述平均燃料喷射方向和所述参考平面限定的角度大于大约十度并小于大约四十度。在某些示范性实施例中，所述通风道沿所述径向方向定位在所述外涡流室内。例如，在某些示范性实施例中，所述驻涡燃烧器还可包括内涡流室壁，所述内涡流室壁包括前端并部分地限定所述燃烧室，其中，所述穹顶在所述内涡流室壁的前端处附接到所述内涡流室壁或者与所述内涡流室壁一体形成，并且其中，所述燃烧室还包括内涡流室。例如，在某些示范性实施例中，所述通风道是主通风道，并且其中，所述主通风道沿所述径向方向定位在所述内涡流室外。在本公开的一个示范性方面中，提供了一种用于操作燃气涡轮发动机的驻涡燃烧器的方法。所述驻涡燃烧器包括外涡流室壁和穹顶，所述穹顶附接到所述外涡流室壁或者与所述外涡流室壁一体形成。所述穹顶和所述外涡流室壁至少部分地限定具有外驻涡室的燃烧室。所述穹顶还包括主通风道。所述方法包括：将总量气流提供至所述燃烧室，其中，将总量气流提供至所述燃烧室包括沿气流方向通过所述主通风道将主气流提供至所述燃烧室，所述气流方向限定与参考平面的角度大于零度并小于大约四十五度，所述参考平面由所述燃气涡轮发动机的径向方向和轴向方向限定。在某些示范性方面，所述穹顶还包括沿所述燃气涡轮发动机的周向方向间隔开的多个主通风道，并且其中，通过所述主通风道将所述主气流提供至所述燃烧室包括通过沿所述周向方向间隔开的多个主通风道将所述主气流提供至所述燃烧室，并且其中，所述主气流为提供至所述燃烧室的总量气流的至少大约百分之十五。例如，在某些示范性方面，所述主气流为提供至所述燃烧室的总量气流的大约百分之二十到大约百分之八十五。在本申请的另一示范性实施例中，提供一种燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机限定径向方向、轴向方向和周向方向。所述燃气涡轮发动机包括：压缩机区段；涡轮区段；以及燃烧区段，所述燃烧区段位于所述压缩机区段下游、所述涡轮区段上游。所述压缩机区段包括驻涡燃烧器。所述驻涡燃烧器包括限定前端的外涡流室壁和穹顶，所述穹顶在所述外涡流室壁的前端处附接到所述外涡流室壁或者与所述外涡流室壁一体形成。所述穹顶和所述外涡流室壁至少部分地限定具有外驻涡室的燃烧室，所述穹顶包括限定气流方向的通风道，所述径向方向和轴向方向限定通过所述通风道延伸的参考平面，所述通风道的气流方向限定与所述参考平面的大于零的角度。在某些示范性实施例中，由所述通风道的气流方向与所述参考平面限定的角度大于大约十度并小于大约四十五度。在某些示范性实施例中，所述穹顶还包括沿所述驻涡燃烧器的周向方向间隔开的多个通风道，其中，所述燃烧室被配置成在操作中接收总量气流，并且其中，所述总量气流的至少大约百分之十五通过所述多个通风道提供。具体地，本申请技术方案1提供了一种用在燃气涡轮发动机中的驻涡燃烧器，所述驻涡燃烧器限定径向方向、轴向方向和周向方向，所述驻涡燃烧器包括限定前端的外涡流室壁；以及穹顶，所述穹顶在所述外涡流室壁的前端处附接到所述外涡流室壁或者与所述外涡流室壁一体形成，所述穹顶和外涡流室壁至少部分地限定具有外驻涡室的燃烧室，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用在燃气涡轮发动机中的驻涡燃烧器，所述驻涡燃烧器限定径向方向、轴向方向和周向方向，所述驻涡燃烧器包括：限定前端的外涡流室壁；以及穹顶，所述穹顶在所述外涡流室壁的前端处附接到所述外涡流室壁或者与所述外涡流室壁一体形成，所述穹顶和外涡流室壁至少部分地限定具有外驻涡室的燃烧室，所述穹顶包括限定气流方向的通风道，所述驻涡燃烧器的径向方向和轴向方向限定通过所述通风道延伸的参考平面，所述通风道的气流方向限定与所述参考平面的大于零的角度。

【技术特征摘要】
2017.10.17 US 15/785,7261.一种用在燃气涡轮发动机中的驻涡燃烧器，所述驻涡燃烧器限定径向方向、轴向方向和周向方向，所述驻涡燃烧器包括：限定前端的外涡流室壁；以及穹顶，所述穹顶在所述外涡流室壁的前端处附接到所述外涡流室壁或者与所述外涡流室壁一体形成，所述穹顶和外涡流室壁至少部分地限定具有外驻涡室的燃烧室，所述穹顶包括限定气流方向的通风道，所述驻涡燃烧器的径向方向和轴向方向限定通过所述通风道延伸的参考平面，所述通风道的气流方向限定与所述参考平面的大于零的角度。2.根据权利要求1所述的驻涡燃烧器，其中，所述通风道是所述穹顶的密封斜槽。3.根据权利要求1所述的驻涡燃烧器，其中，所述通风道是所述穹顶的主通风道，其中，所述穹顶还包括密封斜槽，其中，所述密封斜槽限定在所述参考平面内的气流方向，其中，所述穹顶限定在所述参考平面内通过所述密封斜槽延伸的参考线，并且其中，所述气流方向限定与所述穹顶的参考线的角度小于九十度并大于大约四十五度。4.根据权利要求3所述的驻涡燃烧器，其还包括：外过渡壁，所述外过渡壁附接到所述外涡流室壁或与所述外涡流室壁一体形成；以及外燃烧室衬套，所述外燃烧室衬套附接到所述外过渡壁或者与所述外过渡壁一体形成，其中，所述外过渡壁和所述外燃烧室衬套一起形成拐角，并且其中，所述密封斜槽的气流方向与所述拐角相交。5.根据权利要求1所述的驻涡燃烧器，其还包括：外过渡壁，所述外过渡壁附接到所述外涡流室壁或与所述外涡流室壁一体形成；其中，所述穹顶、所述外涡流室壁或所述外过渡壁的至少一个限定燃料喷嘴开口；以及燃料喷嘴，所述燃料喷嘴定位在所述燃料喷嘴开口中或通过其延伸，所述燃料喷嘴限定平均燃料喷射方向，并且其中，所述平均燃料喷射方...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·W·约翰逊，J·泽利纳，E·J·史蒂文斯，C·S·库珀，B·S·邓肯，张俊涛，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US