具有改进的空气动力学的燃烧器制造技术

一种稀燃燃烧器（16），包括：多个稀燃燃料喷射器（50），每个稀燃燃料喷射器包括燃料供给臂（52）和带有稀燃燃料喷射器头部尖端（72）的稀燃燃料喷射器头部（54），其中，稀燃燃料喷射器头部尖端具有稀燃燃料喷射器头部尖端直径（d），稀燃燃料喷射器头部包括引导燃料喷射器和主燃料喷射器，主燃料喷射器布置成与引导燃料喷射器同轴并径向向外；以及燃烧器室（60），其沿轴向方向（62）延伸达长度（L），并且包括限定燃烧器室的尺寸和形状的径向内环形壁（64）、径向外环形壁（66）和计量板（68），其中，燃烧器室包括初级燃烧区（80）和二级燃烧区（82）。室包括初级燃烧区（80）和二级燃烧区（82）。室包括初级燃烧区（80）和二级燃烧区（82）。

【技术实现步骤摘要】
具有改进的空气动力学的燃烧器


[0001]本公开涉及燃烧设备，并且特别地涉及用于用于飞行器、工业和海事应用的气体涡轮引擎的稀燃燃烧器。

技术介绍

[0002]用于飞行器应用的气体涡轮引擎典型地包括以轴向流布置的风扇、一个或多个压缩机、燃烧系统和一个或多个涡轮。燃烧系统典型地包括具有燃料喷雾喷嘴的多个燃料喷射器，所述燃料喷雾喷嘴将燃料和空气流组合，并产生进入燃烧室中的雾化液体燃料的喷雾。然后，空气和雾化液体燃料的混合物在燃烧室中燃烧，并且产生的热燃烧产物然后膨胀通过一个或多个涡轮并由此驱动一个或多个涡轮。
[0003]就碳排放和氮氧化物（NOx）（其在高温下开始形成，并随着增加的温度而指数地增加）而言，存在对减少气体涡轮引擎的环境影响的持续需要。
[0004]为了解决NOx排放问题，已提出了“稀燃（lean burn）”燃烧技术。在稀燃燃烧中，空气与燃料的比（AFR）高于化学计量比，这允许将燃烧温度保持在已知的限制范围内，以减少NOx产生。
[0005]在另一方面，保持相对低的燃烧温度可能导致不完全或微弱的燃烧，其进而可能导致产生其他污染物，诸如一氧化碳（CO）和未燃烧的碳氢化合物（UHC），和/或火焰不稳定和隆隆声，其进而可能引起引擎中构件的疲劳故障和/或乘客不舒适，这取决于隆隆声的频率。
[0006]用于工业和海事应用的气体涡轮引擎面临着与用于飞行器应用的气体涡轮引擎类似的挑战。
[0007]因此，需要为飞行器、工业和海事引擎提供稀燃燃烧系统，其允许减少引擎的NOx以及CO和UHC的排放，并提高引擎可操作性。

技术实现思路

[0008]根据第一方面，提供一种稀燃燃烧器，包括：多个稀燃燃料喷射器，每个稀燃燃料喷射器包括燃料供给臂和带有稀燃燃料喷射器头部尖端的稀燃燃料喷射器头部，其中，稀燃燃料喷射器头部尖端具有稀燃燃料喷射器头部尖端直径（d），稀燃燃料喷射器头部包括引导燃料喷射器和主燃料喷射器，主燃料喷射器布置成与引导燃料喷射器同轴并径向向外；以及燃烧器室，其沿轴向方向延伸，并且包括径向内环形壁、径向外环形壁和提供在径向内环形壁与径向外环形壁的上游的计量板，所述计量板具有适配成容纳稀燃燃料喷射器头部尖端的多个孔口。径向内环形壁、径向外环形壁和计量板限定燃烧器室的尺寸和形状，其中，燃烧器室具有燃烧器室长度（L），并包括具有初级燃烧区长度（Z）和初级燃烧区深度（D）的初级燃烧区以及布置在初级燃烧区的下游的具有二级燃烧区长度（L
‑
Z）的二级燃烧区。根据第一方面，燃烧器室长度与稀燃燃料喷射器头部尖端直径的比L/d小于5。
[0009]在本公开中，上游和下游是相对于通过燃烧器的燃料和空气流，并且前部和后部
是相对于稀燃燃烧器，即，稀燃燃料喷射器在前部中，而燃烧器室在后部中。
[0010]本专利技术人已经发现用于燃烧器室的独特的无量纲参数组合，这允许燃烧器空气动力学发展，以优化燃烧效率并最小化NOX和烟雾。根据本公开的稀燃燃烧器允许在燃烧器室的初级燃烧区中形成所谓的S形再循环区，这允许引导燃料喷嘴支持主燃料喷嘴燃烧。特别地，本专利技术人已经发现，根据本公开的燃烧器室允许来自引导燃料喷射器的引导燃料和空气的燃烧混合物形成S形流再循环。详细地，来自引导燃料喷射器的引导燃料和空气的燃烧混合物可以到达初级燃烧区的停滞点处，在该处引导燃油和空气混合物局部速度为零，向后朝向稀燃燃料喷射器行进，并转向（由于主流注中的低静压力）燃烧器室的径向内环形壁和径向外环形壁，以加入来自主燃料喷射器的主燃料和空气的燃烧混合物，并支持其燃烧。换句话说，来自引导燃料喷射器的引导燃料和空气的燃烧混合物可以沿S形轨迹流动。
[0011]本领域技术人员将意识到，当设计用于稀燃燃烧器的燃烧器室时，必须对任何燃烧器室尺寸进行空气动力学研究，以便优化燃料和空气混合物的空气动力学和燃烧。本专利技术人已经惊奇地发现，根据本公开的稀燃燃烧器能够在不影响燃烧效率的情况下放大和缩小。换句话说，由于比L/d是无量纲的，对于根据本公开的稀燃燃烧器的燃烧器室的宽泛的尺寸范围，能够在初级燃烧区内有效且有效率地形成S形再循环区。
[0012]例如，根据本公开的稀燃燃烧器可以定尺寸成用于适配成安装在小型、中型和大型飞行器上的引擎。
[0013]在实施例中，燃烧器室长度L与稀燃燃料喷射器头部尖端直径d的比L/d可以小于4.5，例如，小于4，或小于3.5，或小于3，或小于2.8，或小于2.6，或小于2.5，或小于2.45，或小于2.4。燃烧器室长度L与稀燃燃料喷射器头部尖端直径d的比L/d可以大于1.7，或大于1.8，或大于1.85，或大于1.9，或大于2.0。
[0014]稀燃燃料喷射器头部可以总体上沿纵向方向延伸，纵向方向与轴向方向形成斜角α
斜
，斜角α
斜
包括在0
°
与10
°
之间。
[0015]燃烧器室可以在计量板（上游）与环形出口（下游）之间轴向延伸，燃烧的气体通过所述环形出口离开燃烧器室。环形出口可以由燃烧器室的径向内环形壁和径向外环形壁限定，并且在两者之间。在本公开中，燃烧器室长度（L）可以限定为计量板与环形出口之间的轴向距离。
[0016]径向外环形壁可以在计量板与环形出口之间基本上轴向延伸。在实施例中，径向外环形壁可以与轴向方向形成外角α
外
，外角α
外
包括在0
°
与15
°
之间，例如，在0
°
与12
°
之间，或在0
°
与10
°
之间，或在3
°
与15
°
之间，或在5
°
与15
°
之间。
[0017]径向外环形壁可以包括第一部分和第二部分。径向外环形壁的第一部分可以布置在径向外环形壁的第二部分的上游。径向外环形壁的第一部分和第二部分可以相互对准。
[0018]径向内环形壁可以包括第一部分和第二部分。径向内环形壁的第一部分可以布置在径向内环形壁的第二部分的上游。径向内环形壁的第一部分可以连接到计量板。径向内环形壁的第二部分和径向外环形壁的第二部分可以限定燃烧室的环形出口。径向内环形壁的第一部分可以与径向内环形壁的第二部分以一角度布置。径向内环形壁的第一部分可以平行于径向外环形壁。径向内环形壁的第一部分可以平行于轴向方向。
[0019]径向内环形壁的第一部分、径向外环形壁的第一部分和计量板限定初级燃烧区。
[0020]在本公开中，初级燃烧区长度（Z）可以限定为初级燃烧区的轴向长度。径向内环形
壁的第一部分可以限定初级燃烧区长度（Z）。径向外环形壁的第一部分可以限定初级燃烧区长度（Z）。径向内环形壁的第一部分和径向外环形壁的第一部分可以沿轴向方向具有相同的长度。
[0021]在本公开中，初级燃烧区深度（D）可以限定为径向内环形壁的第一部分与径向外环形壁的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀燃燃烧器（16），包括：
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多个稀燃燃料喷射器（50），每个稀燃燃料喷射器包括燃料供给臂（52）和带有稀燃燃料喷射器头部尖端（72）的稀燃燃料喷射器头部（54），其中，所述稀燃燃料喷射器头部尖端（72）具有稀燃燃料喷射器头部尖端直径（d），所述稀燃燃料喷射器头部（54）包括引导燃料喷射器（56）和主燃料喷射器（58），所述主燃料喷射器（58）布置成与所述引导燃料喷射器（56）同轴并径向向外；以及
‑ꢀ
燃烧器室（60），所述燃烧器室沿轴向方向（62）延伸，并包括径向内环形壁（64）、径向外环形壁（66）和提供在所述径向内环形壁和所述径向外环形壁的上游的计量板（68），所述计量板具有适配成容纳所述稀燃燃料喷射器头部尖端（72）的多个孔口（70），所述径向内环形壁（64）、所述径向外环形壁（66）和所述计量板（68）限定所述燃烧器室（60）的尺寸和形状，其中，所述燃烧器室（60）具有燃烧器室长度（L），并包括具有初级燃烧区长度（Z）和初级燃烧区深度（D）的初级燃烧区（80）、以及布置在所述初级燃烧区（80）的下游的具有二级燃烧区长度（L
‑
Z）的二级燃烧区（82）；其中，所述燃烧器室长度（L）与所述稀燃燃料喷射器头部尖端直径（d）的比L/d小于5。2.根据权利要求1所述的稀燃燃烧器，其中，所述燃烧器室长度（L）与所述稀燃燃料喷射器头部尖端直径（d）的所述比L/d小于3，优选地小于2.4。3.根据前述权利要求中任一项所述的稀燃燃烧器，其中，所述燃烧器室长度（L）与所述稀燃燃料喷射器头部尖端直径（d）的所述比L/d大于1.5，优选地大于2.0。4.根据前述权利要求中任一项所述的稀燃燃烧器，其中，所述燃烧器室长度（L）与所述初级燃烧区深度（D）的比L/D小于2.0，优选地小于1.60；和/或其中，所述燃烧器室长度与所述初级燃烧区深度的所述比L/D大于1.0，优选地大于1.25。5.根据前述权利要求中任一项所述的稀燃燃烧器，其中，所述初级燃烧区深度（D）与所述稀燃燃料喷射器头部尖端直径（d）的比D/d小于2.4，优选地小于2.0；和/或其中，所述初级燃烧区深度（D）与所述稀燃燃料喷射器头部尖端（d）直径的比D/d大于1.2，优选地大于1.5。6.根据前述权利要求中任一项所述的稀燃燃烧器，其中，所述初级燃烧区长度（Z）与所述稀燃燃料喷射器头部尖端直径（d）的比Z/d小于1.40，优选地小于1.20；和/或其中，所述初级燃烧区长度（Z）与所述稀燃燃料喷射器头部尖端直径（d）的比Z/d大于0.70，优选地大于0.90。7.根据前述权利要求中任一项所述的稀燃燃烧器，进一步包括预扩散器（90），其布置在所述稀燃燃料喷射器头部（54）的上游，并适配成向所述燃烧器室（60）提供压缩空气，所述预扩散器（90）是总体上环形的，并包括限定出口（96）的径向...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：劳斯莱斯德国有限两合公司，
类型：发明
国别省市：