用于燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的預(yù)混合系統(tǒng)及燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型的實施例針對用于燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的預(yù)混合系統(tǒng)及燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括多個燃料噴射器和多個混合管，其中每個混合管均具有用于接納所述多個燃料噴射器中的一個的第一部分和具有配置用于將燃料與空氣混合的混合室的第二部分。所述混合室的長度在所述多個混合管之間不相同，以允許具有不同的混合時間。
【專利說明】用于燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的預(yù)混合系統(tǒng)及燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型所公開的主題總體上涉及渦輪機(jī)燃燒器，且更確切地說，涉及預(yù)混合渦輪機(jī)燃燒器。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)總體上包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪機(jī)。壓縮機(jī)壓縮來自空氣進(jìn)口的空氣，并且隨后將壓縮空氣引向燃燒器。在燃燒器中，從壓縮機(jī)接收的壓縮空氣與燃料混合并燃燒，以便產(chǎn)生燃燒氣體。將燃燒氣體引入渦輪機(jī)中。在渦輪機(jī)中，燃燒氣體橫穿過渦輪機(jī)的渦輪機(jī)葉片，從而驅(qū)動渦輪機(jī)葉片和附接有渦輪機(jī)葉片的軸旋轉(zhuǎn)。軸的旋轉(zhuǎn)可進(jìn)一步驅(qū)動連接到軸的負(fù)載，如發(fā)電機(jī)。常規(guī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)可能會遭受各種不穩(wěn)定性，如燃燒器內(nèi)壓力、熱釋放和/或各組成部分的速度的大幅振蕩。此類大幅度(例如)可能導(dǎo)致燃燒器內(nèi)增強的熱應(yīng)力以及增加的火焰穩(wěn)定性和/或不完全燃燒。因此，仍存在對穩(wěn)定性增加的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的需要。
實用新型內(nèi)容
[0003]下文概述與最初要求保護(hù)的實用新型在范圍上相當(dāng)?shù)哪承嵤├?。這些實施例并不旨在限制所要求保護(hù)的實用新型的范圍，而是這些實施例僅旨在提供本實用新型的可能形式的概述。實際上，本實用新型可涵蓋可能與下述實施例類似或不同的多種形式。
[0004]在第一實施例中，提供一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的預(yù)混合系統(tǒng)，以降低燃燒系統(tǒng)內(nèi)的不穩(wěn)定性。所述系統(tǒng)包括多個燃料噴射器和多個混合管。每個混合管都包括配置用于接納多個燃料噴射器中的一個的第一部分和具有配置用于將燃料與空氣混合的混合室的第二部分。每個混合室的長度在多個混合管之間不相同。
[0005]其中，所述多個混合管具有大致類似的長度。
[0006]其中，所述第一部分的第一長度與所述第二部分的第二長度之間的比值在所述多個混合管之間不相同。
[0007]其中，所述多個混合管中的一個的所述混合室具有與所述多個混合管中的另一個的所述混合室不同的長度。
[0008]其中，所述多個燃料噴射器中的至少兩個具有不同的長度。
[0009]所述的系統(tǒng)進(jìn)一步包括形成于所述多個混合管的每一個的壁上的多個開孔，其中所述開孔配置用于將空氣傳送到所述相應(yīng)混合管的所述混合室中。
[0010]其中，形成于第一混合管上的所述多個開孔從所述第一混合管的第一出口遠(yuǎn)離第一距離進(jìn)行定位，并且形成于第二混合管上的所述多個開孔從所述第二混合管的第二出口遠(yuǎn)離第二不同的距離進(jìn)行定位，其中所述第一距離與第二距離是不同的。
[0011]其中，所述多個混合管中的每一個均包括第一端和第二端，其中所述第二端包括配置用于使燃料空氣混合物沉積到燃燒室中的開口。
[0012]其中，所述多個混合管的每一個的所述第二端在一個平面內(nèi)對齊。
[0013]在第二實施例中，一種燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)包括燃燒器。所述燃燒器進(jìn)一步包括一個燃燒室、多個燃料噴射器和多個混合管。每個混合管都具有用于接納多個燃料噴射器中的一個的第一部分和具有配置用于將燃料與空氣混合的混合室的第二部分?；旌鲜业拈L度在多個混合管之間不相同。
[0014]其中，所述多個混合管具有大致類似的長度。
[0015]其中，所述第一部分的第一長度與所述第二部分的第二長度之間的比值在所述多個混合管之間不相同。
[0016]其中，所述多個混合管中的一個的所述混合室具有與所述多個混合管中的另一個的所述混合室不同的長度。
[0017]其中，所述多個燃料噴射器中的至少兩個燃料噴射器具有不同的長度。
[0018]所述的系統(tǒng)包括形成于所述多個混合管的每一個的壁上的多個開孔，其中所述多個開孔配置用于將空氣傳送到所述相應(yīng)混合管的所述混合室中。
[0019]其中，形成于第一混合管上的所述多個開孔和形成于第二混合管上的所述多個開孔以離所述燃燒室不同的距離進(jìn)行定位。
[0020]其中，所述多個混合管中的每一個均包括第一端和第二端，其中所述第二端配置用于使燃料空氣混合物沉積到所述燃燒室中。
[0021]在第三實施例中，一種方法包括將空氣接收到多個混合室中，其中所述多個混合室中的每一個都處于多個混合管中的一個內(nèi)。所述方法進(jìn)一步包括使來自多個燃料噴射器的燃料沉積到多個混合室中，其中所述多個燃料噴射器中的每一個都定位在所述多個混合管的一個內(nèi)。將空氣與燃料在多個混合室的每一個內(nèi)混合，以使得在所述多個混合室的第一混合室內(nèi)的空氣燃料混合的持續(xù)時間比在所述多個混合室的第二混合室內(nèi)的空氣燃料混合的持續(xù)時間要長。
[0022]其中，在所述多個混合室內(nèi)出現(xiàn)空氣燃料混合的超過兩種不同的持續(xù)時間。
[0023]其中，所述多個混合室中的至少兩個具有不同的長度。
[0024]本實用新型的預(yù)混合系統(tǒng)可配置用于提供具有各種長度的預(yù)混合室的多個混合管，從而產(chǎn)生各種混合時間，進(jìn)而可在燃燒器內(nèi)提供增加的穩(wěn)定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]在參考附圖閱讀以下詳細(xì)說明時，將更好地理解本實用新型的這些和其他特征、方面和優(yōu)點，在附圖中，類似的符號在所有附圖中代表類似的部分，其中:
[0026]圖1是具有多個混合管的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的實施例的示意圖；
[0027]圖2是渦輪機(jī)燃燒器的實施例的示意性截面?zhèn)纫晥D，其示出了定位在燃燒器的頭端內(nèi)的多個混合管；
[0028]圖3是圖2的渦輪機(jī)燃燒器的實施例的示意性截面?zhèn)纫晥D，其示出了多個混合管和多個燃料噴射器；
[0029]圖4是包括燃料噴射器的一個混合管的實施例的示意性截面?zhèn)纫晥D；
[0030]圖5是圖2的渦輪機(jī)燃燒器的實施例的示意性截面?zhèn)纫晥D，其示出了不同長度的多個混合室；以及
[0031]圖6是描繪了關(guān)于三種不同的渦輪機(jī)燃燒器的頻率的相對幅度的圖。
【具體實施方式】
[0032]下文將描述本實用新型的一個或多個具體實施例。為了提供對這些實施例的簡要描述，實用新型中可能不會描述實際實施方案的所有特征。應(yīng)了解，在開發(fā)任意此類實際實施方案中，如在任意工程或設(shè)計項目中，均應(yīng)當(dāng)做出實施方案特定的多種決定，以實現(xiàn)開發(fā)人員的特定目標(biāo)，如遵守與系統(tǒng)相關(guān)和與業(yè)務(wù)相關(guān)的約束，這些約束可能會隨實施方案而不同。另外，應(yīng)了解，此類開發(fā)工作可能是復(fù)雜而且耗時的，但對所屬領(lǐng)域中受益于本實用新型的普通技術(shù)人員而言，這將仍是設(shè)計、制作以及制造中的常規(guī)任務(wù)。
[0033]在介紹本實用新型的各實施例的元件時，冠詞“一個”、“一種”、“所述(the) ”和“所述(said) ”旨在意指有一個或多個所述元件。術(shù)語“包括”和“具有”旨在是包括性的，且意指除了所列元件外，可能還有其他元件。
[0034]燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)可包括用于將燃料與空氣在燃燒室內(nèi)燃燒之前進(jìn)行預(yù)混合的部件。這些預(yù)混合系統(tǒng)中的一些具有多個混合管(例如，10至1000個混合管)，其中每個混合管都與一個燃料噴射器配對。在某些實施例中，每個混合管均可具有小于約1、2、3、4或5厘米的直徑。例如，每個混合管均可具有在約0.5至2、0.75至1.75或I至1.5厘米之間的直徑。在某些實施例中，燃料噴射器將燃料軸向地噴射到混合管中，同時加壓空氣徑向地輸送到混合管中。有利的是，此類預(yù)混合系統(tǒng)可配置用于提供具有各種長度的預(yù)混合室的多個混合管，從而產(chǎn)生各種混合時間。因此，所描述的實施例是針對一種預(yù)混合燃燒器，所述預(yù)混合燃燒器具有多個混合管，所述多個混合管具有一個或多個不同長度的多個混合室，以使得所述系統(tǒng)具有一種或多種不同的燃料空氣混合時間(或τ )。多個混合室之間的不同的混合時間可在燃燒器內(nèi)提供增加的穩(wěn)定性，如下文進(jìn)一步描述。
[0035]轉(zhuǎn)向附圖，圖1示出燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10的框圖。如所示，系統(tǒng)10包括壓縮機(jī)12、渦輪機(jī)燃燒器14以及渦輪機(jī)16。渦輪機(jī)燃燒器14可包括一個或多個混合管18 (例如，10至1000個混合管)，所述混合管18配置用于接收燃料20與加壓氧化劑22，如空氣、氧氣、富氧空氣、低氧空氣或其任何組合。雖然以下討論提到空氣作為氧化劑22，但任何合適的氧化劑都可用于所公開的實施例。此外，可將混合管描述為微混合管，所述微混合管可具有在約0.5至2、0.75至1.75或I至1.5厘米之間的直徑?？蓪⒒旌瞎?8安排成一束或多束緊密間隔開的管，總體上處于相對于彼此平行的安排。在這個構(gòu)造中，每個混合管18都配置用于在每個混合管18內(nèi)進(jìn)行相對小規(guī)模的混合(例如，微混合)，所述混合管18隨后將燃料空氣混合物輸出到燃燒室中。在某些實施例中，系統(tǒng)10可使用液體燃料和/或氣體燃料20，如天然氣或合成氣。
[0036]包括作為壓縮機(jī)12的部件的壓縮機(jī)葉片。壓縮機(jī)12內(nèi)的葉片連接到軸24，并且在軸24由渦輪機(jī)16驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)時將會旋轉(zhuǎn)，如下所述。葉片在壓縮機(jī)12內(nèi)的旋轉(zhuǎn)將來自空氣進(jìn)口 30的空氣32壓縮成加壓空氣22。加壓空氣22隨后饋送到渦輪機(jī)燃燒器14的混合管18中。將加壓空氣22和燃料20在混合管18內(nèi)混合，以便產(chǎn)生用于燃燒(例如，致使燃料更徹底燃燒的一種燃燒，從而不會浪費燃料20或?qū)е屡欧盼镞^多)的合適的燃料空氣混合比。
[0037]渦輪機(jī)燃燒器14點燃并燃燒燃料空氣混合物，然后將熱的加壓燃燒氣體34(例如，排氣)傳輸?shù)綔u輪機(jī)16中。渦輪機(jī)葉片連接到軸24，所述軸24也連接到遍布渦輪機(jī)系統(tǒng)10的若干其他部件。當(dāng)燃燒氣體34逆著且在渦輪機(jī)16中的渦輪機(jī)葉片之間流動時，渦輪機(jī)16受到驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，從而使得軸24旋轉(zhuǎn)。最后，燃燒氣體34經(jīng)由排氣出口 26離開渦輪機(jī)系統(tǒng)10。此外，軸24可連接到負(fù)載28，所述負(fù)載28經(jīng)由軸24的旋轉(zhuǎn)而得到動力供應(yīng)。例如，負(fù)載28可以是可經(jīng)由渦輪機(jī)系統(tǒng)10的旋轉(zhuǎn)輸出來產(chǎn)生動力的任何合適的裝置，如發(fā)電機(jī)、飛機(jī)的螺旋槳等。
[0038]圖2是圖1的燃燒器14的實施例的截面示意圖。如所示，燃燒器14包括燃燒室36和頭端38。多個混合管18定位在燃燒器14的頭端38內(nèi)?；旌瞎?8總體上可在蓋帽40與端蓋42之間延伸。在一些實施例中，混合管18懸置在頭端38中，以使得混合管18不附接到端蓋42或蓋帽40。然而另一選擇為，混合管18可連接到蓋帽40或端蓋42的至少一個，如下文進(jìn)一步描述。端蓋42還可包括用于提供燃料給混合管18的燃料腔室44。在以下討論中，可參照沿燃燒器14的軸線4的軸向方向2、遠(yuǎn)離或朝向軸線4的徑向方向6和圍繞軸線4的圓周方向8?；旌瞎?8在軸向方向2上延伸且總體上彼此平行。燃料腔室44將燃料在軸向方向2上輸送到混合管18，而混合管18在徑向方向6上接收空氣。
[0039]如上所述，壓縮機(jī)12接收來自空氣進(jìn)口 30的空氣32，壓縮空氣32，并產(chǎn)生用于燃燒過程的加壓空氣22流。如箭頭46所示，加壓空氣22通過空氣入口 48提供到燃燒器14的頭端38，所述空氣入口 48將空氣橫向或徑向地6引向混合管18的側(cè)壁。更確切地說，加壓空氣22在箭頭46所指示的軸向方向2上從壓縮機(jī)12流動通過燃燒器14的襯里(liner) 52與流動套筒54之間的環(huán)形通道50到達(dá)頭端38。襯里52圍繞燃燒室36環(huán)圓周地定位，環(huán)形通道50圍繞襯里52環(huán)圓周地定位，并且流動套筒54圍繞環(huán)形通道50環(huán)圓周地定位。在到達(dá)頭端38后，空氣22通過朝向混合管18的入口 48從軸向方向2轉(zhuǎn)向徑向方向6，如箭頭46所指示。
[0040]將加壓空氣22與燃料20在多個混合管18內(nèi)混合。如下所討論，每個混合管18都通過混合管18的軸向端部在軸向方向2上接收燃料20，同時還通過混合管18中的多個側(cè)開口接收空氣22。因此，燃料20和空氣22在每個單獨的混合管18內(nèi)混合。如箭頭56所示，燃料空氣混合物在混合管18的下游流動到燃燒室36中，在所述燃燒室36中，燃料空氣混合物點燃并燃燒以便形成燃燒氣體34(例如，排氣)。燃燒氣體34在方向58上流向渦輪機(jī)燃燒器14的過渡件60。燃燒氣體34穿過過渡件60而通向渦輪機(jī)16，如箭頭62所示，在所述渦輪機(jī)16中，燃燒氣體34驅(qū)動渦輪機(jī)16內(nèi)的葉片旋轉(zhuǎn)。
[0041]圖3是燃燒器14內(nèi)的多個混合管18的示意性圖示。如所示，每個混合管18都具有形成于其中的通道或混合室64。混合室64配置用于接收并混合燃料20與加壓空氣22。如所示，混合管18總體上在混合管18的第一端66 (例如，軸向端開口)與第二端68 (例如，軸向端開口)之間延伸，并且混合室64形成在混合管18的一部分內(nèi)，以使得混合室64的長度比其相應(yīng)混合管18的長度要短。混合室64及其相應(yīng)混合管18可延伸穿過蓋帽40 (例如，穿孔蓋帽)，以使得可將燃料空氣混合物從混合室64穿過總體上定位在混合管18的第二端68鄰近處的軸向端開口輸出到燃燒室36中。蓋帽40可包括多個開口或接收器，所述多個開口或接收器接納并支撐多個混合管18。在某些實施例中，混合管18可經(jīng)由釬焊、焊接、螺紋、托架、夾具或干涉配合附接到蓋帽40和/或端蓋42。然而，在某些實施例中，混合管未固定地附接到端蓋42或蓋帽40。此外，混合管18可能不永久地附接到燃燒器14內(nèi)的任意部件。而是，混合管18可浮置或懸置在頭端38內(nèi)，例如，由燃燒器14內(nèi)的一個或多個結(jié)構(gòu)88(例如，蓋帽40、保持器、防沖板、彈簧等)支撐。此類支撐結(jié)構(gòu)總體上可提供對混合管18的軸向約束，同時也使得能夠響應(yīng)于移動、振動、熱膨脹或收縮或其任何組合而軸向移動。
[0042]在一些實施例中，每個混合管18及其相應(yīng)混合室64可具有總體上圓形的截面形狀。另外，每個混合管18及其相應(yīng)混合室64可具有小于約1、2、3、4或5厘米的直徑。在某些實施例中，每個混合管18及其相應(yīng)混合室64均可具有在約0.5至2、0.75至1.75或I至1.5厘米之間的直徑。應(yīng)理解，燃燒器14內(nèi)的所有混合管18和/或混合室64均可具有大致類似的直徑，但在某些實施例中，可能有利的是，混合管18和/或混合室64具有多種直徑。此外，在一些典型的實施例中，每個混合管18和混合室64均可具有約I厘米至約75厘米的長度。在某些實施例中，每個混合管18和混合室64均可具有約10至60、15至50,20至40或30至35厘米的長度。在某些實施例中，燃燒器14內(nèi)的所有混合管18均可具有大致類似的長度(例如，在約5%內(nèi))，但在一些實施例中，混合管18可具有兩個或更多個不同的長度。在本實用新型的實施例中，燃燒器14內(nèi)的混合室64具有兩個或更多個不同的長度，以便提供多種不同的混合時間，如下文進(jìn)一步討論。
[0043]在一些實施例中，端蓋42可定位在混合管18的第一端66的上游和鄰近處。端蓋42可包括一個或多個燃料入口 70，燃料20通過所述燃料入口 70提供給端蓋42內(nèi)的一個或多個燃料腔室44 (例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多個)。此外，每個燃料腔室44均可流體地連接到一個或多個燃料噴射器72 (例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多個)。如所示，每個混合管18均包括相應(yīng)的燃料噴射器72，所述燃料噴射器72在如箭頭45所指示的軸向方向2上接收燃料20。在一些實施例中，端蓋42可包括單個共用燃料腔室44(例如，燃料供應(yīng)室)用于所有混合管18及相關(guān)燃料噴射器72。在其他實施例中，系統(tǒng)10可包括一個、兩個、三個或更多個燃料腔室44，所述燃料腔室44各自提供燃料20給燃料噴射器72的子組，且最終提供給與每個燃料噴射器72相關(guān)的混合管18。例如，一個燃料腔室44可提供燃料給約5、10、50、70、100、500、1000或更多個燃料噴射器72。在一些實施例中，具有由不同燃料腔室44進(jìn)行供應(yīng)的燃料噴射器72的子組的燃燒器14可允許燃料噴射器72的一個或多個子組和對應(yīng)混合管18比其他子組和混合管更豐富或更貧乏地運行，這進(jìn)而可允許(例如)更好地控制燃燒過程。另外，多個燃料腔室44可使得能夠?qū)⒍喾N類型的燃料20 (例如，同時)用于燃燒器14。
[0044]如圖3中所示，支撐結(jié)構(gòu)74 (例如，側(cè)壁)可環(huán)圓周地包圍燃燒器14的頭端38，并且支撐結(jié)構(gòu)74總體上可保護(hù)和/或支撐混合管18和頭端38內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)。例如，支撐結(jié)構(gòu)74可以是外部環(huán)形壁。如上所述，在一些實施例中，加壓空氣22可穿過空氣入口 48進(jìn)入頭端38。更確切地說，加壓空氣22可流動通過空氣入口 48橫向地進(jìn)入頭端38內(nèi)的空氣腔78中，例如，在如箭頭46所指示的總體徑向的方向6上?？諝馇?8包括在多個混合管18之間的頭端38內(nèi)的并且由支撐結(jié)構(gòu)74(例如，外壁)包圍的空間體積。加壓空氣22散布到整個空氣腔78，因為加壓空氣22流到多個混合管18的每一個中。在一些實施例中，流分配器或擴(kuò)散器76(例如，導(dǎo)流板、導(dǎo)管或轉(zhuǎn)動葉片)可設(shè)置在燃燒器14中。擴(kuò)散器76可以是一種環(huán)形流調(diào)節(jié)擴(kuò)散器，其配置用于將加壓空氣22分配向前、徑向地6向內(nèi)和/或在外部橫穿多個混合管18。例如，擴(kuò)散器76可包括錐形環(huán)形壁75，其在徑向方向6上朝向腔78和混合管18逐漸成角度或向內(nèi)彎曲。擴(kuò)散器76還可包括環(huán)形內(nèi)部通道77，其截面面積總體上朝向腔78和混合管18發(fā)散或生長。擴(kuò)散器76可配置用于改善加壓空氣22在頭端38內(nèi)的分配。在一些實施例中，擴(kuò)散器76可使加壓空氣22擴(kuò)散，以使得加壓空氣22大致均勻地分配到每個混合管18。另外或另一選擇為，穿孔空氣分配板80 (在圖3中以虛線來指示)可設(shè)置在頭端38的腔78內(nèi)，且空氣分配板80總體上可定位在端蓋42與蓋帽40之間。空氣分配板80中的穿孔可具有多種形狀和大小中的任一個，且總體上可提供加壓空氣22的另外擴(kuò)散和分配，以便改善加壓空氣22到混合管18的分配。
[0045]在穿過空氣入口 48進(jìn)入頭端38后，加壓空氣22可穿過形成于混合管18中的一個或多個開孔82進(jìn)入每個混合管18及其相應(yīng)的混合室64。開孔82可配置成具有多種形狀、大小和布置中的任一個。例如，開孔82的截面形狀總體上可以是圓形的、橢圓形的或矩形的。開孔82可進(jìn)一步具有范圍為約0.001厘米到約1.5厘米或更大的直徑或尺寸。開孔82 (例如)還可具有范圍為約0.01至1、0.05至0.5或0.1至0.25厘米的直徑或尺寸。在一些實施例中，一排或多排開孔82可圍繞混合管18的圓界(例如，均勻地)間隔開。此夕卜，開孔82可相對于混合管18成角定位。換句話說，開孔82可配置成使得加壓空氣22穿過開孔82并相對于混合管18的壁成角度α I流到混合管18的混合室64中。在某些實施例中，加壓空氣22流到混合室64中的角度α I可能等于、大于或小于90度。例如，角度α I可以是約10、20、30、40、50、60、70或80度。形成于混合管18中的開孔82可具有大致類似的形狀、大小和/或角度，而在其他實施例中，開孔82可具有不同的形狀、大小和/或角度。一般來說，開孔82可定位在沿混合管18的任何位置處。然而，在一些實施例中，開孔82總體上可定位在燃料20穿過燃料噴射器72而進(jìn)入混合管18的位置的上游。此外，開孔82可圍繞燃料噴射器72環(huán)圓周地間隔開，從而將空氣22徑向地向內(nèi)引向燃料噴射器72。
[0046]另一選擇為，混合管18中的一個或多個，而不是開孔82，可在所述混合管18的第一端66處具有擴(kuò)大的直徑，以用于接收加壓空氣22。換句話說，第一端66可擴(kuò)大以便具有鐘樣形狀。在此類構(gòu)造中，加壓空氣22可穿過混合管18的第一端66進(jìn)入混合管18。例如，加壓空氣22可穿過入口 48分配軸向地和/或徑向地向內(nèi)橫穿混合管18并朝向端板42。加壓空氣22可穿過混合管18的第一端66進(jìn)入混合管18。在一些實施例中，燃燒器14內(nèi)的一個或多個混合管18可配置用于通過混合管18的第一端66接收加壓空氣22，同時一個或多個混合管18可配置用于通過形成于混合管18的壁上的開孔82接收加壓空氣22。
[0047]如圖3中所示，在一些實施例中，燃燒器14還具有保持器84和/或防沖板86。保持器84和/或防沖板86可定位在燃料噴射器72的下游且總體上鄰近蓋帽40。在一些實施例中，例如，蓋帽40、保持器84和/或防沖板86與支撐結(jié)構(gòu)74可以是可拆卸或可分離的。保持器84可提供對混合管18的支撐。防沖板86可大致鄰近于蓋帽40定位，且在一些實施例中，防沖板86可定位在保持器84與蓋帽40之間。防沖板86可支撐混合管18，且另外或另一選擇為，可提供對燃燒器14內(nèi)的蓋帽40的冷卻。
[0048]如上所討論且如圖3中所示，一個燃料噴射器72提供用于燃燒器14的每個混合管18。換句話說，一個燃料噴射器72定位在每個混合管18的一部分內(nèi)，以便將燃料20遞送到每個混合管18的混合室64中。在一些實施例中，可通過軸向地2將燃料噴射器72插入穿過每個混合管18的第一端66來將燃料噴射器72總體上同軸地定位在每個混合管18內(nèi)。在某些實施例中，混合管18可具有使得每個混合管18能夠接納對應(yīng)燃料噴射器72的大小、形狀和構(gòu)造。
[0049]參照圖4，每個燃料噴射器72均可以可拆卸地連接到端蓋42。端蓋42和燃料噴射器72可共同描述為燃料噴射器組件或模塊。雖然燃料噴射器72連接到端蓋42作為燃料噴射器組件或模塊，但混合管18可支撐在支撐結(jié)構(gòu)74內(nèi)作為混合管組件或模塊。因此，所述燃料噴射器模塊和混合管模塊使得能夠通過將這兩個模塊彼此組裝來將所有混合管18與相關(guān)的燃料噴射器72快速且簡單地組裝。
[0050]在一些實施例中，燃料噴射器72總體上可從肩部100(例如，第一管狀部分)延伸到端部102 (例如，第二管狀部分)。在某些實施例中，肩部100可具有比端部102更大的直徑，且端部102可以是錐形的(例如，錐形環(huán)形形狀，如圓錐形形狀)，以使得直徑從肩部100到端部102的遠(yuǎn)端104逐漸減小。在某些實施例中，端部102可形成尖端，或總體上在遠(yuǎn)端104處變細(xì)，如圖4中所示。設(shè)想燃料噴射器72的端部102的其他形狀和構(gòu)造，如具有例如圓柱形形狀、矩形形狀或六角形形狀的端部102。另外，燃料噴射器72可配置成具有多種合適長度中的任一個，且可進(jìn)一步具有各種肩部100長度和端部102長度。例如，在一些實施例中，每個燃料噴射器72均可具有約0.1厘米到約25厘米或更大的長度。在一些實施例中，燃料噴射器72可具有約2至15、4至10或5至8厘米的長度。此外，在一些實施例中，燃燒器14內(nèi)的燃料噴射器72可具有大致類似的長度，但在其他實施例中，燃料噴射器72可具有兩個或更多個不同的長度(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多不同的長度)。另外，肩部100的長度與端部102的長度之間的比值可為約1:1。但在其他實施例中，比值可為例如約2:1或1:2、3:1或1:3、4:1或1:4或其他任何合適的比。在一些實施例中，彈簧90 (如徑向彈簧)可另外設(shè)置在燃料噴射器72的肩部100的一部分周圍，以支撐燃料噴射器72。
[0051]燃料20可從位于端蓋42之上或之內(nèi)的燃料腔室44穿過燃料入口 105進(jìn)入燃料噴射器72內(nèi)的燃料通道106中。燃料20可在定位在燃料噴射器72上的一個或多個孔108 (例如，燃料出口)處離開燃料通道106?？?08可定位在燃料噴射器72上的任何合適的位置處。例如，在一些實施例中，孔108可定位在燃料噴射器72的肩部100上。在其他實施例中，孔108可定位在燃料噴射器72的端部102上。此外，所述孔可定位在燃料噴射器72的任何大致圓柱形的部分上，或定位在燃料噴射器72的任何大致錐形或圓錐形的部分上。
[0052]另外，孔108可以各種方式中的任一種來構(gòu)造，且更確切地說，孔108可具有多種形狀、角度和大小中的任一種。例如，在一些實施例中，孔108可具有大致圓形的截面形狀。在一些實施例中，孔108中的一個或多個可配置成使得燃料20相對于燃料噴射器72的壁以角α 2噴射到混合管18的混合室64中。例如，孔108可配置成使得燃料20相對于燃料噴射器72的壁以等于、大于或小于90度的角度ci2噴射到混合室64中。在其他實施例中，孔108可配置成使得燃料20相對于燃料噴射器72的壁以約10、20、30、40、50、60、70或80度的角度α 2噴射到混合室64中?？?08總體上可配置成使得燃燒器的火焰穩(wěn)定特性得到改善。另外，在一些實施例中，一個或多個孔108可圍繞燃料噴射器72環(huán)圓周地定位。例如，孔108可圍繞燃料噴射器72的周界均勻地間隔開。在某些實施例中，孔108可配置成使得燃料20可徑向地排放且如箭頭110所示徑向向外散布到混合管18的混合室64中?？?08的大小可大致相同，但在其他實施例中，孔108可具有不同的大小。在每個燃料噴射器72上具有多個孔108的一些實施例中，所述多個孔108可配置成具有大致類似的大小、形狀和/或角度。另一選擇為，多個孔108可配置成具有一個或多個不同的大小、形狀和/或角度。
[0053]上述實施例提供燃料20與加壓空氣22在燃燒室36中燃燒之前的混合。如上所討論，預(yù)混合燃燒器14可配置成具有多種不同的混合時間。例如，多個混合管18之間的各種混合時間可減少通常存在于燃燒器中的大幅振蕩且總體上可降低燃燒系統(tǒng)內(nèi)的不穩(wěn)定性。因此，下文描述了混合管18、混合室64、燃料噴射器72、開孔82、孔108和/或燃燒器14內(nèi)的其他部件的可提供兩種或更多種混合時間的各種構(gòu)造和安排。
[0054]圖5示出配置用于提供多種不同的混合時間的燃燒器14的一個實施例。如所示實施例中所示出，燃燒器14內(nèi)的每個混合管18均可在第一端66與第二端68之間延伸，且每個混合管18均可具有大致類似的長度114。在某些實施例中，每個混合管18均可包括用于接納其相應(yīng)燃料噴射器72的第一部分116和具有用于將燃料20與空氣22混合的相應(yīng)混合室64的第二部分118。如上所述，燃料20可穿過燃料噴射器72的孔108噴射到混合室64中，且加壓空氣22可穿過開孔82傳遞到混合室64中。
[0055]此外，如圖5中所不,多個混合室64可具有多個不同的長度63,以在燃燒器14內(nèi)提供多種不同的混合時間。多個混合室64可具有例如2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多個不同的長度63。此類構(gòu)造總體上可提供不同的混合時間，由于相對短的混合室64可提供較少的時間用于將燃料20與加壓空氣22混合，而相對長的混合室64可提供較多的時間用于將燃料20與加壓空氣22在沉積到燃燒室36中之前混合。另外，在一些實施例中，多個燃料噴射器72可具有多個不同的長度63。多個燃料噴射器72可具有例如2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多個不同的長度63。
[0056]更確切地說，在圖5所描繪的實施例中，多個混合室64與多個燃料噴射器72的長度不相同。在一些這類實施例中，混合室64的長度63和對應(yīng)燃料噴射器72的長度總體上可等于相應(yīng)混合管18的總長度114。因此，混合室64和對應(yīng)燃料噴射器72的相對長度或長度比可在燃燒器14內(nèi)的多個混合管18之間不相同。換句話說，每個燃料噴射器72的長度總體上均可補償或與其對應(yīng)混合室64的長度相容。
[0057]如圖5中所示，一個第一混合管18 (例如，第一混合管200)的混合室64可具有相對長的長度120且其對應(yīng)燃料噴射器72可具有相對短的長度122，以使得混合室64與燃料噴射器72的組合長度總體上等于第一混合管200的長度114。另一混合管18(例如，第二混合管202)的混合室64可具有平均長度124且其對應(yīng)燃料噴射器72具有平均長度126，以使得混合管64與燃料噴射器72的組合長度總體上等于第二混合管202的長度114。最后，如所描繪，又一混合管18 (例如，第三混合管204)的混合室64可具有相對短的長度128且其對應(yīng)燃料噴射器72可具有相對長的長度130，以使得混合管64與燃料噴射器72的組合長度總體上等于第三混合管204的長度114。因此，如上所解釋，每個混合管18的混合室64的長度和對應(yīng)燃料噴射器72的長度可不相同。圖5中所示的實施例提供三種不同的混合室64長度，且因此提供三種不同的混合時間以供燃料20與空氣22在混合管18內(nèi)進(jìn)行預(yù)混合?；旌鲜?4與其對應(yīng)燃料噴射器72的長度之間的比值可為任何合適的比值。例如，長度 120 與 122 的比值可為例如約 50:1、40:1、30:1、20:1、10:1、5:1、4:1、3:1 或 2:1，或反之亦然。另一選擇為，混合室64可比其對應(yīng)燃料噴射器72要短，以使得長度120與122的比可為例如約 1:50、1:40、1:30、1:20、1:10、1:5、1:4、1:2 或反之亦然。
[0058]值得注意的是，在圖5中，與每個混合管18相關(guān)聯(lián)的燃料入口(例如像孔108)和/或空氣入口(例如像開孔82)位于多個不同的平面中。因此，在一些實施例中，一種提供多種不同的混合時間的系統(tǒng)可通過改變多個混合管18之間的孔108和/或開孔82的位置來產(chǎn)生。在一些實施例中，孔108的位置可由于改變?nèi)剂蠂娚淦?2的長度而發(fā)生變化，如圖4中所示。然而，在一些實施例中，孔108的位置可由于改變多個燃料噴射器72上的孔108的位置而發(fā)生變化。例如，如上所述，孔108可定位在燃料噴射器72的肩部100上或端部102上。另外，在一些實施例中，開孔82可定位在不同的平面中，且因此，在燃燒器14內(nèi)提供用于混合燃料20與加壓空氣22的時間可發(fā)生變化。
[0059]圖6描繪了圖表220，其示出了根據(jù)本實用新型所述的一些實施例在多個混合管18之間提供多種不同的混合時間的一種系統(tǒng)可能具有的動力學(xué)。更確切地說，圖表220示出了針對三種不同的混合系統(tǒng)的相對幅度222對頻率224。所示第一系統(tǒng)226配置用于提供一種混合時間，第二系統(tǒng)228配置用于提供四種不同的混合時間，并且第三系統(tǒng)230配置用于在多個混合管18之間提供六種不同的混合時間。如所示，具有僅一種混合時間的第一系統(tǒng)226具有最大的不穩(wěn)定性，如離散頻率下幅度的大尖峰所示。具有四種不同混合時間的第二系統(tǒng)228引起與第一系統(tǒng)226相比相對較小的不穩(wěn)定性，且具有六種不同混合時間的第三系統(tǒng)230引起在所示模型之間最小的不穩(wěn)定性。代替在一個或兩個頻率下的高幅度，一種配置成具有多種不同混合時間的系統(tǒng)在很多不同的頻率(例如，2至100個不同的頻率)下提供峰值幅度減小的壓力振蕩。換句話說，具有用于多個混合管的多種不同的混合時間的系統(tǒng)通過在很多頻率上削減不穩(wěn)定性而減弱幅度。因此，如所示，配置用于提供多種不同的混合時間的系統(tǒng)可有利地降低燃燒系統(tǒng)內(nèi)的不穩(wěn)定性。
[0060]雖然所示實施例總體上在系統(tǒng)具有不同長度的多個混合室64和不同長度的對應(yīng)燃料噴射器72的情況下示出不同的混合時間，但構(gòu)想提供不同混合室64長度和不同燃料空氣混合時間的任何構(gòu)造。還應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本實用新型，可在燃燒器14內(nèi)提供任意數(shù)量的不同的混合時間。在一些實施例中，可提供2、3、4、5、6、7、8或9種不同的預(yù)混合時間。在一些實施例中，可提供大約10、15、20或更多種預(yù)混合時間。在一些實施例中，不同的混合時間可在約0.5至50毫秒之間。在一些實施例中，系統(tǒng)中的不同的混合時間可為約1、1.5、2,2.5、3、3.5、4、4.5或5毫秒的混合時間的任意組合。另外，構(gòu)想:各種混合時間和本實用新型所描述的配置用于提供各種混合時間的結(jié)構(gòu)也可以在其他類型的燃燒系統(tǒng)中實施，且適當(dāng)時尺寸可按比例放大或按比例縮小以用于特定的燃燒系統(tǒng)。
[0061]如上所述，用于燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的這些預(yù)混合系統(tǒng)中的一些具有多個混合管，其中每個混合管都與一個燃料噴射器配對。有利的是，此類預(yù)混合系統(tǒng)可配置用于提供具有各種長度的預(yù)混合室的多個混合管，從而產(chǎn)生各種混合時間。在多個混合管之間的不同的混合時間進(jìn)而可在燃燒器內(nèi)提供增加的穩(wěn)定性。
[0062]本實用新型使用各種實例來揭示本實用新型，包括最佳模式，同時也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本實用新型，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及實施所涵蓋的任何方法。本實用新型的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書界定，并可包含所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員想出的其他實例。如果其他此類實例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實例包含的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義無實質(zhì)差別，則此類實例也應(yīng)在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動機(jī)的預(yù)混合系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)混合系統(tǒng)包括: 多個燃料噴射器； 多個混合管，每個混合管均包括: 第一部分，其配置用于接納所述多個燃料噴射器中的一個；以及 第二部分，其包括配置用于將燃料與空氣混合的混合室，其中所述混合室的長度在所述多個混合管之間不相同。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個混合管具有大致類似的長度。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一部分的第一長度與所述第二部分的第二長度之間的比值在所述多個混合管之間不相同。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個混合管中的一個的所述混合室具有與所述多個混合管中的另一個的所述混合室不同的長度。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個燃料噴射器中的至少兩個具有不同的長度。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，其進(jìn)一步包括形成于所述多個混合管的每一個的壁上的多個開孔，其中所述開孔配置用于將空氣傳送到所述相應(yīng)混合管的所述混合室中。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，形成于第一混合管上的所述多個開孔從所述第一混合管的第一出口遠(yuǎn)離第一距離進(jìn)行定位，并且形成于第二混合管上的所述多個開孔從所述第二混合管的第二出口遠(yuǎn)離第二不同的距離進(jìn)行定位，其中所述第一距離與第二距離是不同的。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個混合管中的每一個均包括第一端和第二端，其中所述第二端包括配置用于使燃料空氣混合物沉積到燃燒室中的開口。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個混合管的每一個的所述第二端在一個平面內(nèi)對齊。
10.一種燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 燃燒器，其包括: 燃燒室；以及 權(quán)利要求1至9中任一項所述的預(yù)混合系統(tǒng)，所述預(yù)混合系統(tǒng)包括: 多個燃料噴射器； 多個混合管，每個混合管均包括用于接納所述多個燃料噴射器中的一個的第一部分和包括配置用于將燃料與空氣混合的混合室的第二部分，其中所述混合室的長度在所述多個混合管之間不相同。
【文檔編號】F23R3/28GK203964011SQ201420111543
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】G.A.博德曼, P.B.梅爾頓, J.H.韋斯特摩爾蘭, R.J.基拉, S.L.克羅瑟斯 申請人:通用電氣公司