[发明专利]具有由旋流器集成的径向燃料喷口的燃料喷嘴

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种涡轮发动机的燃料喷嘴，更具体地涉及一种具有由旋流器(涡旋式喷嘴，swirler)集成的径向燃料喷口(喷管，jet)的燃料喷嘴。

背景技术

包括柴油发动机、气体燃料发动机和其它本领域已知的发动机在内的内燃机会排放空气污染物的复杂混合物。空气污染物可由包括氮氧化物(NOx)的气体化合物组成。由于对环境的日益关注，排气排放的标准已经变得日益严格，并且从发动机排放到大气中的NOx的量可根据发动机的类型、发动机的尺寸和/或发动机的等级来规定。

一种已被涡轮发动机制造商实施以在遵照这些排放物规定的同时保持发动机高效率的方法是，设计和制造能产生具有低火焰温度的均匀分布的火焰的涡轮发动机。在2003年12月2日授予Boardman的美国专利No.6,655,145(‘145专利)中描述了这样的一种方法。‘145专利描述了一种具有带中心体的燃料喷嘴的涡轮发动机。在中心体的径向远侧设置有套筒部(barrel portion)。在中心体和套筒部之间设置有至少一个旋流器叶片以将进入的压缩空气的方向改变成径向。一液体燃料通道穿过旋流器叶片，并且位于所述旋流器叶片表面上的液体燃料喷口与所述通道流体连通以将燃料沿轴向喷射到涡轮发动机的燃烧室中。当压缩空气流经旋流器时，空气与喷出的液体燃料混合以产生基本均一的空气/燃料混合物，该空气/燃料混合物在被点燃时产生具有低火焰温度的均匀分布的火焰。

尽管‘145专利的燃料喷嘴可改进空气/燃料的混合和火焰分布，但是这还不够并且存在问题。具体来说，由于液体燃料沿轴向喷射，所以在液体燃料被适当混合和夹带在压缩空气内之前，被改变成沿径向方向的空气会朝着套筒部将液体燃料向外传送到套筒部上。结果，会有一些燃料聚集在套筒部上，形成大的燃料液滴，并且在被点燃时产生富NOx排气的高温孤立区。聚集在套筒上的燃料也可能变成焦炭并形成降低燃料喷嘴的功能性的障碍物或阻塞物。此外，这种液体燃料的不适当的分布和燃烧会降低涡轮发动机的工作效率。

(本文)所公开的燃料喷嘴旨在克服上述的一个或多个问题。

发明内容

在一个方面中，本发明涉及一种燃料喷嘴。该燃料喷嘴包括公共轴线、绕该公共轴线设置的体部和位于该体部的径向外侧的套筒部。该燃料喷嘴还包括至少一个设置在所述体部和所述套筒部之间的旋流器叶片和设置在所述至少一个旋流器叶片内的液体燃料喷口。所述至少一个旋流器叶片构造成将空气的轴向流改变成径向。所述液体燃料喷口构造成相对于所述公共轴线沿径向喷射液体燃料。

在另一个方面中，本发明涉及一种在涡轮发动机内混合燃料和空气的方法。该方法包括压缩进气、沿轴向朝着至少一个旋流器叶片引导经压缩的进气以及将沿轴向引导的经压缩的进气的方向改变成径向。该方法还包括从所述至少一个旋流器叶片沿径向喷射液体燃料。

附图说明

图1是所公开的示例性涡轮发动机的立体剖视图；

图2A是用于图1的涡轮发动机的所公开的示例性燃料喷嘴的剖视图；

图2B是用于图2A的燃料喷嘴的所公开的示例性旋流器的端视图；以及

图2C是设置在图2B的旋流器内的所公开的示例性液体燃料喷口的近视图。

具体实施方式

图1示出一示例性的涡轮发动机10。涡轮发动机10可联接在构造成完成预定任务的固定不动的或机动的作业机械上。例如，涡轮发动机10可表现为产生电力输出的发电机组的主动力源或执行流体泵送操作的泵送机构的主动力源。或者，涡轮发动机10可表现为运土机械、乘用车辆、船只或本领域已知的任何其它机动机械的原动力。涡轮发动机10可包括压缩机部段12、燃烧室部段14、涡轮机部段16和排气部段18。

压缩机部段12可包括可旋转以压缩进气的部件。具体地，压缩机部段12可包括一系列绕中轴24固定连接的可旋转的压缩机叶片22。当中轴24旋转时，压缩机叶片22可将空气吸入涡轮发动机10中并对空气加压。然后该加压空气可被导向燃烧室部段14而与液体和/或气体燃料混合。可设想压缩机部段12还可包括与中轴24分离并且在涡轮发动机10工作期间保持静止不动的压缩机叶片(未示出)。