[发明专利]针对用于增强的火焰稳定抗力的预混合器尾流和旋涡填充的系统和方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及燃气涡轮燃烧系统，并且更具体而言，涉及用于增加火焰稳定抗力(flame-holding resistance)并增强燃烧系统预混合器的燃料空气混合的技术。 

背景技术

天然气或燃料油的预混合燃烧在商业上已经被证实为用于陆基(land based)燃气涡轮的减少NOx排放的非常有效的方法。类似地，部分预混合通常应用于实现飞机发动机中的相似的排放降低。这种模式的燃烧引入了当这种预混合的空气-燃料流在期望的燃烧区域的上游点火时的过早燃烧或火焰稳定的风险。如果上游区域未设计成承受与燃烧相关的高温，那么，构件的过热和后续的硬件恶化可能发生。已知，增加燃料-氧化剂的预混合能力也将增加可能引起硬件损坏的潜在的燃烧动力学难题。 

一种已经用于增加燃料/空气预混合器的预混合能力的技术利用了一列空气通道。另一种技术利用了预混合叶片来提供旋流稳定化的预混合器。又一种已经用于增加燃料/空气预混合器的预混合能力的技术包括有坑的燃料注射孔，该燃料注射孔额外地增加了火焰稳定的抗力。 

这些已知的预混合器技术，尽管在混合能力或预混合器火焰稳定的抗力方面提供了进步，但是对进一步优化针对燃烧系统预混合器的混合能力和火焰稳定边界留下了改进的空间。一种现代的混合技术，采用了后缘(trailing edge)特征，用于信号和噪音降低这两者，例如来 自飞机发动机的喷射噪音。这种后缘特征已经不作为用于增强燃烧系统预混合器内的燃料/空气预混合和预混合器火焰稳定的抗力的技术而被研究。 

鉴于前述内容，有利的是，提供一种空气/燃料预混合结构，该空气/燃料预混合结构保持或增加与所有类型的燃气涡轮燃烧器相关的已知的燃烧系统预混合器结构的空气/燃料混合能力，同时提供增加的火焰稳定的边界。空气/燃料预混合器结构应当有利地采用被动式技术(passive technique)来保持或增加空气/燃料混合能力，并增加火焰稳定的抗力，同时随意地减小预混合器内的动量不足的区域。 

发明内容

简要地，根据一个实施例，提供了一种燃烧系统预混合器，以增加陆基燃烧系统中的火焰稳定的抗力。该预混合器包括一个或更多顺流旋涡发生器(stream vortex generator)，所述一个或更多顺流旋涡发生器配置成响应于穿过预混合器的空气，被动地使周围的高速空气改变方向而填充燃料喷嘴内的尾流和旋涡区域。 

根据另一实施例，一种增加燃烧系统预混合器内的火焰稳定的抗力的方法，包括：在预混合器的一个或更多部分上提供一个或更多顺流旋涡发生器；使空气穿过至少一个预混合器顺流旋涡发生器，使得穿过各顺流旋涡发生器的空气被动地改变方向而进入相应的燃料喷嘴的尾流和旋涡区域中。 

根据又一实施例，一种燃烧系统预混合器，包括至少一个后缘区域，该后缘区域包括一个或更多注射孔并还包括一个或更多顺流旋涡发生器，其中，一个或更多顺流旋涡发生器配置成经由一个或更多注射孔而被动地使注入后缘区域中的周围的高速空气或燃料改变方向，使得改变方向的空气或燃料在产生于后缘区域的下游的其中至少一个尾流和旋涡区域之外混合。 

附图说明

当参照附图阅读下述详细的描述时，将变得更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面以及优势，在附图中，相似的符号在图中始终代表相似的部分，其中： 

图1是显示根据一个实施例的带有顺流旋涡发生器的燃烧系统预混合器的剖面透视图； 

图2是显示图1中描绘的预混合器的旋流器(swirler)部分上的顺流旋涡发生器的透视图； 

图3是显示图1中描绘的预混合器的旋流器部分上的顺流旋涡发生器的另一透视图； 

图4是显示图1中描绘的预混合器的后缘部分上的顺流旋涡发生器的透视图； 

图5是显示图1中描绘的预混合器的后缘部分上的顺流旋涡发生器的更加详细的透视图； 

图6是显示图1中描绘的预混合器的后缘部分上的顺流旋涡发生器的剖面透视图； 

图7是显示根据一个实施例的、采用顺流旋涡发生器区域并适用于实施图1中描绘的预混合器的后缘部分的裂片状喷嘴的透视图； 

图8是显示设置在图1中描绘的预混合器的后缘部分附近的一对顺流旋涡发生器凹口的透视图； 

图9是显示适于实施其中一个或更多图1中描绘的预混合器的顺流旋涡发生器区域的另一顺流旋涡发生器几何形状的透视图；以及 

图10显示适于采用使用本文中描述的顺流旋涡发生器结构原理的预混合器实施例的燃气涡轮发动机的一个实施例。