[发明专利]气冷旋流式喷嘴头

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制燃烧室内的温度的系统和装置，特别是涉及控制燃烧室内的旋流式喷嘴（swirler）的温度的系统和方法。

背景技术

通常燃烧室设置成可产生环形逆流（toroidal flow reversal），该环形逆流将一部分热的燃烧产物向上游带动至旋流式喷嘴，作为进入的未燃烧的燃料/气体混合物的持续点火源。然而，由于热的逆流冲击旋流式喷嘴表面，在旋流式喷嘴的中心可能会产生高温区，因而旋流式喷嘴的温度分布会不均匀，这有可能导致热应力。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种燃烧燃料和气体的混合物的燃烧室。该燃烧室包括旋流式喷嘴，用于接收气体流和燃料流，燃料和气体在旋流式喷嘴的影响下混合在一起，旋流式喷嘴使燃料/气体的混合物产生旋流。旋流式喷嘴具有贯穿的中心通道。旋流式喷嘴还具有预燃烧腔，与旋流式喷嘴流体相通，预燃烧腔用于接收旋流式的燃料/气体混合物。预燃烧腔为沿中轴线设置的圆柱形元件。预燃烧腔使旋流式的燃料/气体混合物产生沿中轴线向下游方向的轴向流，从而使燃料/气体混合物形成涡流，涡流具有沿中轴线的低压区。燃烧腔与预燃烧腔流体相通并位于预燃烧腔下游。燃烧腔的流道面积大于预燃烧腔的流道面积，从而允许涡流沿径向扩张并形成循环流，在此循环流中，燃烧腔内的燃料/气体的燃烧产物沿中轴线被拉回至预燃烧腔。燃烧室还包括收容在通道内的冷却组件。冷却组件界定与预燃烧腔的中轴线共线的轴线。冷却组件与气体源流体相通，其中气体源的气体温度低于循环流的温度。冷却组件沿下游方向导引温度较低的气体进入预燃烧腔，从而形成冷却流。

在另一个实施例中，本发明提供了一种旋流式喷嘴，与燃烧燃料和气体混合物的燃烧室一起使用。旋流式喷嘴包括具有外侧和内侧的本体，以及多个形成在旋流式喷嘴本体内侧上的流体导引部。相邻的流体导引部之间形成流体路径以引导气体绕本体的中轴线进行旋流运动。第一环形腔形成在本体内。该第一环形腔与位于流体路径的第一端的导引管流体相通；第二环形腔形成在本体内。该第二环形腔与位于流体路径的第二端的孔隙流体相通。位于本体的中轴线上的通道从外侧向内侧延伸。冷却组件收容在通道内。该冷却组件与本体的内侧近似平齐。

在另一个实施例中，本发明提供了一种燃烧气体涡轮引擎内的燃料和气体的方法。在该方法中，在临近燃烧室的前端部的旋流式喷嘴表面的位置预混燃料和气体以形成相对均匀的混合物。燃料/气体混合物以绕预燃烧腔的中轴线的旋流运动的方式注入燃烧室的预燃烧腔缸体，从而产生具有旋流和轴向运动的涡流，该涡流具有位于中轴线上的低压区。将涡流沿轴向向下游的方向传送至燃烧腔缸体，其中燃烧腔缸体的流道面积大于预燃烧腔的流道面积。扩展涡流使之进入燃烧腔，其中燃料和气体发生化学反应以形成热的燃烧产物。此扩展的结果是在中轴线上形成循环流，其中热的产物被向上游拉回至预燃烧腔。向下游方向传送气体使气体通过旋流式喷嘴的中轴线并进入预燃烧腔，其中被传送的气体的温度低于循环流的温度。

通过阅读以下的详细说明以及附图，本发明的其它方面将会变得更加明显。

附图说明

图1示意性地描绘了回热式双轴燃气涡轮引擎，其包括本发明一个实施例的燃烧室。

图2示意性地描绘了回热式单轴燃气涡轮引擎，其包括本发明一个实施例的燃烧室。

图3示意性地描绘了简单循环单轴燃气涡轮引擎，其包括本发明一个实施例的燃烧室。

图4示意性地描绘了本发明一个实施例的回热器内的筒形或筒仓式燃烧室。

图5示意性地描绘了根据本发明实施例的旋流式喷嘴、预燃烧腔及燃烧腔。

图6A示意性地描绘了根据本发明实施例的径向旋流式喷嘴的正面立体示意图。

图6B是图6A的径向旋流式喷嘴、燃烧室环缘和燃烧室的分解示意图。

图7是图6A的径向旋流式喷嘴的背面立体图。

图8是图6A的旋流式喷嘴的局部剖面图。

图9是图8的冷却组件的横截面示意图。

图10是图9的分配环的正视图。

图11是图10的分配环沿线X-X的横截面示意图。

图12是图9的热罩的正视图。

图13是图12的热罩沿线Y-Y的横截面示意图。

具体实施方式