[发明专利]燃烧器

说明书

一种燃料燃烧器包括管，该管从第一端延伸到第二端并且具有外表面和限定中心通道的内表面。中心通道在第一端处被供应有在管的上游预混合的空气和可燃烧燃料的混合物。第二端由端壁以流体密封的方式封闭。管包括流体导引结构用于将预混合的混合物从中心通道径向向外导引到管的外部，使得预混合的混合物沿着管的外部绕中心轴线径向地旋转。

相关申请

本申请要求2016年11月22日提交的美国申请No. 15/358,221的权益，所述美国申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种燃料燃烧器，并且特定地涉及一种用于加热器具或气体涡轮发动机的燃烧器，该燃烧器在燃烧空气或者空气和燃料的组合上赋予离心力。

背景技术

气体涡轮机，也被称为喷气发动机，是从燃烧气体的流动中汲取能量的旋转式发动机。它们具有联接到下游涡轮的上游压缩机，在该上游压缩机和该下游涡轮之间具有燃烧腔室。有许多不同变型的气体涡轮机，但是它们全都使用相同的基本原理。

喷气式飞行器通常由涡轮喷气发动机或涡扇发动机驱动。涡轮喷气发动机是通过以下方式工作的气体涡轮发动机：利用入口和压缩机来将空气压缩、将燃料与压缩空气混合、在燃烧器中使混合物燃烧、以及然后使热的高压气体穿过涡轮和喷嘴。压缩机由涡轮供以动力，涡轮从穿过它的膨胀气体中汲取能量。发动机将燃料中的能量转化成排气中的动能，从而产生推力。由入口摄取的所有空气都穿过压缩机、燃烧器和涡轮。

涡扇发动机非常类似于涡轮喷气机，除了它还包含在压缩机区段前面的风扇之外。和压缩机一样，风扇也由发动机的涡轮区段供以动力。不同于涡轮喷气机，由风扇加速的流中的一些旁通绕过燃烧器并且通过喷嘴排出。旁通流的速率较低，但是质量较高，从而使由风扇产生的推力比由芯产生的推力更有效。涡扇发动机在次音速下通常比涡轮喷气机更高效，但是它们具有更大的前部区域，该前部区域在较高速度时生成更大的拖曳。

涡轮螺旋桨发动机是从热的排出喷气汲取功来使旋转轴转动的喷气发动机衍生品，该旋转轴的转动然后用于使螺旋桨旋转以产生附加的推力。涡轮螺旋桨发动机通常在低速（此时螺旋桨效率是高的）下具有比涡轮喷气机或涡扇发动机更好的性能，但是在高速下变得噪声增大并且效率变低。

涡轮轴发动机非常类似于涡轮螺旋桨发动机，不同之处在于排气中的几乎所有能量都被汲取来使旋转轴旋转。涡轮轴发动机用于固定的动力生成设备以及其他应用。

与气体涡轮发动机（尤其是在飞行器中）相关联的一个问题是熄火的可能性，熄火当火焰在燃烧腔室内熄灭时发生。熄火的原因之一是，燃烧器内的火焰前缘的不稳定。由于在飞行期间发动机故障显然是有问题的，因此建构一种气体涡轮发动机使得熄火的可能性降低将是有利的。对于固定的动力生成系统，需要减少排放，主要是NO_x，以便满足更新、更严厉的清洁空气需求。

此外，各种类型的动力燃烧器已经使用多年。“喷嘴混合”或“枪式”燃烧器是以某种方式分别地喷射燃料和空气以便提供稳定的火焰而没有带端口的火焰保持器部件的那些燃烧器。其他类型的动力燃烧器使用将燃料和空气预混合、然后将燃料-空气混合物递送到带端口的燃烧器“头”的某种方法。这些“头”或“罐”能够由多种材料制成，包括穿孔金属板、编织金属线、编织陶瓷纤维等。火焰稳定性，也称为火焰保持，是制造具有宽的操作范围并且能够在高的主充气水平下运行的燃烧器的关键。对于受益于调制的器具而言，期望宽的操作范围，其中热输出根据需求而变化。高的主充气水平对于降低NO_x排放是有效的，但往往会负面地影响火焰稳定性并潜在地增加一氧化碳（CO）的产量。高的主充气（也称为过量空气）水平也降低了器具效率。本领域中需要一种燃料燃烧器，其在保持火焰稳定性的同时减少NO_x的产量。甚至更期望的是在低的过量空气水平下操作的同时产生非常低的NO_x水平的燃烧器。

发明内容