[发明专利]用于燃气涡轮发动机燃烧器的燃料喷嘴

说明书

本发明涉及用于燃气涡轮发动机燃烧器的燃料喷嘴。具体地，总体上提供一种用于操作燃气涡轮发动机的燃烧系统以减缓低频燃烧声学特性的方法和结构。该方法包括：使氧化剂流动经过限定内壁和外壁的燃料喷嘴通道，其中，内壁和外壁中的每个均定制轮廓成从第一半径至小于第一半径的第二半径；使氧化剂在燃料注入端口的上游在内壁处相对于外壁以较高轴向速度流动；使燃料流动经过燃料注入端口至燃料喷嘴通道以与氧化剂流混合来产生燃料‑氧化剂混合物；以及在燃料注入端口的下游点燃燃料‑氧化剂混合物。

技术领域

本主题涉及用于减缓燃气涡轮发动机中燃烧声学特性（或传音性，acoustics）的方法和结构。

背景技术

燃气涡轮发动机包括燃烧系统，在其中燃料被供给和与空气混合并且经点燃以产生燃烧气体。然而，已知的贫燃和富燃燃烧系统可在诸如次空转、空转以及通常较低功率状况的各种状况下遭受不期望的燃烧动态特性。此种不利的燃烧动态特性包括高压力波动，其可损坏燃烧系统和燃气涡轮发动机，或者产生可损坏燃气涡轮发动机或者对周围人群（例如，在机场处或在航空器中）造成不适或听力困难的可听声学特性。

因此，需要有一种减轻或消除不利燃烧动态特性的燃烧系统和操作方法。更具体地，需要有一种燃烧系统，其减轻或消除与在次空转、空转以及通常低功率操作状况下的低频声学特性或轰鸣相对应的不利燃烧动态特性。

发明内容

本发明的方面和优点将在下文描述中部分地阐述，或者可根据该描述是显而易见的，或者可通过实施本发明而懂得。

总体上提供一种用于操作燃气涡轮发动机的燃烧系统以减缓低频燃烧声学特性的方法和结构。该方法包括：使氧化剂流动经过限定内壁和外壁的燃料喷嘴通道，其中，内壁和外壁中的每个均定制轮廓成从第一半径至小于第一半径的第二半径；使氧化剂在燃料注入端口的上游在内壁处相对于外壁以较高轴向速度流动；使燃料流动经过燃料注入端口至燃料喷嘴通道以与氧化剂流混合来产生燃料-氧化剂混合物；以及在燃料注入端口的下游点燃燃料-氧化剂混合物。

本公开内容还涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧系统。该燃烧系统包括燃料喷嘴，其包括共同限定燃料喷嘴通道的内壁和外壁，经由该燃料喷嘴通道，氧化剂流向燃烧室。内壁和外壁共同限定由第一半径至小于第一半径的第二半径的定制轮廓部分。内壁限定经由其与燃料喷嘴通道成流体连通的燃料注入端口。外壁限定位于燃料喷嘴通道处的喉部和位于外壁的下游端处邻近燃烧室的出口平面。燃料喷嘴在喉部和出口平面之间限定氧化剂流的前停滞点。

具体地，本发明还提供以下技术方案。

技术方案1. 一种操作燃气涡轮发动机的燃烧系统以减缓低频燃烧声学特性的方法，所述方法包括：

使氧化剂流动经过限定内壁和外壁的燃料喷嘴通道，其中，所述内壁和所述外壁中的每个均定制轮廓成从第一半径至小于所述第一半径的第二半径；

使所述氧化剂在燃料注入端口的上游在所述内壁处相对于所述外壁以较高轴向速度流动；

使燃料流动经过所述燃料注入端口至所述燃料喷嘴通道以与所述氧化剂流混合来产生燃料-氧化剂混合物；以及

在所述燃料注入端口的下游点燃所述燃料-氧化剂混合物。

技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，还包括：

至少基于使所述氧化剂以所述较高轴向速度流动，在所述燃料喷嘴通道处介于限定在所述内壁和所述外壁之间的喉部和限定在所述外壁处邻近燃烧室的出口平面之间生成前停滞点。

技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，还包括：

确定横跨所述燃料喷嘴通道的压力变化；以及

基于横跨所述燃料喷嘴通道的所确定的压力变化形成所述内壁和所述外壁的轮廓。