本主题大体涉及燃气涡轮发动机燃料喷射器和燃烧器组件。
背景技术：
燃气涡轮发动机通常面临减少排放的挑战，例如由于在燃烧过程中在升高的温度下存在氮和氧而形成的氮氧化物(nox)的排放。在高温燃烧中，例如在超过大约1530℃，产生大量的nox，这对燃气涡轮发动机的设计和操作提出了挑战。超过大约1530℃，随着燃烧温度的进一步升高，nox的形成速率迅速增加。
燃料喷射和燃烧系统中的减少nox的已知结构和方法通常受到其他设计标准的限制，包括在发动机的整个工作范围内维持燃烧稳定性(例如，减轻贫油熄火)，减轻不良的燃烧动态(例如，因燃烧过程中的放热而产生的压力振荡)，所产生的模式因子(例如，燃烧温度的周向变化)以及其他排放物，例如烟，未燃烧的碳氢化合物，一氧化碳和二氧化碳。
此外，燃料喷射器和燃烧器组件通常受到挑战以减轻由于通常由效率更高的燃气涡轮发动机导致的高温和高温梯度引起的燃料喷射器和燃烧器结构的磨损和劣化。
因此，需要一种燃料喷射器和燃烧器组件，其提供改善的nox排放，同时保持燃烧稳定性，减轻燃烧动态，保持理想的模式因子和排放，并减轻由于高温燃烧而引起的燃料喷射器结构的磨损和劣化。
压力振荡通常在燃气涡轮发动机的燃烧区段中发生，由燃烧室内的燃料和空气混合物的点燃引起。尽管标称压力振荡是燃烧的副产品，但压力振荡的幅度的增加可能因通常在贫油条件下操作燃烧区段而导致，例如以减少燃烧排放。增大的压力振荡可能损坏燃气涡轮发动机中的燃烧区段和/或加速燃烧区段的结构退化，从而导致发动机故障或增加发动机维护成本。随着燃气涡轮发动机日益面临减少排放的挑战，需要用于衰减燃烧气体压力振荡的结构以减少燃气涡轮发动机的排放，同时保持或改善燃烧区段的结构寿命，并提供所需的燃料-空气混合。
技术实现要素：
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中变得显而易见，或者可以通过实施本发明而获知。
本公开的一方面涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器组件。第一燃料喷射器包括围绕第一壁式燃料喷射回路的第一中心体。第一燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过第一中心体，与第一壁式燃料喷射回路流体连通。第一中心体限定围绕第一壁式燃料喷射回路的冷却回路。第一中心体在第一中心体的下游端处限定多个冷却开口。多个冷却开口与冷却回路流体连通。第一中心体在第一中心体的下游端限定轴向延伸的冷却出口。
在一个实施例中，冷却出口与燃气涡轮发动机的燃烧室直接流体连通。冷却出口被限定在轴向上邻近燃烧室。
在另一个实施例中，多个冷却开口至少部分地在冷却出口的上游被限定通过第一中心体。
在又一个实施例中，多个冷却开口基本轴向地被限定通过第一中心体。
在又一个实施例中，第一中心体包括圆锥形或截头圆锥形结构。
在又一个实施例中，第一中心体包括球状结构。
在一个实施例中，第一中心体在冷却回路和轴向延伸的冷却出口之间限定喉部区域。冷却出口限定从喉部区域到第一中心体的下游端的增大的横截面面积。
在各个实施例中，第一燃料喷射器还包括设置在第一中心体内的内部罩。内部罩围绕第一壁式燃料喷射回路。在一个实施例中，内部罩限定圆锥形或截头圆锥形结构，该圆锥形或截头圆锥形结构限定从上游端到下游端的减小的横截面面积。在另一个实施例中，内部罩在内部罩和第一壁式燃料喷射回路之间限定冷却腔。
在还有的各种实施例中，第一燃料喷射器构造成仅经由冷却开口提供通过第一中心体的下游端的气流。在一个实施例中，第一燃料喷射器构造成仅在第一燃料喷射端口的下游提供通过第一中心体的气流。
在还有的其它实施例中，燃料喷射器组件还包括第二燃料喷射器，该第二燃料喷射器包括围绕第二壁式燃料喷射回路的第二中心体。第二燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过第二中心体，与第二壁式燃料喷射回路流体连通。第二中心体限定围绕第二壁式燃料喷射回路的冷却回路。第二壁式燃料喷射回路在第二中心体的下游端限定轴向延伸的第三燃料喷射端口。在一个实施例中，第二燃料喷射器构造成经由第三燃料喷射端口提供通过第二中心体的下游端的燃料流。在另一实施例中，第二燃料喷射器的第二中心体在第二中心体的下游端处限定围绕第三燃料喷射端口的第二冷却出口。
在又一个实施例中，燃料喷射器组件还包括设置在第一燃料喷射端口上游的旋流器组件。
本公开的另一方面涉及一种燃气涡轮发动机，其包括第一燃料喷射器，该第一燃料喷射器包括围绕第一壁式燃料喷射回路的第一中心体。第一燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过第一中心体，与第一壁式燃料喷射回路流体连通，并且进一步地，其中第一中心体限定围绕第一壁式燃料喷射回路的冷却回路。第一中心体在第一中心体的下游端处限定多个冷却开口。多个冷却开口与冷却回路流体连通。第一中心体在第一中心体的下游端限定轴向延伸的冷却出口。
在发动机的一个实施例中，第一燃料喷射器还包括设置在第一中心体内的内部罩，其中内部罩围绕第一壁式燃料喷射回路。
在另一个实施例中，发动机还包括第二燃料喷射器，该第二燃料喷射器包括围绕第二壁式燃料喷射回路的第二中心体。第二燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过第二中心体，与第二壁式燃料喷射回路流体连通。第二中心体限定围绕第二壁式燃料喷射回路的冷却回路。第二壁式燃料喷射回路在第二中心体的下游端限定轴向延伸的第三燃料喷射端口。在一个实施例中，第一燃料喷射器和第二燃料喷射器绕发动机的轴向中心线轴线不对称地布置。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，该公开参考附图，其中：
图1是燃气涡轮发动机的示例性实施例的示意性横截面视图；
图2是通常在图1中提供的燃气涡轮发动机的燃烧器组件的示例性实施例的横截面侧视图；
图3是通常在图2中提供的燃烧器组件的燃料喷射器组件的示例性实施例的立体图；
图4是通常在图3中提供的燃料喷射器组件的示例性实施例的横截面侧视图；
图5是燃烧器组件的燃料喷射器组件的第一燃料喷射器和第二燃料喷射器的示例性布置的流路图。
在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本发明的相同或相似特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。通过举例说明本发明而不是限制本发明来提供每个实施例。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。
如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换地使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，而“下游”是指流体向其流动的方向。如图中所提供，术语“上游”或“下游”通常分别指朝向“上游99”或朝向“下游98”的方向。
大体提供包括燃料喷射器组件的实施例的燃气涡轮发动机的实施例，其可以改善nox排放，同时保持燃烧稳定性，减轻燃烧力度，保持期望的模式因子和排放以及减轻由高温燃烧导致的燃料喷射器结构的磨损和劣化。燃料喷射器组件包括：第一燃料喷射器，其包括提供较低nox排放的冷却的尖端预混合器；以及第二燃料喷射器，其限定增强的贫油熄火(elbo)燃料喷射器，用于改善可操作性，例如，改善火焰稳定性和贫油熄火性能，或者改善燃烧力度，例如燃烧声学。本文示出和描述的燃料喷射器组件的实施例提供了经由来自elbo第二燃料喷射器的通常更浓的燃料/空气混合物来改善燃烧器的可操作性(例如，火焰稳定性，贫油熄火性能，燃烧动态等)，同时经由冷却的尖端预混合器的第一燃料喷射器来改善排放性能的益处。
现在参考附图，图1是示例性高旁通涡轮风扇发动机10的示意性局部横截面侧视图，在此被称为“发动机10”，该发动机可以结合本公开的各种实施例。尽管下面参考涡轮风扇发动机进一步描述，但是本发明总体上也适用于推进系统和涡轮机械，包括涡轮喷气发动机，涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴燃气涡轮发动机以及船舶和工业涡轮发动机以及辅助动力单元。如图1所示，发动机10具有纵向或轴向中心线轴线12，该纵向或轴向中心线轴线12延伸通过其中用于参考目的并且大致沿着轴向方向a。发动机10还限定了上游端99和沿着轴向方向a与上游端99大致相对的下游98。通常，发动机10可包括风扇组件14和设置在风扇组件14下游的核心发动机16。
核心发动机16通常可以包括限定环形入口20的基本管状的外壳体18。外壳体18以串联流动关系包围或至少部分地形成：压缩机区段，其具有增压或低压(lp)压缩机22，高压(hp)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(hp)涡轮28，低压(lp)涡轮30；和喷射排气喷嘴区段32。高压(hp)转子轴34将hp涡轮28驱动地连接到hp压缩机24。低压(lp)转子轴36将lp涡轮30驱动地连接至lp压缩机22。lp转子轴36也可以连接到风扇组件14的风扇轴38。在特定实施例中，如图1所示，lp转子轴36可通过减速齿轮40例如以间接驱动或齿轮驱动构造被连接至风扇轴38。在其他实施例中，发动机10可以进一步包括中压(ip)压缩机和可与中压轴一起旋转的涡轮。
如图1所示，风扇组件14包括多个风扇叶片42，这些风扇叶片联接到风扇轴38并从风扇轴38径向向外延伸。环形风扇壳体或机舱44周向围绕风扇组件14和/或核心发动机16的至少一部分。在一实施例中，机舱44可通过多个周向间隔开的出口导向轮叶或支柱46相对于核心发动机16支撑。而且，机舱44的至少一部分可以在核心发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通道48。
图2是如图1所示的核心发动机16的示例性燃烧区段26的横截面侧视图。如图2所示，燃烧区段26通常可包括环形燃烧器50，其具有环形内衬里52，环形外衬里54和穹顶壁56，穹顶壁56分别在内衬里52和外衬里54的上游端58、60之间径向延伸。在燃烧区段26的其他实施例中，燃烧组件50可以是多环形燃烧器，例如罐或罐环形类型。如图2所示，内衬里52相对于轴向中心线12(图1)在径向上与外衬里54间隔开，并且在其间限定了大致环形的燃烧室62。然而，应当理解，衬里52、54，旋流器(未示出)或其他部件可以从轴向中心线12设置，以限定多环形燃烧器构造。
如图2所示，内衬里52和外衬里54可以封装在外壳体64内。可以在内衬里52，外衬里54或两者周围限定外流动通道66。内衬里52和外衬里54可以从穹顶壁56朝向涡轮喷嘴或入口68延伸至高压涡轮28(图1)，从而至少部分地限定了燃烧器组件50和高压涡轮28之间的热气路径。燃料喷射器组件70可至少部分地延伸通过穹顶壁56，并向燃烧室62提供燃料-空气混合物72。
在发动机10的操作期间，如图1和图2共同所示，如箭头74示意性所示的一定量的空气通过机舱44和/或风扇组件14的相关入口76进入发动机10。当空气74通过风扇叶片42时，如箭头78示意性所示的一部分空气被引导或导向到旁路气流通道48中，而如箭头80示意性所示的另一部分空气被引导或导向到lp压缩机22中。空气80在朝向燃烧区段26流经lp和hp压缩机22、24时逐渐被压缩。如图2所示，如箭头82示意性所示的现在的压缩空气流经压缩机出口导向轮叶(cegv)67，并通过预扩散器65进入燃烧区段26的扩散器腔或头端部分84。
预扩散器65和cegv67调节压缩空气82到燃料喷射器组件70的流动。压缩空气82对扩散器腔84加压。压缩空气82进入燃料喷射器组件70以与燃料混合。燃料喷射器组件70在第一燃料喷射器100和第二燃料喷射器200中的每一个处预混合燃料和空气82。在燃料喷射器组件70处将燃料和空气预混合之后，燃料-空气混合物72从第一燃料喷射器100和第二燃料喷射器200中的每一个燃烧成一连串的火焰。
仍一起参考图1和2，在燃烧室62中产生的燃烧气体86从燃烧器组件50流入hp涡轮28，从而使hp转子轴34旋转，从而支持hp压缩机24的操作。如图1所示，然后燃烧气体86被导向通过lp涡轮30，从而使lp转子轴36旋转，从而支持lp压缩机22的操作和/或风扇轴38的旋转。然后，燃烧气体86通过核心发动机16的喷射排气喷嘴区段32被排出，以提供推进力。
随着燃料-空气混合物燃烧，燃烧室62内发生压力振荡。这些压力振荡可以至少部分地由火焰的不稳定的热释放力度、燃烧器50的整体声学特性和燃烧器50内的瞬态流体力度之间的耦合而被驱动。压力振荡通常导致燃烧器50内不希望的高振幅，自持压力振荡。这些压力振荡可导致强烈的单频或多频主导的声波，其可在大体上闭合的燃烧区段26内传播。
至少部分地取决于燃烧器50的操作模式，这些压力振荡可以产生许多低频或高频的声波。这些声波可以从燃烧室62朝向高压涡轮28向下游传播和/或从燃烧室62朝向扩散器腔84和/或hp压缩机24的出口向上游传播回去。特别地，如先前提供的，例如在发动机启动期间和/或在低功率至怠速操作状态发生的那些低频声波，和/或在其他操作状态下可能发生的较高频波，可能会降低涡轮风扇发动机的可操作性余量和/或可能会增加外部燃烧噪声或振动。
现在参考总体上在图3中提供的燃料喷射器组件70的示例性实施例的立体图，燃料喷射器组件70包括第一燃料喷射器100和第二燃料喷射器200。进一步参考图4中描绘的燃料喷射器组件70的示例性横截面侧视图，第一燃料喷射器100包括围绕第一壁式燃料喷射回路120的第一中心体110。第一燃料喷射端口130至少部分地径向延伸通过第一中心体110，与第一壁式燃料喷射回路120流体连通，通过该第一壁式燃料喷射回路120提供液体和/或气体燃料流71。第一中心体110限定围绕第一壁式燃料喷射回路120的冷却回路140。第一中心体110在第一中心体110的下游端98处限定多个冷却开口115。多个冷却开口115与冷却回路140流体连通。第一中心体110在第一中心体110的下游端98处限定轴向延伸的冷却出口117。气流85被提供到冷却回路140中。经由箭头87示出的气流的至少一部分通过多个冷却开口115流出，如下面进一步描述的。经由箭头89示出的气流的另一部分通过冷却出口117流出，如下面进一步描述的。
在各个实施例中，第一燃料喷射端口130径向和轴向地延伸通过第一中心体110。在一个实施例中，第一燃料喷射端口130与第一壁式燃料喷射回路120直接流体连通。例如，限定在第一壁式燃料喷射回路120内的燃料回路125将液体或气态燃料从第一壁式燃料喷射回路120内通过第一燃料喷射端口130直接排入限定在第一中心体110和第一燃料喷射器100的周围外罩160之间的燃料-空气混合通道150。如大体关于图4所描绘的，第一中心体110基本上或完全设置在外罩160内。
在其他实施例中，第一中心体110在第一燃料喷射端口130下游的第一中心体110的下游端98处限定多个冷却开口115。在一个实施例中，多个冷却开口115与冷却回路140直接流体连通，从而经由冷却开口115通过第一中心体110将气流直接从冷却回路140排出到燃料-空气混合通道150中。
在大体关于图4提供的实施例中，第一中心体110至少部分地限定圆锥形或截头圆锥形结构113。例如，第一中心体110的圆锥形或截头圆锥形结构113被限定为随着第一中心体110朝向下游端98延伸至燃烧室62而减小横截面面积。冷却开口115可在第一中心体110的圆锥形或截头圆锥形结构113的下游端98处基本轴向地限定通过第一中心体110。仍在各个实施例中，冷却开口115可在第一中心体110的圆锥形或截头圆锥形结构113的下游端98处基本轴向地和切向地限定通过第一中心体110。例如在第一中心体110的下游端98处限定较小的横截面面积的圆锥形或截头圆锥形结构113，可以减轻在第一中心体110的下游端98处的再循环。在各种实施例中，第一中心体110可在第一中心体110的圆锥形或截头圆锥形结构113的上游(即，朝向上游端99)限定圆柱形结构。
在还有的各种实施例中，诸如关于图4大体上提供的，第一中心体110可以至少部分地限定球状结构114。例如，球状结构114可包括圆锥形或截头圆锥形结构113，并且进一步限定圆锥形或截头圆锥形结构113上游的径向延伸部分。作为另一示例，当第一中心体110从上游端99朝向下游端98延伸时，第一中心体110的球状结构114限定增大的横截面面积。球状结构114还包括圆锥形或截头圆锥形结构113，该圆锥形或截头圆锥形结构113限定随着第一中心体110从球状结构114部分朝向下游端98延伸至燃烧室62而减小的横截面面积。另外，在各种实施例中，球状结构114被限定在旋流器组件300的下游(下文进一步描述)。球状结构114与圆锥形或截头圆锥形结构113的组合通常可提供与从旋流器组件300发出的流场相对应的几何形状，如下面进一步描述的。
在其他实施例中，冷却开口115可以至少部分地径向限定通过第一中心体110。在另一个实施例中，多个冷却开口115至少部分地在冷却出口117的上游限定通过第一中心体110。在各种实施例中，多个冷却开口115通常在下游端98处(即，靠近燃烧室62和其中的热气体)限定通过第一中心体110，以提供通过其中的冷却空气膜，以冷却第一中心体110的下游端尖端。这样，在第一中心体110的下游端98处的冷却开口115可以减轻在第一中心体110处的火焰保持或其他热困扰。
在还有的各个实施例中，第一燃料喷射器100构造成仅经由多个冷却开口115和冷却出口117提供通过第一中心体110的下游端98的气流。例如，第一燃料喷射器100可以被构造为仅在第一燃料喷射端口130的下游提供通过第一中心体110的气流，而不是燃料或燃料-空气混合物。作为另一示例，第一燃料喷射器100被构造成仅提供通过多个冷却开口115和冷却出口117的气流，而不是燃料或燃料-空气混合物，多个冷却开口115和冷却出口117被限定通过第一燃料喷射端口130的下游的第一中心体110。
在一个实施例中，冷却出口117与燃烧室62直接流体连通。例如，例如关于图4所描绘的，冷却出口117沿着轴向方向a从冷却回路140延伸到燃烧室62，从而在冷却出口117和冷却回路140之间限定冷却通道119。在另一个实施例中，第一中心体110在冷却回路140与轴向延伸的冷却出口117之间，例如在冷却回路140与冷却通道119之间，限定了喉部区域118。在一个实施例中，冷却通道119限定从喉部区域118到第一中心体110的下游端98的大体上增加的横截面面积，例如在轴向上邻近燃烧室62的冷却出口117处。
仍参考图4，第一燃料喷射器100还包括设置在第一中心体110内的内部罩170。内部罩170至少部分地围绕第一壁式燃料喷射回路120。例如，内部罩170至少部分地沿着轴向方向a延伸，以至少部分地在其中围绕壁式燃料喷射回路120和燃料回路125。内部罩170在内部罩170和第一壁式燃料喷射回路120之间限定冷却腔175。
在一个实施例中，内部罩170进一步限定围绕燃料回路125的一部分的圆锥形或截头圆锥形结构173。例如，内部罩170的圆锥形或截头圆锥形结构173通常围绕壁式燃料喷射回路120的一部分，壁式燃料喷射端口130至少部分地从壁式燃料喷射回路120的这一部分径向延伸并通过第一中心体110，从而提供从燃料回路125到燃料-空气混合通道150的直接流体连通。内部罩170的圆锥形或截头圆锥形结构173通常可限定从第一燃料喷射器100的上游端99到下游端98的减小的横截面面积。在各种实施例中，内部罩170的圆锥形或截头圆锥形结构173基本上对应于第一中心体110的圆锥形或截头圆锥形结构113，以便在冷却回路140处提供内部的流线型流动。这样，第一中心体110和内部罩170的圆锥形或截头圆锥形结构113、173可以调节(例如，加速或加压)通过冷却回路140的气流，该气流在下游端流出，从而减轻燃料从燃烧室62进入冷却回路140的自燃，火焰保持或摄入。
仍然参考图4，燃料喷射器组件70还包括第二燃料喷射器200，该第二燃料喷射器200包括围绕第二壁式燃料喷射回路220的第二中心体210。第二燃料喷射器200的第二中心体210的各种实施例被构造成与第一燃料喷射器100的第一中心体110基本相似。例如，第二中心体210可至少部分地限定圆锥形或截头圆锥形结构213，例如关于第一中心体110的圆锥形或截头圆锥形结构113示出和描述的。第二燃料喷射器200还可以进一步限定壁式第二燃料喷射端口230，该壁式第二燃料喷射端口230基本上类似于关于第一燃料喷射器100的壁式第一燃料喷射端口130所示和所述地构造。作为又一个示例，第二中心体210可以至少部分地限定诸如关于第一中心体110的球状结构114示出和描述的球状结构214。
第二燃料喷射器200可进一步限定第二壁式燃料喷射回路220和在其中限定的第二燃料回路225，其与关于第一燃料喷射器100的第一壁式燃料喷射回路120所示出和描述的基本相似地构造。内部罩270围绕第二壁式燃料喷射回路220，从而在内部罩270与第二壁式燃料喷射回路220之间限定了冷却腔275，例如关于第一燃料喷射器100处的内部罩170和冷却腔175示出和描述的。
然而，在各个实施例中，第二燃料喷射器200还在第二壁式燃料喷射回路220处限定轴向延伸的第三壁式燃料喷射回路320，其在第二中心体210的下游端98处限定了第三燃料喷射端口325。在各种实施例中，第二燃料喷射器200可包括限定在第二中心体210的下游端的多个第三燃料喷射端口325。
在一个实施例中，第三燃料喷射端口325被限定在轴向上邻近燃烧室62。第三壁式燃料喷射回路320通常可与第二壁式燃料喷射回路220流体连通，以使得来自第二燃料回路225的燃料流能够经由第三壁式燃料喷射回路320通过第三燃料喷射端口325流入燃烧室62。第三壁式燃料喷射回路320被第二中心体210和限定在第二中心体210内的冷却回路240围绕。例如，第二燃料喷射器200可以在第二中心体210和第二壁式燃料喷射回路220之间限定冷却回路240，例如关于第一燃料喷射器100处的冷却回路140示出和描述的。第二燃料喷射器200处的冷却回路240进一步围绕第三壁式燃料喷射回路320。
在还有的各个实施例中，第二燃料喷射器200构造成经由第三燃料喷射端口325提供通过第二中心体210的下游端98的燃料流。在一个实施例中，第二中心体210还在第二中心体210的下游端98尖端处限定围绕第三燃料喷射端口325的第二冷却出口217。例如，第二冷却出口217和第三燃料喷射端口325可以以基本上同心的布置设置。第二冷却出口217和第三燃料喷射端口325的大致同心布置可以使气流91流过围绕第三燃料喷射端口325的第二冷却出口217，从而减轻燃料摄入回第二冷却出口217并进入冷却回路240。
第二燃料喷射器200通常可以限定增强的贫油熄火(elbo)燃料喷射器，其提供通过第二燃料喷射端口230的第一燃料流和通过第二燃料喷射端口230下游的第三燃料喷射端口325的第二燃料流。与通过第二燃料喷射端口230的燃料73的至少部分径向流相比，通过轴向延伸的第三壁式燃料喷射回路320和第三燃料喷射端口325的燃料75的基本上轴向流可提供大体上浓或更浓的燃料-空气混合物，以实现火焰稳定性。
仍然参考图4，第二燃料喷射器200还可包括周围的外罩260，该外罩在外罩260和第二中心体210之间限定了燃料-空气混合通道250，例如关于第一燃料喷射器100的外罩160所示和所述的。参照第一燃料喷射器100和第二燃料喷射器200，可以在每个燃料喷射器100，200的相应的外罩160、260与中心体110、210之间限定一个或多个旋流器组件300。例如，在关于图4总体上提供的实施例中，旋流器组件300包括第一旋流器301和围绕第一旋流器301的第二旋流器302。尽管总体上被描述为轴向旋流器(即，轮叶305沿着轴向方向a延伸以允许气流83基本轴向地从中通过)，但是应当理解，旋流器组件300可以包括轴向旋流器和/或径向旋流器的任何组合(即，轮叶至少部分地沿径向方向r延伸，以允许气流基本径向地从中通过)。
燃料喷射器100，200可以各自限定其相应的中心体110，210，该中心体基本上对应于从气流83通过设置在燃料喷射端口130、230、325上游的旋流器组件300发出的流场。然后，来自旋流器组件300的旋流空气83可以雾化从燃料喷射端口130、230流出的燃料流73，以提供期望的混合和排放性能。在第一燃料喷射器100处，从冷却开口115流出的额外的气流87通常可以在第一中心体110处提供边界层稀释，从而防止第一中心体110处的火焰保持和热困扰。当与来自第一燃料喷射端口130的燃料流73混合时，与来自第二燃料喷射器200处的第三燃料喷射端口325的浓的或相对较浓的燃料-空气混合物相比，通过冷却开口115的额外的气流87在第一燃料喷射器100的下游端98处提供稀薄的或相对稀薄的燃料-空气混合物，其中，燃料流73与通过旋流器组件300的气流83混合。例如，在各种实施例中，第一燃料喷射器100可将在第一中心体110的下游端98处的燃料-空气比率限定为比在第二中心体210的下游端98处的燃料-空气比率小至少33％。
在各个实施例中，可以在第三燃料喷射端口325与第二燃料喷射端口220和/或第一燃料喷射端口120之间限定燃料流分流。例如，燃料喷射器组件70可以限定被动构造，其中在燃料喷射端口120、220、325之间的不同直径，体积，横截面面积或其中的变化在其间限定了不同的燃料流分流。在其他实施例中，燃料喷射器组件70和发动机10(图1-2)的燃料系统可以限定主动构造，其中在第一燃料喷射器100和第二燃料喷射器200，或者在第一燃料喷射端口120，第二燃料喷射端口和/或第三燃料喷射端口325之间，或者它们的组合，提供不同或独立控制的燃料流速，压力，温度等。
简要地参考图5，大体上提供了燃烧器组件50的示例性实施例，该燃烧器组件50包括以周向布置的多个燃料喷射器组件70。多个燃料喷射器组件70可以包括第一燃料喷射器100和第二燃料喷射器200的改变的布置。在一个实施例中，第一燃料喷射器100和第二燃料喷射器200可以相对于发动机10(图1)的轴向中心线轴线12对称或轴对称布置。在另一个实施例中，第一燃料喷射器100和第二燃料喷射器200可以例如基于期望的燃烧力度(例如，声学，压力波动等)的减轻，以不对称布置的方式布置。
燃烧器组件50和燃料喷射器组件70的全部或一部分可以各自是单个一体部件的一部分，并且可以通过本领域技术人员通常已知的任何数量的处理来制造。这些制造处理包括但不限于被称为“增材制造”或“3d打印”的那些处理。另外，可以利用任何数量的铸造，机械加工，焊接，钎焊或烧结处理或其任意组合来构造燃料喷射器组件70。此外，燃烧器组件50可以构成机械地接合(例如，通过使用螺栓，螺母，铆钉或螺钉，或者焊接或钎焊处理，或者其组合)的一个或多个单独部件，或者定位在空间中以基本实现相似的几何，空气动力学或热力学结果，就像是作为一个或多个部件制造或组装一样。合适材料的非限制性示例包括高强度钢，镍和钴基合金和/或金属或陶瓷基质复合材料，或其组合。
端口130、230、325，开口115，出口117、217，回路120、125、140、220、240、320和其他通道，回路，开口，端口等的各种实施例可以限定一个或多个横截面面积，包括但不限于圆形，椭圆形，长方形，多边形等，或者在两个或多个上述横截面面积之间过渡的两个或更多个横截面面积。还应当理解，本文公开的回路，开口，端口，通道等可以包括一个或多个表面特征，该表面特征适合于提供燃料和/或空气或其他氧化剂通过其的期望流动特性，例如但不限于膛线，抛光或超抛光，凸起或各种表面粗糙度。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这样的其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器组件，所述燃料喷射器组件包括：第一燃料喷射器，所述第一燃料喷射器包括围绕第一壁式燃料喷射回路的第一中心体，其中第一燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过所述第一中心体，与所述第一壁式燃料喷射回路流体连通，并且进一步其中，所述第一中心体限定围绕所述第一壁式燃料喷射回路的冷却回路，并且其中所述第一中心体在所述第一中心体的下游端处限定多个冷却开口，其中所述多个冷却开口与所述冷却回路流体连通，并且进一步其中，所述第一中心体在所述第一中心体的所述下游端限定轴向延伸的冷却出口。
2.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述冷却出口与所述燃气涡轮发动机的燃烧室直接流体连通，并且进一步其中，所述冷却出口被限定成在轴向上邻近于所述燃烧室。
3.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述多个冷却开口至少部分地在所述冷却出口的上游被限定通过所述第一中心体。
4.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述多个冷却开口基本轴向地被限定通过所述第一中心体。
5.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述第一中心体包括圆锥形或截头圆锥形结构。
6.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述第一中心体包括球状结构。
7.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述第一中心体在所述冷却回路和所述轴向延伸的冷却出口之间限定喉部区域，并且其中，所述冷却出口限定从所述喉部区域到所述第一中心体的所述下游端的增大的横截面面积。
8.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述第一燃料喷射器进一步包括布置在所述第一中心体内的内部罩，其中，所述内部罩围绕所述第一壁式燃料喷射回路。
9.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述内部罩限定圆锥形或截头圆锥形结构，所述圆锥形或截头圆锥形结构限定从上游端到下游端的减小的横截面面积。
10.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述内部罩在所述内部罩与所述第一壁式燃料喷射回路之间限定冷却腔。
11.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述第一燃料喷射器构造成仅经由所述冷却开口提供通过所述第一中心体的所述下游端的气流。
12.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述第一燃料喷射器构造成仅在所述第一燃料喷射端口的下游提供通过所述第一中心体的气流。
13.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，进一步包括：第二燃料喷射器，所述第二燃料喷射器包括围绕第二壁式燃料喷射回路的第二中心体，其中第二燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过所述第二中心体，与所述第二壁式燃料喷射回路流体连通，并且进一步其中，所述第二中心体限定围绕所述第二壁式燃料喷射回路的冷却回路，并且进一步其中，所述第二壁式燃料喷射回路在所述第二中心体的下游端限定轴向延伸的第三燃料喷射端口。
14.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述第二燃料喷射器构造成经由所述第三燃料喷射端口，提供通过所述第二中心体的所述下游端的燃料流。
15.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，其中所述第二燃料喷射器的所述第二中心体在所述第二中心体的所述下游端处限定围绕所述第三燃料喷射端口的第二冷却出口。
16.根据任何在前条项的燃料喷射器组件，进一步包括：旋流器组件，所述旋流器组件布置在所述第一燃料喷射端口的上游。
17.一种燃气涡轮发动机，所述发动机包括：第一燃料喷射器，所述第一燃料喷射器包括围绕第一壁式燃料喷射回路的第一中心体，其中第一燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过所述第一中心体，与所述第一壁式燃料喷射回路流体连通，并且进一步其中，所述第一中心体限定围绕所述第一壁式燃料喷射回路的冷却回路，并且其中，所述第一中心体在所述第一中心体的下游端处限定多个冷却开口，其中所述多个冷却开口与所述冷却回路流体连通，并且进一步其中，所述第一中心体在所述第一中心体的所述下游端限定轴向延伸的冷却出口。
18.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述第一燃料喷射器进一步包括布置在所述第一中心体内的内部罩，其中，所述内部罩围绕所述第一壁式燃料喷射回路。
19.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，进一步包括：第二燃料喷射器，所述第二燃料喷射器包括围绕第二壁式燃料喷射回路的第二中心体，其中第二燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过所述第二中心体，与所述第二壁式燃料喷射回路流体连通，并且进一步其中，所述第二中心体限定围绕所述第二壁式燃料喷射回路的冷却回路，并且进一步其中，所述第二壁式燃料喷射回路在所述第二中心体的下游端限定轴向延伸的第三燃料喷射端口。
20.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器围绕所述发动机的轴向中心线轴线不对称地布置。
1.一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器组件，其特征在于，所述燃料喷射器组件包括：
第一燃料喷射器，所述第一燃料喷射器包括围绕第一壁式燃料喷射回路的第一中心体，其中第一燃料喷射端口至少部分地径向延伸通过所述第一中心体，与所述第一壁式燃料喷射回路流体连通，并且进一步其中，所述第一中心体限定围绕所述第一壁式燃料喷射回路的冷却回路，并且其中所述第一中心体在所述第一中心体的下游端处限定多个冷却开口，其中所述多个冷却开口与所述冷却回路流体连通，并且进一步其中，所述第一中心体在所述第一中心体的所述下游端限定轴向延伸的冷却出口。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，其中所述冷却出口与所述燃气涡轮发动机的燃烧室直接流体连通，并且进一步其中，所述冷却出口被限定成在轴向上邻近于所述燃烧室。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，其中所述多个冷却开口至少部分地在所述冷却出口的上游被限定通过所述第一中心体。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，其中所述多个冷却开口基本轴向地被限定通过所述第一中心体。
5.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，其中所述第一中心体包括圆锥形或截头圆锥形结构。
6.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，其中所述第一中心体包括球状结构。
7.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，其中所述第一中心体在所述冷却回路和所述轴向延伸的冷却出口之间限定喉部区域，并且其中，所述冷却出口限定从所述喉部区域到所述第一中心体的所述下游端的增大的横截面面积。
8.根据权利要求1所述的燃料喷射器组件，其特征在于，其中所述第一燃料喷射器进一步包括布置在所述第一中心体内的内部罩，其中，所述内部罩围绕所述第一壁式燃料喷射回路。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射器组件，其特征在于，其中所述内部罩限定圆锥形或截头圆锥形结构，所述圆锥形或截头圆锥形结构限定从上游端到下游端的减小的横截面面积。
10.根据权利要求8所述的燃料喷射器组件，其特征在于，其中所述内部罩在所述内部罩与所述第一壁式燃料喷射回路之间限定冷却腔。
技术总结