用于具有順序燃燒的燃?xì)鉁u輪的燃料噴管冷卻的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有順序燃燒的燃?xì)鉁u輪的技術(shù)。它指的是根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的燃料噴管冷卻。
【背景技術(shù)】
[0002]為了實(shí)現(xiàn)高效率，在標(biāo)準(zhǔn)燃?xì)鉁u輪中要求高的渦輪入口溫度。因此，導(dǎo)致高NOx排放水平和高壽命周期成本。順序燃燒循環(huán)可減輕這些問(wèn)題，其中，壓縮機(jī)所提供的壓力比幾乎是傳統(tǒng)壓縮機(jī)的兩倍。主流經(jīng)過(guò)第一燃燒室(例如使用EP I 257 809或US 4，932，861中公開(kāi)的一般類型的噴燃器，也稱為EV燃燒器，EV表示環(huán)境)，一部分燃料在其中燃燒。在高壓渦輪級(jí)處膨脹之后，添加其余的燃料且燃燒(例如使用US 5，431，018或US 5，626，017或US 2002/0187448中公開(kāi)的類型的噴燃器，也稱為SEV燃燒器，S表示順序)。這兩種燃燒器都包含預(yù)混合噴燃器，因?yàn)榈蚇Ox排放要求燃料和氧化劑有高混合品質(zhì)。
[0003]在圖1中顯示申請(qǐng)人的具有順序燃燒的示例性燃?xì)鉁u輪，它被稱為GT26。
[0004]圖1的燃?xì)鉁u輪10包括轉(zhuǎn)子11，轉(zhuǎn)子11具有多個(gè)葉片，葉片圍繞機(jī)器軸線20旋轉(zhuǎn)，并且被殼體12包圍。空氣在空氣入口 13處吸入，并且被壓縮機(jī)14壓縮。壓縮空氣用來(lái)使第一(環(huán)形)燃燒器15中的第一燃料燃燒，從而產(chǎn)生熱氣。熱氣驅(qū)動(dòng)第一高壓(HP)渦輪16，然后在第二(環(huán)形，順序)燃燒器17中再加熱，驅(qū)動(dòng)第二低壓(LP)渦輪18，并且通過(guò)排氣出口 19離開(kāi)燃?xì)鉁u輪10。
[0005]由于對(duì)第二燃燒器17饋送第一燃燒器15的膨脹排氣，所以操作狀況允許燃料空氣混合物自燃(自發(fā)著火)，而不必對(duì)混合物供應(yīng)額外的能量。為了防止燃料空氣混合物在混合區(qū)域中點(diǎn)燃，在其中的駐留時(shí)間必須不超過(guò)自燃延遲時(shí)間。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)確保噴燃器內(nèi)部有無(wú)火焰區(qū)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于燃料在噴燃器出口區(qū)域上實(shí)現(xiàn)合適分布提出了挑戰(zhàn)。SEV噴燃器目前設(shè)計(jì)成僅用天然氣和油工作。因此，相對(duì)于主流的動(dòng)量通量來(lái)調(diào)節(jié)燃料的動(dòng)量通量，以便使其滲透到旋渦中。燃料和氧化劑后來(lái)在混合區(qū)的出口處混合正好足以允許有低的NOx排放(混合品質(zhì))，以及避免逆燃(駐留時(shí)間)，逆燃可由燃料空氣混合物在混合區(qū)中自燃導(dǎo)致。在當(dāng)前的SEV燃料噴射裝置(SEV燃料噴管)中使用的橫向流噴射概念需要高壓載體空氣供應(yīng)，這會(huì)降低動(dòng)力裝置的整體效率。
[0006]文獻(xiàn)WO 2011/054760 Al公開(kāi)了一種用于渦輪的燃燒室的噴燃器，其具有用于將至少一種燃料引入到噴燃器中的噴射裝置。噴射裝置具有布置在噴燃器中的至少一個(gè)本體，噴燃器具有至少兩個(gè)噴嘴，以將燃料引入到腔室中，本體具有:流線型橫截面輪廓，其垂直于在噴燃器中占優(yōu)勢(shì)的主流方向而沿縱向方向延伸；以及基本平行于主流方向的兩個(gè)側(cè)向表面，它們?cè)谒鼈兊纳嫌蝹?cè)處由前緣連結(jié)，并且在它們的下游側(cè)處連結(jié)而形成后緣，噴嘴沿著所述后緣分布。本體包括限定所述流線型橫截面輪廓的封閉外壁，其中，在此外壁內(nèi)，提供縱向內(nèi)部空氣穩(wěn)壓室，以將空氣引入到噴射裝置中。空氣穩(wěn)壓室設(shè)有孔，使得通過(guò)這些孔離開(kāi)的空氣沖擊在前緣的內(nèi)側(cè)。
[0007]該文獻(xiàn)局限于具有外部旋渦發(fā)生器的噴射裝置。未公開(kāi)用于加強(qiáng)燃料/空氣混合的其它器件，尤其是噴嘴之間的波瓣(lobe)。
[0008]此外，該文獻(xiàn)未能教導(dǎo)沖擊冷卻的幾何細(xì)節(jié)，它們對(duì)于這種裝置的成功操作是至關(guān)重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目標(biāo)是提供沖擊冷卻細(xì)節(jié)，它們不僅適用于具有旋渦發(fā)生器的噴管，而且還適用于在后緣處在燃料噴嘴之間具有波瓣的噴管。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供沖擊冷卻細(xì)節(jié)，它們同樣適合矩形噴燃器和環(huán)形或中心本體噴燃器。
[0011]這些和其它目標(biāo)由根據(jù)權(quán)利要求1的燃料噴管實(shí)現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明涉及燃料噴管，其用于將混合有空氣的氣態(tài)和/或液態(tài)燃料噴射到流過(guò)燃?xì)鉁u輪的順序燃燒器的軸向熱氣流中，所述燃料噴管包括至少一個(gè)指狀物，其基本垂直于所述燃?xì)鉁u輪的所述軸向熱氣流而沿縱向方向延伸到所述熱氣流中；
其中，所述至少一個(gè)指狀物構(gòu)造成具有流線型橫截面輪廓的流線型本體；
其中，所述本體具有基本平行于所述軸向熱氣流的兩個(gè)側(cè)向表面，它們?cè)谒鼈兊纳嫌蝹?cè)處由前緣連結(jié)，并且在它們的下游側(cè)處連結(jié)而形成后緣；
其中，用于噴射混合有空氣的氣態(tài)和/或液態(tài)燃料的多個(gè)噴嘴沿著所述后緣分布；其中，在所述本體的后緣區(qū)域中提供用于改進(jìn)混合品質(zhì)和減小所述順序燃燒器中的壓力損失的器件；
其中，所述本體包括限定所述流線型橫截面輪廓的封閉外壁，
其中，在所述外壁內(nèi)提供沿縱向延伸的空氣穩(wěn)壓室，以將空氣分布式地引入到所述至少一個(gè)指狀物中，所述空氣穩(wěn)壓室與所述外壁相隔一距離，從而限定第一空隙；以及
其中，所述空氣穩(wěn)壓室設(shè)有多個(gè)分布式?jīng)_擊冷卻孔，使得通過(guò)所述沖擊冷卻孔離開(kāi)的空氣沖擊在所述本體的前緣區(qū)域的內(nèi)側(cè)上。
[0013]燃料噴管的特征在于，所述沖擊冷卻孔各自具有介于1.2 mm和1.8 mm之間的孔直徑；并且所述沖擊冷卻孔以介于3和10之間的節(jié)距比布置在所述空氣穩(wěn)壓室處，節(jié)距比即為所述孔之間的距離和孔直徑的比。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在所述外壁內(nèi)提供沿縱向延伸的氣體穩(wěn)壓室，以將氣態(tài)燃料分布式地引入到所述至少一個(gè)指狀物中，并且所述氣體穩(wěn)壓室布置在所述前緣和所述后緣之間的中部，與所述外壁相隔一距離，從而限定第二空隙，以將空氣從所述空氣穩(wěn)壓室輸送到所述前緣。
[0015]特別地，多個(gè)分布式銷狀翅片在所述氣體穩(wěn)壓室的區(qū)域中布置在所述流線型本體的所述外壁的內(nèi)側(cè)上，以用通過(guò)所述氣體穩(wěn)壓室和所述外壁之間的所述第二空隙從所述空氣穩(wěn)壓室流到所述后緣區(qū)域的空氣，對(duì)所述外壁進(jìn)行對(duì)流冷卻；并且所述銷狀翅片具有垂直于所述外壁的高度，高度介于1，5 mm和2，5 mm之間，并且所述銷狀翅片具有介于3和5之間的節(jié)距比。
[0016]更特別地，所述銷狀翅片為圓柱形或錐形或蹄形，或者具有淚滴形銷的形式。
[0017]特別地，在所述外壁中在后緣區(qū)域處提供多個(gè)分布式瀉流冷卻孔，在所述第二空隙中對(duì)所述外壁進(jìn)行對(duì)流冷卻之后，通過(guò)多個(gè)分布式瀉流冷卻孔，來(lái)自所述空氣穩(wěn)壓室的空氣離開(kāi)所述流線型本體。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述用于改進(jìn)混合品質(zhì)和減小所述順序燃燒器中的壓力損失的器件包括在所述流線型本體上布置在后緣區(qū)域處的兩側(cè)上的多個(gè)旋渦發(fā)生器。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述用于改進(jìn)混合品質(zhì)和減小所述順序燃燒器中的壓力損失的器件包括在所述噴嘴之間布置在所述流線型本體的后緣處的波瓣。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述燃料噴管構(gòu)造成用于矩形噴燃器。
[0021]備選地，所述燃料噴管構(gòu)造成用于中心本體噴燃器。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述空氣穩(wěn)壓室和所述外壁之間的第一空隙的垂直于所述外壁的高度從所述流線型本體的所述前緣朝所述后緣增大，以降低橫向流速度和提高下游的沖擊冷卻效率。
[0023]具有旋渦發(fā)生器的燃料噴管的另一個(gè)改進(jìn)由所述旋渦發(fā)生器中的各個(gè)實(shí)現(xiàn)，所述旋渦發(fā)生器包括前面板，并且在所述旋渦發(fā)生器處提供導(dǎo)引肋，以便將空氣流導(dǎo)引得更接近所述前面板。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，空氣從所述空氣穩(wěn)壓室的兩側(cè)饋送到所述空氣穩(wěn)壓室，并且在所述空氣穩(wěn)壓室的縱向中部提供流分隔器，以便使來(lái)自兩側(cè)的所述空氣流分開(kāi)，以避免不穩(wěn)定性。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在具有氣體穩(wěn)壓室的噴管中在所述氣體穩(wěn)壓室和所述外壁之間的所述第二空隙處提供肋，以改進(jìn)這個(gè)區(qū)域中的對(duì)流冷卻。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，在具有氣體穩(wěn)壓室的噴管中在所述空氣穩(wěn)壓室處提供旁路，通過(guò)該旁路，旁路空氣獨(dú)立于所述沖擊冷卻孔從所述空氣穩(wěn)壓室流到所述第二空隙中。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在具有氣體穩(wěn)壓室的噴管中在所述氣體穩(wěn)壓室的下游端處的外壁中提供釋放孔，以破壞所述氣體穩(wěn)壓室后面的空氣流死角。
[0028]具有旋渦發(fā)生器的燃料噴管的另一個(gè)改進(jìn)通過(guò)具有由陶瓷制成的所述旋渦發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0029]現(xiàn)在借助于不同的實(shí)施例且參照附圖來(lái)更詳細(xì)地闡明本發(fā)明。
[0030]圖1在透視圖中顯示具有GT26類型的順序燃燒的示例性燃?xì)鉁u輪；
圖2在透視圖中顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于矩形噴燃器的旋渦發(fā)生器(VG)噴管；
圖3在軸向視圖中顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于中心本體噴燃器的VG噴管；
圖4在類似于圖2的透視圖中顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于矩形噴燃器的波瓣噴管；
圖5在類似于圖3的在軸向視圖中顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于中心本體噴燃器的波瓣噴管；
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的通過(guò)中心本體波瓣噴管的指狀物的豎向截面；
圖7顯示通過(guò)圖6的指狀物的水平截面；
圖8在透視圖中顯示圖2的矩形VG噴管，一個(gè)指狀物沿豎向被剖開(kāi)； 圖9詳細(xì)顯示圖8的被剖開(kāi)的指狀物；
圖10顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的具有額外的肋的VG噴管的旋渦發(fā)生器的細(xì)
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T ；
圖11a、圖1lb顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例從兩側(cè)