CN101876452A - 用于涡轮机的喷射装置 - Google Patents

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CN101876452A CN2010101395537A CN201010139553A CN101876452A CN 101876452 A CN101876452 A CN 101876452A CN 2010101395537 A CN2010101395537 A CN 2010101395537A CN 201010139553 A CN201010139553 A CN 201010139553A CN 101876452 A CN101876452 A CN 101876452A
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Abstract

本发明涉及用于涡轮机的喷射装置。涡轮机(2)包括压缩机(4)、具有操作地连接到压缩机(4)的第一端和第二端的燃烧器(6)、安装到燃烧器(6)的第二端的过渡件(55)和安装到燃烧器(6)和过渡件(55)中的一个上的至少一个喷射装置(90)。至少一个喷射装置(90)包括通过中间部分(116)延伸到第二端部(114)的第一端部(112)。中间部分(116)包括流动调节机构(124)。来自压缩机(4)的燃烧空气进入第一端部(112)、通过流动调节机构(124)并进入到燃烧衬套(6)和过渡件(55)中的一个。流动调节机构(124)在燃烧空气中产生气流扰动以促进燃烧气体的混合。

Description

用于涡轮机的喷射装置
技术领域
本申请公开的主题涉及涡轮机领域，更具体地涉及用于涡轮机的喷射装置。
背景技术
通常，燃气涡轮发动机燃烧释放热能以形成高温气流的燃料/空气混合物。该高温气流经由热气路径引导到涡轮。涡轮将来自高温气流的热能转换成使涡轮轴旋转的机械能。涡轮可用于多种应用，诸如用于为泵或发电机提供动力。
在燃气涡轮中，发动机效率随着空气/燃料混合物的合适燃烧而升高。增强燃烧的混合和稀释导致发动机效率的提高。一些涡轮机采用布置在燃烧衬套中的一系列混合和稀释通道。一部分燃烧气流作为射流传送到燃烧衬套(或过渡件)中。该射流用于增强燃烧气体的混合以便提高燃烧效率，而对于稀释而言，提高燃烧的轮廓/模式因素。
发明内容
根据本发明的一方面，涡轮机包括压缩机、具有操作地连接到压缩机的第一端和第二端的燃烧器、安装到燃烧器的第二端上的过渡件和安装到燃烧器和过渡件中的一个上的至少一个喷射装置。该至少一个喷射装置包括通过中间部分延伸到第二端部的第一端部。该中间部分包括流动调节机构(flow conditioning mechanism)。来自压缩机的燃烧空气进入第一端部、通过流动调节机构并进入燃烧衬套和过渡件中的一个。流动调节机构在燃烧空气中产生气流扰动以促进燃烧气体的混合。
根据本发明的另一方面，将燃烧空气喷入到涡轮机的方法包括：在涡轮机的压缩机部分产生燃烧空气，将燃烧空气引导到安装在涡轮机的燃烧器和过渡件中的一个上的至少一个喷射装置，将燃烧空气传送到至少一个喷射装置的第一端部，引导燃烧空气通过布置在至少一个喷射装置中的流动调节机构以建立调节燃烧空气流，以及将调节燃烧空气流引入到燃烧器和过渡件中的一个中。
这些和其它优点及特征将通过以下结合附图的说明而变得更明显。
附图说明
视作本发明的主题在说明书最后部分的权利要求中特别指出并清楚地声明。本发明的前述和其它特征及优点通过以下结合附图的详细说明而显而易见，其中：
图1是根据示例性实施例的包括喷射装置的涡轮机的局部截面图；
图2是图1的涡轮机的燃烧器部分的局部截面图；
图3是根据示例性实施例的喷射装置的底视右侧透视图；
图4是图3的喷射装置的顶视右侧透视图；
图5是图3的喷射装置的截面侧视图。
通过参考附图，以下详细说明示例性地阐释了本发明的实施例以及优点和特征。
部件列表
2涡轮机
4压缩机
5燃烧器组件
6燃烧器
8喷嘴组件壳体
10涡轮
12涡轮/压缩机轴
22扩散器
24压缩机排出室
30端盖
34帽状部件
38预混合器/喷嘴
39预混合器/喷嘴
46燃烧器外壳
47燃烧器衬套
48燃烧室
49燃烧室冷却通道
55过渡件
62第一级涡轮喷嘴
64内壁
65外壁
66开口
68环形通道
72引导腔
90喷射装置
91喷射装置
93喷射装置
94喷射装置
110主体
112第一端部
114第二端部
116中间部分
120凸缘
124流动调节机构
130轴向柱
132扰流部件
134第一端
135第二端
140螺旋流动路径
具体实施方式
参考图1，根据本发明的示例性实施例构造的涡轮机大体上表示为2。涡轮机2包括压缩机4和燃烧器组件5，该燃烧器组件5具有设有喷嘴组件壳体8的至少一个燃烧器6。涡轮2还包括涡轮10和共用的压缩机/涡轮轴12。显然，本发明不局限于任一特定的发动机，并且可与其它涡轮机结合使用。
如图2最好地示出，燃烧器6与压缩机4和涡轮10以流体连通的方式联接。压缩机4包括彼此以流体连通的方式联接的扩散器22和压缩机排出室24。燃烧器6还包括位于其第一端的端盖30和帽状部件34。燃烧器6还包括多个预混合器或喷嘴组件，其中两个表示为38和39。此外，燃烧器6包括燃烧器外壳46和燃烧器衬套47。如图所示，燃烧器衬套47从燃烧器外壳46径向向内地定位以便限定燃烧室48。环形燃烧室冷却通道49限定在燃烧器外壳46与燃烧器衬套47之间。燃烧器6通过过渡件55联接到涡轮机2。过渡件55将在燃烧室48中产生的燃烧气体向下游地引向第一级涡轮喷嘴62。为此，过渡件55包括内壁64和外壁65。外壁65包括通向限定在内壁64和外壁65之间的环形通道68的多个开口66。内壁64限定在燃烧室48和涡轮10之间延伸的引导腔72。
在操作期间，空气流过压缩机4、被压缩并传送到燃烧器6，更具体地传送到喷射组件38和39。同时，燃料传送到喷射组件38和39，以与压缩空气混合以形成可燃混合物。可燃混合物引导到燃烧室48并点燃以形成燃烧气体。然后，燃烧气体引导到涡轮10。来自燃烧气体的热能转换成用于驱动压缩机/涡轮轴12的机械旋转能。
更具体地，涡轮10经由压缩机/涡轮轴12驱动压缩机4(如图1所示)。当压缩机4旋转时，压缩空气排出到扩散器22内，如相关箭头所示。在示例性实施例中，从压缩机4排出的大部分压缩空气通过压缩机排出室24引向燃烧器6。任何剩余的压缩空气被引导以用于冷却发动机构件。排出室24内的压缩空气经由外壁开口66引导进入过渡件55，并进入环形通道68。然后，压缩空气从环形通道68引导通过环形燃烧室冷却通道49并到达喷嘴组件38和39。燃料和空气混合以形成可燃混合物。该可燃混合物被点燃以在燃烧室48内形成燃烧气体。燃烧器外壳47便于使燃烧室48及其相关燃烧过程相对于诸如周围涡轮构件的外部环境屏蔽。燃烧气体从燃烧室48引导通过引导腔72，并朝向涡轮喷嘴62。冲击第一级涡轮喷嘴62的热气形成最终产生来自涡轮机2的功的旋转力。在这一点上，应理解的是，上述构造用于更全面地理解本发明的示例性实施例。
为了提高燃烧效率，涡轮机2包括多个喷射装置90，91和93，94。喷射装置90和91安装到燃烧衬套47并布置成以便增强燃烧室48中的燃烧气体的混合，而喷射装置93和94布置在过渡件55的内壁64上并布置成以便便于传送到第一涡轮级62中的燃烧气体的稀释。由于各个喷射装置90，91和93，94相似地构造，故现在将参考图3-5说明喷射装置90，其中应理解其余的喷射装置91，93和94相似地形成。
根据示出的示例性实施例，喷射装置90包括具有通过中间部分116延伸到第二端部114的第一端部112的主体110。圆形凸缘120安装到第二端部114。凸缘120设有将喷射装置90固定到涡轮机2上的结构。更具体地，凸缘120焊接到或以其它方式附连到，例如燃烧衬套47以便主体110突出到燃烧室48内。可选地，凸缘120焊接到或以其它方式附连到过渡件55使得主体110突出到引导腔72内。如上所述，喷射装置90的特定位置取决于设计参数以及期望的混合属性。
进一步根据示例性实施例，喷射装置90包括流动调节机构124。流动调节机构124构造成在通过喷射装置90的燃烧空气中产生扰动。在示出的示例性实施例中，流动调节机构124包括扰流部件132围绕其延伸的中央轴向柱130。扰流部件132包括沿着螺旋流动路径140延伸到第二端135的第一端134。螺旋流动路径140在主体110的第一端部和第二端部之间延伸。在这种布置下，进入喷射装置90的空气沿着螺旋流动路径140传送。螺旋流动路径140引起产生漩涡气流的扰动。然后，漩涡气流传送到燃烧室48中，以便于包含在其中的燃烧气体的额外混合。可选地，漩涡气流传送到引导腔72中以增加燃烧气体的稀释并进一步提高效率。
在这一点上，应理解的是，尽管示例性实施例将流动调节机构描述成具有螺旋流动路径，但是也可采用许多其它的几何结构。也就是说，流动调节机构可包括将扰动施加到气流的同心环、升高脊或其它形式的突起和/或凹坑。此外，应理解的是，喷射装置的特定位置和安装可根据设计参数和期望的流动特性而变化。
尽管通过结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易理解的是，本发明不局限于所公开的实施例。相反，本发明可改变以包括本文虽未说明但与本发明的精神和范围相一致的任何变化、变更、替换和等同布置。此外，尽管描述了本发明的许多实施例，但应当理解的是，本发明的方面可仅仅包括所述实施例的一些。因此，本发明不应被视为局限于前述说明，而仅由权利要求的范围所限制。

Claims (9)

1.一种涡轮机(2)，其包括：
压缩机(4)；
燃烧器(6)，其包括操作地连接到所述压缩机的第一端和第二端；
过渡件(55)，其安装到所述燃烧器(6)的第二端；和
至少一个喷射装置(90)，其安装到所述燃烧器(6)和所述过渡件(55)中的一个上，所述至少一个喷射装置(90)包括通过中间部分(116)延伸到第二端部(114)的第一端部(112)，所述中间部分(116)包括流动调节机构(124)，其中，来自所述压缩机(4)的燃烧空气进入所述第一端部(112)、通过所述流动调节机构(124)并进入到所述燃烧衬套(6)和所述过渡件(55)中的一个，所述流动调节机构(124)在燃烧空气中产生气流扰动以促进燃烧气体的混合。
2.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述流动调节机构(124)是安装在所述至少一个喷射装置(90)内的扰流器(132)。
3.根据权利要求2所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述扰流器(132)包括螺旋流动路径(140)。
4.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述至少一个喷射装置(90)安装到所述燃烧器(6)。
5.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述至少一个喷射装置(90)安装到所述过渡件(55)。
6.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述至少一个喷射装置(90)包括沿着所述燃烧器(6)和所述过渡件(55)中的一个布置的多个喷射装置(90-91；93-94)。
7.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述至少一个喷射装置(90)的第二端部(114)包括凸缘(120)。
8.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述至少一个喷射装置(90)焊接到所述燃烧器(6)和所述过渡件(55)中的一个上。
9.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述涡轮机还包括：安装在所述燃烧室(6)内的燃烧衬套(47)，所述至少一个喷射装置(90)安装到所述燃烧衬套(47)上。
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