CN101886554A - 交叉流导叶 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及交叉流导叶，具体而言，涉及提供用于涡轮机(10)的交叉流导叶(200)。交叉流导叶(200)可包括位于其中的若干喷口(230)和位于其中一个或多个喷口(230)内的分隔件(240)，以便在喷口中形成若干燃料槽(250)。

Description

交叉流导叶
技术领域
本申请一般地涉及燃气涡轮发动机，且更具体地，涉及减少驻焰(flame holding)和压力下降的交叉流旋流喷嘴(swozzle)导叶。
背景技术
当流体的流离开孔以与流过该孔的相交的流体的流互相作用时，出现交叉流中的射流(jet in cross flow)。交叉流中的射流集中在例如燃气涡轮机燃烧器、燃料喷射器以及烟囱中的污染控制器的多种应用中。交叉流中的射流典型地在引入交叉流的位置的下游产生回流区域。该回流区域典型地具有降低的流动速度，取决于流的构造，该降低的流动速度可导致多种有害的效果。
更具体地，位于涡轮机旋流喷嘴导叶的交叉流中的射流后的回流区域可保持空气燃料混合物。由于燃烧器中的高温，火焰可回闪(flashback)并且试图保持在低速度区域中。另外，局部火星可点燃困在回流区域中的空气燃料混合物。该回流区域因而协助驻留火焰。在例如氢气(H2)的具有高BTU的燃料的情况下，因为更高的火焰速度，该问题可更突出。同样地，对于例如BFG(高炉气)的低BTU燃料，该回流区域可因为高的体积流率而形成。
因而特别是在交叉流中的射流的设计中，存在对于改进的旋流喷嘴导叶喷口的需要。该改进的设计应该减少驻焰和穿过其中的压力下降，以便改善整体系统性能和效率。
发明内容
本申请因而提供用于涡轮机的交叉流导叶。该交叉流导叶可包括位于其中的若干喷口和位于其中一个或多个喷口内以便在喷口中形成若干燃料槽(fuel slot)的分隔件。
本申请还提供用于燃气涡轮机的交叉流系统。该交叉流系统可包括导叶、流过导叶的第一流、位于导叶上的喷口、离开喷口并且与第一流相交的第二流、位于喷口内以便分开第二流的分隔件以及定位在喷口附近以便引导第一流的燃料幕槽(fuel curtain slot)。
本申请还提供用于燃气涡轮机的交叉流旋流喷嘴导叶。该交叉流旋流喷嘴导叶可包括位于其中的若干喷口、位于一个或多个喷口内以便在喷口中形成若干燃料槽的分隔件以及位于一个或多个喷口附近的燃料幕槽。
当联系若干附图和所附权利要求书时，在查看以下具体实施方式后，本领域普通技术人员将清楚本申请的这些和其它特征。
附图说明
图1是燃气涡轮发动机的示意性视图。
图2是燃烧器旋流喷嘴的透视图。
图3是在本文中所述的旋流喷嘴导叶的一部分的透视图。
图4是在本文中所述的旋流喷嘴导叶喷口的一个备选实施例的平面图。
图5是在本文中所述的旋流喷嘴导叶喷口的一个备选实施例的平面图。
图6是在本文中所述的旋流喷嘴导叶喷口的一个备选实施例的平面图。
部件列表
10燃气涡轮发动机
20压缩机
30燃烧器
40涡轮
50外部负载
100燃烧器旋流喷嘴
110旋流喷嘴导叶
120前缘
130第一表面
135第二表面
140交叉流喷口
150第一流
160第二流
170燃料室
200旋流喷嘴导叶
210前缘
220第一表面
225第二表面
230交叉流喷口
235流区域
240分隔件
250燃料槽
260燃料幕槽
300交叉流喷口
310分隔件
350交叉流喷口
360分隔件
400交叉流喷口
410分隔件
420特型(contoured)燃料槽
具体实施方式
现在参考附图，贯穿该若干附图，在其中相似标号代表相似元件，图1显示了燃气涡轮发动机10的示意性视图。如已知的，该燃气涡轮发动机10可包括用来压缩空气的引入流的压缩机20。压缩机20将压缩的空气的流输送到燃烧器30。燃烧器30将压缩的空气的流与压缩的燃料的流混合并且点燃该混合物。(尽管仅显示了单个燃烧器30，但该燃气涡轮发动机10可包括任何数量的燃烧器30。)该热的燃烧气体又被输送到涡轮40。热的燃烧气体驱动涡轮40，以便产生机械功。在涡轮40中产生的机械功驱动压缩机20和例如发电机等的外部负载50。燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种类型的合成气以及其它类型的燃料。该燃气涡轮发动机10可具有其它构造并且可使用其它类型的构件。在本文中可一起使用多个燃气涡轮发动机10、其它类型的涡轮机以及其它类型的发电设备。
图2显示了可与如上所述或另外的燃烧器30使用的燃烧器旋流喷嘴100。该燃烧器旋流喷嘴100包括若干旋流喷嘴导叶110。各旋流喷嘴导叶110具有前缘120、第一表面130以及第二表面135。第一表面130可具有位于其中的至少一个交叉流喷口140。类似地，第二表面135可具有位于其中的至少一个交叉流喷口140。在燃烧过程期间，压缩空气的第一流150到达旋流喷嘴导叶110的前缘120并且流过表面130、135。燃烧器燃料的第二流160由燃料室170提供并且以对第一流150的相交角度从交叉流喷口140排出。该旋流喷嘴导叶110在交叉流喷口140下游处可弯曲或可不弯曲成直至大约90度(90°)的轮廓，以便混合并且旋转两个流150、160的组合。
第二流160可以是例如汽油、天然气、丙烷、柴油、煤油、E85(85％乙醇和15％汽油)、生物柴油、沼气或用于燃烧的任何其它燃料的可燃燃料的射流。第二流160还可以是气体或液体物质或它们的结合的任何其它的流。如上所述，第一流可以是压缩的空气流或任何其它类型的流。尽管交叉流喷口140显示为通常圆形，但该喷口140可以是卵形、多边形、曲线形或任何其它形状或它们的组合。
图3显示了如本文中所述的旋流喷嘴导叶200。与如上所述类似，该旋流喷嘴导叶200包括前缘210、第一表面220以及第二表面225。该旋流喷嘴导叶200还包括若干交叉流喷口230。在交叉流喷口230之后可形成回流区域235。该回流区域235可在尺寸、形状和密集度方面变化。
在该示例中，至少其中一个交叉流喷口230可包括位于其中的分隔件240。分隔件240对分该交叉流喷口230，并且在喷口230中形成两个燃料槽250。分隔件240和燃料槽250可采用任何希望的尺寸和形状。其中一个或多个交叉流喷口230还可具有位于其附近的一个或多个燃料幕槽260。尽管该燃料幕槽260显示成稍微弯曲且成角度，但在此处可使用任何尺寸、形状或定向。该燃料幕槽260可与在共同拥有的序列号No.12/262,358的美国专利中显示的燃料幕槽和类似结构相似。
交叉流喷口230附近的燃料幕槽260的使用可起流幕(flow curtain)的作用，以通过使空气流的一部分改向进入尾流区而最小化在喷口230之后的回流区域235。该改向帮助减轻在此类交叉流中的射流情形中的驻焰。燃料槽250的尺寸可设置成在其间具有由分隔件240产生的足够间隙，以便允许空气通过并且冲走已形成在喷口230之后的尾流。由分隔件240形成的喷口230的分叉因而可帮助进一步减小在喷口230之后的回流区域235，而同时增强燃料空气混合并且提供更低的压力下降。
该交叉流喷口230因而提供更好的燃料空气混合，以便提供驻焰的低风险，并且因此提供更好的燃料适应性。同样地通过为燃料的流提供更大的区域，可减少穿过喷口230的压力下降。另外，更低的压力下降因而可允许更小的燃料压缩机。该交叉流喷口230没有对于流的硬阻塞，以便提供改善的结构完整性。喷口230还可轻易地制造以及在现有机架上翻新。
图4显示了另一个实施例交叉流喷口300。在该示例中，喷口300包括沿下游方向在宽度上扩大的分隔件310。该分隔件310因而增加了中央空气流的尺寸，以便减少在喷口300之后的尾流。该分隔件310可具有任何希望的尺寸、形状或构造。
图5显示了另一个实施例交叉流喷口350。在该示例中，交叉流喷口350包括若干分隔件360。若干分隔件360的使用提供了穿过喷口350的多个空气通路。该分隔件360可具有任何希望的尺寸、形状或构造。可使用任何数量的分隔件360。
图6显示了另一个实施例交叉流喷口400。在该示例中，交叉流喷口400包括分隔件410和若干特型的燃料槽420。该特型的燃料槽420可与燃料幕槽260使用，以便引导穿过其中的空气流。分隔件410和槽420可具有任何所需的尺寸、形状或构造。
应该清楚的是前述仅涉及本申请的某些实施例，在本文中，可由本领域普通技术人员做出大量的改造和改型，而不脱离由所附权利要求书和它们的等同物限定的本发明的大体精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于涡轮机(10)的交叉流导叶(200)，包括：
多个喷口(230)，其位于所述导叶(200)中；以及
分隔件(240)，其位于其中一个或多个所述多个喷口(230)内，以便在喷口(230)中形成多个燃料槽(250)。
2.根据权利要求1所述的交叉流导叶(200)，其特征在于，所述导叶(200)包括旋流喷嘴导叶(200)。
3.根据权利要求1所述的交叉流导叶(200)，其特征在于，所述导叶(200)还包括位于其中一个或多个所述多个喷口(230)附近的燃料幕槽(260)。
4.根据权利要求3所述的交叉流导叶(200)，其特征在于，所述燃料幕槽(260)包括多个燃料幕槽(260)。
5.根据权利要求1所述的交叉流导叶(200)，其特征在于，所述分隔件(240)包括多个分隔件(240)。
6.根据权利要求1所述的交叉流导叶(200)，其特征在于，所述分隔件(240)包括在下游侧上扩大的宽度。
7.根据权利要求1所述的交叉流导叶(200)，其特征在于，所述多个燃料槽(250)包括特型形状。
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