CN102537968B - 延迟稀薄喷射歧管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种延迟稀薄喷射(LLI)歧管(70)，其包括：定位在限定于容器周围的周向位置处的中心喷嘴(80)和第一侧喷嘴以及第二侧喷嘴(81，82)；连接器(50)；第一支管(71)，连接器(50)连接在第一支管(71)上，第一支管形成为限定了从中心喷嘴(80)延伸至第一侧喷嘴(81)的管道，使得燃料可在连接器(50)、中心喷嘴(80)和第一侧喷嘴(81)之间进行传送；以及第二支管(72)。第二支管(72)形成为限定了从中心喷嘴(80)延伸至第二侧喷嘴(82)的管道，使得燃料可在中心喷嘴(80)和第二侧喷嘴(82)之间进行传送。

Description

延迟稀薄喷射歧管

技术领域

本文公开的主题涉及一种延迟稀薄喷射(LLI)歧管。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，燃料和气体的混合物在设置于过渡件和涡轮上游的燃烧器中进行燃烧，以产生高能流体，从中可得到机械能以用于功率和电力的生产。高能流体被持续地重复使用，直至不能得到显著的功率生产水平为止，在这一点上将它们排出到大气中。这种排气时常包括在燃烧期间产生的污染物，例如氮氧化物(NO_X)和一氧化碳(CO)。

已经付出了努力来减少燃烧过程所产生的污染物的量，并且这些努力包括延迟稀薄喷射(LLI)的发展。LLI包括在燃烧器的正常燃烧区域下游的位置将可燃材料喷射到高能流体的流中。这个下游位置可被限定为燃烧器衬套的某个区段或过渡件的某个区段。在任何情况下，在这个位置喷射的可燃材料都会增加高能流体的温度和能量，并且对于合理的LLI燃料流水平而言，会导致CO的消耗增加和在NO_X方面从很少到没有显著的增加。

为了建造LLI燃烧器或为了针对LLI操作来改装当前在操作的燃烧器，必须采用相对复杂的燃料和/或气体管线，以便在燃烧器衬套和/或过渡件中形成LLI燃料可通过其来喷射的孔。然而，在以有效、牢靠且耐用的方式将燃料发送到热的压缩机排气室中并将其传送给燃烧器方面存在极大的机械挑战。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种延迟稀薄喷射(LLI)歧管，其包括：定位在围绕容器所限定的周向位置处的中心喷嘴和第一侧喷嘴以及第二侧喷嘴；连接器；第一支管，连接器连接在第一支管上，第一支管形成为限定了从中心喷嘴延伸至第一侧喷嘴的管道，使得燃料可在连接器、中心喷嘴和第一侧喷嘴之间传送；以及第二支管，第二支管形成为限定了从中心喷嘴延伸至第二侧喷嘴的管道，使得燃料可在中心喷嘴和第二侧喷嘴之间传送。

根据本发明的另一方面，提供了一种用以将延迟稀薄喷射(LLI)燃料喷射到燃气涡轮发动机的容器中的喷嘴，其包括：头部，头部形成为限定了接收LLI燃料的环形室、径向喷射孔的径向外部区段以及燃料孔，环形室和径向喷射孔通过燃料孔而流体地连通；连接板(patch)，其可固定地附连在容器上并形成为限定了径向喷射孔的径向内部区段；以及颈部，其支承性地置于连接板和头部之间，并形成为限定了径向喷射孔的径向中间区段，径向喷射孔的径向外部区段和径向内部区段通过该径向中间区段而流体地连通。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于燃气涡轮发动机的容器的延迟稀薄喷射(LLI)歧管组件，其包括：将LLI燃料输送至限定在容器处的孔位置的燃料导管；喷嘴，其分别在这些孔位置处固定在容器上，各个喷嘴形成为限定了径向喷射孔、包围径向喷射孔的环形室、以及燃料孔，环形室和径向喷射孔通过该燃料孔而流体地连通；以及歧管，其流体地(即以流体连通的方式)联接在燃料导管上，以用于接收LLI燃料，并且流体地联接在喷嘴上，以用于将LLI燃料传送至相应的环形室中，该歧管包括可以通过绕着沿径向可平移的轴线进行弯曲/挠曲而变形的支管。

根据以下结合附图所做的描述，这些优势和特征以及其它优势和特征将变得更为明晰。

附图说明

在说明书的结论部分的权利要求中特别指出并明确要求保护被视作本发明的主题。根据以下结合附图所作的详细说明，本发明的前述及其它特征和优势显而易见，其中：

图1是燃气涡轮发动机的过渡件的透视图；

图2是穿透构件和传送构件的侧视图；

图3是喷嘴和延迟稀薄喷射歧管的轴向视图；

图4是图3的喷嘴中的一个的透视图；

图5是图3的喷嘴中的另一个的径向视图；且

图6是图1的燃气涡轮发动机的轴向视图。

详细说明参照附图通过示例来解释本发明的实施例，以及优势和特征。

部件清单：

LLI歧管组件10；

包壳构件20；

流动套筒22；

过渡件23；

燃料导管30；

穿透构件31；

端部311；

管状导管32；

分流器33；

传送构件36；

传送导管37；

连接模块50；

LLI歧管70；

第一支管和第二支管71，72；

管状侧壁73，75；

管状导管74，76；

中心喷嘴80；

第一侧喷嘴和第二侧喷嘴81，82；

头部100；

环形室101；

径向外部区段102；

径向喷射孔103；

燃料孔104；

径向内部区段105；

径向中间区段106；

连接板120；

第一边缘122；

侧边缘123；

弯曲的边缘124；

轮廓125；

颈部130；

具体实施方式

参照图1，作为用于执行LLI操作的相对简单的组件，提供了一种用于与例如燃气涡轮发动机一起使用的延迟稀薄喷射(LLI)歧管组件10，其可建造于新的燃烧器中，或改装到目前操作的燃烧器上。将理解，燃气涡轮发动机包括燃烧器，燃烧器具有形成为限定了主燃烧区域的燃烧器衬套，在主燃烧区域中执行主燃烧操作，以便从燃料和/或气体的燃烧中产生高能流体。然后将这些高能流体引导到过渡件中并引导它们穿过过渡件，过渡件通向涡轮，在涡轮中可从高能流体中得到机械能。另外，在主燃烧区域下游所限定的位置处将LLI燃料喷射到燃烧衬套和/或过渡件中。在这个位置，喷射的LLI燃料燃烧，并从而增加高能流体的温度和能量。

如上所述，LLI燃料可喷射到燃烧衬套或过渡件的任一个或这两者中，以获得LLI相关的效应。然而，出于清晰和简洁的目的，下面将只描述进入过渡件的LLI喷射。然而，将理解，该说明可在从很少修改到没有修改的条件下适用于燃烧器衬套喷射。

如图1中所示，LLI歧管组件10设置在包壳构件20的附近。包壳构件20沿轴向相对于燃气涡轮发动机的燃烧器区域界定了过渡件区域，使得在过渡件区域中和其周围可包含例如压缩机排气箱(CDC)空气。流动套筒22在向后方向上从包壳构件20中突出来，并与容器，例如过渡件23紧密配合，过渡件流体地联接在设置于包壳构件20上游的燃烧器上，从而接收由燃烧操作产生的高能流体。

在LLI歧管组件10设置于包壳构件20附近的条件下，提供了多个燃料导管30，以便通过包壳构件20朝着各个过渡件23的稀释孔位置输送LLI燃料。稀释孔位置被限定在各个过渡件23的配合的边缘之间。

参照图2，该多个燃料导管30包括沿轴向穿过包壳构件20而延伸的穿透构件31、可操作地设置在穿透构件31的端部处的分流器33、以及传送构件36。穿透构件31沿轴向穿过包壳构件20而延伸，在其外壁周围提供了密封件以防止泄漏，并且穿透构件31形成为限定了管状导管32，沿着该导管可输送LLI燃料。穿透构件31的端部311是沿轴向可调整的，以允许现场调整。

在许多情况下，燃气涡轮发动机的燃烧器和过渡件23在数量上将是多个，其中多个燃烧器和过渡件均围绕公共纵向轴线而排列，例如排列成罐式-环形燃烧器排列。例如，如图1和图6中所示，10个燃烧器和10个过渡件23可设置成基本圆形或椭圆形的排列或一些其它相似的规则或不规则的排列。在这些情况下，可采用各个LLI歧管组件10来将LLI燃料传送至成对的过渡件23，其中穿透构件31沿周向设置在相邻的过渡件23之间。也就是说，穿透构件31的端部311可联接在分流器33上，分流器33则联接在传送构件36上。根据另外的实施例，燃烧器和过渡件23的数量被增加或减少，且根据更多的另外的实施例，将理解，燃烧器和过渡件23的数量不需要是相同的。

传送构件36是该多个燃料导管30的最前面的一些，并与穿透构件31形成T形连接。传送构件36在数量上是多个，并且形成为限定了传送导管37，且用于通过传送导管37而将LLI燃料从分流器33输送至相邻的LLI歧管10中。

根据另外的实施例，将理解，可排列更多或者更少的燃烧器和过渡件23，而且各个LLI歧管组件10可装备有与1、2或更多个燃烧器和过渡件23的关联部，和/或与一个或多个其它LLI歧管组件10相连接。然而，在提供1∶1关系的情况下，必须有比1∶2关系的情况下更高数量的包壳构件20的穿孔。相反，对于1∶4关系，需要传送构件36相对较为复杂，因为一些传送构件36将沿着相对较短的距离进行设置(例如通向相邻过渡件23的那些传送构件)而其它传送构件36将沿着相对较长的距离进行设置(例如通向远侧过渡件23的那些传送构件)。这可能需要前面的传送构件36设有松弛部分，使得所有传送构件36的长度将是基本相似的。

在传送构件36的端部可提供T形连接模块50，使得传送构件36可将LLI燃料传送给各个过渡件23的LLI歧管70。

各个过渡件23可形成为限定3个或更多个孔位置，例如稀释孔位置，它们沿周向彼此间隔开基本相似的周向距离，或者在一些情况下，间隔开不均匀的周向距离。因此，包含在过渡件区域中的CDC空气可被喷射到过渡件23中。

参照图3、图4和图5，在特定的过渡件23的稀释孔位置处可将中心喷嘴80和第一侧喷嘴及第二侧喷嘴81和82密封到该特定过渡件23上。各个喷嘴80，81和82形成为限定了：径向喷射孔，流体(例如CDC空气)通过该径向喷射孔喷射到过渡件23中；包围径向喷射孔的环形室；以及燃料孔，环形室和径向喷射孔通过该燃料孔而流体地连通。各个LLI歧管70通过T形连接模块50而流体地联接在相对应的传送构件36上，以用于接收LLI燃料。LLI歧管进一步联接在各个喷嘴80，81和82上，以用于将LLI燃料传送给相应的环形室。

利用这种结构，当过渡件23在涡轮操作期间发生热膨胀和热收缩时，中心喷嘴80(见图3)会在径向尺寸上随着过渡件23的热膨胀而转变。同时，LLI歧管70的第一支管71和第二支管72通过围绕公共轴线弯曲/挠曲而变形，即使中心喷嘴80沿径向平移，公共轴线也限定成穿过中心喷嘴80。

参照图4，其特别显示了第二侧喷嘴82，各个喷嘴80，81和82包括相似的特征，例如头部100、连接板120和颈部130。头部100形成为限定了环形室101、径向喷射孔103的径向外部区段102以及燃料孔104，环形室101从LLI歧管70的第一支管71和第二支管72的相对应的其中一个支管或这两个支管中接收LLI燃料，通过径向喷射孔103的径向外部区段102，CDC空气喷射到过渡件23中，且通过燃料孔104，环形室101和径向喷射孔103彼此流体地连通。

如图4和图5中所示，头部100还包括整体凸起，第一支管71和第二支管72连接在整体凸起上。中心喷嘴80将因此包括两个这种凸起，即头部100的每侧各一个。类似地，第一和第二侧喷嘴81，82将各自只在其相应的头部100的一侧包括单个这样的凸起。在凸起和第一支管71及第二支管72之间的连接可通过例如焊接(例如对接焊)来实现。

连接板120被密封在过渡件23的本体上，并形成为限定了径向喷射孔103的径向内部区段105。颈部130支承性地置于连接板120和头部100之间。因此，颈部形成为限定了径向喷射孔103的径向中间区段106，通过该径向中间区段106，径向喷射孔103的径向外部区段102和径向内部区段105彼此流体地连通。

燃料孔104可被限定在围绕径向喷射孔103的环形排列中。这种环形排列可以是圆形的或椭圆形的、平直/平坦的或交错的，其中燃料孔104彼此基本均匀地间隔开或彼此非均匀地间隔开。在燃料孔104彼此非均匀地间隔开的情况下，燃料孔104可通过重复变化的间隔而分隔开，或者集中于局部周向位置中。

当CDC空气被喷射到过渡件23中时，空气流的流强度或动量倾向于夹带着LLI燃料流穿过燃料孔104。这样，如图4中所示，CDC空气和LLI燃料可基本上与穿过过渡件23的热气体流相混合。此外，可保持以及以其它方式控制LLI燃料104的连续流动，使得LLI操作可在相对较高的控制程度下执行。

形成于过渡件23中的稀释孔可在轴向方向上从过渡件23的边缘进行机械加工，从而形成凹穴。连接板120形成为紧紧地配合在这个凹穴中。为此，连接板120是大致平坦的部件，其联接在具有与过渡件23的厚度基本相似的厚度的颈部130上。

连接板120具有基本上笔直的第一边缘122、基本笔直的侧边缘123和弯曲的边缘124。侧边缘123和弯曲的边缘124与凹穴的相对应的边缘紧密配合。另外，连接板120设有与过渡件23的相对应的轮廓基本相似的轮廓125，使得连接板120和过渡件23形成了大致环形的组合体，热气体流传送通过该组合体。

连接板120可通过例如焊接(例如对接焊)而密封在过渡件23上，从而防止CDC空气在过渡件23的边缘和连接板120的相对应的边缘之间进入过渡件23中。在备选实施例中，连接板120还可通过某些粘接剂和/或额外的结构支承件进行密封。由于在连接板120和过渡件23之间的密封，连接板120被整体地连接到过渡件23上，并因此在过渡件23的热膨胀和热收缩期间，连接板120将仍在稀释孔的位置处被密封在过渡件23上。因而，与热变形相关联的应力将基本上被限制在LLI歧管70的第一支管71和第二支管72中，并且将防止应变。

第一支管71包括管状侧壁73，其形成为限定了管状导管74，通过该管状导管，LLI燃料从连接模块50供给至中心喷嘴80和第二侧喷嘴82中。类似地，第二支管72包括管状侧壁75，其形成为限定了管状导管76，通过该管状导管，LLI燃料从中心喷嘴供给至第一侧喷嘴81中。

第一支管71和第二支管72各具有基本上类似(mimic)相对应的过渡件23的周向曲率的周向曲率。第一支管71和第二支管72还可包括径向和轴向尺寸上的另外的曲率，以考虑可能存在其它燃气涡轮发动机构件，并增加或减少LLI歧管70的结构刚度。然而，大体上，第一支管71和第二支管72构造为通过围绕中心喷嘴80和第一侧喷嘴81及第二侧喷嘴82进行弯曲/挠曲而发生变形，即使中心喷嘴80和第一侧喷嘴81及第二侧喷嘴82在过渡件23的热膨胀和热收缩期间发生径向平移时也是如此。

根据本发明的各方面，如上所述，通过连接模块50传送给LLI歧管70的LLI燃料越过预置孔口呈现压力降，并通过喷嘴80，81和82将LLI燃料分布至各个稀释孔中。相对较高动量的CDC空气夹带着LLI燃料并将其驱动到核心燃烧热气体流中。同时，适应热变形，而没有形成相对较高的应变。大体上，燃烧衬套或过渡件23具有比LLI歧管70高得多的温度，并从而希望相对于其自身的中心线比LLI歧管70沿径向增长更多。然而，因为LLI歧管70包括第一支管71和第二支管72的弧形管道，所以弧形管道会简单地弯曲以适应变形的燃烧器衬套或过渡件23。

虽然已经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，本发明并不局限于这种公开的实施例。相反，可修改本发明以结合此前还未描述过的但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变体、改型、替代或等效装置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是将理解本发明的方面可能只包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应被视为由前面的描述限制，而只受到所附权利要求的范围的限制。

Claims (8)

1.一种延迟稀薄喷射歧管，其用于包括多个燃烧器和设置在对应的燃烧器下游的多个过渡件的燃气涡轮发动机，包括：

定位在围绕对应的其中一个燃烧器或过渡件的下游部分的周向位置处的中心喷嘴和第一侧喷嘴以及第二侧喷嘴；

连接器，其用于经燃料导管向所述延迟稀薄喷射歧管接收燃料，所述燃料导管用于与相邻的两个延迟稀薄喷射歧管流体连通；

第一支管，所述连接器连接在所述第一支管上；和

第二支管，形成为限定了从所述中心喷嘴分别延伸至所述第一侧喷嘴和第二侧喷嘴的管道，使得燃料能够在所述连接器、中心喷嘴和所述第一侧喷嘴和第二侧喷嘴之间进行传送。

2.根据权利要求1所述的延迟稀薄喷射歧管，其特征在于，所述中心喷嘴和所述第一侧喷嘴及所述第二侧喷嘴布置有均匀的间距。

3.根据权利要求1所述的延迟稀薄喷射歧管，其特征在于，所述中心喷嘴和所述第一侧喷嘴及所述第二侧喷嘴布置有非均匀的间距。

4.根据权利要求1所述的延迟稀薄喷射歧管，其特征在于，所述中心喷嘴和所述第一侧喷嘴及所述第二侧喷嘴在所述燃烧器或过渡件的热膨胀期间会沿径向平移。

5.一种用于包括多个燃烧器和设置在对应的燃烧器下游的多个过渡件的燃气涡轮发动机的延迟稀薄喷射歧管组件，所述延迟稀薄喷射歧管组件包括：

燃料导管，其将延迟稀薄喷射燃料输送至限定于围绕所述燃烧器或过渡件的一个的下游部分的周向位置处的孔位置，所述燃料导管用于与相邻的两个燃烧器或者过渡件流体连通；

喷嘴，其包括中心喷嘴和第一侧喷嘴以及第二侧喷嘴并分别在所述孔位置处固定在所述燃烧器或过渡件的一个上，各个喷嘴形成为限定了径向喷射孔、包围所述径向喷射孔的环形室以及燃料孔，所述环形室和所述径向喷射孔通过所述燃料孔而流体地连通；以及

歧管，其流体地联接在所述燃料导管上，以用于接收延迟稀薄喷射燃料，并流体地联接在所述喷嘴上，以用于将延迟稀薄喷射燃料传送到所述相应的环形室中，所述歧管包括能够通过绕着可沿径向平移的轴线进行弯曲/挠曲而发生变形的支管，并通过支管使得中心喷嘴和第一侧喷嘴以及第二侧喷嘴。

6.根据权利要求5所述的延迟稀薄喷射歧管组件，其特征在于，所述燃料导管包括：

具有可调整的长度的沿轴向延伸的穿透构件；和

可操作地设置在所述穿透构件的端部处的分流器。

7.根据权利要求5所述的延迟稀薄喷射歧管组件，其特征在于，通过所述径向喷射孔喷射压缩机排气箱空气。

8.根据权利要求5所述的延迟稀薄喷射歧管组件，其特征在于，所述燃料孔以环形排列的形式限定在所述径向喷射孔周围。