CN102788365B - 用于涡轮机的燃烧室总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于涡轮机的燃烧室总成。所述总成包括：燃烧室外壳；以及导流套管，其布置在所述燃烧室外壳与燃烧室衬里之间。所述导流套管设有第一环形流体通道和第二环形流体通道。四元梁帽安装到所述燃烧室外壳。所述四元梁帽包括：与所述第一环形流体通道流体连通的第一流体室；与所述第二环形流体通道流体连通的第二流体室；以及与所述第一和第二流体室中的每个流体室流体连通的多片轮叶。所述多片轮叶中的每片轮叶包括主体部分，所述主体部分具有：连接到所述第一流体室的第一流体管道，以及连接到所述第二流体室的第二流体管道。所述第一流体管道完全延伸穿过所述主体部分，而且所述第二流体管道部分延伸到所述主体部分中。

Description

用于涡轮机的燃烧室总成

技术领域

本发明涉及涡轮机领域，确切地说，涉及一种用于涡轮机的燃烧室总成。

背景技术

在常规涡轮机中，第一流体例如燃料在与另一种流体例如空气混合并燃烧以形成热气之前先被引导到燃烧室外壳中。所述第一流体通过燃料歧管进入燃烧室外壳。所述燃料歧管围绕燃烧室外壳延伸，并与之连接。燃料歧管通常由三个材料带连接而形成，从而形成具有一个开口端的倒U形结构。随后，将所述开口端置于燃烧室外壳中所设有的燃料入口的上方。在此位置，通过焊接将所述燃料歧管连接到所述燃烧室外壳。接着，将流体引入到燃料歧管中，并通过燃料入口引导到燃烧室外壳中。通过连接到燃烧室外壳的梁帽中所形成的进料孔供给压缩机排气。压缩机排气与从燃料歧管中流出的流体混合，以形成可燃混合物，将所述可燃混合物引导通过注射器并燃烧以形成热气。

发明内容

根据示例性实施例的一方面，用于涡轮机的燃烧室总成包括：燃烧室外壳，其具有第一端；以及燃烧室主体，其布置在所述燃烧室外壳内。所述燃烧室主体设有燃烧室衬里，所述燃烧室衬里具有穿过燃烧室延伸到第二端部分的第一端部分。导流套管围绕所述燃烧室延伸。所述导流套管布置在所述燃烧室外壳与所述燃烧室衬里之间。所述导流套管设有第一环形流体通道和第二环形流体通道。四元梁帽安装到所述燃烧室外壳的所述第一端。所述四元梁帽包括：与所述第一环形流体通道流体连通的第一流体室；与所述第二环形流体通道流体连通的第二流体室；以及与所述第一和第二流体室中的每个流体室流体连通的多片轮叶。所述多片轮叶中的每片轮叶包括主体部分，所述主体部分具有：连接到所述第一流体室的第一流体管道，以及连接到所述第二流体室的第二流体管道。所述第一流体管道完全延伸穿过所述主体部分，而且所述第二流体管道部分延伸到所述主体部分中。端盖组件通过所述四元梁帽有效连接到所述燃烧室主体。所述端盖组件包括与所述第二环形流体通道流体连通的多个燃料喷嘴。所述多个燃料喷嘴朝所述燃烧室延伸。

根据示例性实施例的另一方面，涡轮机包括：压缩机部分，其包括压缩机排气装置；涡轮部分，其有效连接到所述压缩机部分；以及燃烧室总成，其与所述压缩机部分和所述涡轮部分流体连通。所述燃烧室总成包括：燃烧室外壳，其具有第一端；以及燃烧室主体，其布置在所述燃烧室外壳内。所述燃烧室主体设有燃烧室衬里，所述燃烧室衬里具有穿过燃烧室延伸到第二端部分的第一端部分。导流套管围绕所述燃烧室延伸。所述导流套管布置在所述燃烧室外壳与所述燃烧室衬里之间。所述导流套管设有：第一环形流体通道，其在所述压缩机排气装置与所述燃烧室之间流体连通；以及第二环形流体通道，其与所述压缩机排气装置流体连通。四元梁帽安装到所述燃烧室外壳的所述第一端。所述四元梁帽包括：与所述第一环形流体通道流体连通的第一流体室；与所述第二环形流体通道流体连通的第二流体室；以及与所述第一和第二流体室中的每个流体室流体连通的多片轮叶。所述多片轮叶中的每片轮叶包括主体部分，所述主体部分具有：连接到所述第一流体室的第一流体管道，以及连接到所述第二流体室的第二流体管道。所述第一流体管道完全延伸穿过所述主体部分，而且所述第二流体管道部分延伸到所述主体部分中。端盖组件通过所述四元梁帽有效连接到所述燃烧室主体。所述端盖组件包括与所述第二环形流体通道流体连通的多个燃料喷嘴。所述多个燃料喷嘴朝所述燃烧室延伸。

进一步地，所述多片轮叶中的每片轮叶包括多个流体排出开口，所述流体排出开口布置在所述主体部分中，而且在所述第二流体管道与所述第二环形流体通道之间流体连通。

进一步地，所述多个流体排出开口沿着所述多片轮叶中每片轮叶的所述主体部分径向延伸。

进一步地，所述多片轮叶中的每片轮叶包括下游端和上游端，所述上游端暴露于所述第二环形流体通道。

进一步地，所述端盖组件包括从所述多片轮叶中每片轮叶的所述下游端延伸到所述多个燃料喷嘴的流体通道。

进一步地，所述多片轮叶中每片轮叶的所述主体部分包括翼片。

进一步地，所述四元梁帽由耐腐蚀材料制成。

进一步地，所述四元梁帽包括与所述第二流体室流体连通的入口部件。

进一步地，所述导流套管包括：第一端区段、第二端区段，以及从所述第一端区段径向延伸的法兰，所述法兰邻接所述四元梁帽。

进一步地，所述法兰包括多个开口，所述开口使所述第一环形流体通道与所述第一流体室流体连通。

通过以下说明并结合附图可以更加清楚地了解到这些以及其他优点和特征。

附图说明

本说明书及权利要求书详细指出并明确主张了本发明。并且，通过以下说明并结合附图可以清楚地了解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为根据示例性实施例的包括燃烧室总成的涡轮机的局部截面侧视图；

图2为根据示例性实施例的图1所示燃烧室总成的局部透视图，所示为流体流通过第一环形流体流道进入四元梁帽的第一室；

图3为图1所示燃烧室总成的局部透视图，所示为流体流进入图2所示四元梁帽的第二室；以及

图4为图2所示四元梁帽的截面细节图。

具体实施方式部分参考附图以举例方式介绍本发明的各项实施例及优点和特征。

元件标号列表：

标号	元件	标号	元件
				2	涡轮机	4	压缩机部分
6	涡轮部分	10	燃烧室总成
				14	压缩机排气装置	16	过渡连接件
20	燃烧室外壳	22，130	第一端
				131	第二端(未图示)	30	燃烧室主体
34	燃烧室衬里	37	第一端部分
				38	第二端部分	40	燃烧室
50	导流套管	51	第一端区段
				52	第二端区段	53	中间区段
54，68	第一表面	55，69	第二表面
				56，126	法兰	57	多个流体开口
59	第一环形流体通道	60	第二环形流体通道
				64	四元梁帽	66	环形主体
72	外主体部分	74	内主体部分
				77	燃烧室通道	80	第一流体室
84	第二流体室	87	入口部件
				90	多片轮叶	93	主体部分
94	翼片	95	第一流体管道
				97	第二流体管道	100，101	多个流体排出开口
102	上游端	104	下游端
				120	端盖组件	122	端盖
124	前外壳	128	流体通道
				133	中间部分	135	衬里区段
136	曲线区段	140	多个燃料喷嘴

具体实施方式

本发明中所使用的术语“轴向”是指大体上平行于燃烧室总成的中心纵轴延伸的方向和方位。本发明中所使用的术语“径向”是指大体上正交于所述燃烧室总成的中心纵轴延伸的方向和方位。本发明中所使用的术语“上游”和“下游”是指相对于所述燃烧室总成的中心纵轴延伸的轴向流向的方向和方位。

参考图1到图4，根据示例性实施例的涡轮机通常用2表示。涡轮机2包括可操作性地连接到涡轮部分6的压缩机部分4。燃烧室总成10通过涡轮部分6而与压缩机部分4流体连通。压缩机部分4包括压缩机排气装置14，其将压缩机排气传送到燃烧室总成10中。如下文将更全面地讨论，压缩机排气的一部分可用于冷却燃烧室总成10的各部件，而且压缩机排气的另一部分与燃料混合以形成可燃混合物，从而燃烧以形成热气。所述热气从燃烧室总成10通过过渡连接件16进入涡轮部分6。涡轮部分6将所述热气中的热能转换成机械转动能，从而为多个系统，例如发电机、泵等(未图示)提供动力。

根据所示示例性实施例，燃烧室总成10包括燃烧室外壳20，其具有延伸到第二端(未图示)的第一端22。燃烧室总成10包括布置在燃烧室外壳20内的燃烧室主体30。燃烧室主体30设有燃烧室衬里34。燃烧室衬里34包括第一端部分37，其通过燃烧室40延伸到第二端部分38。导流套管50围绕燃烧室主体30延伸。如下文将更全面地讨论，导流套管50与燃烧室外壳20和燃烧室主体30隔开。导流套管50包括第一端区段51，其布置成接近燃烧室外壳20的第一端22。第一端区段51通过中间区段53延伸到第二端区段52。中间区段53包括第一表面54和相对的第二表面55。所示的导流套管50还包括位于第一端区段51处的法兰56。法兰56包括多个流体开口，其中一个用57表示。从图2和图3中清楚地看到，导流套管51在第一表面54与燃烧室外壳20之间形成第一环形流体通道59，且在第二表面55与燃烧室衬里34之间形成第二环形流体通道60。第一环形流道59和第二环形流道60将压缩机排气从压缩机排气装置14输送到四元梁帽(quaternary cap)64，如下文将更全面地讨论。

四元梁帽64包括环形主体66，根据示例性实施例的一方面，所述环形主体由耐腐蚀材料，例如不锈钢制成。四元梁帽64包括：与燃烧室主体30邻接的第一表面68，以及相对的第二表面69。环形主体66包括：第一或外主体部分72；以及第二或内主体部分74，其设有燃烧室通道77。外主体部分72包括：第一流体室80，其经由流体开口57与第一环形流体通道59流体连通；以及第二流体室84，其与第二环形流体通道60流体连通。第二流体室84与入口部件87流体连通，通过所述入口部件，第一流体，通常是四元燃料(quaternaryfuel)，引入到四元梁帽64中。第一流体室80和第二流体室84也与多片轮叶流体连通，其中一片轮叶用90表示，所述轮叶使外主体部分72与内主体部分74互连。

根据示例性实施例，多片轮叶90中的每片轮叶包括主体部分93，其设有翼片94。轮叶90包括：第一流体管道95，其完全延伸穿过主体部分93；以及第二流体管道97，其部分延伸穿过主体部分93。第一流体管道95与第一流体室80流体连通，而且第二流体管道97与第二流体室84流体连通。

通过这种布置，压缩机排气的第一部分轴向流过第一环形流体通道59、穿过流体开口57，并在进入第一流体管道95之前，进入第一流体室80。所述压缩机排气的第一部分先对四元梁帽64的各部分进行冷却，之后进入燃烧室40，以与热气混合，如将在下文更全面地讨论。另一种流体，通常是燃料，流到入口部件87中，并进入第二流体室84。所述燃料径向进入第二流体管道97，并从轮叶90的主体部分93穿过多个流体排出开口100和101。流体排出开口，其中两个用100和101表示，沿着轮叶90的主体部分93径向延伸。压缩机排气的第二部分穿过第二环形流体通道60而朝四元梁帽64传送。所述压缩机排气的第二部分越过多片轮叶90的上游端102。所述压缩机排气的第二部分穿过翼片94、与燃料混合，并朝轮叶90的下游端104流动，从而形成可燃的空气燃料混合物。所述可燃的空气燃料混合物流到端盖组件120中，如下文将更全面地详述。

端盖组件120包括端盖122和前外壳124。前外壳124包括法兰126，其通过多个螺栓(未单独标出)有效连接到四元梁帽64的第二表面69。所示前外壳124还包括流体通道128，其与第二环形流体通道60流体连通。流体通道128包括第一端130，其通过中间部分133从四元梁帽64延伸到第二端131。中间部分133包括：第一或实质上为衬里的区段135；以及第二或曲线区段136。可燃混合物流过流体通道128，并流到多个燃料喷嘴中，其中一个燃料喷嘴用140表示，所述燃料喷嘴由端盖122支撑。燃料喷嘴140从端盖122、穿过燃烧室通道77，并朝燃烧室40延伸。可燃混合物进入燃料喷随140，并且燃烧，从而形成热气，所述热气会通过燃烧室40进行膨胀，并通过过渡连接件16流到涡轮部分6中。

所述示例性实施例提供一种用于在四元燃料和空气引入燃料喷嘴之前促进其混合的设备。所述多片轮叶包括翼片表面，所述翼片表面可降低流干扰并减少第二环形流道中的火焰。增加轮叶处燃料引入与燃烧室之间的距离，以便在燃烧之前实现对空气与燃料所需的混合。此外，所述示例性包括导流套管，用于更均匀地分布进入四元梁帽的空气，同时还提供冷却空气，使之流过与燃烧室隔开的区域。最后，使用气动轮叶不仅增强混合，而且为冷却空气和燃料提供不同的通道。使用所提供的四元燃料注射可增强对燃料动力的控制，方法是，使注射分级并让燃料喷嘴采用低燃料压力比进行操作。也就是说，迫使较少的燃料通过燃料喷嘴中的注射孔，从而产生“温和”的听觉反应，而且通过延伸，涡轮机可较少受反馈回路(即，燃烧动力)的影响。

尽管本发明仅结合有限数量的实施例详细介绍了本发明，但应了解，本发明并不限于披露的这些实施例。相反，本发明可经修改以涵盖所有之前并未介绍、但与本发明的精神和范围相符合的变化、更改、替换或等效配置。此外，尽管介绍了本发明的各种实施例，但应了解，本发明的各方面可以仅包括前述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应被视为受前述说明书的限制，其仅受所附权利要求书范围的限制。

Claims (20)

1.一种用于涡轮机的燃烧室总成，其中所述燃烧室总成包括：

燃烧室外壳，其具有第一端；

燃烧室主体，其布置在所述燃烧室外壳内，所述燃烧室主体设有燃烧室衬里，所述燃烧室衬里具有穿过燃烧室延伸到第二端部分的第一端部分；

导流套管，其围绕所述燃烧室延伸，所述导流套管布置在所述燃烧室外壳与所述燃烧室衬里之间，所述导流套管设有第一环形流体通道和第二环形流体通道；

四元梁帽，其安装到所述燃烧室外壳的所述第一端，所述四元梁帽包括：与所述第一环形流体通道流体连通的第一流体室；与所述第二环形流体通道流体连通的第二流体室；以及与所述第一流体室和第二流体室中的每个流体室流体连通的多片轮叶，所述多片轮叶中的每片轮叶包括主体部分，所述主体部分具有连接到所述第一流体室的第一流体管道；以及连接到所述第二流体室的第二流体管道，所述第一流体管道完全延伸穿过所述主体部分，且所述第二流体管道部分延伸到所述主体部分中；以及

端盖组件，其通过所述四元梁帽可操作性地连接到所述燃烧室主体，所述端盖组件包括与所述第二环形流体通道流体连通的多个燃料喷嘴，所述多个燃料喷嘴朝所述燃烧室延伸。

2.根据权利要求1所述的用于涡轮机的燃烧室总成，其中所述多片轮叶中的每片轮叶包括多个流体排出开口，所述流体排出开口布置在所述主体部分中，且在所述第二流体管道与所述第二环形流体通道之间流体连通。

3.根据权利要求2所述的用于涡轮机的燃烧室总成，其中所述多个流体排出开口沿着所述多片轮叶中每片轮叶的所述主体部分径向延伸。

4.根据权利要求1所述的用于涡轮机的燃烧室总成，其中所述多片轮叶中的每片轮叶包括下游端和上游端，所述上游端暴露于所述第二环形流体通道。

5.根据权利要求4所述的用于涡轮机的燃烧室总成，其中所述端盖组件包括从所述多片轮叶中每片轮叶的所述下游端延伸到所述多个燃料喷嘴的流体通道。

6.根据权利要求1所述的用于涡轮机的燃烧室总成，其中所述多片轮叶中每片轮叶的所述主体部分包括翼片。

7.根据权利要求1所述的燃烧室总成，其中所述四元梁帽由耐腐蚀材料制成。

8.根据权利要求1所述的用于涡轮机的燃烧室总成，其中所述四元梁帽包括与所述第二流体室流体连通的入口部件。

9.根据权利要求1所述的燃烧室总成，其中所述导流套管包括第一端区段、第二端区段以及从所述第一端区段径向延伸的法兰，所述法兰邻接所述四元梁帽。

10.根据权利要求9所述的用于涡轮机的燃烧室总成，其中所述法兰包括多个开口，所述开口使所述第一环形流体通道与所述第一流体室流体连通。

11.一种涡轮机，所述涡轮机包括：

压缩机部分，其包括压缩机排气装置；

涡轮部分，其有效连接到所述压缩机部分；以及

燃烧室总成，其与所述压缩机部分和所述涡轮部分流体连通，

所述燃烧室总成包括：

燃烧室外壳，其具有第一端；以及

燃烧室主体，其布置在所述燃烧室外壳内，所述燃烧室主体设有燃烧室衬里，所述燃烧室衬里具有穿过燃烧室延伸到第二端部分的第一端部分；

导流套管，其围绕所述燃烧室延伸，所述导流套管布置在所述燃烧室外壳与所述燃烧室衬里之间，所述导流套管设有：第一环形流体通道，其在所述压缩机排气装置与所述燃烧室之间流体连通；以及第二环形流体通道，其与所述压缩机排气装置流体连通；

四元梁帽，其安装到所述燃烧室外壳的所述第一端，所述四元梁帽包括：与所述第一环形流体通道流体连通的第一流体室；与所述第二环形流体通道流体连通的第二流体室；以及与所述第一流体室和第二流体室中的每个流体室流体连通的多片轮叶，所述多片轮叶中的每片轮叶包括主体部分，所述主体部分具有：连接到所述第一流体室的第一流体管道，以及连接到所述第二流体室的第二流体管道，所述第一流体管道完全延伸穿过所述主体部分，而且所述第二流体管道部分延伸到所述主体部分中；

端盖组件，其通过所述四元梁帽连接到所述燃烧室主体，所述端盖组件包括与所述第二环形流体通道流体连通的多个燃料喷嘴，所述多个燃料喷嘴朝所述燃烧室延伸。

12.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述多片轮叶中的每片轮叶包括多个流体排出开口，所述流体排出开口布置在所述主体部分中，而且在所述第二流体管道与所述第二环形流体通道之间流体连通。

13.根据权利要求12所述的涡轮机，其中所述多个流体排出开口沿着所述多片轮叶中每片轮叶的所述主体部分径向延伸。

14.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述多片轮叶中的每片轮叶包括下游端和上游端，所述上游端暴露于所述第二环形流体通道。

15.根据权利要求14所述的涡轮机，其中所述端盖组件包括从所述多片轮叶中每片轮叶的所述下游端延伸到所述多个燃料喷嘴的流体通道。

16.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述多片轮叶中每片轮叶的所述主体部分包括翼片。

17.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述四元梁帽由耐腐蚀材料制成。

18.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述四元梁帽包括与所述第二流体室流体连通的入口部件。

19.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述导流套管包括：第一端区段、第二端区段，以及从所述第一端区段径向延伸的法兰，所述法兰邻接所述四元梁帽。

20.根据权利要求19所述的涡轮机，其中所述法兰包括多个开口，所述开口使所述第一环形流体通道与所述第一流体室流体连通。