CN103047681A - 燃气涡轮机燃烧室组件的环形流动调节构件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃气涡轮机燃烧室组件的环形流动调节构件，其包括：燃烧室主体；燃烧室内衬，所述燃烧室内衬布置在所述燃烧室主体内并限定燃烧腔；流体通道，所述流体通道限定在所述燃烧室主体与所述燃烧室内衬之间；以及环形流动调节构件，所述环形流动调节构件布置在所述流体通道中并围绕所述燃烧室内衬延伸。

Description

燃气涡轮机燃烧室组件的环形流动调节构件
技术领域
本发明涉及涡轮机领域，更具体地，涉及用于燃气涡轮机燃烧室组件的环形流动调节构件。
背景技术
通常，燃气涡轮发动机燃烧燃料/空气混合物，从而释放热能形成高温气流。高温气流经由热气通道进入涡轮中。涡轮将来自高温气流的热能转化为促使涡轮轴旋转的机械能。涡轮的应用十分广泛，如向泵或发电机提供电力。
许多燃气涡轮机包括环形燃烧室，在该环形燃烧室中形成产生高温气流的燃烧气体。其他涡轮机采用以筒环形(can-annular)阵列布置的多个燃烧室。在这种涡轮机中，燃烧气体形成于多个燃烧室中的每个燃烧室中，在由燃烧室主体限定的燃烧腔内燃烧，并经由过渡连接件输送到涡轮。通常，压缩机的排放空气进入到燃烧室内，以冷却各个表面，并帮助形成燃料/空气混合物。在此类布置中，压缩机排放空气通常沿燃烧器内衬向文氏管(venturi)输送。
压缩机排放空气的一部分被引导到文氏管的内表面上以用于冷却。压缩机排放空气从文氏管进入形成于燃烧室主体与燃烧室内衬之间的通道中。在此类布置中，多个涡流器(turbulator)构件被布置在所述通道中。涡流器构件产生流动涡流(vortices)，以增强燃烧室主体中的热传递。压缩机排放空气从所述通道排出到燃烧腔中，以与燃烧气体混合。
发明内容
根据示例性实施例的一方面，一种涡轮机燃烧室组件包括：燃烧室主体；燃烧室内衬，所述燃烧室内衬布置在所述燃烧室主体内并限定燃烧腔；流体通道，所述流体通道限定在所述燃烧室主体与所述燃烧室内衬之间；以及环形流动调节构件，所述环形流动调节构件布置在所述流体通道中并围绕所述燃烧室内衬延伸。
根据示例性实施例的另一方面，一种燃气涡轮机系统包括：压缩机部分；涡轮部分，所述涡轮部分可操作地连接到所述压缩机部分；以及燃烧室组件，所述燃烧室组件与所述压缩机部分和所述涡轮部分流体连通。所述燃烧室组件包括：燃烧室主体；燃烧室内衬，所述燃烧室内衬布置在所述燃烧室主体内并限定燃烧腔；流体通道，所述流体通道限定在所述燃烧室主体与所述燃烧室内衬之间；以及环形流动调节构件，所述环形流动调节构件布置在所述流体通道中并围绕所述燃烧室内衬延伸。
通过以下结合附图的说明，将更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。
附图说明
本权利要求书特别指出并明确要求本发明的权利。通过以下结合附图的详细说明，可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：
图1是根据示例性实施例的燃气涡轮机系统的示意图，其中所述燃气涡轮机系统包括具有流动调节构件的燃烧室组件；
图2是图1所示燃烧室组件的局部截面图，其中图示了根据示例性实施例的流动调节构件；
图3是根据示例性实施例的流动调节构件的透视图；
图4是图2所示燃烧室组件的局部截面图，其中图示了根据示例性实施例的流动调节构件；
图5是图1所示燃烧室组件的局部截面图，其中图示了根据示例性实施例的第一和第二流动调节构件；
图6是图1所示燃烧室组件的局部截面图，其中图示了根据示例性实施例的另一方面的第一和第二流动调节构件；
图7是图1所示燃烧室组件的局部截面图，其中图示了根据另一示例性实施例的第一和第二流动调节构件；以及
图8是图1所示燃烧室组件的局部截面图，其中图示了根据又一示例性实施例的第一和第二流动调节构件。
具体实施方式部分参考附图来以实例方式描述本发明的各项实施例以及优点和特征。
元件符号列表：
Figure BDA00002243763600031
Figure BDA00002243763600041
具体实施方式
参考图1，根据示例性实施例构造成的涡轮机总体上用2表示。涡轮机2包括压缩机部分4和涡轮部分6。压缩机部分4包括压缩机外壳8，并且涡轮部分6包括涡轮外壳10。压缩机部分4经由公用压缩机/涡轮轴或转子16连接到涡轮部分6。压缩机部分4也通过多个周向隔开的燃烧室组件连接到涡轮部分6，所述多个燃烧室组件中的一个用20表示。
如图2中清楚地图示，燃烧室组件20包括燃烧室主体34，所述燃烧室主体34具有安装喷射器嘴外壳37的前端36。燃烧室主体34包括外表面38和内表面39。在图示的示例性实施例中，燃烧室组件20包括布置在燃烧室主体34内的燃烧室内衬43。燃烧室内衬43包括内表面44和外表面45。外表面45与燃烧室主体34的内表面39隔开，从而形成将压缩机排放空气从压缩机部分4向喷射器嘴外壳37输送的流体流动通道46。燃烧室内衬43的内表面44限定燃烧室腔48。进一步根据图示的示例性实施例，燃烧室组件20包括环形流动调节构件60。如下文更清楚地说明，流动调节构件60布置在流体流动通道46内并围绕燃烧室内衬43延伸。
环形流动调节构件60包括外表面64以及限定环形燃料腔室70的内表面66。流动调节构件60的外表面64包括限定翼型77的气动轮廓75。如图3中最清楚地图示，环形流动调节构件60包括第一翼型表面79和第二翼型表面80。第一翼型表面79包括多个开口82，并且第二翼型表面80包括多个第二开口84。开口82和84延伸到环形燃料腔室70中。通过这种布置，流到环形燃料腔室70中的燃料穿过多个第一开口82和多个第二开口84而排出，以与流过流体流动通道46的空气混合，然后再进入喷射嘴(未图示)中以及在燃烧腔48中燃烧。环形流动调节构件60的特定轮廓增进了空气/燃料混合。此外，环形流动调节构件60在流体流动通道46内的定位使得流动速度更为一致，尤其是在轴向和切向上。此外，通过将环形流动调节构件60支撑在流体流动通道46内，流动分离(flow separations)得以减少。
进一步根据示例性实施例，环形流动调节构件60通过第一支撑构件87和第二支撑构件90而被支撑在流体流动通道46内。第一支撑构件87在燃烧室主体34的内表面39与第一翼型表面79之间延伸。第二支撑构件90在第二翼型表面80与燃烧室内衬43之间延伸。支撑构件87和89的数量和位置可以改变。也就是说，尽管图示为两个支撑构件87和90，但环形流动调节构件60可以通过从燃烧室主体34或燃烧室内衬43延伸的单个支撑构件而被支撑在流动通道46内。除了第一支撑构件87和第二支撑构件89以外，环形流动调节构件60连接到燃料输送通道93(图4)。根据示例性实施例的一方面，第一支撑构件87和第二支撑构件89被设计成具有翼型形状，从而减少下游流动分离。燃料输送通道93与环形燃料腔室70和燃料源(未图示)流体连通。燃料输送通道93可采用各种形式，包括刚性和柔性连接。
现在将参考图5来描述根据示例性实施例的另一方面的燃烧室组件106，其中类似的附图标记表示各个视图中的相应部件。燃烧室组件106包括具有第一环形燃料腔室111的第一环形流动调节构件110，以及具有第二环形燃料腔室114的第二环形流动调节构件113。第一环形流动调节构件110包括限定第一翼型118的第一气动轮廓117。类似地，第二环形流动调节构件113包括限定第二翼型122的第二气动轮廓121。在图示的示例性方面中，第一环形流动调节构件110在流体流动通道46内围绕第二环形流动调节构件113延伸。环形流动调节构件110和113的数量和径向位置可以改变。流动调节构件110和113的特定定向增进了燃料/空气混合，同时还使得流动速度更为一致，且流体流动通道46内的空气/燃料分离得以减少。
现在将参考图6来描述根据示例性实施例的另一方面的燃烧室组件126，其中类似的附图标记表示各个视图中的相应部件。燃烧室组件126包括具有第一环形燃料腔室131的第一环形流动调节构件130，以及具有第二环形燃料腔室134的第二环形流动调节构件133。第一环形流动调节构件130包括限定第一翼型138的第一气动轮廓137。类似地，第二环形流动调节构件133包括限定第二翼型142的第二气动轮廓141。在图示的示例性方面中，第二环形流动调节构件133在流体流动通道46内定位在第一环形流动调节构件130的下游。环形流动调节构件130和133的数量和轴向位置可以改变。以如上所述的方式，流动调节构件133和130的特定定向增进了燃料/空气混合，同时还使得流动速度更为一致，且流体流动通道46内的空气/燃料分离得以减少。
现在将参考图7来描述根据示例性实施例的另一方面的燃烧室组件144，其中类似的附图标记表示各个视图中的相应部件。燃烧室组件144包括具有第一环形燃料腔室147的第一环形流动调节构件146，以及具有第二环形燃料腔室150的第二环形流动调节构件149。第一环形流动调节构件146包括限定第一翼型155的第一气动轮廓154。类似地，第二环形流动调节构件149包括限定第二翼型158的第二气动轮廓157。在图示的示例性方面中，第二环形流动调节构件149在流体流动通道46内定位在第一环形流动调节构件146的下游，且相对于所述第一环形流动调节构件146轴向移位。环形流动调节构件146和149的数量和位置可以改变。以如上所述的方式，流动调节构件146和149的特定定向增进了燃料/空气混合，同时还使得流动速度更为一致，且流体流动通道46内的空气/燃料分离得以减少。
现在将参考图8来描述根据示例性实施例的另一方面的燃烧室组件200，其中类似的附图标记表示各个视图中的相应部件。燃烧室组件200包括具有第一环形燃料腔室207的第一环形流动调节构件206，以及具有第二环形燃料腔室210的第二环形流动调节构件209。第一环形流动调节构件206包括限定第一翼型215的第一气动轮廓214。类似地，第二环形流动调节构件209包括限定第二翼型218的第二气动轮廓217。在图示的示例性方面中，第一环形流动调节构件206和第二环形流动调节构件209弯曲，从而形成相应的压力侧和吸入侧(未单独标出)。通过这种方式，第一流动调节构件206和第二流动调节构件209有助于将流体流从流体流动通道46引入各个的燃烧室(未单独标出)中，而不产生流体流中的流动分离。
应了解，示例性实施例描述了一种悬停在涡轮机燃烧室组件的流动通道内的环形流动调节构件。环形流动调节构件的气动轮廓和定位增进了空气/燃料混合，并且还使得流动速度更为一致，尤其是在轴向和切向上。此外，通过将环形流动调节构件60支撑在流体流动通道46内，流体流动分离得以减少。还应了解，燃料也可以通过替代燃料通道的支撑构件或补充燃料通道的支撑构件而被输送到由环形流动调节构件限定的燃料腔室。
尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但应理解，本发明并不限于所公开的此类实施例。相反，本发明可经修改以涵盖之前并未介绍、但与本发明的精神和范围相符合的任意数量的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可仅包括所描述的实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受前述说明书限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (20)

1.一种涡轮机燃烧室组件，包括：
燃烧室主体；
燃烧室内衬，所述燃烧室内衬布置在所述燃烧室主体内并限定燃烧腔；
流体通道，所述流体通道限定在所述燃烧室主体与所述燃烧室内衬之间；以及
环形流动调节构件，所述环形流动调节构件布置在所述流体通道中并且围绕所述燃烧室内衬延伸。
2.根据权利要求1所述的涡轮机燃烧室组件，其中所述环形流动调节构件包括外表面以及限定环形燃料腔室的内表面。
3.根据权利要求2所述的涡轮机燃烧室组件，其中所述环形流动调节构件的所述外表面包括气动轮廓。
4.根据权利要求3所述的涡轮机燃烧室组件，其中所述气动轮廓限定翼型。
5.根据权利要求2所述的涡轮机燃烧室组件，其中所述环形流动调节构件包括延伸穿过所述外表面和内表面的多个开口，所述多个开口与所述环形燃料腔室和所述流体通道流体连通。
6.根据权利要求2所述的涡轮机燃烧室组件，进一步包括：与所述环形燃料腔室流体连通的燃料输送通道。
7.根据权利要求1所述的涡轮机燃烧室组件，进一步包括：在所述燃烧室主体与所述环形流动调节构件之间延伸的支撑构件。
8.根据权利要求7所述的涡轮机燃烧室组件，进一步包括：在所述燃烧室内衬与所述环形流动调节构件之间延伸的另一支撑构件。
9.根据权利要求1所述的涡轮机燃烧室组件，进一步包括：另一环形流动调节构件，所述另一环形流动调节构件布置在所述流体通道中并且围绕所述燃烧室内衬延伸。
10.根据权利要求9所述的涡轮机燃烧室组件，其中所述另一环形流动调节构件围绕所述环形流动调节构件延伸。
11.根据权利要求9所述的涡轮机燃烧室组件，其中所述另一环形流动调节构件布置在相对于所述环形流动调节构件的下游。
12.根据权利要求11所述的涡轮机燃烧室组件，其中所述另一环形流动调节构件大体上相对于所述环形流动调节构件成共平面布置。
13.根据权利要求11所述的涡轮机燃烧室组件，其中所述另一环形流动调节构件相对于所述环形流动调节构件轴向移位。
14.一种燃气涡轮机系统，包括：
压缩机部分；
涡轮部分，所述涡轮部分可操作地连接到所述压缩机部分；以及
燃烧室组件，所述燃烧室组件与所述压缩机部分和所述涡轮部分流体连通，所述燃烧室组件包括：
燃烧室主体；
燃烧室内衬，所述燃烧室内衬布置在所述燃烧室主体内并限定燃烧腔；
流体通道，所述流体通道限定在所述燃烧室主体与所述燃烧室内衬之间；以及
环形流动调节构件，所述环形流动调节构件布置在所述流体通道中并且围绕所述燃烧室内衬延伸。
15.根据权利要求14所述的燃气涡轮机系统，其中所述环形流动调节构件包括限定气动轮廓的外表面以及限定环形燃料腔室的内表面。
16.根据权利要求14所述的燃气涡轮机系统，进一步包括：另一环形流动调节构件，所述另一环形流动调节构件布置在所述流体通道中并且围绕所述燃烧室内衬延伸。
17.根据权利要求16所述的燃气涡轮机系统，其中所述另一环形流动调节构件围绕所述环形流动调节构件延伸。
18.根据权利要求16所述的燃气涡轮机系统，其中所述另一环形流动调节构件布置在相对于所述环形流动调节构件的下游。
19.根据权利要求18所述的燃气涡轮机系统，其中所述另一环形流动调节构件大体上相对于所述环形流动调节构件成共平面布置。
20.根据权利要求18所述的燃气涡轮机系统，其中所述另一环形流动调节构件相对于所述环形流动调节构件轴向移位。
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