CN107110502A - 具有带槽的旋流器静叶的燃烧室入口混合系统 - Google Patents

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Abstract

一种由从喷嘴毂径向向外延伸的多个周向间隔开的旋流器静叶（38）形成的燃烧室入口混合系统。每个旋流器静叶（38）可以具有沿燃烧室入口混合系统（10）的至少一部分向下游延伸的长度（62），并且可以进一步具有沿喷嘴毂的周边延伸的厚度（66）。旋流器静叶（38）中的至少一个可以进一步具有至少一个槽（42），其完全穿透旋流器静叶（38）的一部分的厚度（66）。槽可以沿旋流器静叶（38）的长度（62）的一部分将旋流器静叶（38）从喷嘴毂分离。

Description

具有带槽的旋流器静叶的燃烧室入口混合系统
技术领域
本发明大体涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及用于涡轮发动机的燃烧室空气馈送系统。
背景技术
通常，燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机、用于混合被压缩空气与燃料并点燃混合物的燃烧室以及用于产生动力的涡轮机动叶（blade）组件。被压缩的空气经由气室被馈送到多个燃烧室。燃烧室通常在可能超过2500华氏度的高温下操作。这种高温在燃烧室和相邻部件内产生大的热应力并且会使得相邻部件（例如保护引导喷嘴毂（pilotnozzle hub）的隔热罩）过热。此外，防止隔热罩过热的典型努力可能是不够的。
发明内容
本发明涉及燃烧室入口混合系统，其由从喷嘴毂径向向外延伸的多个周向间隔开的旋流器静叶（vane）形成。旋流器静叶中的至少一个可以具有至少一个槽，其完全穿透旋流器静叶的一部分的厚度并且可以沿旋流器静叶的长度的一部分将旋流器静叶从喷嘴毂分离。槽可以被构造成围绕喷嘴毂增加一层至少部分非旋流的空气。在具体实施例中，这可以防止保护喷嘴毂的隔热罩过热。此外，这可以导致进一步优化用于喷嘴毂的冷却空气，从而在具体实施例中导致较低排放和/或允许从喷嘴毂移除隔热罩。
根据一个实施例，涡轮发动机可以包括被定位在转子组件上游的至少一个燃烧室。转子组件可以包括从转子径向向外延伸的至少一排涡轮机动叶。压缩机可以被定位在燃烧室上游。至少一个压缩机排放气室可以在压缩机和燃烧室之间延伸。至少一个燃烧室入口混合系统可以由从喷嘴毂径向向外延伸的多个周向间隔开的旋流器静叶形成。每个旋流器静叶可以具有沿燃烧室入口混合系统的至少一部分向下游延伸的长度，并且可以进一步具有沿喷嘴毂的周边延伸的厚度。旋流器静叶中的至少一个（或者每个旋流器静叶，或者旋流器静叶中的至少一半，或者旋流器静叶中的至少三分之一，或者旋流器静叶中的至少四分之一）可以进一步具有完全穿透旋流器静叶的一部分的厚度的至少一个槽。槽可以沿旋流器静叶的长度的一部分（或者沿旋流器静叶的长度的至少四分之一，或者沿旋流器静叶的长度的至少一半，或者沿旋流器静叶的长度的至少三分之二，或者沿旋流器静叶的长度的至少四分之三）将旋流器静叶从喷嘴毂分离。槽可以被构造成围绕喷嘴毂增加一层非旋流的空气（或至少部分非旋流的空气）。
喷嘴毂可以是引导喷嘴毂。此外，喷嘴毂可以是主喷嘴毂并且旋流器静叶可以是主旋流器静叶。喷嘴毂可以包括被定位在旋流器静叶下游的隔热罩。另外，喷嘴毂可以包括被定位在旋流器静叶下游的燃气扩散出口。所述多个旋流器静叶中的每个可以具有弯曲轮廓或扭曲轮廓或者二者。此外，旋流器静叶可以被制造（例如，铸造、快速原型制造（rapidprototype）、立体光刻（Stereolithography）等等）成具有至少一个槽，或者旋流器静叶可以被修改成包括至少一个槽。
在另一实施例中，涡轮发动机可以包括被定位在转子组件上游的至少一个燃烧室。转子组件可以包括从转子径向向外延伸的至少一排涡轮机动叶。压缩机可以被定位在燃烧室上游。至少一个压缩机排放气室可以在压缩机和燃烧室之间延伸。至少一个燃烧室入口混合系统可以由从引导喷嘴毂径向向外延伸的多个周向间隔开的旋流器静叶形成。每个旋流器静叶可以具有沿燃烧室入口混合系统的至少一部分向下游延伸的长度，并且可以进一步具有沿引导喷嘴毂的周边延伸的厚度。至少一半旋流器静叶中的每个可以具有完全穿透旋流器静叶的一部分的厚度的至少一个槽。槽可以沿着旋流器静叶的长度的至少一半将旋流器静叶从引导喷嘴毂分离。槽可以被构造成围绕引导喷嘴毂增加一层至少部分非旋流的空气。引导喷嘴毂可以包括被定位在旋流器静叶下游的隔热罩。此外，每个旋流器静叶可以具有弯曲轮廓。
在另一实施例中，涡轮发动机可以包括被定位在转子组件上游的至少一个燃烧室。转子组件可以包括从转子径向向外延伸的至少一排涡轮机动叶。压缩机可以被定位在燃烧室上游。至少一个压缩机排放气室可以在压缩机和燃烧室之间延伸。至少一个燃烧室入口混合系统可以由从引导喷嘴毂径向向外延伸的多个周向间隔开的旋流器静叶形成。每个旋流器静叶可以具有沿燃烧室入口混合系统的至少一部分向下游延伸的长度，并且可以进一步具有沿引导喷嘴毂的周边延伸的厚度。每个旋流器静叶可以具有完全穿透旋流器静叶的一部分的厚度的至少一个槽（或仅一个槽）。槽可以沿着旋流器静叶的长度的至少三分之二将旋流器静叶从引导喷嘴毂分离。槽可以被构造成围绕引导喷嘴毂增加一层至少部分非旋流的空气。引导喷嘴毂可以包括被定位在旋流器静叶下游的隔热罩，并且也可以包括被定位在旋流器静叶下游的扩散燃气出口。此外，每个旋流器静叶可以具有弯曲轮廓。
燃烧室入口混合系统的优点在于，所述系统可以产生一层非旋流空气，所述一层非旋流空气可以充当用于引导喷嘴毂的冷却剂，可以防止再循环区域过分地靠近引导喷嘴毂或者由于缺少旋流，可以通过消除毂富集再循环来改变结构或再循环区域或者二者。在具体实施例中，这可以防止隔热罩过热。
在下面更详细地描述这些及其它实施例。
附图说明
包含在说明书中并形成其一部分的附图图示了当前公开的发明的实施例并且与描述一起公开了本发明的原理。
图1是包括压缩机、燃烧室、转子组件和压缩机入口流动混合系统的涡轮发动机的一部分的横截面侧视图。
图2是具有燃烧室入口混合系统的环状燃烧室的燃烧室入口的横截面侧视图。
图3是图2的燃烧室入口混合系统的旋流器静叶的透视图。
具体实施方式
公开了一种燃烧室入口混合系统10，其由从喷嘴毂（例如引导喷嘴毂34或主喷嘴毂）径向向外延伸的多个周向间隔开的旋流器静叶38形成。旋流器静叶38中的至少一个可以具有至少一个槽42，其完全穿透旋流器静叶38的一部分的厚度66，并且可以沿旋流器静叶38的长度62的一部分将旋流器静叶38从喷嘴毂分离。这样，燃烧室入口混合系统10可以产生一层非旋流空气，所述一层非旋流空气可以用作喷嘴毂的冷却剂，可以防止再循环区域60过分地靠近喷嘴毂，和/或由于缺少旋流，可以通过消除毂富集再循环来改变结构或再循环区域60。
如图1-3中所示，涡轮发动机20可以包括被定位在转子组件24上游的一个燃烧室16。转子组件24可以包括从转子28径向向外延伸的一排或更多排涡轮机动叶26。压缩机30可以被定位在燃烧室16上游。一个或更多个压缩机排放气室18可以在压缩机30和燃烧室16之间延伸。燃烧室入口混合系统10可以由从引导喷嘴毂34径向向外延伸的多个周向间隔开的旋流器静叶38形成。如图3中所示，每个旋流器静叶38可以具有沿燃烧室入口混合系统10的至少一部分向下游延伸的长度62，并且可以进一步具有沿引导喷嘴毂34的周边延伸的厚度66。旋流器静叶38中的至少一个可以进一步具有完全穿透旋流器静叶38的一部分的厚度66的至少一个槽42。槽42可以沿着旋流器静叶38的长度62的一部分将旋流器静叶38从引导喷嘴毂34分离。
如图2中所示，燃烧室入口混合系统10的内部部分可以由引导喷嘴毂34形成，并且燃烧室入口混合系统10的外部部分可以由从引导喷嘴毂34径向向外延伸的旋流器静叶38形成。引导喷嘴毂34可以包括隔热罩58，其被定位在旋流器静叶38下游并且被构造成保护引导喷嘴毂34免于来自燃烧室16的热。另外，在具体实施例中，引导喷嘴毂34可以进一步包括被定位在旋流器静叶38下游的燃气扩散出口54。
如图2中进一步所示，一个或更多个槽42可以切入一个或更多个旋流器静叶38内。槽42可以被构造成围绕引导喷嘴毂34增加一层非旋流空气50（或至少部分非旋流空气50）。即，与由旋流器静叶38的外部部分产生的旋流空气46不同，槽42可以被构造成允许空气通过旋流器静叶38而不会旋流、旋转或混合（或者仅具有可忽略的量的旋流、旋转或混合）。在具体实施例中，这可以允许非旋流空气50充当用于引导喷嘴毂34或用于保护引导喷嘴毂34的隔热罩58或用于二者的冷却剂，可以防止再循环区域60过分靠近引导喷嘴毂34或隔热罩58或者二者，或者由于缺少旋流，可以通过消除毂富集再循环来改变结构或再循环区域60或者二者。这样，可以防止引导喷嘴毂34或隔热罩58或者二者由于过高温度而过热。此外，这可以导致进一步优化用于引导喷嘴毂34的冷却空气，从而在具体实施例中导致较低的排放和/或允许从引导喷嘴毂34移除隔热罩58。
如图3中所示，燃烧室入口混合系统10的外部部分可以由从引导喷嘴毂34径向向外延伸的多个旋流器静叶38形成。燃烧室入口混合系统10可以包括任意合适数量的旋流器静叶38，例如四个旋流器静叶38、八个旋流器静叶38、十二个旋流器静叶38或者任意其它数量的旋流器静叶38。每个旋流器静叶38可以具有沿着燃烧室入口混合系统10的至少一部分向下游延伸的长度62。每个旋流器静叶38的长度62可以是相同的，或者旋流器静叶38中的一个或更多个的长度62可以是不同的。此外，每个旋流器静叶38可以具有沿着引导喷嘴毂38的周边延伸的厚度66。每个旋流器静叶38的厚度66可以是相同的，或者旋流器静叶38中的一个或更多个的厚度66可以是不同的。另外，旋流器静叶38的厚度66可以沿着旋流器静叶38的长度或宽度或者二者变化。旋流器静叶38可以具有用于混合空气和燃气的任意合适的形状。例如，旋流器静叶38可以具有弯曲轮廓、扭曲轮廓、任意其它形状或者前述的任意组合。另外，所有旋流器静叶38可以具有相同形状，或者旋流器静叶38中的一个或更多个可以具有不同形状。
一个或更多个槽42可以切入到旋流器静叶38中的一个或更多个内。任意数量的槽42可以切入到旋流器静叶38内。例如，一个槽42可以切入到旋流器静叶38内，两个槽42可以切入到旋流器静叶38内，三个槽42可以切入到旋流器静叶38内，或者任意其它数量的槽42可以切入到旋流器静叶38内。此外，一个或更多个槽42可以切入到任意数量的旋流器静叶38内。例如，一个或更多个槽42可以切入到一个旋流器静叶38、两个旋流器静叶38、三个旋流器静叶38、旋流器静叶38中的至少四分之一、旋流器静叶38中的至少三分之一、旋流器静叶38中的至少一半、旋流器静叶38中的至少三分之二、旋流器静叶38中的至少四分之三、全部旋流器静叶38或者任意其它数量的旋流器静叶38内。
根据所示实施例，槽42可以邻近引导喷嘴毂34切入到旋流器静叶38内，从而沿着旋流器静叶38的长度62的一部分将旋流器静叶38从引导喷嘴毂34分离。在另一实施例中，槽42可以在旋流器静叶38上的任意其它位置处切入到旋流器静叶38内。例如，槽42可以在旋流器静叶38上的允许槽42围绕引导喷嘴毂34（或在其附近）增加一层非旋流空气50的任意其它位置处切入到旋流器静叶38内。如图3中进一步所示，槽42可以完全穿透旋流器静叶38的一部分的厚度42。这样，槽42可以被构造成允许空气通过旋流器静叶38而不会旋流、旋转或混合（或者仅具有可忽略的量的旋流、旋转或混合）。槽42可以具有任意合适的大小和/或形状。例如，槽42可以被确定大小成沿旋流器静叶38的长度62的至少四分之一、沿旋流器静叶38的长度62的至少三分之一、沿旋流器静叶38的长度62的至少一半、沿旋流器静叶38的长度62的至少三分之二、沿旋流器静叶38的长度62的至少四分之三38、或沿旋流器静叶38的长度62的任意其它部分将旋流器静叶38从引导喷嘴毂34分离。作为另一示例，槽42可以是正方形、矩形、椭圆形、圆形、任意其它合适的形状或者前述的任意组合。此外，槽42可以是在旋流器静叶38上的朝后的静叶切口（如图2和图3中所示）或者在旋流器静叶38上的朝前的静叶切口。另外，每个旋流器静叶38可以具有相同大小、形状和/或定位的槽42，或者旋流器静叶38中的一个或更多个可以具有不同有大小、形状和/或定位的槽42。
旋流器静叶38可以被铸造（或者以其它方式形成）成具有槽42。这样，旋流器静叶38可以被制造成槽42已经切入到旋流器静叶38内。在另一实施例中，旋流器静叶38可以被修改成包括槽42。例如，在旋流器静叶38已经被制造之后（或者甚至在其已经被用在燃气涡轮发动机中之后），槽42可以被机加工到旋流器静叶38内（或者旋流器静叶38可以以其它方式修改成包括槽42）。
在使用期间，压缩空气流入到由从引导喷嘴毂34径向向外延伸的多个周向间隔开的旋流器静叶38形成的燃烧室入口混合系统10内。一部分压缩空气可以由旋流器静叶38旋流、旋转或混合，从而产生可包括空气和燃气的混合物的一层旋流空气46。另一部分压缩空气可通过切入到旋流器静叶38中的一个或更多个内的一个或更多个槽42而不会旋流、旋转或混合或者仅具有可忽略的量的旋流、旋转或混合。这可以沿引导喷嘴34增加一层非旋流空气50或至少部分非旋流空气50，以充当用于引导喷嘴毂34或用于保护引导喷嘴毂34的隔热罩58或者二者的冷却剂；可以防止再循环区域60过分靠近引导喷嘴毂34或隔热罩58或者二者；和/或由于缺少旋流，可以通过消除毂富集再循环来改变结构或再循环区域60。这样，可以防止引导喷嘴毂34或隔热罩58或者二者由于过高温度而过热。
虽然上文已经在具体实施例中关于引导喷嘴毂34讨论了本发明，不过本发明可以用于一个或更多个主喷嘴毂。例如，关于主喷嘴毂，主旋流器静叶38中的至少一个可以具有至少一个槽42，其完全穿透主旋流器静叶38的一部分的厚度66并且可以沿主旋流器静叶38的长度62的一部分将主旋流器静叶38从主喷嘴毂分离，如上文详细讨论的。在具体实施例中，这可以改变主喷嘴毂的火焰结构，并且可以产生会导致较低排放的优化声学性能（或者提高的回火抗性（flashback resistance））。
前述内容被提供用于图示、解释和描述本发明的实施例的目的。对这些实施例的修改和调整对于本领域技术人员而言将是显而易见的并且可以在不偏离本发明的范围或精神的情况下做出。

Claims (17)

1.一种涡轮发动机（20），其特征在于：
被定位在转子组件（24）上游的至少一个燃烧室（16），其特征在于：所述转子组件（24）包括从转子（28）径向向外延伸的至少一排涡轮机动叶（26）；
被定位在所述至少一个燃烧室（16）上游的压缩机（30）；
在所述压缩机（30）和所述至少一个燃烧室（16）之间延伸的至少一个压缩机排放气室（18）；以及
由从喷嘴毂径向向外延伸的多个周向间隔开的旋流器静叶（38）形成的至少一个燃烧室入口混合系统（10），所述多个旋流器静叶（38）中的每个具有沿所述至少一个燃烧室入口混合系统（10）的至少一部分向下游延伸的长度（62）并且进一步具有沿所述喷嘴毂的周边延伸的厚度（66），其特征在于：所述多个旋流器静叶（38）中的至少一个旋流器静叶（38）进一步具有完全穿透所述至少一个旋流器静叶（38）的一部分的厚度（66）的至少一个槽（42），所述至少一个槽（42）沿着所述至少一个旋流器静叶（38）的所述长度（62）的一部分将所述至少一个旋流器静叶（38）从所述喷嘴毂分离。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述至少一个槽（42）被构造成围绕所述喷嘴毂增加一层至少部分非旋流的空气（50）。
3.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述至少一个槽（42）被构造成围绕所述喷嘴毂增加一层非旋流空气（50）。
4.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述喷嘴毂包括被定位在所述多个旋流器静叶（38）下游的隔热罩（58）。
5.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述喷嘴毂包括被定位在所述多个旋流器静叶（38）下游的燃气扩散出口（54）。
6.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述多个旋流器（38）中的每个具有完全穿透所述多个旋流器静叶（38）中的每个的一部分的厚度（66）的至少一个槽（42），所述多个旋流器静叶（38）中的每个的所述至少一个槽（42）沿着所述多个旋流器静叶（38）中的每个的所述长度（62）的一部分将所述多个旋流器静叶（38）中的每个从所述喷嘴毂分离。
7.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述多个旋流器静叶（38）中的至少一半中的每个具有完全穿透所述多个旋流器静叶（38）中的至少一半中的每个的一部分的厚度（66）的至少一个槽（42），所述多个旋流器静叶（38）中的至少一半中的每个的所述至少一个槽（42）沿着所述多个旋流器静叶（38）中的至少一半中的每个的所述长度（62）的一部分将所述多个旋流器静叶（38）中的至少一半中的每个从所述喷嘴毂分离。
8.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述多个旋流器静叶（38）中的至少四分之一中的每个具有完全穿透所述多个旋流器静叶（38）中的至少四分之一中的每个的一部分的厚度（66）的至少一个槽（42），所述多个旋流器静叶（38）中的至少四分之一中的每个的所述至少一个槽（42）沿着所述多个旋流器静叶（38）中的至少四分之一中的每个的所述长度（62）的一部分将所述多个旋流器静叶（38）中的至少四分之一中的每个从所述喷嘴毂分离。
9.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述多个旋流器静叶（38）中的至少三分之一中的每个具有完全穿透所述多个旋流器静叶（38）中的至少三分之一中的每个的一部分的厚度（66）的至少一个槽（42），所述多个旋流器静叶（38）中的至少三分之一中的每个的所述至少一个槽（42）沿着所述多个旋流器静叶（38）中的至少三分之一中的每个的所述长度（62）的一部分将所述多个旋流器静叶（38）中的至少三分之一中的每个从所述喷嘴毂分离。
10.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述多个旋流器静叶（38）中的每个具有弯曲轮廓。
11.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述多个旋流器静叶（38）中的每个具有扭曲轮廓。
12.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述至少一个槽（42）沿着所述至少一个旋流器静叶（38）的所述长度（62）的至少一半将所述至少一个旋流器静叶（38）从所述喷嘴毂分离。
13.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述至少一个槽（42）沿着所述至少一个旋流器静叶（38）的所述长度（62）的至少四分之一将所述至少一个旋流器静叶（38）从所述喷嘴毂分离。
14.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述至少一个旋流器静叶（38）被制造成具有所述至少一个槽（42）。
15.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述至少一个旋流器静叶（38）被修改成包括所述至少一个槽（42）。
16.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述喷嘴毂包括引导喷嘴毂（34）。
17.根据权利要求1所述的涡轮发动机（20），其特征在于：所述喷嘴毂包括主喷嘴毂并且所述多个旋流器静叶（38）包括多个主旋流器静叶（38）。
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