CN113924445A - 预蒸发管、设置有预蒸发管的燃烧组件以及设置有燃烧组件的涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机燃烧室的预蒸发管(5)，该预蒸发管包括大致细长形的主体(50)，该主体包括界定入口管道(52)的第一端部部分(51)，所述入口管道中安装有燃料喷射器，主体(50)具有外表面(500)，该外表面具有第一长度(L1)和第二长度(L2)，该第一长度从部分(51)延伸到至少一个第一燃料出口端件(53)，该第二长度从端件(53)对第一长度(L1)进行延长并且从端件(53)延伸到第二燃料出口端件(54)。根据本发明，主体(50)的内部具有第一通道(55)和第二通道(56)，该第一通道将管道(52)连接到端件(53)，该第二通道与第一通道(55)不同，并且该第二通道将管道(52)连接到端件(54)。

Description

预蒸发管、设置有预蒸发管的燃烧组件以及设置有燃烧组件 的涡轮机

技术领域

本发明涉及用于涡轮机燃烧室的预蒸发管、设置有这种蒸发管的燃烧室以及设置有这种燃烧室的涡轮机。

背景技术

管通常附接到壳体上，以经由壳体的开口进入燃烧室。

例如，从文献FR-A-3 066 009和WO 2015/079166中已知这种管。

从文献FR-A-3 066 009中已知的预蒸发管包括主体，该主体具有大致细长的形状并且限定第一内部纵向管道，在该第一内部纵向管道中旨在安装有燃料喷射器，所述主体包括：用于附接到腔室壁的第一纵向端部；第二纵向端部；以及两个弯曲臂，这两个弯曲臂被设置在第二纵向端部处并且限定弯曲端件，该弯曲端件的第一端部与所述第一管道流体连通，并且，该弯曲端件的第二端部旨在通向腔室中。

这种管的缺点是弯曲臂产生横向空间需求，使得通过使管穿过腔室的开口而将管取出变得更加困难。

文献WO 2015/079166描述了根据图1的预蒸发管，该预蒸发管包括管状壁61，该管状壁形成管道32，该管道在燃烧室10的内部延伸并且通过两个端件33通向燃烧室中，两个端件连接到壁61的长度的不同位置，与插入到管道的一个端部中的燃料喷射器相距一距离。由于端件是串联的，因此使得能够更容易地将管滑入腔室的开口中从而将该管取出。

另一方面，由根据图1的两个端件排出的燃料流过于不对称，这意味着在燃烧室中的两个端件出口处进行的燃烧也是不对称的。

发明内容

本发明的目的在于获得一种用于涡轮机燃烧室的预蒸发管，该预蒸发管既可以通过滑出燃烧室的开口而易于拆卸，又可以更好地监测来自端件的燃料流。

为此，本发明的第一个主题是一种用于涡轮机燃烧室的预蒸发管，所述预蒸发管包括具有大致细长形状的主体，所述主体包括界定入口管道的第一端部部分，燃料喷射器旨在被安装在所述入口管道中，

所述主体具有外表面，所述外表面具有至少第一长度和至少第二长度，所述第一长度从端部部分延伸到至少第一燃料出口端件，所述第二长度从所述第一燃料出口端件对第一长度进行延长并且从所述第一燃料出口端件延伸到至少第二燃料出口端件，

其特征在于，

所述主体的内部具有至少第一通道和至少第二通道，所述第一通道将所述入口管道连接到所述第一燃料出口端件，所述第二通道与所述第一通道分开，并且所述第二通道将所述入口管道连接到所述第二燃料出口端件。

由于本发明，可以独立于第二通道的布置方式来确定第一通道的布置方式，以便能够分别在第一端件和第二端件中产生具有更相似特性的两个燃料流，即第一燃料流和第二燃料流。

根据本发明的一个实施例，所述主体的所述外表面包括主臂和横向臂，所述主臂大致沿着第一纵向方向延伸，所述横向臂连接到所述主臂并且沿着第二方向以弯曲的方式偏离，所述第二方向相对于所述第一纵向方向是横向的，

所述主臂将所述端部部分连接到所述第一燃料出口端件，并且

所述第二燃料出口端件位于所述横向臂中，与所述主臂相距一距离并且与所述第一燃料出口端件相距一距离。

根据本发明的一个实施例，所述第一燃料出口端件和所述第二燃料出口端件沿与相同的第三燃料出口方向相同的取向进行定向。

根据本发明的一个实施例，所述第一长度沿着所述外表面的最短线从所述端部部分到所述第一燃料出口端件的第一中心部分进行截取，所述第二长度沿着所述外表面的最短线从所述第一燃料出口端件的所述第一中心部分到所述第二燃料出口端件的第二中心部分进行截取。

根据本发明的一个实施例，所述第一通道具有大于所述第一长度的第一内部燃料通道长度。

根据本发明的一个实施例，所述第一通道的第一内部燃料通道长度沿着下述线进行截取，所述线相对于所述主体的界定所述第一通道的第一内表面居中。

根据本发明的一个实施例，所述第一通道的第一内部燃料通道长度的第一部分位于所述主体的所述外表面的所述第二长度内。

根据本发明的一个实施例，所述第一通道包括第二部分，所述第二部分相对于所述第一通道的第三部分弯曲，所述第三部分连接到所述第一通道的所述第二部分。

根据本发明的一个实施例，所述第一通道包括至少一个弯曲部，所述至少一个弯曲部位于所述主体的所述外表面的所述第二长度内并且位于所述第一通道的所述第三部分和所述第一通道的所述第二部分之间。

根据本发明的一个实施例，所述第一通道在所述第一长度上以及在所述第二长度的第四部分上与所述主体内部的所述第二通道的一部分邻接。

根据本发明的一个实施例，所述第一通道、所述第一燃料出口端件、所述二通道以及所述第二燃料出口端件由所述主体的至少一个内壁和所述主体的所述外表面界定，所述外表面与所述至少一个内壁为一体件。

根据本发明的一个实施例，所述主体是通过增材制造制成的部件。

根据本发明的一个实施例，所述预蒸发管还包括用于将空气引入所述入口管道的装置。

根据本发明的一个实施例，所述第一通道由所述主体的第一内表面界定，所述第二通道由所述主体的第二内表面界定，所述主体的所述第一内表面的第一面积与所述主体的所述第二内表面的第二面积的差距小于10％。

本发明的第二个主题是一种涡轮机燃烧组件，所述涡轮机燃烧组件包括：

-壳体，

-设置在所述壳体中的燃料燃烧室，

-至少一个如上所述的预蒸发管，所述预蒸发管的第一端部部分被安装在所述壳体上，并且所述预蒸发管的主体通过形成在所述燃烧室的壁中的开口进入所述燃烧室，第一燃料出口端件和第二燃料出口端件位于所述燃烧室中，

-燃料喷射器，所述燃料喷射器被安装在所述预蒸发管的所述入口管道中。

本发明的第三个主题是一种涡轮机，所述涡轮机包括如上所述的燃烧组件。

附图说明

通过阅读以下描述将更好地理解本发明，以下描述仅以非限制性的示例并参考附图给出。

[图1]示意性地示出了根据文献WO 2015/079166的预蒸发管的一个示例。

[图2]示意性地示出了根据本发明的一个实施例的预蒸发管的纵向截面。

[图3]示意性地示出了燃烧组件的透视图，在该燃烧组件中可以使用根据本发明的预蒸发管。

[图4]示意性地示出了燃烧组件的局部截面，在该燃烧组件中可以使用根据本发明的预蒸发管，并且在该燃烧组件中已经部分地示出了该预蒸发管。

[图5]示意性地示出了根据本发明的另一实施例的预蒸发管的内部视图。

具体实施方式

根据本发明的预蒸发管5和燃烧组件1可以被安装在涡轮机上。

参照图1、图3以及图4，燃烧组件1包括壳体20，壳体中设置有燃烧室10。燃烧室10可以例如包括两个回转壁，分别为内回转壁11和外回转壁12，一个回转壁在另一个回转壁的内部延伸，并且内回转壁和外回转壁通过腔室10的环形底壁13进行连接。壳体20还可以包括被称为外护罩的回转外壁22，该回转外壁围绕燃烧室10延伸，并且该燃烧室的外壁12附接到该回转外壁上。

燃烧组件1还包括一个或多个预蒸发管5。根据文献WO 2015/079166的蒸发管300的示例在图1和图3中示出。

根据本发明的一个或多个蒸发管5可以被安装在图3和图4的燃烧组件1中，其中，图3和图4中未示出该一个或多个蒸发管。一个或多个预蒸发管5被安装在壳体20和/或燃烧室10的壁上。根据本发明的一个或多个蒸发管5可以被拆卸。预蒸发管本身在燃烧室10的外壁或燃烧室的腔室底壁处被附接到燃烧室10，并且预蒸发管通过形成在壁中的开口14进入燃烧室10。

在图2和图5中，根据本发明的预蒸发管5包括在长度上以弯曲方式延伸的主体50。主体50包括界定入口管道52的第一端部部分51，如图4所示，燃料喷射器40旨在安装在该入口管道中，用于将燃料输送到管5中。端部部分51可以例如在长度上是直线的。空气也通过管道52进入。

第一端部部分51连接到如下所述的流体传输部段57，用于输送燃料。管5的主体50的流体传输部段57可以例如在长度上是弯曲的。管5的主体50的外表面500包括主臂502和横向臂503，该主臂大致沿着(和/或围绕)第一纵向方向D1延伸，该横向臂连接到主臂502并且沿着第一纵向方向D1的第二横向方向D2(在图2和图5中，第二横向方向可以例如朝向右侧)以弯曲的方式偏离。横向臂503相对于主臂502弯曲。第二横向方向D2可以垂直于第一纵向方向D1。在其他实施例中，第二横向方向D2可以相对于第一纵向方向D1形成小于90°或大于90°的角度。

根据一个实施例，主臂502将端部部分51连接到第一燃料出口端件53，并且第二燃料出口端件54位于横向臂503中，与主臂502相距一距离并且与第一燃料出口端件53相距一距离。

根据本发明的一个实施例，第一燃料出口端件53和第二燃料出口端件54沿与相同的第三燃料出口方向D3相同的取向进行定向。例如，在图2和图5中，第三燃料出口方向D3相对于主臂502和/或相对于横向臂503和/或相对于第一纵向方向D1和/或相对于第二横向方向D2是横向的或垂直的。

流体传输部段57具有外壁505，该外壁具有外表面500。主体50的外表面500具有从端部部分51到第一燃料出口端件53的第一非零长度L1。管5的主体50的外表面500具有第二非零长度L2，该第二非零长度从第一燃料出口端件53对第一长度L1进行延长。第二长度L2从第一燃料出口端件53延伸到远离第一燃料出口端件53的第二燃料出口端件54。

这些长度是曲线的。第一长度L1可以例如沿着外表面500的最短线从端部部分51到第一燃料出口端件53的第一中心部分进行截取。第二长度L2可以例如沿着外表面500的最短线从第一燃料出口端件53的第一中心部分到第二燃料出口端件54的第二中心部分进行截取。在图2和图5中，这些长度L1和L2在管5的外侧上示出，以使这两个图清晰。

主体50的流体传输部段57包括第一通道55，该第一通道将入口管道52连接到第一燃料出口端件53。第一通道55是中空的，用于将燃料和空气从入口管道52输送到第一端件53。主体50的流体传输部段57包括第二通道56，该第二通道与第一通道55分开，并且该第二通道将入口管道52连接到第二燃料出口端件54。第二通道56是中空的，用于将燃料和空气从入口管道52输送到第二端件54。第一通道55和第二通道56仅通过入口管道52彼此连通，例如，通过入口管道的集气室彼此连通。第一通道55和第二通道56被界定在主体50的内部。当然，可以提供多于两个的通道以及多于两个的端件。通道55和/或通道56可以在主体50内蜿蜒。第一通道55因此是用于输送燃料和空气的第一通道55。第一端件53因此是第一燃料和空气出口端件53。第二通道56因此是第二燃料和空气输送通道56。第二端件54因此是第二燃料和空气出口端件54。

由于通道55和通道56，可以分别在第一端件和第二端件的出口处更好地监测彼此更相似的两个燃料流，即第一燃料流和第二燃料流，这有助于将第一燃料流和第二燃料流有效地集成到涡轮机2中。通过利用通道55和通道56，由此可以保证在管5的端件53和端件54的出口处具有相同的功能，特别是相同的蒸发功能，从而保证具有相同功能的端件53和端件54。因此，可以在端件53和端件54中获得更好的蒸发对称性，并且在腔室10中获得更好的燃烧均匀性。特别地，本发明可以获得在透气性、停留时间、湿润表面、端件53和端件54的出口处的流率、端件53和端件54的出口处蒸发的燃料分数等性能方面等效的端件53和端件54。因此，本发明可以减少功能偏差，从而限制与这种更改相关联的风险和成本，本发明还可以实现显著的维护收益。因此，本发明可以在端件53和端件54的出口处获得等效的燃烧。

在下面的实施例中描述了通道55和通道56的布置的特征。

根据图2和图5所示的一个实施例，外壁505连接到界定第一通道55和第二通道56的一个或多个内壁501。根据图2和图5所示的一个实施例，外壁505与一个或多个内壁501为一体件。

根据图2和图5所示的一个实施例，第一通道55由主体50的第一内表面5041界定。第一内表面5041部分地由外壁505承载，并且部分地由一个或多个内壁501承载。

根据图2和图5所示的一个实施例，第二通道55由主体50的第二内表面5042界定。第二内表面5042部分地由外壁505承载，并且部分地由一个或多个内壁501承载。

根据图2和图5所示的一个实施例，第一通道55具有大于第一长度L1的第一内部燃料通道长度。因此，第一通道55可以围绕第一长度L1弯曲，以行进经过比外表面500的从入口管道52的边缘到第一端件53的边缘的路径更长的路径。因此，可以更好地使第一通道55的长度和/或体积更接近第二通道56的长度和/或体积，这使得能够在第一端件53和第二端件54中获得更相似的燃料流。第一通道55的第一内部燃料通道长度可以沿下述线进行截取，所述线位于第一通道55中，并且所述线由主体50的界定第一通道55的第一内表面5041包围或者相对于主体50的界定第一通道55的第一内表面5041居中。

第二通道56的第二内部燃料通道长度可以沿下述线进行截取，所述线位于第二通道56中，并且所述线由主体50的界定第二通道56的第二内表面5042包围或者相对于主体50的界定第二通道56的第二内表面5042居中。

根据图2和图5所示的一个实施例，第一通道55的第一内部燃料通道长度的第一部分551位于主体50的外表面500的第二长度L2内。第一通道55因此被延长，这使得可以在第一端件53和第二端件54中获得更相似的燃料流。

根据图2和图5所示的一个实施例，第一通道55的(第一内部燃料通道长度的)第二部分552相对于第一通道55的(第一内部燃料通道长度的)第三部分553沿着一个或多个弯曲部554弯曲或弯折，第三部分553连接到第二部分552。第一通道的位于第一通道的第三部分553和第一通道的第二部分552之间的一个或多个弯曲部554可以例如位于主体50的外表面500的第二长度L2内，也就是说，位于第一通道的第一部分551中。因此，可以在减小的空间中设置第一通道55的更长的内部长度。以这种方式，实现了通道55和通道56的内部长度和体积之间的更好的对称性。

根据图2和图5所示的一个实施例，第一通道55在第一长度L1上以及在第二长度L2的第四部分564上邻接(也就是说，通过主体50的至少一个内壁501与其分开而与其邻近定位)主体50内部的第二通道56的一部分561。

根据图2和图5所示的一个实施例，第一通道55、第一燃料出口端件53、第二通道56以及第二燃料出口端件54由主体50的一个或多个内壁501和主体50的外表面500界定。主体50的外表面500与主体50的一个或多个内壁501为一体件。因此，在使端件53和端件54的出口处具有更相似的燃料流以及使管5的重量进一步减轻的同时，获得了管5的进一步减小的外部宽度。

根据一个实施例，第一通道55的第一内部燃料通道表面5041的第一面积与第二通道56的第二内部燃料通道表面5042的第二面积大致相等或两者的差距小于10％；和/或第一通道55的第一内部体积与第二通道56的第二内部体积大致相等或两者的差距小于10％；和/或第一通道55的第一内部燃料通道长度与第二通道56的第二内部燃料通道长度大致相等或两者的差距小于10％。

根据一个实施例，第一通道55的第一流率/压力特性与第二通道56的第二流率/压力特性大致相等，或者两者的差距小于10％。

根据图2和图5所示的一个实施例，主体50是通过增材制造制成的部件。这使得更容易实现通道的内部曲率。

根据图2和图5所示的一个实施例，预蒸发管5包括用于将空气引入入口管道52的装置。这些空气引入装置在入口管道52中可以包括一个或多个用于引入空气的孔35和/或管道6，该一个或多个孔和/或管道的非限制性示例在图1和图4中示出。

根据一个实施例，根据本发明的一个或多个预蒸发管5的第一端部部分51被安装在壳体20上。在该安装位置，管5的主体50通过存在于燃烧室10的壁中的开口14进入燃烧室10。在该安装位置，第一燃料出口端件53和第二燃料出口端件54位于燃烧室10中。如图4所示，在该安装位置，燃料喷射器40(在图2和图5中省略了该元件)被安装在每个预蒸发管5的入口管道52中。第一端部部分51可以位于燃烧室10的外部。

下面描述了包括根据本发明的预蒸发管5的燃烧组件1的一种运作模式。

燃料喷射器40通向入口管道52中以在该入口管道中喷射燃料。一旦腔室10内的燃烧已经被称为“启动喷射器”的另一种类型的喷射器启动，主喷射器40就喷射燃料。燃料由喷射器40喷射到管5的入口管道52中，通过燃烧室10中发生的燃烧而对管5进行加热。在与管5的壁接触时，燃料进行蒸发并且与来自形成在管的壁31中的一个或多个孔35的空气在壳体20的外护罩22和燃烧室的外壁12之间进行混合。图1中示出了孔35穿过管5的入口管道52的壁的布置方式的一个示例。

空气-燃料混合物通过预蒸发管5的端件53和端件54进入燃烧室10。当燃料-空气混合物离开管5的端件53和端件54时，燃料-空气混合物在燃烧室10中点燃。端件53和端件54可以朝向腔室10的底壁13进行定向，从而实现喷射燃料的良好燃烧。

每个预蒸发管5可以被安装在壳体20的外护罩22上，并且通过形成在燃烧室10的外壁12中的开口14进入燃烧室10的内部。端部部分51的远离每个预蒸发管5的流体传输部段57的端部58可以被安装在壳体20的外护罩22的外侧上。为了拆卸预蒸发管5，可以将该预蒸发管滑入开口14中以从该开口中将其取出。这使得可以从壳体20的外部接近预蒸发管5(例如进行修理或更换)，而不必对壳体20或燃烧室10进行拆卸。

预蒸发管5可以借助于形成在壳体20的外护罩22中的另一开口24进入壳体20的内部，开口24优选地面向燃烧室10的壁的开口14，以便于插入和取出预蒸发管5，该预蒸发管的入口管道32通常以直线方式延伸。

每个预蒸发管30能够可移除地安装在壳体20和/或燃烧室10的壁上，例如，通过螺栓连接或螺纹连接。这使得易于对管进行移除以对管进行更换、修理或清洁。

燃烧组件1还可以包括密封环50，该密封环被适配成确保燃烧室10在开口14处的密封性，并且使得预蒸发管5能够在燃烧室10中穿过。密封环15可以设置在开口14的边缘140和管5的外表面500之间。环15确保了壁12的密封性，同时使得该环在涡轮机2的运作期间可以通过热膨胀而变形。

当然，上述实施例、特征、可能性和示例可以相互组合或相互独立地进行选择。

Claims (14)

1.一种用于涡轮机燃烧室(10)的预蒸发管(5)，所述预蒸发管包括具有大致细长形状的主体(50)，所述主体(50)包括界定入口管道(52)的第一端部部分(51)，燃料喷射器(40)旨在安装在所述入口管道中，

所述主体(50)具有外表面(500)，所述外表面具有至少第一长度(L1)和至少第二长度(L2)，所述第一长度从端部部分(51)延伸到至少第一燃料出口端件(53)，所述第二长度从所述第一燃料出口端件(53)对所述第一长度(L1)进行延长，并且所述第二长度从所述第一燃料出口端件(53)延伸到至少第二燃料出口端件(54)，

其特征在于，

所述主体(50)的内部具有至少第一通道(55)和至少第二通道(56)，所述第一通道将所述入口管道(52)连接到所述第一燃料出口端件(53)，所述第二通道与所述第一通道(55)分开，并且所述第二通道将所述入口管道(52)连接到所述第二燃料出口端件(54)。

2.根据权利要求1所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述主体(50)的所述外表面(500)包括主臂(502)和横向臂(503)，所述主臂大致沿着第一纵向方向(D1)延伸，所述横向臂连接到所述主臂(502)并且沿着第二方向(D2)以弯曲的方式偏离，所述第二方向相对于所述第一纵向方向(D1)是横向的，

所述主臂(502)将所述端部部分(51)连接到所述第一燃料出口端件(53)，并且

所述第二燃料出口端件(54)位于所述横向臂(503)中，与所述主臂(502)相距一距离并且与所述第一燃料出口端件(53)相距一距离。

3.根据前述权利要求中任一项所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述第一燃料出口端件(53)和所述第二燃料出口端件(54)沿与相同的第三燃料出口方向(D3)相同的取向进行定向。

4.根据前述权利要求中任一项所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述第一通道(55)具有大于所述第一长度(L1)的第一内部燃料通道长度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述第一通道(55)的第一内部燃料通道长度的第一部分(551)位于所述主体(50)的所述外表面(500)的所述第二长度(L2)内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述第一通道(55)包括第二部分(552)，所述第二部分相对于所述第一通道(55)的第三部分(553)弯曲，所述第三部分连接到所述第一通道的所述第二部分(552)。

7.根据权利要求6所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述第一通道(55)包括至少一个弯曲部(554)，所述至少一个弯曲部位于所述主体(50)的所述外表面(500)的所述第二长度(L2)内并且位于所述第一通道的所述第三部分(553)和所述第一通道的所述第二部分(552)之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述第一通道(55)在所述第一长度(L1)上以及在所述第二长度(L2)的第四部分(564)上与所述主体(50)内部的所述第二通道(56)的一部分(561)邻接。

9.根据前述权利要求中任一项所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述第一通道(55)、所述第一燃料出口端件(53)、所述第二通道(56)以及所述第二燃料出口端件(54)由所述主体(50)的至少一个内壁(501)和所述主体(50)的所述外表面(500)界定，所述外表面(500)与所述至少一个内壁(501)为一体件。

10.根据前述权利要求中任一项所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述主体(50)是通过增材制造制成的部件。

11.根据前述权利要求中任一项所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述预蒸发管(5)还包括用于将空气引入所述入口管道(52)的装置。

12.根据前述权利要求中任一项所述的预蒸发管(5)，其特征在于，所述第一通道(55)由所述主体(50)的第一内表面(5041)界定，所述第二通道(56)由所述主体(50)的第二内表面(5042)界定，

所述主体(50)的所述第一内表面(5041)的第一面积与所述主体(50)的所述第二内表面(5042)的第二面积的差距小于10％。

13.一种涡轮机燃烧组件(1)，所述涡轮机燃烧组件包括：

-壳体(20)，

-设置在所述壳体(20)中的燃料燃烧室(10)，

-至少一个根据前述权利要求中任一项所述的预蒸发管(5)，所述预蒸发管的第一端部部分(51)被安装在所述壳体(20)上，并且所述预蒸发管的主体(50)通过形成在所述燃烧室的壁中的开口(14)进入所述燃烧室(10)，第一燃料出口端件(53)和第二燃料出口端件(54)位于所述燃烧室中，

-燃料喷射器(40)，所述燃料喷射器被安装在所述预蒸发管(5)的入口管道(52)中。

14.一种涡轮机，所述涡轮机包括根据权利要求13所述的燃烧组件(1)。

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