用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的波瓣噴管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪的技術(shù)。其涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的波瓣(lobe)噴管。
【背景技術(shù)】
[0002]為了實(shí)現(xiàn)高效率，在標(biāo)準(zhǔn)燃?xì)鉁u輪中要求高的渦輪入口溫度。因此，導(dǎo)致高NOx排放水平和高壽命周期成本。順序燃燒循環(huán)可減輕這些問(wèn)題，其中，壓縮機(jī)所提供的壓力比幾乎是傳統(tǒng)壓縮機(jī)的兩倍。主流經(jīng)過(guò)第一燃燒室(例如使用US 4，932，861中公開(kāi)的一般類型的噴燃器，也稱為EV燃燒器，EV表示環(huán)境)，一部分燃料在其中燃燒。在高壓渦輪級(jí)處膨脹之后，添加其余的燃料且燃燒(例如使用US 5，431，018或US 5，626，017或US2002/0187448中公開(kāi)的類型的噴燃器，也稱為SEV燃燒器，S表示順序)。這兩種燃燒器都包含預(yù)混合噴燃器，因?yàn)榈蚇Ox排放要求燃料和氧化劑有高混合品質(zhì)。
[0003]在圖1中顯示申請(qǐng)人的具有順序燃燒的示例性燃?xì)鉁u輪，它被稱為GT26。
[0004]圖1的燃?xì)鉁u輪10包括轉(zhuǎn)子11，轉(zhuǎn)子11具有多個(gè)葉片，葉片圍繞機(jī)器軸線20旋轉(zhuǎn)，并且被殼體12包圍?？諝庠诳諝馊肟?13處吸入，并且被壓縮機(jī)14壓縮。壓縮空氣用來(lái)使第一(環(huán)形)燃燒器15中的第一燃料燃燒，從而產(chǎn)生熱氣。熱氣驅(qū)動(dòng)第一高壓(HP)渦輪16，然后在第二(環(huán)形，順序)燃燒器17中再加熱，驅(qū)動(dòng)第二低壓(LP)渦輪18，并且通過(guò)排氣出口 19離開(kāi)燃?xì)鉁u輪10。
[0005]由于對(duì)第二燃燒器17饋送第一燃燒器15的膨脹排氣，所以操作狀況允許燃料空氣混合物自燃(自發(fā)著火)，而不必對(duì)混合物供應(yīng)額外的能量。為了防止燃料空氣混合物在混合區(qū)域中點(diǎn)燃，在其中的駐留時(shí)間必須不超過(guò)自燃延遲時(shí)間。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)確保噴燃器內(nèi)部有無(wú)火焰區(qū)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于燃料在噴燃器出口區(qū)域上實(shí)現(xiàn)合適分布提出了挑戰(zhàn)。SEV噴燃器目前設(shè)計(jì)成僅用天然氣和油工作。因此，相對(duì)于主流的動(dòng)量通量來(lái)調(diào)節(jié)燃料的動(dòng)量通量，以便使其滲透到旋渦中。燃料和氧化劑后來(lái)在混合區(qū)的出口處混合正好足以允許有低的NOx排放(混合品質(zhì))，以及避免逆燃(駐留時(shí)間)，逆燃可由燃料空氣混合物在混合區(qū)中自燃導(dǎo)致。在當(dāng)前的SEV燃料噴射裝置(SEV燃料噴管)中使用的橫向流噴射概念需要高壓載體空氣供應(yīng)，這會(huì)降低動(dòng)力裝置的整體效率。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了用于加強(qiáng)輔助噴燃器中的燃料/空氣混合的各種手段。
[0007]文獻(xiàn)EP 2 522 912 Al涉及組合式調(diào)直器和混合器以及用于燃?xì)鉁u輪的燃燒室的噴燃器，噴燃器包括這種混合裝置。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)直和混合的組合功能，至少兩個(gè)流線型本體布置在包括混合器的側(cè)壁的結(jié)構(gòu)中。各個(gè)流線型本體的前緣區(qū)域具有輪廓，該輪廓定向成平行于在前緣位置處占優(yōu)勢(shì)的主流方向，以及其中，參照流線型本體的中心平面，后緣在相反的橫向方向上設(shè)有至少兩個(gè)波瓣。用兩個(gè)相鄰流線型本體形成波瓣的周期性偏轉(zhuǎn)是異相的。該公開(kāi)進(jìn)一步涉及用于燃?xì)鉁u輪的燃燒室的噴燃器，其包括這種調(diào)直器和混合器以及至少一個(gè)噴嘴，該噴嘴的出口孔口在流線型本體的后緣處或其中。另外，該公開(kāi)涉及這種噴燃器的運(yùn)行。
[0008]文獻(xiàn)EP 2 725 301 Al涉及一種用于燃?xì)鉁u輪的燃燒室的噴燃器，其具有混合和噴射裝置，其中，混合和噴射裝置包括限制壁，限制壁限定氣體流通道和至少兩個(gè)流線型本體，流線型本體各自沿第一橫向方向延伸到氣體流通道中。各個(gè)流線型本體具有兩個(gè)側(cè)向表面，側(cè)向表面布置成基本平行于主流方向，側(cè)向表面它們的上游側(cè)處彼此連結(jié)而形成本體的前緣，并且在它們的下游側(cè)處連結(jié)而形成本體的后緣。各個(gè)流線型本體具有垂直于第一橫向方向的橫截面，橫截面的形狀像流線型輪廓。所述流線型本體中的至少一個(gè)設(shè)有混合結(jié)構(gòu)，而且至少一個(gè)燃料噴嘴位于其后緣處，以基本平行于主流方向?qū)⒅辽僖环N燃料引入到流通道中，其中，流線型本體中的至少兩個(gè)沿著第一橫向方向具有不同的長(zhǎng)度，使得它們可用于筒式燃燒器。
[0009]文獻(xiàn)EP 2 725 303 A2公開(kāi)了一種再熱噴燃器組件，其包括中心本體、具有橫截面區(qū)域的環(huán)形管道、中間燃料噴射平面，中間燃料噴嘴平面沿著中心本體定位，并且主動(dòng)地連接到環(huán)形管道的橫截面區(qū)域，其中，中心本體位于燃燒室的上游，其中，再熱噴燃器組件的結(jié)構(gòu)由各種參數(shù)限定，而且再熱噴燃器組件的結(jié)構(gòu)由各種從屬物限定。
[0010]雖然圖1的示例性燃?xì)鉁u輪10的第二燃燒器17為環(huán)形設(shè)計(jì)，但其它輔助燃燒器為矩形設(shè)計(jì)。
[0011]文獻(xiàn)WO 2011/054766 A2公開(kāi)了(尤其是在圖6中)一種用于燃?xì)鉁u輪的燃燒室的矩形設(shè)計(jì)的噴燃器，其具有用于將至少一種氣態(tài)和/或液態(tài)燃料引入到噴燃器中的噴射裝置，其中，噴射裝置具有至少一個(gè)本體，本體布置在噴燃器中，至少一個(gè)噴嘴用于將至少一個(gè)燃料引入到噴燃器中，該至少一個(gè)本體構(gòu)造成流線型本體，流線型本體具有流線型橫截面輪廓，并且相對(duì)于在噴燃器中占優(yōu)勢(shì)的主流方向垂直地或者傾斜地沿縱向方向延伸，該至少一個(gè)噴嘴的出口孔口在流線型本體的后緣處或其中，以及其中，參照流線型本體的中心平面，后緣沿相反的橫向方向設(shè)有至少兩個(gè)波瓣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目標(biāo)在于對(duì)噴燃器(優(yōu)選矩形)提供一種波瓣噴管，其具有至少四個(gè)平行指狀物，指狀物具有單獨(dú)的指狀物的波瓣的優(yōu)化定向。
[0013]此目標(biāo)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的波瓣噴管來(lái)獲得。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的波瓣噴管包括N多個(gè)(N多4)波瓣指狀物，其中各個(gè)所述波瓣指狀物構(gòu)造成具有流線型橫截面輪廓的流線型本體，其中所述本體具有兩個(gè)側(cè)向表面，其基本平行于熱氣流的方向，其中所述側(cè)向表面在它們的上游側(cè)通過(guò)前緣連結(jié)且在它們的下游側(cè)處連結(jié)而形成后緣，其中用于噴射混合有空氣的氣態(tài)和/或液態(tài)燃料的多個(gè)噴嘴沿著所述后緣分布，并且其中在所述噴嘴之間延伸的波瓣設(shè)置在所述后緣處，以改進(jìn)混合品質(zhì)和減少所述燃燒器中的壓力損失。
[0015]其特征在于，各個(gè)波瓣指狀物的波瓣相對(duì)于所述流方向可具有兩個(gè)相反的定向中的一個(gè)，并且所有波瓣指狀物的波瓣跨越波瓣指狀物而遵從預(yù)先確定的定向型式，并且至少一對(duì)相鄰波瓣指狀物(22a_d)具有相同波瓣定向，從而得到分組的波瓣布置(一LL...或…RR…)，使得所述波瓣指狀物下游的波瓣形產(chǎn)生的至少兩個(gè)旋渦組合起來(lái)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，N=Nr+隊(duì)，其中Nr為具有第一波瓣定向的波瓣指狀物的數(shù)量，而隊(duì)為具有與所述第一波瓣定向相反的第二波瓣定向的波瓣指狀物的數(shù)量。優(yōu)選，^和隊(duì)兩者為至少I(mǎi)。優(yōu)選地，NjP N^相等或大致相等。
[0017]特別地，至少一對(duì)相鄰波瓣指狀物具有相同波瓣定向，從而得到分組的波瓣布置，這允許所述波瓣指狀物下游的波瓣形狀產(chǎn)生的一些旋渦組合成單個(gè)旋渦，并且從而增強(qiáng)混合。與離開(kāi)波瓣指狀物的各個(gè)旋渦相比，組合的單個(gè)旋渦可在垂直于主流方向的平面中具有更大橫截面，從而增強(qiáng)跨越噴燃器的混合。
[0018]特別地，所述預(yù)先確定的定向型式為以下型式中的一個(gè):
1.RR…RRLb-LL,
2.讓…讓!?…!?，
3.RR…?Μ^..???(...κκα...α)，
4.!^"LLRR…RR (!^"LLRR…RR)，
5.RRLLmLLRRGuRRLL)，
6.LLRR…RRLL(…RRLL)，
其中對(duì)于N為偶數(shù)，N/2=Nr=Nl,或?qū)τ贜為奇數(shù)，N/2=Nr+0.5=Nl - 0.5或N/2=Nr-0.5=Nl+0.5o
[0019]更具體而言，N=8，并且所述預(yù)先確定的定向型式為以下型式中的一個(gè):
1.RRRRLLLL，
2.LLLLRRRR,
3.RRLLRRLL，
4.LLRRLLRR，
5.RRLLLLRR,
6.LLRRRRLLo
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，N=4。
[0021]特別地，所述預(yù)先確定的定向型式為RRLL或LLRR。
[0022]特別地，所述預(yù)先確定的定向型式為RLLR或LRRL。
[0023]特別地，所述預(yù)先確定的定向型式為以下型式中的一個(gè):
RRRL，RLLL，
LLLR，LRRR，
RRRR，LLLL。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述波瓣指狀物布置在左側(cè)壁和右側(cè)壁之間，并且與所述側(cè)壁相鄰的兩個(gè)波瓣指狀物具有根據(jù)以下方案中的一個(gè)的預(yù)先確定的波瓣定向:
(左壁)R…L(右壁)，
(左壁)L...!?(右壁)。
[0025]特別地，各個(gè)所述波瓣指狀物具有偶數(shù)個(gè)噴嘴，并且與所述側(cè)壁相鄰的兩個(gè)波瓣指狀物具有根據(jù)方案(左壁)R…L(右壁)的預(yù)先確定的波瓣定向。
[0026]特別地，各個(gè)波瓣指狀物具有波瓣指狀物弦，其從前緣到后緣而使波瓣指狀物對(duì)分，并且與在前緣處相比，兩個(gè)所述波瓣指狀物的波瓣指狀物弦在后緣處彼此更靠近。
[0027]另一個(gè)實(shí)施例包括燃?xì)鉁u輪，其包括上面描述的波瓣噴管。
[0028]例如，具有順序燃燒的燃?xì)鉁u輪(諸如GT26)的第二噴燃器可包括上面描述的波瓣噴管。波瓣噴管還可設(shè)置在具有順序燃燒的燃?xì)鉁u輪的第二噴燃器中，而第一和第二燃燒器之間沒(méi)有高壓渦輪。這種燃?xì)鉁u輪結(jié)構(gòu)例如顯示在W02012136787A1中。
【附圖說(shuō)明】
[0029]現(xiàn)在借助于不同的實(shí)施例且參照附圖來(lái)更密切地闡述本發(fā)明。
[0030]圖1為具有類型GT26的順序燃燒的示例性燃?xì)鉁u輪的透視圖；
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于矩形設(shè)計(jì)的輔助燃燒器的波瓣噴管；以及圖3以與熱氣流方向逆向的視圖顯示根據(jù)圖2的波瓣噴管的波瓣定向的四個(gè)不同的可能性。
[0031]部件列表:
10燃?xì)鉁u輪(GT，例如GT26)
11轉(zhuǎn)子 12殼體 13空氣入口 14壓縮機(jī)
15燃燒器(環(huán)形，例如EV)
16高壓(HT)渦輪
17燃燒器(環(huán)形，例如輔助，例如SEV)
18低壓(LP)渦輪 19排氣出口 20機(jī)器軸線 21波瓣噴管 22指狀物 22a-d指狀物 23前緣 24后緣 25上部板 26下部板 27噴嘴 28波瓣
29液態(tài)燃料供應(yīng) 30空氣穩(wěn)壓室 31氣體穩(wěn)壓室 32 (熱氣流的)方向。
【具體實(shí)施方式】
[0032]根據(jù)本發(fā)明，分組的或交替的相鄰波瓣指狀物是具有局部組合旋渦(分組的)或不具有局部組合旋渦(交替)的原因；因而其限定燃料、冷卻空氣和熱氣的大規(guī)?；旌纤?。布置基于噴燃器尺寸和波瓣指狀物的可能數(shù)量限定。對(duì)于當(dāng)前矩形順序噴燃器，四個(gè)指狀物布置是恰當(dāng)?shù)?。但是，布置將不限于四個(gè)指狀物布置。
[0033]在再加熱噴燃器內(nèi)，三個(gè)波瓣指狀物的布置的特性不同于具有四個(gè)指狀物或更多個(gè)的布置。對(duì)于這種布置，分組的波瓣允許旋渦彼此組合(兩個(gè)或更多個(gè)旋渦可組合成單個(gè)旋渦)且從而產(chǎn)生大規(guī)模結(jié)構(gòu)，這會(huì)增強(qiáng)混合且因而有益于NOx、CO和總溫度分布因素(OTDF) ο
[0034]根據(jù)本發(fā)明的示例的波瓣噴管顯示在圖2中。優(yōu)選與矩形噴燃器一起使用的圖2的波瓣噴管21包括四個(gè)分離指狀物22a-d，其在上部板25和下部板26之間平行延伸。各個(gè)指狀物22構(gòu)造成具有流線型橫截面輪廓(如翼型件)的流線型本體。本體具有兩個(gè)側(cè)向表面，其基本平行于具有流方向32的軸向熱氣流，軸向熱氣流在上部板和下部板2