CN102853450B - 包括涡流改变***的涡轮机燃烧器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括涡流改变***的涡轮机燃烧器组件。涡轮机(2)燃烧器组件(20)包括燃烧器主体(34)和布置在燃烧器主体(34)内并限定燃烧室(48)的燃烧器衬套(43)。燃烧器衬套(43)包括布置在燃烧室(48)内的文氏管部分(50)。流体通道(74)限定在燃烧器主体(34)与燃烧器衬套(43)之间，并且至少一个紊流器(80)布置在该流体通道(74)中。所述至少一个紊流器(80)构造及设置成在流体通道(74)中形成涡流。涡流改变***(153)布置在流体通道(74)并且构造及设置成扰乱流体通道(74)中的涡流。

Description

包括涡流改变***的涡轮机燃烧器组件
技术领域
本文公开的主题涉及涡轮机领域，并且更特定地涉及包括涡流改变(vortexmodification)***的涡轮机燃烧器。
背景技术
一般而言，燃气涡轮发动机燃烧释放热能的燃料/空气混合物而形成高温气流。该高温气流经由热气体路径被引导到涡轮。涡轮将来自高温气流的热能转换为使涡轮轴旋转的机械能。涡轮可以用于各种应用中，例如用于向泵或发电机提供动力。
许多燃气涡轮包括环形燃烧器，形成高温气流的燃烧气体形成于该环形燃烧器内。其它涡轮机采用布置成筒环形阵列的多个燃烧器。在这种涡轮机中，燃烧气体形成于多个燃烧器中的每一个中，在由燃烧器主体限定的燃烧室中燃烧，并通过过渡件传送到涡轮。通常，压缩机排气传入燃烧器中，以冷却各种表面并协助形成燃料/空气混合物。在某些布置中，压缩机排气通常沿燃烧器衬套被引向文氏管(venturi)。
压缩机排气的一部分被引导到文氏管的内表面上用于冷却。压缩机排气从文氏管传入形成于燃烧器主体与燃烧器衬套之间的通道中。在某些布置中，多个紊流器(turbulator)部件布置在该通道中。紊流器部件形成增强燃烧器主体中的热传递的流动涡流。压缩机排气离开该通道进入燃烧室中，以与燃烧气体混合。
发明内容
根据示范性实施例的一个方面，一种涡轮机燃烧器组件包括燃烧器主体和布置在燃烧器主体内并限定燃烧室的燃烧器衬套。燃烧器衬套包括布置在燃烧室内的文氏管部分。流体通道限定在燃烧器主体与燃烧器衬套之间，并且至少一个紊流器布置在该流体通道中。所述至少一个紊流器构造及设置成在流体通道中形成涡流。涡流改变***布置在流体通道并且构造及设置成扰乱涡流。
根据示范性实施例的另一方面，一种涡轮机包括压缩机部分、涡轮部分以及将压缩机部分与涡轮部分流体连接的燃烧器组件。该燃烧器组件包括燃烧器主体和布置在燃烧器主体内并限定燃烧室的燃烧器衬套。燃烧器衬套包括布置在燃烧室内的文氏管部分。流体通道限定在燃烧器主体与燃烧器衬套之间，并且至少一个紊流器布置在该流体通道中。所述至少一个紊流器构造及设置成在流体通道中形成涡流。涡流改变***布置在流体通道并且构造及设置成扰乱涡流。
根据示范性实施例的又一方面，一种利用压缩机排气减轻燃烧器组件中不期望的噪音的方法，包括：将压缩机排气传入布置在燃烧器组件内的文氏管部分中；引导压缩机排气越过文氏管部分的内表面以提供冷却；将压缩机排气从文氏管部分传入限定在燃烧器组件中的流体通道中；在经过流体通道的压缩机排气中形成涡流以便于热交换；以及扰乱压缩机排气中的涡流以减小燃烧器组件中不期望的噪音。
根据下面结合了附图的描述，这些和其它的优点及特征将变得更加显而易见。
附图说明
视为本发明的主题在作为说明书的结论的权利要求书中具体指出并清楚地主张权利。根据以下结合附图的详细描述，本发明的前述和其它的特征及优点是显而易见的，在附图中：
图1是包括具有根据示范性实施例的涡流改变***的燃烧器组件的涡轮机的示意图；
图2是图1的燃烧器组件的局部截面侧视图，示出了根据示范性实施例的一个方面的涡流改变***；
图3是图2的涡流改变***的细节图，显示了定位成邻近下游端紊流器的喷射(jet)部件；
图4是根据示范性实施例的另一方面的涡流改变***的细节图，示出了定位在多个紊流器中的相邻紊流器之间的喷射部件；
图5描绘了根据示范性实施例的一个方面的喷射部件；
图6描绘了根据示范性实施例的另一方面的喷射部件；
图7描绘了根据示范性实施例的又一方面的喷射部件；
图8示出了根据示范性实施例的另一方面的涡流改变***；
图9示出了根据示范性实施例的再一方面的涡流改变***；
图10示出了根据示范性实施例的又一方面的涡流改变***；以及
图11示出了根据示范性实施例的再一方面的涡流改变***。
详细描述参照附图借助于示例说明了本发明的实施例，以及优点和特征。
符号说明：
2涡轮机
4压缩机部分
6涡轮部分
8压缩机壳体
10涡轮壳体
16压缩机/涡轮轴或转子
20燃烧器组件
34燃烧器主体
36前端(34)
37喷射器喷嘴壳体
38外表面(34)
39内表面(34)
43燃烧器衬套
44内表面
45外表面
46通道
48燃烧室
50文氏管部分
52文氏管喉部
56外表面
57内表面
59内文氏管区段
62内文氏管板
64文氏管壁
67外表面
68内表面
74流体通道
80紊流器
81上游端紊流器
82下游端紊流器
86涡流改变***
90喷射部件
102图4
104涡流改变***
106喷射部件
107喷射部件
108喷射部件
109喷射部件
110喷射部件
111喷射部件
112圆形(图5)
114喷射部件(图6)
115喷射部件(图6)
118喷射部件(图7)
119喷射部件
130涡流改变***
133涡流改变紊流器
134涡流改变紊流器
135涡流改变紊流器
136涡流改变紊流器
137涡流改变紊流器
138涡流改变紊流器
142涡流改变***(图9)
144紊流器
145紊流器
146紊流器
147紊流器
148紊流器
153涡流改变***
155第一多个紊流器
156第一多个紊流器
157第一多个紊流器
158第一多个紊流器
159第一多个紊流器
160第一多个紊流器
161第一多个紊流器
162第一多个紊流器
165第二多个紊流器
166第二多个紊流器
167第二多个紊流器
180涡流改变***
183第一多个紊流器
184第一多个紊流器
185第一多个紊流器
186第一多个紊流器
187第一多个紊流器
188第一多个紊流器
194第二多个紊流器
195第二多个紊流器。
具体实施方式
参照图1，大体上以2来表示根据示范性实施例构成的涡轮机。涡轮机2包括压缩机部分4和涡轮部分6。压缩机部分4包括压缩机壳体8，并且涡轮部分6包括涡轮壳体10。压缩机部分4通过公共的压缩机/涡轮轴或转子16连结到涡轮部分6。压缩机部分4还通过多个周向间隔开的燃烧器组件连结到涡轮部分6，以20来表示其中一个燃烧器组件。
如图2中最佳显示的，燃烧器组件20包括具有前端36的燃烧器主体34，喷射器喷嘴壳体37安装在该前端36。燃烧器主体34包括外表面38和内表面39。在所示的示范性实施例中，燃烧器组件20包括布置在燃烧器主体34内的燃烧器衬套43。燃烧器衬套43包括内表面44和外表面45。外表面45与内表面39间隔开，形成了将压缩机排气从压缩机部分4朝喷射器喷嘴壳体37传输的通道46。燃烧器衬套43的内表面44限定燃烧室48。进一步根据所示的示范性实施例，燃烧器组件20包括设置在燃烧室48中的燃烧器衬套43上的文氏管部分50。文氏管部分50限定了起作用而使经过燃烧室48的可燃混合物稳定的文氏管喉部52。
在图2和图3所示的示范性实施例中，文氏管部分50包括暴露于燃烧室48中的燃烧气体的外表面56和限定内文氏管区段59的内表面57。文氏管部分50还显示为包括布置在内文氏管区段59内的内文氏管板62和在燃烧室48中向下游延伸的文氏管壁64。文氏管壁64包括外表面67和内表面68。文氏管壁64的内表面68与燃烧器衬套43的内表面44间隔开，形成了流体通道74。利用这种布置，内文氏管板62将经过通道46的压缩机排气的一部分引导到文氏管部分50的内表面57上。压缩机排气的一部分流过内表面57，以在传入流体通道74中且排放至燃烧室48中之前在文氏管部分50提供冷却。
如示范性实施例中进一步显示的，多个紊流器80布置在文氏管壁64上。紊流器80在上游端紊流器81与下游端紊流器82之间延伸。紊流器80在压缩机排气的经过流体通道74的部分中形成涡流。涡流增强了文氏管壁64与燃烧器衬套43之间的热传递。然而，已显示涡流在燃烧器组件20中形成不期望的高频噪音。为了减轻不期望的噪音，燃烧器组件20包括涡流改变***86。根据所示的示范性方面，涡流改变***86包括形成于燃烧器衬套43中且定位在下游端紊流器82下游的喷射部件90。喷射部件90将流体流引导到燃烧器排气的经过流体通道74的部分。从喷射部件90传来的流体扰乱了由紊流器80形成的赋予燃烧器排气的部分的涡流，从而减轻了燃烧器组件20中不期望的噪音。
现在将参照图4来描述根据示范性实施例的另一方面的涡流改变***104，其中同样的标号代表相应视图中对应的部分。涡流改变***104包括形成于燃烧器衬套43中的多个喷射部件106-111。如图5中最佳显示的，喷射部件106-111具有圆形截面。喷射部件106-111定位在紊流器80中的相邻紊流器之间。利用这种布置，射流部件106-111扰乱了在各个紊流器80处形成的涡流。涡流的扰乱不会干涉热传递特征，但确实减轻了燃烧器组件20中不期望的噪音。实际上，已发现涡流的扰乱可以增强压缩机排气的经过流体通道74的部分的热传递性能。在这一点上应该理解，喷射部件可以采取各种形式。例如，图6示出了具有非圆形或椭圆形截面的喷射部件114和115。图7示出了具有非圆形或矩形截面的喷射部件118和119。喷射部件106-111的特定形状并不限于所示的那些示例。应该理解，喷射部件90也可以采取各种形式。
现在将参照图8来描述根据示范性实施例的又一方面的涡流改变***130，其中同样的标号代表相应视图中对应的部分。涡流改变***130采取涡流改变紊流器133-138的形式。涡流改变紊流器133-138包括圆形端部，例如在涡流改变紊流器133上以140显示的，其扰乱在流体通道74中形成的涡流。涡流改变紊流器的形状和数量可以变化。例如，根据所示的示范性方面，流体通道74可以包括少达一个涡流改变紊流器，或者所有紊流器均可以改变以形成不会促进燃烧器组件20中不期望的噪音的形成同时还确保从文氏管壁64到燃烧器衬套43的期望热传递的涡流。
现在将参照图9来描述根据示范性实施例的再一方面的涡流改变***142，其中同样的标号代表相应视图中对应的部分。涡流改变***142包括布置在文氏管壁64的内表面68上的多个紊流器144-148。在所示的示范性实施例中，通过变更紊流器144-148中相邻的紊流器之间的间距来实现涡流改变。例如，紊流器144和145之间的间距与紊流器145和146之间的间距不同。间距的变化扰乱了在流体通道74中形成的涡流，从而减轻了燃烧器组件20中不期望的噪音的形成，同时还确保了从文氏管壁64到燃烧器衬套43的期望热传递。
现在将参照图10来描述根据示范性实施例的再一方面的涡流改变***153，其中同样的标号代表相应视图中对应的部分。涡流改变***153包括第一多个紊流器155-162以及安装至文氏管壁64的内表面68的第二多个紊流器165-167。第一多个紊流器155-162构造成在流体通道74中形成第一多个涡流。第二多个紊流器165-167具有与第一多个紊流器155-162的高度不同的相对于内表面68的高度。在所示的示范性实施例中，第二多个紊流器165-167具有比第一多个紊流器155-162的高度更大的相对于内表面68的高度。以这种方式，第一多个紊流器155-162构成构造成在流体通道74中形成第二多个涡流的涡流改变紊流器。第二多个涡流构造成扰乱第一多个涡流，以便减轻燃烧器20中不期望的噪音的形成，同时还确保从文氏管壁64到燃烧器衬套43的期望热传递。
现在将参照图11来描述根据示范性实施例的再一方面的涡流改变***180，其中同样的标号代表相应视图中对应的部分。涡流改变***180包括第一多个紊流器183-188以及安装在文氏管壁64的内表面68上的第二多个紊流器194-195。第一多个紊流器183-188构造成在流体通道74中形成第一多个涡流。第二多个紊流器194-195具有与第一多个紊流器183-188的高度不同的相对于内表面68的高度，因此构成涡流改变紊流器。在所示的示范性实施例中，第二多个紊流器194-195具有比第一多个紊流器183-188的高度更大的相对于内表面68的高度。以这种方式，第一多个紊流器183-188构成构造成在流体通道74中形成第二多个涡流的涡流改变紊流器。
此外，变更第一多个紊流器183-188与第二多个紊流器194-195之间的间距，以进一步扰乱流体通道74中的涡流。当然，应该理解，第一多个紊流器183-188中相邻的紊流器之间和/或第二多个紊流器中相邻的紊流器之间的间距也可以变化。第二多个紊流器以及紊流器之间的不同间距共同起作用而扰乱第一多个涡流，以便减轻燃烧器20中不期望的噪音的形成，同时还确保了从文氏管壁64到燃烧器衬套43的期望热传递。
在这一点上应该理解，示范性实施例不仅提供了在燃烧器流体通道中产生涡流以增强热传递的***，而且提供了用于扰乱这些涡流以减轻燃烧器中的噪音的***。还应该理解，紊流器的数量可以变化。进而应该认识到，涡流改变紊流器的数量、尺寸和形状也可以变化。
虽然已结合仅仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但应当容易理解的是，本发明并不局限于这些公开的实施例。相反，可对本发明进行修改，以并入此前未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替换或等同布置。此外，虽然已经描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的方面可包括仅仅其中一些所述实施例。因此，本发明不应被视为由前面的描述来限制，而是仅仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (9)

1.一种涡轮机(2)燃烧器组件(20)，包括：
燃烧器主体(34)；
燃烧器衬套(43)，布置在所述燃烧器主体(34)内并限定燃烧室(48)，所述燃烧器衬套(43)包括布置在所述燃烧室(48)内的文氏管部分(50)；
流体通道(74)，限定在所述文氏管部分(50)与所述燃烧器衬套(43)之间；
多个紊流器，布置在所述流体通道(74)中且包括下游端紊流器(82)，所述多个紊流器构造及设置成在所述流体通道(74)中形成涡流；以及
涡流改变***，布置在所述流体通道(74)，所述涡流改变***包括至少一个喷射部件(90)，所述至少一个喷射部件(90)布置在所述多个紊流器(80)的下游端紊流器(82)的下游，并且所述至少一个喷射部件(90)还构造及设置成将流体流引导至所述流体通道(74)中以扰乱所述流体通道(74)中的涡流和减轻所述燃烧器组件中不期望的噪音。
2.根据权利要求1所述的涡轮机(2)燃烧器组件(20)，其特征在于，所述至少一个喷射部件(90)包括布置在所述多个紊流器(80)中相邻的紊流器之间的多个喷射部件(106)。
3.根据权利要求1所述的涡轮机(2)燃烧器组件(20)，其特征在于，所述至少一个喷射部件(90)包括圆形截面。
4.根据权利要求1所述的涡轮机(2)燃烧器组件(20)，其特征在于，所述至少一个喷射部件(90)包括非圆形截面。
5.根据权利要求1所述的涡轮机(2)燃烧器组件(20)，其特征在于，所述涡流改变***(104)包括邻近所述多个紊流器(80)中至少一个紊流器(80)布置的至少一个涡流改变紊流器(133)。
6.根据权利要求5所述的涡轮机(2)燃烧器组件(20)，其特征在于，所述至少一个涡流改变紊流器(133)包括比所述至少一个紊流器(80)的尺寸更大的尺寸。
7.根据权利要求5所述的涡轮机(2)燃烧器组件(20)，其特征在于，所述至少一个涡流改变紊流器(133)包括圆形端部。
8.根据权利要求5所述的涡轮机(2)燃烧器组件(20)，其特征在于，所述涡流改变***(153)包括使所述多个紊流器(80)中的每一个均形成有圆形端部。
9.根据权利要求1或5所述的涡轮机(2)燃烧器组件(20)，其特征在于，所述涡流改变***(142)包括位于所述多个紊流器(80)中相邻的紊流器(80)之间的不同的间距。
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