CN103196153B - 涡轮机的燃烧器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种涡轮机的燃烧器，其包括组件、歧管和管状体，其中，组件限定内部且配置成引导空气围绕内部在第一方向上沿环形空间流动以及朝内部在第二方向上流动，第一方向和第二方向基本相反，歧管配置成供应有燃料，管状体限定通路，空气可沿该通路在第三方向上从环形空间传送到内部，第三方向横向于第一方向和第二方向。管状体包括可延伸穿过歧管的侧壁。侧壁在歧管内限定喷射孔，传送的空气可通过该喷射孔与燃料混合。

Description

涡轮机的燃烧器
技术领域
本文所公开的主题涉及涡轮机的燃烧器，并且更具体而言，涉及包括管状体的涡轮机的燃烧器，该管状体限定径向通路。
背景技术
涡轮机通常包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机配置成压缩入口空气且产生压缩空气作为输出。燃烧器能接收压缩空气并使压缩空气与燃料一起燃烧以产生高温流体的流。涡轮能接收高温流体用于功率产生和/或电力产生。在燃烧器的头端，压缩空气通常经由围绕中心喷嘴轴向地叠置成束的微混合器管传送到燃烧器的内部中。
目前设计中的一个问题是空气到微混合器管的分布不均。在进入微混合器管之前进入空气通常被引导成进行180º转弯，从而导致径向非均匀性和分布不均。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种涡轮机的燃烧器，其包括组件、歧管和管状体，其中，组件限定内部且配置成引导空气围绕内部在第一方向上沿环形空间流动以及朝内部在第二方向上流动，第一方向和第二方向基本相反，歧管配置成供应有燃料，管状体限定通路，空气可沿该通路在第三方向上从环形空间传送到内部，第三方向横向于第一方向和第二方向。管状体包括可延伸穿过歧管的侧壁。侧壁在歧管内限定喷射孔，传送的空气可通过该喷射孔与燃料混合。
根据本发明的另一方面，提供了一种涡轮机的燃烧器，其包括限定内部的中心体、第一容器、第二容器和管状体，其中，第一容器设置在中心体周围且包括配置成供应有第一流体的歧管，第二容器设置在第一容器周围以为第二流体的流限定环形空间，管状体限定径向通路，第二流体可沿该径向通路从环形空间传送到中心体的内部。管状体包括可延伸穿过歧管的侧壁。侧壁在歧管内限定喷射孔，第一流体可通过该喷射孔与传送的第二流体混合。
根据本发明的又一方面，提供了一种涡轮机的燃烧器，其包括端盖、中心体、第一容器、第二容器和管状体，其中，中心体靠近端盖设置且限定内部，第一容器设置在中心体周围且包括配置成供应有第一流体的歧管，第二容器联接至端盖且设置在第一容器周围，以依次朝端盖和中心体为第二流体的流限定环形空间，管状体限定径向通路，第二流体可沿该径向通路从环形空间传送到中心体的内部。管状体包括可延伸穿过歧管的侧壁。侧壁在歧管内限定喷射孔，第一流体可通过该喷射孔与传送的第二流体混合。
从结合附图的下述描述，这些及其它的优点和特征将变得更加显而易见。
附图说明
被视作本发明的主题在本说明书的结论处的权利要求中特别指出并清楚地要求保护。从结合附图的以下详细描述，本发明的前述及其它的特征和优点是显而易见的，在附图中：
图1是涡轮机的燃烧器的侧视示意图；
图2是图1的燃烧器的一部分的放大的侧视示意图；并且
图3是图1的燃烧器的一部分的放大的轴向示意图。
该详细描述参照附图以示例的方式解释了本发明的实施例，以及其优点和特征。
附图标记：
10 涡轮机
11 燃烧器
20 头端组件
21 端盖
22 中心体
220 内部
221 后部
2211 热障涂层
2212 湍流器(tabulator)
2213 泻流冷却孔
222 前部
223 中央通路
23 第一容器
24 第二容器
30 环形空间
40 歧管
41 额外的环形壁
42,43 前侧壁和后侧壁
400 环形内部
410 分区
60 管状体
601 径向通路
61 侧壁
610 喷射孔
620 多个轴向级
630 多个周向级
70 环形区域
71,72 相应的面向外部的表面
80 供应回路
90 旋流器。
具体实施方式
可提供一种涡轮机10，例如，作为燃气涡轮发动机。涡轮机10通常包括压缩机、燃烧器11和涡轮。压缩机配置成压缩入口空气且产生压缩空气作为输出。燃烧器11能接收压缩空气且形成为限定第一内部和第二内部。压缩空气在第一内部中与燃料混合以形成混合物，并且该混合物在第二内部中燃烧以产生高温流体的流。涡轮能接收高温流体用于功率产生和/或电力产生。
参考图1和图2，涡轮机10的燃烧器11的头端包括头端组件20、歧管40和管状体60。头端组件20包括：端盖21，其大体为平坦的；中心体22，其靠近端盖21设置且其形成为限定内部220；第一容器23；以及第二容器24。第一容器23围绕中心体22设置且包括歧管40，歧管40配置成供应有第一流体，例如燃料。第二容器24联接至端盖21且从端盖21向后延伸，并且围绕第一容器23设置。第二容器24因而依次朝端盖21和中心体22为第二流体的流限定环形空间30，该流体例如为来自压缩机的空气或压缩空气。为了清楚和简洁起见，第一流体现在将被称作燃料，且第二流体现在将被称作压缩空气，但应当理解，该构思仅仅是示例性的。
因此，头端组件20形成为限定内部220且配置成引导压缩空气在围绕内部220径向限定的区域在第一方向D1上沿环形空间30流动，直到压缩空气的流冲击在端盖21上。在这点，头端组件20配置成引导压缩空气沿端盖21的平面朝中心体22沿径向向内流动，由此压缩空气被再次引导。此后，压缩空气流动通过中心体22且朝内部220沿第二方向D2远离端盖21。
根据实施例，第一方向D1和第二方向D2基本上彼此相反。因此，头端组件20为压缩空气提供反向流场。
中心体22包括后部221和前部222，管状体60可延伸穿过后部221。后部221设置在头端组件20内并将内部220限定为具有一形状，通过该形状，可控制发生在其中的燃烧且可将由燃烧产生的高温流体导向涡轮。根据实施例，后部221可具有截头圆锥形形状，其将内部220限定为具有相应的截头圆锥形形状。前部222设置在后部221的前端且限定中央通路223供压缩空气从端盖21流到内部220。根据其中后部221为截头圆锥形的实施例，前部222可设置在后部221的窄端。根据进一步的实施例，前部222可为管状形状，使得中央通路223具有相应的管状形状。
如图1中所示，第一容器23和/或歧管40的面向内部的表面与中心体22的后部221和前部222的相应的面向外部的表面71和72形成环形区域70。端盖21还可配置成将压缩流体空气从环形空间30朝着相应的面向外部的表面71和72引导。因此，压缩空气可用作用于中心体22的后部221和前部222的冲击冷却剂。根据进一步的实施例，后部221还可包括热障涂层(TBC)2211、湍流器2212和/或额外的冷却特征。此外，后部221可形成为限定泻流冷却孔2213，压缩空气可穿过该泻流冷却孔2213。
第二容器24可为燃烧器11的流动套筒并且可被提供为周向的环形壁。第一容器23可为燃烧器11的衬套并且可被提供为设置在第二容器24内的环形壁。歧管40可设置在第一容器23的前端并且可被提供为额外的环形壁41，其设置在第一容器23内，并且前侧壁42和后侧壁43将额外的环形壁41连接至第一容器23。因此，歧管40可形成为限定环形内部400。此外，涡轮机10可包括供应回路80。供应回路80被流体联接至歧管40，并且配置成将燃料供应至歧管40的环形内部400。
歧管40还可包括分区410。分区410允许燃料的轴向分级，每个级通过分区410与相邻级隔离，并且被供应回路80的对应分支进给。可引入这种燃料分级以帮助至少涡轮机10的降速操作，以便提供热释放的轴向分布并处理动态缓和。
旋流器90可设置在前部222内。因此，旋流器90可配置成提供涡旋效果给沿中央通路223流动的压缩空气。此外，前部222可联接至供应回路80，并且因此，前部222可接收一定量的燃料。在这种情况下，由前部222接收的燃料和旋动的压缩空气可在前部222中混合且被喷射到内部220中作为用于燃烧的燃料和压缩空气的混合物。
管状体60形成为限定径向通路601，压缩空气可沿该径向通路601在第三方向D3上从环形空间30传送至内部220。第三方向D3沿燃烧器11的径向尺寸延伸，并且相对于沿燃烧器11的轴向尺寸延伸的第一方向D1和第二方向D2横向地定向。管状体60包括可延伸穿过歧管40的侧壁61。侧壁61被形成为限定喷射孔610，喷射孔610径向地位于歧管40的环形内部400内。由于喷射孔610，当压缩空气沿通路601传送时，压缩空气夹带燃料进入管状体60且与传送的压缩空气混合以产生可喷射到内部220中的混合物。
管状体60可沿径向尺寸定向。此外，管状体60可具有轴向和切向的定向分量。在管状体60的定向具有轴向分量的情况下，管状体60可向前或反向地成角度，使得混合物到内部中的喷射可对应地向前或反向地成角度。类似地，在管状体60的定向具有切向分量的情况下，管状体60可相对于燃烧器11的中心线成角度，使得混合物到内部220中的喷射可具有角度分量和/或涡旋效果。
如图1和图2中所示，管状体60可包括多个管状体60。多个管状体60可布置在多个轴向级620处。此外，参照图3，多个管状体60可在多个轴向级620中的一个或更多布置在多个周向位置630处。
如上所述，压缩空气将在到达端盖21之前从环形空间30被吸入管状体60中。由于环形空间30中的压缩空气的流通常是基本均匀的，因而每个管状体60可接收基本相等量的压缩空气(根据实施例，各个轴向级620处的管状体60可接收不同量的压缩空气，这是由于它们各自不同的长度)。此外，在液体燃料在涡轮机10的扩散模式中燃烧之前，液体燃料通常被喷射通过中央滤筒(cartridge)并被来自滑道(skid)的雾化空气雾化。根据实施例，在涡轮机10的液体燃料操作期间，可吹扫外部气体歧管，并且仅仅压缩空气的射流可从(多个)管状体60喷射至内部220。因此，可采用(多个)管状体60以使雾化的液体燃料在燃烧之前预混合。
虽然结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应容易理解，本发明并不限于这种公开的实施例。而是，本发明可被修改以并入迄今未描述但与本发明的精神和范围相称的任意数量的变型、改变、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的方面可包括所描述实施例中的仅仅一些。因此，本发明不被视为由前面的描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (24)

1.一种涡轮机的燃烧器，包括：
组件，所述组件限定内部且配置成引导空气围绕所述内部在第一方向上沿环形空间流动以及朝所述内部在第二方向上流动，所述第一方向和第二方向基本相反；
歧管，所述歧管配置成供应有燃料；以及
管状体，所述管状体限定通路，所述空气可沿所述通路在第三方向上从所述环形空间传送到所述内部，所述第三方向横向于所述第一方向和第二方向，
所述管状体包括可延伸穿过所述歧管的侧壁，所述侧壁在所述歧管内限定喷射孔，传送的空气可通过所述喷射孔与所述燃料混合。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述管状体的定向具有轴向分量。
3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述管状体的定向具有切向分量。
4.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述管状体包括多个管状体。
5.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述多个管状体布置在多个轴向级处。
6.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述多个管状体在多个轴向级中的一个或更多布置在多个周向位置处。
7.一种涡轮机的燃烧器，包括：
限定内部的中心体；
第一容器，所述第一容器设置在所述中心体周围且包括配置成供应有第一流体的歧管；
第二容器，所述第二容器设置在所述第一容器周围以限定环形空间，以使第二流体在第一轴向方向上流动并且在一区域中所述第二流体被引导朝所述内部在与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向上流动；以及
管状体，所述管状体限定径向通路，所述第二流体可沿所述径向通路从所述环形空间传送到所述中心体的内部，
所述管状体轴向地设置在所述区域的下游并包括可延伸穿过所述歧管的侧壁，所述侧壁在所述歧管内限定喷射孔，所述第一流体可通过所述喷射孔与传送的第二流体混合。
8.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述第一流体包括燃料，并且所述第二流体包括空气。
9.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，还包括供应回路，所述供应回路流体联接至所述歧管，用于将所述第一流体供应至所述歧管。
10.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，还包括端盖，所述端盖配置成将所述第二流体从所述环形空间引导至所述中心体。
11.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述管状体的定向具有轴向分量和切向分量中的至少一个。
12.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述管状体包括多个管状体。
13.根据权利要求12所述的燃烧器，其特征在于，所述多个管状体布置在多个轴向级处。
14.根据权利要求12所述的燃烧器，其特征在于，所述多个管状体在多个轴向级中的一个或更多布置在多个周向位置处。
15.一种涡轮机的燃烧器，包括：
限定内部的中心体；
第一容器，所述第一容器设置在所述中心体周围且包括配置成供应有第一流体的歧管；
第二容器，所述第二容器设置在所述第一容器周围以为第二流体的流限定环形空间；以及管状体，所述管状体限定径向通路，所述第二流体可沿所述径向通路从所述环形空间传送到所述中心体的内部，
所述管状体包括可延伸穿过所述歧管的侧壁，所述侧壁在所述歧管内限定喷射孔，所述第一流体可通过所述喷射孔与传送的第二流体混合；
端盖，所述端盖配置成将所述第二流体从所述环形空间引导至所述中心体；
所述中心体包括：
后部，所述管状体可延伸穿过所述后部；和
前部，所述前部设置在所述后部的前端，并且从所述端盖到所述中心体的内部为所述第二流体的流限定中央通路。
16.根据权利要求15所述的燃烧器，其特征在于，所述端盖还配置成将所述第二流体从所述环形空间导向所述前部。
17.根据权利要求15所述的燃烧器，其特征在于，所述后部包括热障涂层(TBC)和湍流器中的一个或更多。
18.根据权利要求15所述的燃烧器，其特征在于，所述后部形成为限定泻流孔。
19.根据权利要求15所述的燃烧器，其特征在于，还包括设置在所述前部内的旋流器，所述前部能接收所述第一流体。
20.根据权利要求15所述的燃烧器，其特征在于，所述管状体的定向具有轴向分量和切向分量中的至少一个。
21.根据权利要求15所述的燃烧器，其特征在于，所述管状体包括多个管状体。
22.根据权利要求21所述的燃烧器，其特征在于，所述多个管状体布置在多个轴向级处。
23.根据权利要求21所述的燃烧器，其特征在于，所述多个管状体在多个轴向级中的一个或更多布置在多个周向位置处。
24.一种涡轮机的燃烧器，包括：
端盖；
中心体，所述中心体靠近所述端盖设置且限定内部；
第一容器，所述第一容器设置在所述中心体周围且包括配置成供应有第一流体的歧管；
第二容器，所述第二容器联接至所述端盖且设置在所述第一容器周围以限定环形空间，以使第二流体依次在第一轴向方向上，沿所述端盖在径向方向上及在与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向上朝所述端盖和所述中心体流动；以及
管状体，所述管状体限定径向通路，所述第二流体可沿所述径向通路从所述环形空间传送到所述中心体的内部，
所述管状体包括可延伸穿过所述歧管的侧壁，所述侧壁在所述歧管内限定喷射孔，所述第一流体可通过所述喷射孔与传送的第二流体混合；
所述管状体轴向地设置在一区域的下游，在该区域中所述第二流体在所述径向方向上流动并被引导在所述第二轴向方向上流动。
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