專利名稱：混合文氏管冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪燃燒器(gas turbine combustor)技術(shù)，且更特定而言涉及一種具有改進(jìn)冷卻的新穎燃燒器文氏管(venturi)。
背景技術(shù)：
已知通過利用由喉部區(qū)域互連的第一燃燒腔室與第二燃燒腔室或者第一燃燒級(jí)與第二燃燒級(jí)來實(shí)現(xiàn)在無加重點(diǎn)燃情況下自燃燒渦輪的NOx排放、未燃盡的烴或一氧化碳排放問題的顯著減少。參看例如，共同擁有的美國專利第4，292，801號(hào)。在更近的共同擁有的美國專利第5，127，221號(hào)中，公開了用于在喉部區(qū)域附近形成集氣室和利用在燃燒器襯套與周圍殼體或流動(dòng)套筒之間的環(huán)形通路中流動(dòng)的壓縮機(jī)空氣來冷卻喉部壁的部段的方法和設(shè)備。在美國專利第6，427，446號(hào)中，公開了同樣使用在燃燒器襯套與周圍流動(dòng)套筒之間流動(dòng)的冷卻空氣通過沖擊冷卻來冷卻喉部壁的技術(shù)。仍需要一種實(shí)現(xiàn)甚至更好冷卻效果的文氏管冷卻系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在第一示范性但非限制性實(shí)施例中，提供一種用于渦輪燃燒器的文氏管裝置，其包括基本上環(huán)形的外部襯套；基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套；位于該基本上環(huán)形的外部襯套與內(nèi)部襯套之間的文氏管通道；基本上環(huán)形的外部襯套和內(nèi)部襯套在軸向的截面基本上為V 形，從而限定喉部區(qū)域；基本上環(huán)形的外部環(huán)形的外部襯套形成有沖擊冷卻孔的陣列且所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套形成有多個(gè)渦流發(fā)生器，渦流發(fā)生器朝向基本上環(huán)形的外部襯套和沖擊冷卻孔的陣列。在另一示范性但非限制性實(shí)施例中，提供一種用于渦輪燃燒器的文氏管裝置，其包括基本上環(huán)形的外部襯套；基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套；文氏管通道，其位于該基本上環(huán)形的外部襯套與內(nèi)部襯套之間；基本上環(huán)形的外部襯套和內(nèi)部襯套在軸向的截面基本上為V 形，從而限定喉部區(qū)域；基本上環(huán)形的外部襯套形成有沖擊冷卻孔的陣列；且所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套形成有多個(gè)渦流發(fā)生器，渦流發(fā)生器朝向沖擊冷卻孔的陣列；以及，在喉部區(qū)域中的多個(gè)直立翅片，所述直立翅片朝向所述基本上環(huán)形的外部襯套在徑向向外延伸到文氏管通道內(nèi)外部襯套。在又一示范性但非限制性實(shí)施例中，提供一種渦輪燃燒器，其包括徑向內(nèi)部襯套和徑向外部流動(dòng)套筒，該徑向內(nèi)部襯套與文氏管平行，文氏管包括用于渦輪燃燒器的文氏管裝置，該文氏管裝置包括基本上環(huán)形的外部襯套；基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套；文氏管通道，其位于該基本上環(huán)形的外部襯套與內(nèi)部襯套之間；所述基本上環(huán)形的外部襯套和內(nèi)部襯套在軸向的截面基本上為V形，從而限定喉部區(qū)域；所述基本上環(huán)形的外部襯套形成有沖擊冷卻孔的陣列；其中，所述基本上環(huán)形的內(nèi)部V形襯套和外部V形襯套形成由另一環(huán)形構(gòu)件關(guān)閉的集氣室，所述外部環(huán)形構(gòu)件中具有一個(gè)或多個(gè)孔口，孔口適于供應(yīng)冷卻空氣到所述集氣室，且另外所述文氏管通道在所述文氏管通道的相反端部打開使得通過一個(gè)或多個(gè)孔口進(jìn)入文氏管通道的冷卻空氣在所述喉部區(qū)域在相反方向流動(dòng)。根據(jù)以上所述的渦輪燃燒器，其中，所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套形成有多個(gè)渦流發(fā)生器和多個(gè)膜冷卻孔，所述渦流發(fā)生器朝向所述基本上環(huán)形的外部襯套，所述膜冷卻孔與所述喉部區(qū)域在軸向相鄰。根據(jù)以上所述的渦輪燃燒器，其中，所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套在所述喉部區(qū)域中具備多個(gè)直立翅片，所述直立翅片在徑向向外朝向所述基本上環(huán)形的外部襯套延伸。根據(jù)以上所述的渦輪燃燒器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)孔口由一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)中空套管限定，所述中空套管延伸穿過所述流動(dòng)套筒使得進(jìn)入所述集氣室的空氣從所述流動(dòng)套筒外部的區(qū)域供應(yīng)。根據(jù)以上所述的渦輪燃燒器，其中，所述沖擊冷卻孔的陣列和所述渦流發(fā)生器在軸向彼此偏移。根據(jù)以上所述的渦輪燃燒器，其中，從所述文氏管通道的所述相對(duì)的端部出來的冷卻空氣在單個(gè)上游方向上被導(dǎo)向。根據(jù)以上所述的渦輪燃燒器，其中，所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套在所述喉部區(qū)域中具備多個(gè)直立翅片，所述直立翅片在徑向向外朝向所述基本上環(huán)形的外部襯套延伸。根據(jù)以上所述的渦輪燃燒器，其中，所述內(nèi)部襯套具備在所述喉部區(qū)域軸向上游的膜冷卻孔。根據(jù)以上所述的渦輪燃燒器，其中，所述內(nèi)部襯套具備在所述喉部區(qū)域軸向上游的膜冷卻孔。


圖1是示出合并了通過沖擊冷卻而冷卻的文氏管的現(xiàn)有技術(shù)燃燒器的截面?zhèn)纫晥D；圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性但非限制性實(shí)施例的燃燒器文氏管的局部截面；圖3是圖2所示的文氏管截面的透視圖；以及圖4是圖2所示的文氏管截面的另一透視圖。
具體實(shí)施例方式參看圖1，示出現(xiàn)有的文氏管(或喉部區(qū)域)冷卻系統(tǒng)。文氏管10在軸向位于由燃燒器襯套16限定的第一燃燒腔室區(qū)域12與第二燃燒腔室區(qū)域14之間。文氏管包括徑向外壁18和徑向內(nèi)壁20，帶有在徑向外壁18與徑向內(nèi)壁20之間的冷卻流動(dòng)通路或通道 22。燃燒器襯套16在下游延伸且超過文氏管10，在那里，其通常接合到過渡件或管(未圖示)，過渡件或管將熱燃燒氣體供應(yīng)到渦輪第一級(jí)。燃燒器襯套16在上游延伸到燃燒器端蓋對(duì)，燃燒器端蓋對(duì)支承噴嘴26、28，噴嘴沈、觀突出到燃燒腔室內(nèi)。環(huán)形集氣室30由襯套16和文氏管10形成，使得集氣室包圍文氏管且經(jīng)由繞襯套16間隔開的一個(gè)或多個(gè)孔口 32將冷卻空氣供應(yīng)到文氏管集氣室30。更具體而言，供應(yīng)到集氣室30的冷卻空氣通過在外部文氏管壁18的會(huì)聚部分36和發(fā)散部分38中的沖擊冷卻孔34陣列而流入到通路或通道22內(nèi)。通道20在其上游端關(guān)閉且在其下游端40打開。冷卻空氣經(jīng)由下游開口端40從文氏管通道出來，在那里，其會(huì)合遠(yuǎn)離燃燒腔室朝向渦輪的第一級(jí)流動(dòng)的燃燒氣體?，F(xiàn)轉(zhuǎn)至圖2至圖4，示出根據(jù)本發(fā)明的示范性但非限制性實(shí)施例的文氏管42。文氏管42部分地由燃燒器襯套44形成，且包括內(nèi)部襯套壁46和外部襯套壁48，且在內(nèi)部襯套壁46與外部襯套壁48之間有文氏管流動(dòng)通路或通道50。內(nèi)部襯套壁46形成有會(huì)聚部分52和發(fā)散部分54 (相對(duì)于左到右的燃燒氣體流動(dòng)方向)，且同樣地，外部襯套壁48分別形成有相對(duì)應(yīng)的會(huì)聚部分56和發(fā)散部分58，從而限定變窄的文氏管喉部區(qū)域60。應(yīng)當(dāng)指出的是流動(dòng)通路或通道50在上游端62和下游端64都打開。環(huán)形燃燒器壁部分66包圍文氏管42，形成環(huán)形集氣室68。在示范性實(shí)施例中，冷卻空氣經(jīng)由多個(gè)冷卻套管或殼筒70供應(yīng)到集氣室68。但與上述現(xiàn)有布置不同，冷卻空氣從⑶C提取空氣(⑶C extraction air)直接供應(yīng)而不是從燃燒器襯套44與周圍流動(dòng)套筒 74之間的環(huán)形通路72中的流動(dòng)供應(yīng)。CDC提取空氣不僅比在燃燒器襯套與流動(dòng)套筒之間的環(huán)形通路72中的流動(dòng)更冷，而且也處于更高壓力，導(dǎo)致對(duì)內(nèi)部文氏管壁80、82更有效的沖擊冷卻。更具體而言，在集氣室68中的冷卻空氣經(jīng)由周向間隔開的沖擊冷卻孔76的環(huán)形陣列而供應(yīng)到通路或通道50，沖擊冷卻孔76的環(huán)形陣列設(shè)于外部襯套壁48的會(huì)聚部分56 和發(fā)散部分58中。內(nèi)部襯套壁46在內(nèi)部襯套壁的會(huì)聚表面80和發(fā)散表面82(或者前表面80和后表面8 形成有軸向間隔開的環(huán)形渦流發(fā)生器肋狀物(或湍流器)78。肋狀物78相對(duì)于沖擊孔76的環(huán)形行在軸向交錯(cuò)。換言之，肋狀物78位于沖擊孔76的相鄰行之間且在該文氏管維持孔與肋狀物的相應(yīng)間距。這種布置產(chǎn)生空氣射流、二次流動(dòng)、環(huán)形湍流器和用過的冷卻空氣之間復(fù)雜的相互作用，從而提供以下益處諸如，冷卻空氣在環(huán)形通路或通道50中的強(qiáng)烈混合；顯著減小交叉流動(dòng)對(duì)空氣射流的影響；以及有效地破壞沿著表面80、82的邊界層?？刹捎貌煌郀钗锝孛嫘螤?，只要增加傳熱且只要維持與沖擊冷卻孔76的行的間距對(duì)準(zhǔn)。在文氏管喉部或喉部區(qū)域60，內(nèi)部襯套壁46形成有(或具備)軸向延伸的翅片 84，繞喉部60在環(huán)向間隔開，且沿著內(nèi)部襯套壁60的會(huì)聚部分52和發(fā)散部分M延伸。這些翅片在側(cè)視圖中可具有V形或山形(chevron)的形狀且顯著增強(qiáng)在喉部的冷卻。此外，膜冷卻孔86的陣列(在圖3和圖4中最佳地看出)可設(shè)于徑向內(nèi)部襯套中， 在翅片84的上游，且例如，在相鄰的湍流器或肋狀物78之間且鄰近喉部區(qū)域60。膜冷卻孔提供在喉部60附近和上游沿著內(nèi)部襯套壁46的會(huì)聚部分52的內(nèi)表面的局部膜冷卻流動(dòng)。在使用中，供應(yīng)到流動(dòng)通路50的空氣在相反方向流動(dòng)，分別在上游端62和下游端 64從通路50出來。就此而言，應(yīng)當(dāng)指出的是在下游端64的壁輪廓在“外圓角”配置(或外圓角彎曲(bull nose curve))88處轉(zhuǎn)彎以在上游方向(即，與空氣從上游端62出來的相同方向)重新導(dǎo)向出來的冷卻空氣。應(yīng)當(dāng)指出的是沖擊冷卻孔76中的某些大體上對(duì)準(zhǔn)外圓角彎曲處，以確保在轉(zhuǎn)彎處充分冷卻。此外，在喉部的雙向流動(dòng)基本上消除了在喉部邊緣內(nèi)表面處的交叉流動(dòng)，這對(duì)于局部冷卻效率是必要的。文氏管配置布置允許微調(diào)文氏管的冷卻效果以使得能在系統(tǒng)的不同區(qū)域中具有可變的冷卻效果；最佳地冷卻文氏管喉部；以及，減小交叉流動(dòng)對(duì)文氏管喉部區(qū)域中的空氣射流的影響。 雖然結(jié)合目前被認(rèn)為是最實(shí)用且優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)了解本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，而是相反，本發(fā)明預(yù)期涵蓋包括于所附權(quán)利要求的精神和范疇內(nèi)的各種修改和等效布置。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪燃燒器的文氏管裝置，包括基本上環(huán)形的外部襯套；基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套；文氏管通道，其位于所述基本上環(huán)形的外部襯套與所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套之間；所述基本上環(huán)形的外部襯套與所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套在軸向的截面基本上為V 形，從而限定喉部區(qū)域；所述基本上環(huán)形的外部襯套形成有沖擊冷卻孔的陣列，且所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套形成有多個(gè)渦流發(fā)生器，所述渦流發(fā)生器朝向所述基本上環(huán)形的外部襯套和所述沖擊冷卻孔的陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的文氏管裝置，其特征在于，所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套在所述喉部區(qū)域中具備多個(gè)直立翅片，所述直立翅片在徑向向外朝向所述基本上環(huán)形的外部襯套延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的文氏管裝置，其特征在于，所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套形成有多個(gè)膜冷卻孔，所述多個(gè)膜冷卻孔與所述喉部區(qū)域在軸向相鄰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的文氏管裝置，其特征在于，所述文氏管通道在所述文氏管通道的相對(duì)的兩個(gè)端部打開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的文氏管裝置，其特征在于，所述基本上環(huán)形的內(nèi)部和外部V形襯套形成由另一環(huán)形構(gòu)件關(guān)閉的集氣室，所述另一環(huán)形構(gòu)件中具有一個(gè)或多個(gè)孔口，所述孔口適于將冷卻空氣供應(yīng)到所述集氣室。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的文氏管裝置，其特征在于，多個(gè)膜冷卻孔在所述徑向內(nèi)部襯套中所述喉部的上游。
7.一種用于渦輪燃燒器的文氏管裝置，包括基本上環(huán)形的外部襯套；基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套；文氏管通道，其位于所述基本上環(huán)形的外部襯套與所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套之間；所述基本上環(huán)形的外部襯套與所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套在軸向的截面基本上為V 形，從而限定喉部區(qū)域；所述基本上環(huán)形的外部襯套形成有沖擊冷卻孔的陣列；并且所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套形成有多個(gè)渦流發(fā)生器和在所述喉部區(qū)域中的多個(gè)直立翅片，所述渦流發(fā)生器朝向沖擊冷卻孔的陣列，所述多個(gè)直立翅片朝向所述基本上環(huán)形的外部襯套在徑向向外延伸到所述文氏管通道內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的文氏管裝置，其特征在于，所述基本上環(huán)形的內(nèi)部和外部V形襯套形成由另一環(huán)形構(gòu)件關(guān)閉的集氣室，所述另一環(huán)形構(gòu)件中具有一個(gè)或多個(gè)孔口，所述孔口適于將冷卻空氣供應(yīng)到所述集氣室。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的文氏管裝置，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)孔口由一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)中空套管限定，所述中空套管適于將壓縮機(jī)提取空氣直接進(jìn)給到所述集氣室。
10.一種渦輪燃燒器，包括徑向內(nèi)部襯套和徑向外部流動(dòng)套筒，所述徑向內(nèi)部襯套與文氏管平行，所述文氏管包括用于渦輪燃燒器的文氏管裝置，所述文氏管裝置包括基本上環(huán)形的外部襯套； 基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套；文氏管通道，其位于所述基本上環(huán)形的外部襯套與所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套之間； 所述基本上環(huán)形的外部襯套與所述基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套在軸向的截面基本上為V 形，從而限定喉部區(qū)域；所述基本上環(huán)形的外部環(huán)形的外部襯套形成有沖擊冷卻孔的陣列；其中， 所述基本上環(huán)形的內(nèi)部和外部V形襯套形成由另一環(huán)形構(gòu)件關(guān)閉的集氣室，所述外部環(huán)形構(gòu)件中具有一個(gè)或多個(gè)孔口，所述孔口適于將冷卻空氣供應(yīng)到所述集氣室，且另外所述文氏管通道在所述文氏管通道的相對(duì)的端部打開，使得通過所述一個(gè)或多個(gè)孔口進(jìn)入所述文氏管通道的冷卻空氣在所述喉部在相對(duì)的方向上流動(dòng)。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及混合文氏管冷卻系統(tǒng)。其中，一種用于渦輪燃燒器的文氏管裝置，包括基本上環(huán)形的外部襯套；基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套；位于該基本上環(huán)形的外部襯套與內(nèi)部襯套之間的文氏管通道；該基本上環(huán)形的外部襯套和內(nèi)部襯套在軸向的截面基本上為V形，從而限定喉部區(qū)域；該基本上環(huán)形的外部襯套形成有沖擊孔的陣列，且該基本上環(huán)形的內(nèi)部襯套形成有多個(gè)渦流發(fā)生器，該渦流發(fā)生器朝向該基本上環(huán)形的外部襯套。
文檔編號(hào)F23D14/78GK102192510SQ20111005967
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者卡米勒維奇 A·瓦里夫, B·謝施恩尤, L·金斯辛 申請(qǐng)人:通用電氣公司