專利名稱：用于減小動力且改善傳熱性能的充分沖擊冷卻的文氏管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種用于冷卻干低NOx燃氣渦輪發(fā)動機燃燒室中使用的文氏管的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在典型的雙級、雙模式燃氣渦輪發(fā)動機中，二級燃燒室包括文氏管配置(venturiconfiguration),以穩(wěn)定燃燒火焰。燃料(天然氣或液體)和空氣在文氏管上游的燃燒室預(yù)混合室中進行預(yù)混合，且空氣/燃料混合物在文氏管喉部下游被點燃或燃燒。文氏管配置使空氣/燃料加速流過所述喉部，且理想地防止火焰回火(flashing back)到預(yù)混合區(qū)域?；鹧娣€(wěn)定(flame-holding)區(qū)域是連續(xù)穩(wěn)定燃料燃燒所必需的。所述喉部區(qū)域前后的燃燒室壁和文氏管壁由燃燒火焰加熱，且因此必須進行冷卻。在過去，文氏管由燃燒室排氣在前端進行沖擊冷卻，且在喉部區(qū)域下游的文氏管的軸向后側(cè)部分進行湍流器冷卻 (turbulator-cooled)。但最近對某些渦輪發(fā)動機進行的試驗表明，文氏管排放處(文氏管冷卻空氣與從燃燒室逸出的燃燒氣體混合的位置)的潤旋脫落(vortex shedding)易于與火焰相互作用，并產(chǎn)生動力或尖銳的聲間。這些渦旋從文氏管湍流器脫落，初步跡象表明，移除文氏管組件后側(cè)部分的湍流器將減少或消除渦旋脫落，從而也會降低尖叫聲的頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及冷卻燃氣渦輪機燃燒室，確切地說，涉及冷卻燃燒室內(nèi)文氏管的內(nèi)(或熱側(cè))壁，以及減小尖銳聲文氏管動力。在本發(fā)明的一項示例性但非限制性實施例中，提供了一種用于渦輪機燃燒室的文氏管組件，其包括大體上以同心的關(guān)系彼此徑向間隔開的第一外環(huán)形壁和第二中間環(huán)形壁，所述第一外環(huán)形壁和所述第二中間環(huán)形壁形成有前側(cè)的、大體上成V形的喉部區(qū)域，以及后側(cè)軸向延伸部分；第三徑向最內(nèi)部環(huán)形壁，其在所述喉部的后端連接到所述第二中間環(huán)形壁；第一孔口群，其位于所述大體上成V形的喉部中的所述第一外環(huán)形壁中；以及第二孔口群，其位于沿所述后側(cè)軸向延伸部分的所述第二中間環(huán)形壁中。所述第一外環(huán)形壁在所述大體上成V形的喉部的前端接合到所述第二中間環(huán)形壁。第一冷卻劑流道設(shè)于所述第一外環(huán)形壁和所述第二中間環(huán)形壁之間，從所述喉部穿過所述后側(cè)軸向延伸部分的后端，冷卻空氣通過所述第一孔口群提供給所述第一冷卻劑流道；且其中第二冷卻劑流道設(shè)于所述第二中間環(huán)形壁和所述第三徑向最內(nèi)部環(huán)形壁之間，沿著所述后側(cè)軸向延伸部分，以使所述第一冷卻劑流道中的冷卻空氣通過所述第二孔口群進入所述第二冷卻劑流道，從而沖擊冷卻所述第三徑向最內(nèi)部環(huán)形壁。所述第二冷卻劑流道在所述后側(cè)軸向延伸部分的所述后端敞開。所述第一冷卻劑流道在所述軸向延伸部分的所述后端收縮。所述的文氏管組件包括一個或多個徑向隔離物，其位于所述第一外環(huán)形壁和所述第二環(huán)形壁之間，在冷卻時所述一個或多個徑向隔離物不與所述第一外環(huán)形壁接觸；或者可設(shè)于所述第二中間環(huán)形壁和所述第三徑向最內(nèi)部環(huán)形壁之間，在冷卻時所述一個或多個徑向隔離物不與所述第一外環(huán)形壁接觸。在另一方面，示例性但非限制性實施例提供了渦輪機燃燒室，其包括大體上成圓柱形的燃燒室襯里/襯管，其界定燃燒室；以及環(huán)形文氏管組件，其緊固到所述燃燒室襯里的內(nèi)表面；所述文氏管組件包括大體上以同心的關(guān)系彼此徑向間隔開的第一外環(huán)形壁和第二中間環(huán)形壁，所述第一外環(huán)形壁和所述第二中間環(huán)形壁形成有前側(cè)的、大體上成V形的喉部區(qū)域，以及后側(cè)軸向延伸部分；第三內(nèi)環(huán)形壁，其沿所述第二中間環(huán)形壁徑向向內(nèi)，且在所述喉部的后端連接到所述第二中間 環(huán)形壁；第一孔口群，其位于所述大體上成V形的喉部中的所述第一外環(huán)形壁中；以及第二孔口群，其位于沿所述后側(cè)軸向延伸部分的所述第二中間環(huán)形壁中。所述第二中間環(huán)形壁中的所述第二孔口群成軸向和徑向?qū)R的行、等間隔規(guī)則排列。所述第二中間環(huán)形壁中的所述第二孔口群以軸向和徑向等間隔的行排列，在所述行中，交替的行周向交錯。所述第一外環(huán)形壁在所述大體上成V形的喉部的前端接合到所述第二中間環(huán)形壁。所述第二冷卻劑流道在所述后側(cè)軸向延伸部分的所述后端敞開。所述第二冷卻劑流道在所述后側(cè)軸向延伸部分的所述后端收縮。所述渦輪機組件包括一個或多個徑向隔離物，其位于所述第一外環(huán)形壁和所述第二中間環(huán)形壁之間；或者設(shè)于所述第二中間環(huán)形壁和所述第三內(nèi)環(huán)形壁之間。在又一方面，本發(fā)明示例性但非限制性的實施例提供一種冷卻渦輪機燃燒室中文氏管組件的方法，所述文氏管組件具有前側(cè)喉部和后側(cè)軸向延伸部分，所述方法包括，構(gòu)建第一徑向外冷卻劑流路，其從所述喉部延伸穿過所述后側(cè)軸向延伸部分的后端；構(gòu)建第二徑向內(nèi)冷卻劑流路，其只沿所述后側(cè)軸向延伸部分延伸；在所述喉部中提供第一多個沖擊冷卻孔，以向所述第一徑向外冷卻劑流路提供冷卻空氣，且在所述后側(cè)軸向延伸部分中提供第二多個沖擊冷卻孔，以將冷卻空氣從所述第一徑向外冷卻劑流路提供給所述第二徑向內(nèi)冷卻劑流路；以及使冷卻空氣通過所述第一多個沖擊冷卻孔流入所述第一徑向外冷卻劑流路，然后通過所述第二多個沖擊冷卻孔流入所述第二徑向內(nèi)冷卻劑流路，從而沖擊冷卻所述文氏管組件的所述后側(cè)軸向延伸部分的徑向最內(nèi)部壁。所述方法包括提供一個或多個隔離物，用于保持所述第一徑向外冷卻劑流路和所述第二徑向內(nèi)冷卻劑流路的尺寸穩(wěn)定性。所述方法包括收縮所述第一徑向外冷卻劑流路的后側(cè)軸向出口，以使從所述第一徑向外冷卻劑流路逸出的一些冷卻劑空氣直接進入從所述燃燒室流出的燃燒氣體流。所述方法包括在所述第二徑向內(nèi)冷卻劑流路的后端提供軸向開口，以使從所述第二徑向內(nèi)冷卻劑流路逸出的冷卻空氣進入從所述燃燒室流出的所述燃燒氣體流。所述方法包括在所述喉部的前端封閉所述第一徑向外冷卻劑流路的前端?，F(xiàn)在將結(jié)合下文的附圖來詳細說明本發(fā)明。


圖I是燃燒室和已知文氏管組件的局部截面圖；圖2是圖I所示但從燃燒室移除的文氏管組件的分段局部透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性但非限制性實施例的、包括有文氏管組件的燃燒室的局部截面圖；圖4是圖3所示、但從燃燒室移除的文氏管組件的分段局部透視圖；以及圖5至圖9圖示了可用于圖3和圖4所示的文氏管組件中的各種沖擊孔圖案。兀件符號列表
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪機(42)燃燒室的文氏管組件(46)，其包括 大體上以同心的關(guān)系彼此徑向間隔開的第一外環(huán)形壁(50)和第二中間環(huán)形壁(52)，所述第一外環(huán)形壁和所述第二中間環(huán)形壁形成前側(cè)的、大體上成V形的喉部(54)，以及后側(cè)軸向延伸部分(55);第三徑向最內(nèi)部環(huán)形壁(48)，其在所述喉部(54)的后端連接到所述第二中間環(huán)形壁(52);第一孔口群(64)，其位于所述大體上成V形的喉部(54)中的所述第一外環(huán)形壁(50)中；以及 第二孔口群(66)，其位于沿所述后側(cè)軸向延伸部分(55)的所述第二中間環(huán)形壁中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的文氏管組件，其中所述第一外環(huán)形壁(50)在所述大體上成V形的喉部(54)的前端接合到所述第二中間環(huán)形壁(52)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的文氏管組件，其中第一冷卻劑流道￠0)位于所述第一外環(huán)形壁(50)和所述第二中間環(huán)形壁(52)之間，從所述喉部(54)穿過所述后側(cè)軸向延伸部分(55)的后端，冷卻空氣通過所述第一孔口群￠4)提供給所述第一冷卻劑流道￠0);且其中第二冷卻劑流道￠2)位于所述第二中間環(huán)形壁(52)和所述第三徑向最內(nèi)部環(huán)形壁(48)之間，沿著所述后側(cè)軸向延伸部分(55)，以使所述第一冷卻劑流道￠0)中的冷卻空氣通過所述第二孔口群￠6)進入所述第二冷卻劑流道(62)，從而沖擊冷卻所述第三徑向最內(nèi)部環(huán)形壁(48)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的文氏管組件，其中所述第二冷卻劑流道(62)在所述后側(cè)軸向延伸部分(55)的所述后端敞開。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的文氏管組件，其中所述第一冷卻劑流道￠0)在所述軸向延伸部分(55)的所述后端收縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的文氏管組件，其包括一個或多個徑向隔離物(72)，其位于所述第一外環(huán)形壁(50)和所述第二環(huán)形壁(52)之間，在冷卻時所述一個或多個徑向隔離物(72)不與所述第一外環(huán)形壁接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的文氏管組件，其包括一個或多個徑向隔離物(74)，其位于所述第二中間環(huán)形壁(52)和所述第三徑向最內(nèi)部環(huán)形壁(48)之間，在冷卻時所述一個或多個徑向隔離物(74)不與所述第一外環(huán)形壁接觸。
8.一種渦輪機燃燒室(42)，包括大體上成圓柱形的燃燒室襯里(44)，其界定燃燒室；以及環(huán)形文氏管組件(46)，其緊固到所述燃燒室襯里(44)的內(nèi)表面；所述文氏管組件包括大體上以同心的關(guān)系、彼此徑向間隔開的第一外環(huán)形壁(50)和第二中間環(huán)形壁(52)，所述第一外環(huán)形壁和所述第二中間環(huán)形壁形成前側(cè)的、大體上成V形的喉部(54)，以及后側(cè)軸向延伸部分(55);第三內(nèi)環(huán)形壁(48)，其沿所述第二中間環(huán)形壁(52)徑向向內(nèi)，且在所述喉部(54)的后端連接到所述第二內(nèi)環(huán)形壁(52);第一孔口群(64)，其位于所述大體上成V形的喉部(54)中的所述第一外環(huán)形壁(50)中；以及第二多個孔口(66)，其位于沿所述后側(cè)軸向延伸部分(55)的所述第二中間環(huán)形壁(52)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機組件，其中所述第二中間環(huán)形壁(52)中的所述第二孔口群(66)成軸向和徑向?qū)R的行等間隔、規(guī)則排列。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機組件，其中所述第二中間環(huán)形壁(52)中的所述第二孔口群(70)以軸向和徑向等間隔的行排列，在所述行中，交替的行周向交錯。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機組件，其中所述第一外環(huán)形壁(50)在所述大體上成V形的喉部(54)的前端接合到所述第二中間環(huán)形壁(52)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機組件，其中所述第二冷卻劑流道￠2)在所述后側(cè)軸向延伸部分(55)的所述后端敞開。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機組件，其中所述第二冷卻劑流道￠2)在所述后側(cè)軸向延伸部分(55)的所述后端收縮。
14.一種冷卻渦輪機燃燒室(42)中文氏管組件(46)的方法，所述文氏管組件具有前側(cè)喉部(54)和后側(cè)軸向延伸部分(55)，所述方法包括 (a)構(gòu)建第一徑向外冷卻劑流路(60)，其從所述喉部(54)延伸穿過所述后側(cè)軸向延伸部分(55)的后端； (b)構(gòu)建第二徑向內(nèi)冷卻劑流路(62)，其只沿所述后側(cè)軸向延伸部分(55)延伸； (c)在所述喉部(54)中提供第一多個沖擊冷卻孔￠4)，以向所述第一徑向外冷卻劑流路￠0)提供冷卻空氣，且在所述后側(cè)軸向延伸部分(55)中提供第二多個沖擊冷卻孔(66)，以將冷卻空氣從所述第一徑向外冷卻劑流路￠0)提供給所述第二徑向內(nèi)冷卻劑流路(62);以及 (d)使冷卻空氣通過所述第一多個沖擊冷卻孔￠4)流入所述第一徑向外冷卻劑流路(60)，然后通過所述第二多個沖擊冷卻孔￠6)流入所述第二徑向內(nèi)冷卻劑流路(62)，從而沖擊冷卻所述文氏管組件的所述后側(cè)軸向延伸部分的徑向最內(nèi)部部件(48)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其包括收縮所述第一徑向外冷卻劑流路￠0)的后側(cè)軸向出口，以使從所述第一徑向外冷卻劑流路出0)逸出的一些冷卻劑空氣直接進入從所述燃燒室流出的燃燒氣體流。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于減小動力且改善傳熱性能的充分沖擊冷卻的文氏管。所述文氏管組件包括大體上以同心的關(guān)系彼此徑向間隔開的第一外環(huán)形壁和第二中間環(huán)形壁。所述第一外環(huán)形壁和所述第二中間環(huán)形壁形成有前側(cè)的、大體上成V形的喉部，以及后側(cè)軸向延伸部分。第三徑向最內(nèi)部環(huán)形壁在所述喉部的后端連接到所述第二中間環(huán)形壁。第一孔口群或者第一多個孔位于所述大體上成V形的喉部中的所述第一外環(huán)形壁中，且第二孔口群或第二多個孔位于所述第二中間環(huán)形壁的所述后側(cè)軸向延伸部分中，從而使冷卻空氣流過所述第一孔口群和所述第二孔口群，以沖擊冷卻所述第三徑向最內(nèi)部環(huán)形壁。
文檔編號F23R3/18GK102759121SQ20121013832
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者B·R·阿楚塔, J·巴茨, K·V·斯里哈, K·卡利斯瓦蘭, P·K·I·西達甘蓋亞 申請人:通用電氣公司