具有駐渦特征的渦輪的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種具有駐渦特征的渦輪機(jī)。所述渦輪機(jī)包括一體式襯里，所述一體式襯里形成用于限定燃燒產(chǎn)物的流動(dòng)通道，所述一體式襯里包括：限定第一徑向平面的第一部分和第二部分；限定第二徑向平面的第三部分；分別大體徑向延伸在所述第一部分和第三部分的近端之間和所述第二部分和第三部分的近端之間的第四部分和第五部分；以及噴射器，所述噴射器配置用于將燃料或燃料/空氣混合物輸送到部分由所述第三部分、第四部分和第五部分限定的空間中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有駐渦特征的渦輪機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)，確切地說(shuō)，涉及一種具有駐渦特征的渦輪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的渦輪機(jī)包括用于壓縮進(jìn)入空氣的壓縮機(jī)、將壓縮的進(jìn)入空氣與燃料一起燃燒的燃燒器、接納燃燒產(chǎn)物以發(fā)電的渦輪機(jī)以及過(guò)渡件(Transition piece)。所述過(guò)渡件流體相通地插在燃燒器與渦輪機(jī)之間。
[0003]在某些情況下，典型的渦輪機(jī)配置用于支持軸向分級(jí)或者延遲貧油噴射(LateLean Injection ;簡(jiǎn)稱LLI)。在這些情況下，燃料和空氣被噴射到燃燒器的下游部分或者過(guò)渡件以在燃燒器的下游部分或過(guò)渡件中進(jìn)行二次燃燒。所述二次燃燒趨于減少諸如氮氧化物等污染物的排放。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種具有駐渦特征的渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括形成用于限定燃燒產(chǎn)物的流動(dòng)通道的一體式襯里，所述一體式襯里包括:限定第一徑向平面的第一部分和第二部分；限定第二徑向平面的第三部分；分別大體徑向延伸在第一部分和第三部分的近端之間和所述第二部分和第三部分的近端之間的第四部分和第五部分；以及噴射器，所述噴射器配置用于將燃料或燃料/空氣混合物輸送到部分由第三部分、第四部分和第五部分限定的空間中。
[0005]其中，所述噴射器配置用于大體沿軸向?qū)⑺鋈剂匣蛩鋈剂?空氣混合物輸送到所述空間中。
[0006]其中，所述一體式襯里包括燃燒器襯里和過(guò)渡件襯里，并且所述空間限定在所述燃燒器襯里和所述過(guò)渡件的接合處附近。
[0007]其中，所述空間具有環(huán)形形狀或大體呈矩形的橫截面形狀。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括形成用于限定燃燒產(chǎn)品的流動(dòng)通道的一體式襯里，所述一體式襯里形成用于具有供燃燒產(chǎn)物的一部分在其中流動(dòng)的駐渦特征以及配置用于將燃料或燃料/空氣混合物輸送到所述駐渦特征的噴射器。
[0009]其中，所述噴射器配置用于大體沿軸向?qū)⑺鋈剂匣蛩鋈剂?空氣混合物輸送到所述駐渦特征中。
[0010]其中，所述一體式襯里包括燃燒器襯里和過(guò)渡件襯里，并且所述駐渦特征限定在所述燃燒器襯里和所述過(guò)渡件的接合處附近。
[0011]其中，所述駐渦特征具有環(huán)形形狀或大體呈矩形的橫截面形狀。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括:燃燒器襯里，所述燃燒器襯里限定在其中進(jìn)行燃燒的第一內(nèi)部和供燃燒產(chǎn)物流過(guò)的第二內(nèi)部；置于所述燃燒器襯里下游的過(guò)渡件襯里，所述過(guò)渡件襯里限定第三內(nèi)部，所述第三內(nèi)部接納所述燃燒產(chǎn)物并供所述燃燒產(chǎn)物繼續(xù)流過(guò)，所述燃燒器襯里和所述過(guò)渡件襯里中的至少一者形成用于具有供燃燒產(chǎn)物的一部分流入的凹處；以及噴射器，所述噴射器配置用于將可燃材料輸送到所述凹處，以便所述可燃材料和部分所述燃燒產(chǎn)物分別形成駐渦。
[0013]其中，所述可燃材料包括燃料或與壓縮機(jī)機(jī)殼排氣混合的燃料。
[0014]所述的渦輪機(jī)進(jìn)一步包括:導(dǎo)流套筒，所述導(dǎo)流套筒置于所述燃燒器襯里周?chē)?，以限定第一環(huán)帶；以及沖擊套筒，所述沖擊套筒置于所述過(guò)渡件襯里周?chē)?，以限定第二環(huán)帶；所述第二環(huán)帶與所述第一環(huán)帶流體連通。
[0015]其中，所述噴射器包括:葉片，所述葉片形成用于限定流動(dòng)通道，所述空氣經(jīng)由所述流動(dòng)通道從壓縮機(jī)排氣機(jī)殼輸送到所述凹處；以及燃料源，所述燃料源配置用于將燃料供應(yīng)到所述流動(dòng)通道。
[0016]其中，所述葉片包括微混合器。
[0017]其中，所述燃料源包括撓性軟管。
[0018]其中，所述噴射器配置用于大體沿軸向?qū)⑺隹扇疾牧陷斔偷剿霭继幹小?br> [0019]其中，所述凹處限定在所述燃燒器襯里和所述過(guò)渡件襯里的接合處附近。
[0020]其中，所述凹處具有環(huán)形形狀或大體呈矩形的橫截面形狀。
[0021]結(jié)合附圖閱讀以下說(shuō)明可以更好地了解這些和其他優(yōu)點(diǎn)和特征。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]本專(zhuān)利申請(qǐng)文件中的權(quán)利要求書(shū)特別指出并明確主張了本發(fā)明。結(jié)合附圖閱讀以下【具體實(shí)施方式】可以清楚地了解本發(fā)明的上述和其他特征以及優(yōu)點(diǎn)，在附圖中:
[0023]圖1是渦輪機(jī)的示意圖；以及
[0024]圖2是圖1所示渦輪機(jī)的一部分的放大圖。
[0025]【具體實(shí)施方式】部分通過(guò)參考附圖來(lái)以示例方式介紹本發(fā)明的實(shí)施例以及相應(yīng)優(yōu)點(diǎn)和特征。
【具體實(shí)施方式】
[0026]參見(jiàn)圖1和2，渦輪機(jī)10包括用于壓縮進(jìn)入空氣的壓縮機(jī)11、將壓縮的進(jìn)入空氣與燃料一起燃燒的燃燒器12、接納燃燒產(chǎn)物以發(fā)電的渦輪機(jī)13以及過(guò)渡件14。過(guò)渡件14流體相通地插在燃燒器12與渦輪機(jī)13之間。渦輪機(jī)10配置用于支持軸向分級(jí)噴射或延遲貧油噴射(LLI)，以便將燃料和空氣噴射到燃燒器12的下游部分或者過(guò)渡件14，從而執(zhí)行二次燃燒過(guò)程。所述二次燃燒趨于減少?gòu)臏u輪機(jī)10的諸如氮氧化物等污染物的排放。
[0027]在一些軸向分級(jí)噴射或LLI構(gòu)造中，已發(fā)現(xiàn)可用于渦輪機(jī)運(yùn)作的幾乎所有空氣均用于以一種或另一種形式燃燒，幾乎沒(méi)有空氣以燃燒器稀釋空氣的形式分流。這意味著，用于軸向分級(jí)噴射或LLI的空氣會(huì)搶奪燃燒器12的頭端中原本用于針對(duì)指定量燃料改進(jìn)頭端性能的一部分空氣。因此，渦輪機(jī)10設(shè)有駐渦特征(如下所述)，所述駐渦特征能夠使可用于燃燒的大多數(shù)空氣通過(guò)燃燒器12頭端處的預(yù)混合器提供，然后重新用于軸向分級(jí)噴射或LLI。
[0028]參見(jiàn)圖2，燃燒器12包括燃燒器襯里20和導(dǎo)流套筒21。燃燒器襯里20形成為限定第一內(nèi)部201以及第二內(nèi)部202，第一級(jí)燃燒在所述第一內(nèi)部201中發(fā)生。燃燒產(chǎn)物經(jīng)由第二內(nèi)部202流向渦輪機(jī)13。第一內(nèi)部201通常位于燃燒器12的頭端附近的軸向上游位置中，并且第二內(nèi)部202位于第一內(nèi)部201的軸向下游并且流體相通。導(dǎo)流套筒21位于燃燒器襯里20的周?chē)?，以限定第一環(huán)帶22。
[0029]過(guò)渡件14位于燃燒器12的軸向下游并且流體相通，并且過(guò)渡件14包括過(guò)渡件襯里30和沖擊套筒(Impingement sleeve) 31。過(guò)渡件襯里30形成用于限定第三內(nèi)部301,所述第三內(nèi)部301流體相通地插在第二內(nèi)部202與渦輪機(jī)13的內(nèi)部之間。因此，第三內(nèi)部301從燃燒器12的第二內(nèi)部202接納燃燒產(chǎn)物并且提供讓燃燒產(chǎn)物繼續(xù)流向渦輪機(jī)13的流動(dòng)通道。沖擊套筒31置于過(guò)渡件襯里30周?chē)?，以限定第二環(huán)帶32。第二環(huán)帶32與第二環(huán)帶22流體連通。沖擊套筒31形成用于限定沖擊孔310。
[0030]為便于說(shuō)明，在以下說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)中，燃燒器襯里20和過(guò)渡件襯里30可以指分離部件或者一體式襯里。因此，應(yīng)了解，一體式襯里同時(shí)包括燃燒器襯里20的至少一部分和過(guò)渡件襯里30的至少一部分。
[0031]壓縮空氣從壓縮機(jī)11排出并進(jìn)入壓縮機(jī)排氣殼體(Compressor DischargeCasing ;簡(jiǎn)稱⑶C)中。從⑶C的內(nèi)部，壓縮空氣經(jīng)由沖擊套筒310進(jìn)入第二環(huán)帶32中。壓縮空氣隨后從第二環(huán)帶32經(jīng)由第一環(huán)帶22流到燃燒器12的頭端，在此部分中，壓縮空氣與燃料混合和燃燒。
[0032]在某些情況下，進(jìn)入第二環(huán)帶32的壓縮空氣的一部分可以用作第三內(nèi)部301內(nèi)過(guò)渡件襯里30的冷卻劑。在這種情況下，過(guò)渡件襯里30可以包括法蘭33，所述法蘭33通過(guò)呼啦密封件(Hula seal) 34密封到過(guò)渡件襯里30。法蘭33形成用于限定冷卻通道35，所述壓縮空氣部分經(jīng)由所述冷卻通道35沿過(guò)渡件襯里30的內(nèi)表面輸送到第三內(nèi)部301。
[0033]燃燒器襯里20和過(guò)渡件襯里30中的至少一者或兩者形成用于在燃燒器襯里20和過(guò)渡件襯里30的接合處附近限定大體環(huán)形的凹處40。凹處40用作駐渦特征41，所述駐渦特征41從第二內(nèi)部202和/或第三內(nèi)部301徑向向外延伸。因此，隨著燃燒產(chǎn)物經(jīng)由第二內(nèi)部202向下游流動(dòng)然后作為主流流過(guò)第三內(nèi)部301，燃燒產(chǎn)物流的一部分以流動(dòng)模式(即第二駐渦70)流入凹處40，如下所述。根據(jù)實(shí)施例，所述燃燒產(chǎn)物部分包括通過(guò)燃燒器12頭端處的預(yù)混合器提供并在凹處40/駐渦特征41中再利用的空氣。
[0034]由于形成用于限定凹處40，所述燃燒器襯里20和過(guò)渡件襯里30中的至少一者包括第一軸向部分401、第二軸向部分402、第三軸向部分403、第四徑向部分404和第五徑向部分405，具有至少由第三軸向部分403、第四徑向部分404和第五徑向部分405限定的凹處40。第一軸向部分401可以置于第二軸向部分402的上游。第一軸向部分401和第二軸向部分402可以具有對(duì)應(yīng)地限定第一徑向平面RPl的環(huán)形形狀，所述環(huán)形形狀可以但不必要彼此大體上類(lèi)似。第三軸向部分403可以具有環(huán)形形狀并限定第二徑向平面RP2，所述第二徑向平面RP2從第一徑向平面RPl徑向向外偏移預(yù)定的量。第四徑向部分404和第五徑向部分405各自大體徑向延伸以將第一軸向部分401和第二軸向部分402連接到第三軸向部分403。也就是說(shuō)，第四徑向部分404大體徑向延伸在第一軸向部分401與第三軸向部分403的近端(Proximal ends)之間，而第五徑向部分405大體徑向延伸在第二軸向部分402與第三軸向部分403的近端之間。
[0035]根據(jù)實(shí)施例，凹處40可以具有大體呈矩形的橫截面形狀。根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，凹處40的各個(gè)角(即，第一軸向部分401與第四徑向部分404的接合處、第四徑向部分404與第三軸向部分403的接合處、第三軸向部分403與第五徑向部分405的接合處以及第五徑向部分405與第二軸向部分402的接合處)可以成圓形，以促進(jìn)流體平滑地流入并流出凹處40。
[0036]渦輪機(jī)10進(jìn)一步包括噴射器50。噴射器50配置用于將可燃材料，例如燃料或燃料和空氣的混合物輸送到凹處40。為此，可燃材料形成第一駐渦60，而已流入凹處40中的燃燒產(chǎn)物部分形成第二駐渦70。例如，可燃材料可以包括燃料和從CDC輸送的一定量的空氣。因此，可燃材料的壓力PCD大體類(lèi)似于CDC內(nèi)部中的壓力。
[0037]如圖所示，形成第一駐渦60的可燃材料趨于以第一漩渦模式流動(dòng)，并且形成第二駐渦70的燃燒產(chǎn)物部分趨于以第二漩渦模式流動(dòng)。第一漩渦模式和第二漩渦模式可以大體反向。因此，當(dāng)?shù)谝讳鰷u60和第二漩渦70彼此相鄰時(shí)，每個(gè)漩渦中的相應(yīng)流體沿剪切線80混合，以使噴射器50噴射到凹處40中的可燃材料在燃燒產(chǎn)物部分的溫度和壓力下自動(dòng)點(diǎn)燃。所述相應(yīng)流體，包括自動(dòng)點(diǎn)燃的可燃材料，隨后返回到主流中并繼續(xù)流向渦輪機(jī)13。
[0038]當(dāng)自動(dòng)點(diǎn)燃的可燃材料返回到主流之后，可以執(zhí)行軸向分級(jí)噴射或LLI過(guò)程。這能夠在具有相關(guān)優(yōu)勢(shì)的情況下進(jìn)行二次燃燒，例如減少污染物排放，而無(wú)需清除燃燒器12頭端中指定量燃料所必需的任何空氣。
[0039]噴射器50可以包括葉片51和燃料源52。葉片51形成用于限定流動(dòng)通道510，所述壓縮空氣經(jīng)由所述流動(dòng)通道510從⑶C流到凹處40。燃料源52可以包括撓性軟管(Flexible hose) 520并且配置用于將燃料供應(yīng)到流動(dòng)通道510。葉片51大體徑向定向并且橫穿第一環(huán)帶22和/或第二環(huán)帶32。葉片51可以成圓柱形或其他空氣動(dòng)力學(xué)(aerodynamically)形狀，以對(duì)流過(guò)第一環(huán)帶22或第二環(huán)帶32的壓縮空氣造成盡可能小的擾動(dòng)。葉片51可以包括微混合器511，所述微混合器511形成用于混合待噴射到凹處40中的可燃材料，并且消除或大幅減小凹處40或葉片51中發(fā)生駐焰(flameholding)的可能性。
[0040]對(duì)于葉片51的大部分徑向長(zhǎng)度而言，流動(dòng)通道510大體徑向定向。但在徑向內(nèi)部位置中，葉片51可以配置用于使流動(dòng)通道510沿渦輪機(jī)10的軸向延伸。通過(guò)這種方式，噴射器50配置用于大體沿軸向?qū)⒖扇疾牧蠂娚涞桨继?0中，從而促進(jìn)第一駐渦60的形成。
[0041]根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，第五徑向部分405可以形成用于限定通孔53，所述壓縮空氣可以經(jīng)由所述通孔53從第二環(huán)帶32流入凹處40中。通過(guò)這種方式，可以提供額外空氣，以增強(qiáng)噴射器50所噴射的燃料的燃燒。此外，由于通孔53穿過(guò)第五徑向部分405，因此所述通孔53大體軸向定向，以便流過(guò)通孔53的壓縮空氣流沿軸向流動(dòng)，從而促進(jìn)第一駐渦60的形成。應(yīng)了解，若通孔53穿過(guò)第三軸向部分403的下游部分，則也可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的效果。在這種情況下，流入凹處40中的壓縮空氣沿徑向流動(dòng)，并再次促進(jìn)第一駐渦60的形成。
[0042]盡管上文已經(jīng)結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，但應(yīng)清楚地了解，本發(fā)明并不限于此類(lèi)公開(kāi)的實(shí)施例。相反，本發(fā)明可以進(jìn)行修改以包括上文未做描述，但與本發(fā)明的精神和范圍相符的任何數(shù)量的變化、改變、替代或等效裝置。此外，盡管已描述本發(fā)明的實(shí)施例，但應(yīng)了解，本發(fā)明的方面可以只包括一些所述的實(shí)施例。因此，本發(fā)明并不視作受上述說(shuō)明限制，而是僅受隨附權(quán)利要求書(shū)的范圍限制。
【權(quán)利要求】
1.一種具有駐渦特征的渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括: 一體式襯里，所述一體式襯里形成用于限定燃燒產(chǎn)物的流動(dòng)通道，所述一體式襯里包括: 限定第一徑向平面的第一部分和第二部分、限定第二徑向平面的第三部分以及分別大體徑向延伸在所述第一部分和第三部分的近端之間和所述第二部分和第三部分的近端之間的第四部分和第五部分；以及 噴射器，所述噴射器配置用于將燃料或燃料/空氣混合物輸送到部分由所述第三部分、第四部分和第五部分限定的空間中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其中所述噴射器配置用于大體沿軸向?qū)⑺鋈剂匣蛩鋈剂?空氣混合物輸送到所述空間中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其中所述一體式襯里包括燃燒器襯里和過(guò)渡件襯里，并且所述空間限定在所述燃燒器襯里和所述過(guò)渡件的接合處附近。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其中所述空間具有環(huán)形形狀或大體呈矩形的橫截面形狀。
5.—種潤(rùn)輪機(jī),包括: 一體式襯里，所述一體式襯里形成用于限定燃燒產(chǎn)物的流動(dòng)通道； 所述一體式襯里形成用于限定供燃燒產(chǎn)物的一部分流入的駐渦特征；以及 噴射器，所述噴射器配置用于將燃料或燃料/空氣混合物輸送到所述駐渦特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)，其中所述噴射器配置用于大體沿軸向?qū)⑺鋈剂匣蛩鋈剂?空氣混合物輸送到所述駐渦特征中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)，其中所述一體式襯里包括燃燒器襯里和過(guò)渡件襯里，并且所述駐渦特征限定在所述燃燒器襯里和所述過(guò)渡件的接合處附近。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)，其中所述駐渦特征具有環(huán)形形狀或大體呈矩形的橫截面形狀。
9.一種渦輪機(jī)，包括: 燃燒器襯里，所述燃燒器襯里限定發(fā)生燃燒的第一內(nèi)部以及供燃燒產(chǎn)物流過(guò)的第二內(nèi)部; 位于所述燃燒器襯里下游的過(guò)渡件襯里，所述過(guò)渡件襯里限定第三內(nèi)部，所述第三內(nèi)部接納所述燃燒產(chǎn)物，并且所述燃燒產(chǎn)物經(jīng)由所述第三內(nèi)部繼續(xù)流動(dòng)； 所述燃燒器襯里和所述過(guò)渡件襯里中的至少一者形成用于限定所述燃燒產(chǎn)物的一部分流入的凹處；以及 噴射器，所述噴射器配置用于將可燃材料輸送到所述凹處，以便所述可燃材料和部分所述燃燒產(chǎn)物分別形成駐渦。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中所述可燃材料包括燃料或與壓縮機(jī)機(jī)殼排氣混合的燃料。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，進(jìn)一步包括: 導(dǎo)流套筒，所述導(dǎo)流套筒置于所述燃燒器襯里周?chē)?，以限定第一環(huán)帶；以及 沖擊套筒，所述沖擊套筒置于所述過(guò)渡件襯里周?chē)韵薅ǖ诙h(huán)帶； 所述第二環(huán)帶與所述第一環(huán)帶流體連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中所述噴射器包括: 葉片，所述葉片形成用于限定流動(dòng)通道，所述空氣經(jīng)由所述流動(dòng)通道從壓縮機(jī)排氣殼體輸送到所述凹處；以及 燃料源，所述燃料源配置用于將燃料供應(yīng)到所述流動(dòng)通道。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪機(jī)，其中所述葉片包括微混合器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪機(jī)，其中所述燃料源包括撓性軟管。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中所述噴射器配置用于大體沿軸向?qū)⑺隹扇疾牧陷斔偷剿霭继幹小?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中所述凹處限定在所述燃燒器襯里和所述過(guò)渡件襯里的接合處附 近。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中所述凹處具有環(huán)形形狀或大體呈矩形的橫截面形狀。
【文檔編號(hào)】F23R3/00GK103835772SQ201310590912
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】L.J.斯托亞, B.W.羅米希 申請(qǐng)人:通用電氣公司