專利名稱：組裝燃氣渦輪發(fā)動機的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及燃氣渦輪發(fā)動機，特別是，本發(fā)明涉及與燃氣渦輪發(fā)動機一起使用的燃燒器。
背景技術(shù)：
至少一些已公知的燃氣渦輪發(fā)動機點燃和燃燒燃料和空氣混合物以在放熱反應(yīng)中從燃料中釋放熱能，從而形成高溫的燃燒氣體流。燃燒反應(yīng)的至少一種副產(chǎn)物可能會受到規(guī)章制度的限制。例如，在熱驅(qū)動反應(yīng)中，燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)的高溫會促使空氣中的氮氣和氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氧化氮(NOX)。通常，當(dāng)進入發(fā)動機渦輪部段的燃燒氣體流溫度增高時，發(fā)動機效率增大。盡管如此，增高的燃燒氣體溫度可能有利于形成更多的NOX產(chǎn)物。
燃燒通常發(fā)生在燃燒器的上游區(qū)域或上游附近的區(qū)域，所述區(qū)域通常被認為是反應(yīng)區(qū)或主區(qū)。燃料和空氣的附加混合和燃燒可以發(fā)生在通常被認為是稀釋區(qū)的區(qū)域中的反應(yīng)區(qū)的下游?？諝饪梢灾苯右胂♂寘^(qū)以稀釋燃料和空氣的混合物，從而有利于使進入渦輪部段的氣體流達到預(yù)定的溫度。
為了在渦輪發(fā)動機運行中有利于控制(包括降低)NOX的排放量，至少一些已公知的燃氣渦輪發(fā)動機采用環(huán)狀的燃燒器，該燃燒器以低燃油空氣比運行，即燃燒器以這樣的方式運行，其中燃料和空氣在進入反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)之前進行預(yù)混。采用以一定燃料/空氣比預(yù)混的燃料和空氣的發(fā)動機的運行范圍可能會受到限制。這是由于在燃燒運行一定范圍內(nèi)的預(yù)混燃料/空氣比可能不利于在其它范圍內(nèi)達到類似的火焰穩(wěn)定性。例如，至少一些已公知的發(fā)動機主要以具有超出發(fā)動機運轉(zhuǎn)范圍預(yù)定部分的預(yù)混火焰狀態(tài)運行。當(dāng)在此范圍外進行操作時，空氣和燃料在相關(guān)燃燒區(qū)域內(nèi)混合的擴散燃燒通常用來補充和/或替代預(yù)混燃燒。擴散燃燒可能有增大NOX的生成量的趨勢。因此，至少一些以低預(yù)混燃燒反應(yīng)運行的已公知的發(fā)動機將一部分燃燒供給空氣轉(zhuǎn)向反應(yīng)區(qū)域下游的稀釋區(qū)域，并且進入氣體流，用于在除了專門采用預(yù)混燃燒呈現(xiàn)的預(yù)定火焰穩(wěn)定性的運行范圍之外的運行范圍中，改善發(fā)動機的點火和操作。因為一些空氣繞過燃燒反應(yīng)，因此這種方法有時被稱為“旁路”。在這樣的發(fā)動機內(nèi)，在本發(fā)動機燃燒運行的額定范圍中，燃料/空氣比一般不是恒定的。例如，有助于在正長的發(fā)動機運行中降低燃燒反應(yīng)溫度的燃料/空氣比值在燃氣渦輪發(fā)動機啟動或低功率運行期間可能是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供了一種組裝包括至少一個燃燒器的燃氣渦輪發(fā)動機的方法。所述方法包括提供至少一個空氣控制系統(tǒng)。所述空氣控制系統(tǒng)包括至少一個與控制機構(gòu)相連的偏壓機構(gòu)。所述方法還包括將空氣控制系統(tǒng)連接到至少一個燃燒器上以在發(fā)動機運行中有助于進行燃燒。
另一方面，提供了一種燃燒器組件。所述燃燒器組件包括燃燒室和至少一個從燃燒室向下游延伸出的過渡部分。所述過渡部分有助于渠化導(dǎo)引來自燃燒器組件的燃燒氣體。所述組件還包括連接到至少一個過渡部分上的至少一個空氣控制系統(tǒng)。所述空氣控制系統(tǒng)包括至少一個連接到控制器上的偏壓機構(gòu)以有助于減少運行中燃燒器組件的排放。
又一方面，提供了一種燃氣渦輪發(fā)動機。所述發(fā)動機包括壓縮機和至少一個位于壓縮機下游的燃燒器組件。所述燃燒器組件包括燃燒室和至少一個位于壓縮機下游的過渡部分。所述過渡部分有助于渠化導(dǎo)引來自燃燒器組件的燃燒氣體。燃燒器組件還包括連接到至少一個過渡部分上的至少一個空氣控制系統(tǒng)。所述空氣控制系統(tǒng)包括連接到控制器上的至少一個偏壓機構(gòu)以有助于在燃燒器組件運行中減少排放物的形成。


圖1是一種典型的燃氣渦輪發(fā)動機的剖視示意圖；圖2是可以與圖1所示的燃氣渦輪發(fā)動機一起使用的一種典型的燃燒器組件的一部分的放大剖視圖；圖3是可以與圖2所示的燃燒器組件一起使用的一種典型的過渡連接件的放大剖視圖；圖4是可以與圖2和3所示的燃燒器組件一起使用的一種典型的空氣分級系統(tǒng)的放大剖視圖；圖5是沿圖4中線A-A截取的空氣分級系統(tǒng)的一部分的剖視圖；和圖6是可以與圖2所示的燃燒器組件一起使用的空氣分級系統(tǒng)的可選實施例的剖視圖。
具體實施例方式
圖1是一種典型的燃氣渦輪發(fā)動機100的剖視示意圖。發(fā)動機100包括壓縮機組件102，燃燒器組件104，渦輪機組件106和普通的壓縮機/渦輪機轉(zhuǎn)子軸108。在一個實施例中，發(fā)動機100為南卡羅來納州格林維爾市的通用電氣公司生產(chǎn)的在市場上可以買到的PG9351 FA發(fā)動機(PG9351 FA engine)。應(yīng)該注意到發(fā)動機100僅是示范性的，而且本發(fā)明不限于發(fā)動機100，并且可替代地，在能起到所述作用的任何燃氣渦輪發(fā)動機之內(nèi)都能實現(xiàn)。
運行中，空氣流動通過壓縮機組件102，且壓縮空氣排放至燃燒器組件104。燃燒器組件104將燃料，例如天然氣和/或燃油噴入空氣流中，點燃燃料-空氣混合物，從而通過燃燒使燃料-空氣混合物膨脹并且產(chǎn)生高溫燃燒氣體流。燃燒器組件104與渦輪機組件106流動連通，并且朝向渦輪機組件106排放高溫膨脹氣體流。高溫膨脹氣體流向渦輪機組件106傳遞轉(zhuǎn)動能，而且由于渦輪機組件106可轉(zhuǎn)動地連接到轉(zhuǎn)子108上，因此轉(zhuǎn)子108其后提供給壓縮機組件102轉(zhuǎn)動動力。
圖2是可以與圖1所示的燃氣渦輪發(fā)動機100一起使用的一種典型的燃燒器組件104的一部分的放大剖視圖。燃燒器組件104與渦輪機組件106流動連通。燃燒器組件104還與壓縮機組件102流動連通。壓縮機組件102包括擴壓器140和壓縮機排氣室142，其中擴壓器140和排氣室142兩者互相流動連通，如下面進一步討論地，這有利于渠化導(dǎo)引空氣至燃燒器組件104。
在典型實施例中，燃燒器組件104包括基本上為環(huán)形的圓頂板120，所述圓頂板為多個燃料噴嘴122至少部分地提供了支撐。圓頂板120用保持構(gòu)件(圖2未示出)連接到基本上呈圓柱形的、環(huán)狀的燃燒器外殼124上。一個基本上呈圓柱形的燃燒器襯套126被定位在外殼124內(nèi)并通過外殼124受到支撐。襯套126限定出基本上呈圓柱形的燃燒室128。在燃燒器外殼124和燃燒器襯套126之間限定出環(huán)狀的燃燒室冷卻通道151。
過渡部分130，通常被稱作過渡連接件130，被連接到燃燒器外殼124上，且便于渠化導(dǎo)引在室128中生成的燃燒氣體至渦輪噴嘴132。在示例性的實施例中，過渡連接件130具有在外壁146上形成的多個開口144。過渡連接件130還具有在內(nèi)壁150和外壁146之間限定出的環(huán)形通道148。內(nèi)壁150限定出燃燒氣體流導(dǎo)引腔154。如下面進一步討論的，過渡連接件130還具有通常被稱作空氣分級系統(tǒng)200的空氣控制系統(tǒng)200。
運行中，壓縮機組件102經(jīng)由共同的軸108受到渦輪機組件106的驅(qū)動(如圖1所示)。當(dāng)壓縮機組件102旋轉(zhuǎn)時，該壓縮機組件壓縮空氣，并如相關(guān)箭頭所示將壓縮空氣排入擴壓器140。在示例性的實施例中，從壓縮機組件102中排出的大部分空氣通過壓縮機排氣室142被渠化導(dǎo)引至燃燒器組件104，少部分的壓縮空氣向下游被渠化導(dǎo)引用于冷卻發(fā)動機100零件。更具體地，在排氣室142內(nèi)的加壓壓縮空氣經(jīng)過渡連接件130外壁146上的開口144被渠化導(dǎo)入過渡連接件130以及通道148中。然后空氣從過渡連接件環(huán)形通道148向上游被渠化導(dǎo)入環(huán)狀的燃燒室冷卻通道151?？諝鈴耐ǖ?51排出并被導(dǎo)入燃料噴嘴122。
燃料和空氣在燃燒室128內(nèi)混合并被點燃。外殼124有利于將燃燒室128和相關(guān)的燃燒過程與外界環(huán)境例如，周圍的渦輪零件隔離開。所形成的燃燒氣體從室128通過過渡連接件被渠化導(dǎo)引至燃燒氣體流導(dǎo)引腔154，所述導(dǎo)引腔154將燃燒氣體流渠化導(dǎo)引至渦輪噴嘴132。區(qū)域3被放大并在下面更詳細的討論。
圖3是沿著圖2所示區(qū)域3截取且包括示例性的空氣分級系統(tǒng)200的一部分過渡連接件130的放大剖視圖。圖4為空氣分級系統(tǒng)200的放大剖視圖。圖5為沿圖4中線A-A截取的空氣分級系統(tǒng)200的一部分的剖視圖。如上面所述，過渡連接件130與燃燒器組件104流動連通并接收燃燒室128排出的燃燒氣體。過渡連接件外壁146和內(nèi)壁150分別基本上為環(huán)狀的，且基本上關(guān)于通過過渡連接件130延伸的中心線152同心排列。在本討論的剩余部分中，對關(guān)于中心線152的徑向方向進行討論。內(nèi)壁150部分限定了有利于將來自燃燒室128的燃燒氣體156導(dǎo)引至渦輪噴嘴132的燃燒氣體流導(dǎo)引腔154。外壁146和內(nèi)壁150共同形成通道148。通道148有利于通過開口144將來自壓縮機排氣室142的燃燒空氣158渠化導(dǎo)引至燃料噴嘴122(如圖2所示)。此外，在空氣在到達燃燒室128之前受到預(yù)熱時，通過通道148的氣流158有利于冷卻壁150。
空氣分級系統(tǒng)200包括封殼202。在示例性的實施例中，封殼202基本上呈圓柱形。盡管如此，封殼202也可呈利于系統(tǒng)200運行的任何形狀，例如，封殼202可以是，但不限于，呈橢圓形或者矩形。在示例性的實施例中，封殼202包括基本上呈圓柱形的周壁204和封殼帽206。壁204具有徑向內(nèi)表面208，徑向外表面210以及螺紋部分212。帽206包括徑向內(nèi)表面214，螺紋部分216以及螺紋凸起218。在示例性的實施例中，壁204和帽206分別通過螺紋接頭部分212、216連接在一起。同樣地，帽206有利于提供接近系統(tǒng)200的方式用于維修活動。另一種可選方式是，壁204和帽206可采用任何其它的連接方式連接在一起，例如但不限于，釬焊或焊接。
內(nèi)表面208和徑向內(nèi)表面214在封殼202內(nèi)部限定出腔220。帽通道222延伸穿過帽206與腔220流動連通。具體而言，通道222自徑向內(nèi)表面214延伸穿過帽206再穿過凸起218。
在示例性的實施例中，壁204包括與帽徑向內(nèi)表面214接觸的徑向最外表面224。壁204還形成具有徑向外承座226和徑向內(nèi)承座228。此外，壁204還限定出環(huán)狀的空氣開口通道230。通道230利于使空氣流158流經(jīng)通道148并且利于腔220的增壓。徑向內(nèi)承座228限定出利于空氣流158和氣體流156流動連通的環(huán)狀通道232?？諝夥旨壪到y(tǒng)200還包括偏壓機構(gòu)236和位于封殼腔220內(nèi)的活塞238。在示例性的實施例中，機構(gòu)236是這樣設(shè)置的彈簧，以致于當(dāng)彈簧236被壓縮時彈簧236引發(fā)出的力增大。在示例性的實施例中，彈簧236為直彈簧。另一種可選方式是，彈簧236可以是，但不限于，螺旋彈簧或直/螺旋組合彈簧。偏壓機構(gòu)236具有徑向外端240和徑向內(nèi)端242。
活塞238包括基本上呈圓柱形的部分244，徑向內(nèi)部246，以及徑向外部248。部分244在部分246和248之間整體延伸。部分246起類似于閥盤的作用且包括可能與承座228接觸的環(huán)形支持面250。徑向外部248包括與機構(gòu)徑向內(nèi)端242接觸的偏壓機構(gòu)支持面249。部分248還包括具有與承座226形狀相匹配的徑向內(nèi)表面251。部分238的徑向最外表面253可與表面214接觸以限制活塞238的行程。
在示例性的實施例中，雖然在圖3和4中僅示出了一個封殼202，但是可以存在圍繞燃燒器組件104沿周向間隔配置的多個封殼202以形成系統(tǒng)200。封殼202的確切數(shù)目至少部分以具體應(yīng)用為基準(zhǔn)，以及基于一些參數(shù)，這些參數(shù)可包括，但不限于，相對于燃燒器組件104的空間限制因素，燃燒器組件必要的操作間隙，燃燒氣體流156的溫度分布，以及相關(guān)聯(lián)發(fā)動機100的運轉(zhuǎn)范圍。
系統(tǒng)200經(jīng)由帽通道222連接到低壓流體源252。更具體地，低壓流體管道254在源252和控制機構(gòu)258之間延伸，控制機構(gòu)258在此稱之為控制器組件258。控制器組件258包括至少一個與控制閥260流體連通的低壓流體歧管256，閥門操縱器262(有時稱之為致動器)，自動閥門控制子系統(tǒng)264，以及閥門控制信號管道266?？刂破鹘M件258還包括與源252流體連通的低壓流體管道268。在示例性的實施例中，低壓流體源252是燃氣渦輪排氣管(圖3或圖4未示出)。另一種可選方式是，源252可以是收集儲罐(圖3和4未示出)。在示例性的實施例中，低壓流體歧管256包括利于在流體管道254和閥260之間形成流體連通的多個螺紋接頭270。盡管圖中僅示出了一個閥260，但是根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，可以包括多個閥260和/或多個歧管256。在示例性實施例中，閥260和控制子系統(tǒng)264被構(gòu)造以相互配合以便于得到從封殼202到源252的預(yù)定流速。另一種可選方式是，閥260可為能調(diào)節(jié)流體流速以使系統(tǒng)200起到所述功能的任何裝置。在某些構(gòu)造中，自動閥門控制子系統(tǒng)264可以包括一個或多個微控制器以便于系統(tǒng)監(jiān)測以及包括但不限于閥門打開和關(guān)閉操作和故障監(jiān)測在內(nèi)的控制操作。另一種可選方式是，分布式或集中式控制結(jié)構(gòu)可用于系統(tǒng)200的可選實施例中。
系統(tǒng)200至少部分地是通過鑄造或者采用任何合適的工藝成形出周壁204和活塞238并且在預(yù)定的公差內(nèi)根據(jù)需要對兩者進行機加工而制成的?；钊?38插入腔220中以致于活塞表面251和承座226相接觸，且活塞支持面250和承座228接觸或幾乎在制造公差基礎(chǔ)上接觸，并且以致于偏壓機構(gòu)236與表面249接觸且使其位于活塞部分248內(nèi)。直到帽表面214與壁204接觸，帽206才與封殼202相連，從而使得偏壓機構(gòu)徑向外端240與徑向內(nèi)表面214接觸以及機構(gòu)236受到偏壓，導(dǎo)致產(chǎn)生使活塞238朝向“閉合”位置方向偏置的徑向向內(nèi)的閉合力。
如圖5所示，通道232被承座228周向封閉。
在示例性實施例中，過渡連接件130是通過鑄造或者采用任何合適的工藝使用滿足或超出預(yù)定運行參數(shù)的材料成形出過渡連接件130而制成的。在過渡連接件的壁146和150上形成多個特定尺寸的以用于接收多個封殼202的開口通道。然后每個封殼202，偏壓機構(gòu)236和活塞238被插入壁146和148上的通道中并且被定位，這樣以致于承座228稍微凹入，以及開口通道230在燃燒室空氣通道148內(nèi)沿周向定向以接收燃燒空氣流158的預(yù)定部分。在示例性實施例中，每個封殼202通過本領(lǐng)域公知的焊接技術(shù)被牢牢固定到外壁150上。另一種可選方式是，其它連接手段可包括，但不限于，釬焊技術(shù)或機械緊固件。
在發(fā)動機100運行時，在額定載荷區(qū)的較高端，從壓縮機排氣室142排出的基本上所有的燃燒空氣流158流入燃燒器組件104。此外，高溫燃燒空氣流156從燃燒器組件104被渠化引導(dǎo)至渦輪機組件106，且至少一部分燃燒空氣流158流入腔220以利于增壓腔220。表面251和承座226之間的公差導(dǎo)致流過承座226的燃燒空氣減少。更具體地，活塞支持面250和承座228之間的公差導(dǎo)致徑向朝內(nèi)通過活塞部分246的燃燒空氣流158在支持面251和承座226互相接觸的時候被減少，即活塞238處于閉合位置時。偏壓機構(gòu)236對活塞238加偏壓以保持處于閉合位置。
隨著發(fā)動機100的載荷減小，燃料供給速度可以減少達到燃燒預(yù)混合物火焰不穩(wěn)定的水平。采用可選擇的燃燒方式，例如擴散焰，生成NOX的可能性將增大?；冢幌抻诎l(fā)動機100載荷，燃燒氣體流溫度，燃料流率，和/或燃燒空氣流速，控制子系統(tǒng)264包括確定閥門260位置的預(yù)定算法?？刂谱酉到y(tǒng)264通過閥門控制信號管道266接入閥門操縱器260并傳遞信號至控制器262以至少部分打開閥門260。因為歧管256中的空氣壓力高于流體源252的工作壓力，所以空氣從歧管256流向源252。
腔220內(nèi)工作壓力的下降使先前的靜態(tài)條件失去平衡。經(jīng)開口通道230進入腔220的空氣158作用于活塞內(nèi)部表面251并且在表面249和251上產(chǎn)生一個壓差，該壓差相對于偏壓機構(gòu)236徑向向外地推動活塞238?；钊糠?48與徑向內(nèi)表面208滑動接合，且表面208有助于引導(dǎo)活塞部分248相對于封殼202定位。這種移動使活塞表面251與承座226分開，使活塞支持面250與承座228分開，以致于稍冷的燃燒空氣158進入通道232并與燃燒氣體流156混合。燃燒供給空氣158的導(dǎo)入有利于降低氣體流156的溫度和減少進入燃料噴嘴122(如圖2所示)的燃燒空氣158的量。當(dāng)活塞238徑向向外運動且燃燒空氣流過通道232時，腔220內(nèi)空氣壓力的變化率減小，從而減小活塞238的行程，直到系統(tǒng)200再次獲得基本靜態(tài)條件且至少一部分燃燒空氣從腔220流入低壓流體源252，或當(dāng)活塞的徑向外端253與表面214接觸時限制了活塞238的行程。
如果增大發(fā)動機100的載荷同時活塞238處于打開位置，閥門260將朝向閉合位置運動且跨過表面249和251的壓差將減小。與此同時，機構(gòu)236的偏壓將導(dǎo)致活塞238徑向向內(nèi)運動，從而減小了空氣經(jīng)通道232流入導(dǎo)引腔154的速度。發(fā)動機載荷的進一步變化將繼續(xù)調(diào)節(jié)閥門260以推動活塞238向著打開或閉合位置運動。
圖6是可與燃燒器組件104(圖2所示)一起使用的空氣分級系統(tǒng)300的另一可選實施例的剖視圖。如上面所述，過渡連接件130與燃燒器組件104流動連通并接收燃燒室128排出的燃燒氣體。過渡連接件外壁146和內(nèi)壁150分別基本上為環(huán)狀的，且基本上關(guān)于通過過渡連接件130延伸的中心線152同心排列。在本討論的剩余部分中，對關(guān)于中心線152的徑向方向進行討論。內(nèi)壁150部分限定了有利于將來自燃燒室128的燃燒氣體156導(dǎo)引至渦輪噴嘴132的燃燒氣體流導(dǎo)引腔154。外壁146和內(nèi)壁150共同形成通道148。通道148有利于通過開口144將來自壓縮機排氣室142的燃燒空氣158渠化導(dǎo)引至燃料噴嘴122(如圖2所示)。此外，在空氣在到達燃燒室128之前受到預(yù)熱時，通過通道148的氣流158有利于冷卻壁150。
空氣分級系統(tǒng)300包括封殼318。在示例性的實施例中，封殼318基本上呈圓柱形。盡管如此，封殼318也可呈利于系統(tǒng)300運行的任何形狀，例如，封殼318可以是，但不限于，呈橢圓形或者矩形。在示例性實施例中，封殼318包括基本上呈圓柱形的周壁320和徑向最外壁322。壁320包括徑向內(nèi)表面324和徑向外表面326。壁322包括徑向內(nèi)表面328。在可選實施例中，壁320和322通過螺紋接頭件(圖6未示出)結(jié)合。由此，壁322便于為維修活動提供進入系統(tǒng)300的通道。另一種可選方式是，壁320和322也可采用任何其它的連接方式連接在一起，例如但不限于，釬焊或焊接。內(nèi)表面324和徑向內(nèi)表面328一起限定出圍腔330。壁320限定出基本上呈圓形的徑向向內(nèi)燃燒供給空氣通道332和基本上呈圓形徑向外低壓流體連接通道334。
空氣分級系統(tǒng)300還包括偏壓機構(gòu)336和位于封殼腔330內(nèi)的活塞338。在可選實施例中，機構(gòu)336是彈簧，所述彈簧336是這樣設(shè)置的，當(dāng)彈簧336被壓縮時彈簧引發(fā)出的力就增大。在所述可選實施例中，彈簧336為直彈簧。另一種可選方式是，彈簧336可以是，但不限于，螺旋彈簧或直/螺旋組合彈簧。偏壓機構(gòu)336具有徑向外端340和徑向內(nèi)端342。
活塞338包括多個基本上呈圓柱形的部分344，所述多個部分344是一體的并被至少一個徑向中部環(huán)狀凸起346，一個徑向最內(nèi)環(huán)狀凸起348，一個徑向最外環(huán)狀凸起350和一個從凸起350徑向最外表面354延伸至偏壓機構(gòu)336中心的徑向細長的凸起352分支。表面354也是偏壓機構(gòu)的支持面用來支撐徑向內(nèi)部的偏壓機構(gòu)端342。徑向外部偏壓機構(gòu)端340受表面328支撐。凸起348起到類似于閥盤的作用，包括一個環(huán)形的支持面356，所述支持面356呈與徑向內(nèi)部的承座358相匹配的形狀。表面356限定出通道359。凸起352的徑向最外表面360可以與表面328接觸從而限制活塞338的行程。
在可選擇實施例中，盡管在圖6中僅僅示出了一個封殼318，但是可以有多個封殼318關(guān)于燃燒器組件104圓周地間隔配置以形成系統(tǒng)300。封殼318和內(nèi)容的確切地數(shù)目至少部分以具體應(yīng)用為基準(zhǔn)，以及基于一些參數(shù)，這些參數(shù)可能包括，但不局限于，關(guān)于燃燒器組件104的空間限制，和燃燒器組件必要的操作間隔，燃氣流156的溫度分布，以及相關(guān)發(fā)動機100的運轉(zhuǎn)范圍。
系統(tǒng)300通過帽通道334與低壓流體源362相連。更具體地，低壓流體管364在源362和控制器組件366之間延伸?？刂破鹘M件366包括至少一個與控制閥368連通的低壓流體管道365，一個閥門操縱器370(有時稱之為致動器)，一個自動閥門控制子系統(tǒng)372，一個閥門控制信號通道374?？刂破鹘M件366還包括與源362連通的低壓流體管道364。在示例性的實施例中，低壓流體源362是燃氣渦輪排氣管(圖6未示出)。另一種可選方式是，源362可以是收集儲罐(圖6未示出)。在可選擇的實施例中，低壓流體管道365包括多個螺紋接頭376便于在流體管道364和閥368之間形成流體連通。盡管只示出了一個閥368，但根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，可以包括多個閥368和/或多個管道365。在可選擇的實施例中，閥368和控制子系統(tǒng)372具有一定結(jié)構(gòu)相互配合以便于得到從封殼318到源362的預(yù)定流速。另一種可選方式是，閥368可為能調(diào)節(jié)流體流速以使系統(tǒng)300起到所述功能的任何裝置。在某些結(jié)構(gòu)中自動閥門控制子系統(tǒng)372可以包括一個或多個微控制器以便于系統(tǒng)監(jiān)測和包括，但不局限于閥門打開和關(guān)閉操作和故障監(jiān)測的控制操作。另一種可選方式是，分散或集中控制結(jié)構(gòu)可用于系統(tǒng)300的可選擇實施例中。
系統(tǒng)300至少部分地是通過鑄造或者采用任何合適的工藝成形出周壁320和活塞338并且在預(yù)定的公差內(nèi)根據(jù)需要對兩者進行機加工而制成的?；钊?38插入腔330這樣以致于支持面356和承座358相接觸，偏壓機構(gòu)336與表面354接觸，以及凸起352延伸穿過偏壓機構(gòu)336的中心。壁322與壁320通過螺紋接頭裝置(圖6未示出)結(jié)合，以致于偏壓機構(gòu)徑向外端340與徑向內(nèi)表面328接觸和裝置336是偏置的，導(dǎo)致了使活塞338朝著閉合位置方向偏置的徑向向內(nèi)的閉合力。
在示例性實施例中，過渡連接件130是通過鑄造或者采用任何合適的工藝使用滿足或超出預(yù)定運行參數(shù)的材料成形出過渡連接件130而制成的。在過渡連接件的壁146和150上形成多個特定尺寸的以用于接收多個封殼318的開口通道。然后每個封殼318偏壓機構(gòu)336和活塞338被插入壁146和148上的開口通道并定位，以致于封殼318徑向最內(nèi)部分與壁150的徑向最內(nèi)部分一樣高，以及通道332在燃燒空氣開口通道314內(nèi)周向定向以接收燃燒空氣流378的預(yù)定部分。在示例性實施例中，每個封殼318通過本領(lǐng)域公知的焊接技術(shù)被牢牢固定到外壁304上。另一種可選方式是，其它連接手段可包括，但不限于，釬焊技術(shù)或機械緊固件。
在發(fā)動機100運行時，在額定載荷區(qū)的較高端，基本上從壓縮機排氣室142排出的所有燃燒空氣流158流入燃燒器組件104。此外，高溫燃氣流156從燃燒器組件104導(dǎo)向渦輪機組件106，以及至少一部分燃燒空氣流158流入腔330便于增壓腔330。凸起346和周向內(nèi)表面324之間的公差導(dǎo)致流經(jīng)凸起346的燃燒空氣被減少。更具體地，支持面356和358之間的公差導(dǎo)致流經(jīng)凸起348的燃燒空氣流158在支持面356和358互相接觸的時候被減少，即活塞338位于閉合位置時。偏壓機構(gòu)336偏置活塞338以保持在閉合位置。
隨著發(fā)動機100的載荷減小，燃料供給速度可以減少達到燃燒預(yù)混合物火焰不穩(wěn)定的水平。采用可選擇的燃燒方式，例如擴散焰，生成NOX的可能性將增大?；冢幌抻诎l(fā)動機100載荷，燃燒氣體流溫度，燃料流率，和/或燃燒空氣流速，控制子系統(tǒng)372包括確定閥門368位置的預(yù)定算法。通過閥門控制信號管道374，控制子系統(tǒng)372被接入閥門操縱器370并傳遞信號至控制器370以至少部分打開閥門368。因為管道365中的空氣壓力高于流體源362的工作壓力，所以空氣從管道365流向源362。
腔330內(nèi)工作壓力的下降使先前的靜態(tài)條件失去平衡。經(jīng)開口通道332進入腔330的空氣378作用于凸起346徑向內(nèi)部，并通過凸起346產(chǎn)生一個壓差，該壓差相反于偏壓機構(gòu)336徑向向外地推動活塞338?；钊蛊?46和350與徑向內(nèi)表面324滑動接合，且表面324有助于引導(dǎo)活塞凸起346和350相對于封殼318定位。這種移動把支持面356從358分開以致于燃燒供給空氣158被允許進入開口通道359并與燃燒氣流156混合。燃燒空氣158的導(dǎo)入便于降低氣流156的溫度和減少進入燃料噴嘴122(如圖2所示)的燃燒空氣158的量。當(dāng)活塞338徑向向外運動和燃燒空氣流流過通道359時，腔330內(nèi)空氣壓力的變化率減小，從而減少活塞338的運動，直到系統(tǒng)300再次獲得基本上的靜態(tài)條件。
如果增大發(fā)動機100的載荷同時活塞338位于打開位置，閥門368將朝閉合位置運動，以及通過凸起346的壓差將減小。同期間，機構(gòu)336的偏壓將導(dǎo)致活塞338徑向向內(nèi)運動，從而減小了空氣經(jīng)通道359流入導(dǎo)引腔154的速度。發(fā)動機100載荷的進一步變化將繼續(xù)調(diào)節(jié)閥門368以推動活塞338向著打開或閉合位置運動。
用于制造在此所述的燃燒器組件的方法和設(shè)備有利于渦輪機系統(tǒng)的操作。更具體地，上面所述的燃燒器組件有利于預(yù)混火焰模式下更寬的運行范圍，這樣NOX的排放量較低。
作為與渦輪機系統(tǒng)有關(guān)的燃燒器組件的示例性實施例在上面進行了詳細的描述。本發(fā)明的方法、設(shè)備和系統(tǒng)不局限于這里所述的具體實施例，也不局限于具體示出的燃燒器組件。
雖然已通過不同的具體實施方式
對本發(fā)明進行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識到可使用在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的變型實踐本發(fā)明。
附圖標(biāo)記100燃氣渦輪發(fā)動機102壓縮機組件104燃燒器組件106渦輪機組件108轉(zhuǎn)子120圓頂板122燃料噴嘴124燃燒器外殼126燃燒器襯套128燃燒室130過渡連接件132渦輪噴嘴140擴壓器
142壓縮機排氣室144開口146外壁146 132.外壁148環(huán)形通道150內(nèi)壁151冷卻通道152中心線154氣體流導(dǎo)引腔156氣體流158空氣流200空氣分級系統(tǒng)202封殼204圓柱形周壁206帽208內(nèi)表面210外表面212螺紋部分214內(nèi)表面216螺紋部分218凸起220腔222帽通道224最外表面226承座228內(nèi)承座230開口通道232環(huán)形通道236偏壓機構(gòu)238活塞
240外端242內(nèi)端244圓柱形部分246內(nèi)部248外部249支持面250支持面251活塞表面252低壓流體源253外端254低壓流體管道256低壓流體歧管258控制器組件260閥262閥門操縱器264控制子系統(tǒng)266閥控制信號管道268低壓流體管道270螺紋接頭300空氣分級系統(tǒng)304外壁314開口通道318封殼320圓柱形周壁322最外壁324內(nèi)表面326外表面328內(nèi)表面330腔332空氣通道
334帽通道336偏壓機構(gòu)338活塞340外端342內(nèi)端344圓柱形部分346活塞凸起348最內(nèi)圓周凸起350最外圓周突起352凸起354最外表面356支持面358內(nèi)承座359通道360最外表面362低壓流體源364低壓流體管道365低壓流體歧管366控制器組件368閥370閥門操縱器372控制子系統(tǒng)374閥控制信號管道376螺紋接頭378空氣流
權(quán)利要求
1.一種燃燒器組件(104)，包括燃燒室(128)；至少一個從所述燃燒室向下游延伸出的過渡部分(130)，所述至少一個過渡部分有助于渠化導(dǎo)引來自所述燃燒器組件的燃燒氣體；和連接到所述至少一個過渡部分上的至少一個空氣控制系統(tǒng)(200)，所述空氣控制系統(tǒng)包括連接到控制器上的至少一個偏壓機構(gòu)(236)以有助于減少運行中所述燃燒器組件的排放。
2.如權(quán)利要求1所述的燃燒器組件(104)，其中所述過渡部分(130)包括多個限定出所述過渡部分的壁，所述多個所述壁中的至少一個壁包括從其中延伸穿過的開口，所述開口有助于減少所述燃燒器組件的排放。
3.如權(quán)利要求2所述的燃燒器組件(104)，其中所述至少一個空氣控制系統(tǒng)(200)包括至少一個活塞封殼，所述封殼與所述過渡部分通道(230)和至少一個低壓流體源(252)流體連通，所述封殼容納所述偏壓機構(gòu)(238)的至少一部分和所述活塞的至少一部分，所述偏壓機構(gòu)相對于所述過渡部分上限定的所述開口(144)基本上呈同心排列。
4.如權(quán)利要求3所述的燃燒器組件(104)，其中所述至少一個空氣控制系統(tǒng)封殼包括外壁(210)，所述外壁包括在其中限定出的多個通道(230，232)，其中所述多個通道中的第一個通道與高壓流體源流體連通，所述多個通道中的第二個通道與所述封殼內(nèi)的燃燒氣體流通道流體連通，以及所述多個通道中的第三個通道與低壓流體源(252)流體連通。
5.如權(quán)利要求3所述的燃燒器組件(104)，其中所述活塞(238)包括徑向內(nèi)部(246)，徑向外部(248)以及在兩者之間延伸的中心部分(244)，所述中心部分的直徑小于所述徑向外部和徑向內(nèi)部的直徑。
6.如權(quán)利要求3所述的燃燒器組件(104)，其中所述偏壓機構(gòu)(236)向所述活塞(238)加偏壓，所述偏壓機構(gòu)被定位在所述空氣控制系統(tǒng)(200)封殼的內(nèi)壁與所述活塞之間。
7.如權(quán)利要求1所述的燃燒器組件(104)，其中所述至少一個控制機構(gòu)包括連接在低壓流體源(252)與所述至少一個偏壓機構(gòu)(236)之間用于控制發(fā)動機運行中進入所述燃燒器的空氣流量的至少一個閥門(260)。
8.一種燃氣渦輪發(fā)動機(10)，包括壓縮機(102)，和位于所述壓縮機下游的至少一個燃燒器組件(104)，所述燃燒器組件包括燃燒室(128)和至少一個過渡部分(130)，所述過渡部分從所述燃燒室向下游延伸以有助于渠化導(dǎo)引來自所述燃燒器組件的燃燒氣體，以及連接到所述至少一個過渡部分上的至少一個空氣控制系統(tǒng)(200)，所述空氣控制系統(tǒng)包括連接到控制器上的至少一個偏壓機構(gòu)(236)，以有助于在發(fā)動機運行中減少所述燃燒器組件的排放。
9.如權(quán)利要求8所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其中所述燃燒器組件過渡部分(130)包括限定出所述過渡部分流動邊界的至少一個壁(146，150)，所述過渡部分的至少一個壁包括在其中限定出的至少一個開口(144)，所述開口有助于減少發(fā)動機運行中所述燃燒器(104)的排放。
10.如權(quán)利要求9所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其中所述燃燒器組件(104)至少一個空氣控制系統(tǒng)(200)包括至少一個活塞(238)和至少一個封殼，所述封殼與至少一個過渡部分開口(230)和至少一個低壓流體源(252)流體連通，所述封殼容納所述偏壓機構(gòu)(236)的至少一部分和所述活塞的至少一部分，所述偏壓機構(gòu)相對于至少一個過渡部分開口且相對于所述至少一個活塞基本上呈同心排列。
全文摘要
提供了一種燃燒器組件(104)。所述燃燒器組件包括燃燒室(128)和至少一個從燃燒室向下游延伸出的過渡部分(130)。所述過渡部分有助于渠化導(dǎo)引來自燃燒器組件的燃燒氣體。所述組件還包括連接到至少一個過渡部分上的至少一個空氣控制系統(tǒng)(200)。所述空氣控制系統(tǒng)包括至少一個連接到控制器上的偏壓機構(gòu)(236)以有助于減少運行中燃燒器組件的排放。
文檔編號F23R3/42GK101029599SQ20071010064
公開日2007年9月5日 申請日期2007年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月21日
發(fā)明者K·C·貝爾索姆 申請人:通用電氣公司