專利名稱：用于調節(jié)穿過噴嘴的空氣流的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及用于調節(jié)到噴嘴的空氣流的設備。特別地，本發(fā)明將進入噴嘴 的空氣流分開，以改善進入噴嘴的空氣的徑向分布。
背景技術：
燃氣渦輪機廣泛用于商業(yè)性發(fā)電運行。典型的燃氣渦輪機包括在前部的壓縮機、 中部周圍的一個或多個燃燒器以及在后部的渦輪。壓縮機和渦輪典型地共用共同的轉子。 壓縮機逐漸地壓縮工作流體，且將工作流體排放至燃燒器。燃燒器將燃料噴射到壓縮的工 作流體流中，且點燃該混合物來產(chǎn)生具有高溫、高壓和高速度的燃燒氣體。燃燒氣體離開燃 燒器，且流向渦輪，在此處它們膨脹而做功。圖1提供了本領域中公知的燃燒器10的簡化橫截面圖。殼體12圍繞燃燒器10， 以便包含來自壓縮機(未示出)的壓縮工作流體。噴嘴14布置在端蓋15和端罩16中，且 噴嘴14下游的襯套18限定燃燒室20。圍繞襯套18的流套筒22在流套筒22與襯套18之 間限定環(huán)形通路對。壓縮的工作流體朝端蓋15流過環(huán)形通路M，在端蓋15處，工作流體 調轉方向以流過噴嘴14進入燃燒室20。理想的是，噴嘴14內的壓縮工作流體的質量流在徑向和周向上是均勻的。噴嘴14 內的壓縮工作流體的均勻質量流容許噴嘴14內燃料端口的均勻分布，以便使燃料與壓縮 的工作流體均勻地混合，從而提供用于燃燒的均勻的燃料-空氣混合物。已經(jīng)設計了各種噴嘴來增強進入噴嘴的壓縮工作流體的徑向和/或周向分布。例 如，圖2示出了具有喇叭口觀開口的現(xiàn)有技術噴嘴沈的橫截面圖。燃料通過中心體30進 入噴嘴沈，該中心體30沿噴嘴沈的軸向中心線32延伸。護罩34沿周向圍繞部分中心體 30的一部分，以便在中心體30與護罩34之間限定環(huán)形通路36。環(huán)形通路36中的旋流器 導葉38可包括燃料端口，該燃料端口使燃料與流過旋流器導葉38的壓縮工作流體相混合。喇叭口觀形狀增大了通向環(huán)形通路36的開口的尺寸，提供了壓縮工作流體在其 上流動的光滑表面，且不會對進入環(huán)形通路36的壓縮工作流體產(chǎn)生大的壓降。然而，具有 喇叭口觀開口的噴嘴的計算流體動力模型顯示，壓縮工作流體的質量流速圍繞中心體30 集中，且沿徑向向外減小，尤其是在護罩34的內側處。圖3示出了具有入口流動調節(jié)器42的另一現(xiàn)有技術噴嘴40。入口流動調節(jié)器42 通常包括一個或多個擋板44和穿孔篩網(wǎng)46。壓縮工作流體流過穿孔篩網(wǎng)46，且擋板44重 新定向空氣流，以便改善噴嘴40內的壓縮工作流體的徑向分布。然而，圖3中所示的入口 流動調節(jié)器42的制造更為昂貴，且比現(xiàn)有噴嘴更難組裝。此外，入口流動調節(jié)器42在工作 流體流過噴嘴40時會增大工作流體的壓降。因此，對于一種可沿徑向分配進入噴嘴的壓縮工作流體的改進噴嘴設計存在需 求。理想的是，改進的噴嘴設計將增強空氣流的徑向和/或周向分布，不會對壓縮工作流體 產(chǎn)生大的壓降，且將在現(xiàn)有噴嘴設計中相對容易地制造和安裝。

發(fā)明內容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點將在以下說明中闡述，或可從該說明中清楚，或可通過實施 本發(fā)明而獲悉。本發(fā)明的一個實施例為一種燃料噴嘴，其包括中心體，以及沿周向圍繞至少一部 分中心體的護罩，從而在中心體與護罩之間限定環(huán)形通路，其中，護罩包括端部。燃料噴嘴 還包括弓式環(huán)形引導件，其與護罩的端部分離且從護罩的端部的徑向內側點延伸至護罩的 端部的徑向外側點。弓式環(huán)形引導件限定弓式環(huán)形引導件與護罩的端部之間的第一空氣 流，以及弓式環(huán)形引導件與中心體之間的第二空氣流。本發(fā)明的一個備選實施例為燃燒器。燃燒器包括端罩和設置在端罩中的噴嘴。噴 嘴包括中心體和沿周向圍繞至少一部分中心體的護罩，以便在中心體和護罩之間限定環(huán)形 通路，其中，護罩包括端部。噴嘴還包括弓式環(huán)形引導件，其與護罩的端部分離且從護罩的 端部的徑向內側點延伸至護罩的端部的徑向外側點。弓式環(huán)形引導件限定弓式環(huán)形引導件 與護罩的端部之間的第一空氣流，以及弓式環(huán)形引導件與中心體之間的第二空氣流。在本發(fā)明的另一實施例中，燃料噴嘴包括護罩，其中，護罩限定通路且包括端部。 燃料噴嘴還包括弓式環(huán)形引導件，其與護罩的端部分離且從護罩的端部的徑向內側點延伸 至護罩的端部的徑向外側點。弓式環(huán)形引導件限定弓式環(huán)形引導件與護罩的端部之間的第 一空氣流，以及弓式環(huán)形引導件的徑向內側的第二空氣流。本領域的普通技術人員在查看說明書后將更好地理解此類實施例的特征和方面 以及其它。


在包括參照附圖的余下說明中，向本領域的技術人員更為具體地闡述了本發(fā)明包 括其最佳模式的完整和能夠實施的公開，在附圖中圖1為本領域中公知的燃燒器的簡化橫截面圖；圖2為具有喇叭口開口的現(xiàn)有技術噴嘴的橫截面圖；圖3為具有入口流動調節(jié)器的另一現(xiàn)有技術噴嘴；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的噴嘴的簡化橫截面圖；圖5為圖4中所示的弓式環(huán)形引導件和護罩的平面圖；圖6為本發(fā)明范圍內的燃燒器的平面圖；圖7為圖6中所示的燃燒器的透視圖；圖8為在本發(fā)明范圍內的噴嘴的第二實施例的簡化局部橫截面圖；圖9為在本發(fā)明范圍內的噴嘴的第三實施例的簡化局部橫截面圖；圖10為在本發(fā)明范圍內的噴嘴的第四實施例的簡化局部橫截面圖；圖11為穿過喇叭口噴嘴并穿過在本發(fā)明范圍內的噴嘴的徑向空氣流的圖表；以 及圖12為穿過喇叭口噴嘴并穿過在本發(fā)明范圍內的噴嘴的空氣流的速度的圖表。部件清單10燃燒器12 殼體
14噴嘴-圖115立而蓋16端罩18襯套20燃燒室22流套筒24環(huán)形通路26噴嘴-圖228喇叭口30中心體32軸向中心線34護罩36環(huán)形通路38旋流器導葉40噴嘴-圖342入口流動調節(jié)器44擋板46穿孔篩網(wǎng)48噴嘴-圖450中心體52護罩53噴嘴凸緣54軸向中心線56環(huán)形通路57旋流器導葉58弓式環(huán)形引導件60護罩端部62內側點64外側點66第一空氣流68第二空氣流70支柱72支柱第一端74支柱第二端76燃燒器78噴嘴-圖6，圖780端罩82中心噴嘴84中心體
86平坦區(qū)段88 I噴嘴-圖890 I噴嘴-圖992 I噴嘴-圖1094弓式環(huán)形引導件-896弓式環(huán)形引導件-998弓式環(huán)形引導件-10100流套筒-8102護罩-8104中心體-8106環(huán)形通路-8108流套筒-8110護罩-9112中心體-9114環(huán)形通路-9116流套筒-10118護罩-10120中心體-10122環(huán)形通路- ο124第一空氣流_-8126第二空氣流_-8128第一空氣流_-9130第二空氣流_-9132第一空氣流_-10134第二空氣流_-10136護罩端部138較厚的節(jié)段140引導件的第--端142引導件的第二二端144中心部分146中心體的波狀外形表148擋板
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細地參照以呈現(xiàn)本發(fā)明的實施例，其中的一個或多個實例在附圖中示 出。詳細說明使用數(shù)字和字母標號來指代附圖中的特征。附圖和說明中相似或類似的標號 已經(jīng)用于指代本發(fā)明的相似或類似的部件。各實例均以解釋本發(fā)明的方式提供而并不限制本發(fā)明。實際上，對于本領域的技 術人員將很明顯的是，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可在本發(fā)明中做出各種修改和變型。例如，圖示為或描述為一個實施例的部件的特征可在另一實施例上使用來產(chǎn)生 又另一個實施例。因此，所期望的是，本發(fā)明覆蓋落入所附權利要求及其等同物的范圍內的 此類修改和變型。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的噴嘴48的簡化橫截面圖。噴嘴48通常包 括中心體50和護罩52，但本發(fā)明范圍內的備選實施例可包括護罩52而沒有中心體50。如 果存在的話，中心體50在一端處連接到噴嘴凸緣53上，且沿噴嘴48的軸向中心線M延伸。 護罩52沿周向圍繞至少一部分中心體50，以便在中心體50與護罩52之間限定環(huán)形通路 56。燃料可供給中心體50，且噴射到環(huán)形通路56中，以便在進入燃燒室之前與壓縮的工作 流體相混合。如果中心體50不存在，則護罩52可在護罩52的圓周內限定環(huán)形通路56，且 燃料可供應通過旋流器導葉57。噴嘴48還包括在護罩52的端部60附近的弓式環(huán)形引導件58。弓式環(huán)形引導件 58沿周向圍繞開口延伸至中心體50與護罩52之間的環(huán)形通路56。弓式環(huán)形引導件58從 護罩52的端部60的徑向內側的點62延伸至護罩52的端部60的徑向外側的點64。結果， 弓式環(huán)形引導件58將進入環(huán)形通路56的壓縮工作流體流分成第一空氣流66和第二空氣 流68。第一空氣流66在弓式環(huán)形引導件58與護罩52的端部60之間，而第二空氣流68在 弓式環(huán)形引導件58與中心體50之間。如果中心體50不存在，則第二空氣流在弓式環(huán)形引 導件58的徑向內側。圖5顯示了圖4中所示的弓式環(huán)形引導件58和護罩52的平面圖。如圖5中所 示，一個或多個支柱70將弓式環(huán)形引導件58保持就位。各支柱70的第一端72連接到弓 式環(huán)形引導件58上，而各支柱70的第二端74連接到護罩52上，以便弓式環(huán)形引導件58 保持在與護罩52的端部60分離的位置上。在備選實施例中，支柱70可連接到端蓋15、端 罩16、中心體50、噴嘴凸緣53或用于將弓式環(huán)形引導件58保持就位的任何適合的結構上。圖6和圖7分別示出了本發(fā)明范圍內的燃燒器76的平面視圖和透視圖。燃燒器 76包括布置在端罩80中的至少一個噴嘴78。例如，如圖6和圖7中所示，燃燒器76可包 括圍繞中心噴嘴82沿徑向布置的五個噴嘴78。各噴嘴78均包括具有軸向中心線(未示 出)的中心體84。如圖5和圖6中所示，弓式環(huán)形引導件58可包括周邊，該周邊具有沿至少一部分 周邊的大致平坦的區(qū)段86。大致平坦的區(qū)段86容許相鄰的噴嘴78沿徑向布置在端罩80 內，而不需要噴嘴78或相關弓式環(huán)形引導件58的任何重疊。圖8、圖9和圖10示出了本發(fā)明范圍內的噴嘴88，90，92的備選實施例的簡化局 部橫截面圖。各圖以前文參照圖4闡述的流套筒100，108，116，護罩102，110，118，中心體 104，112，120和環(huán)形通路106，114，122為背景示出了弓式環(huán)形引導件94，96，98。在各實施 例中，弓式環(huán)形引導件94，96，98將進入環(huán)形通路106，114，122的壓縮工作流體流分成第一 空氣流124，128，132和第二空氣流126，130，134。第一空氣流124，128，132在弓式環(huán)形引 導件94，96，98與護罩102，110，118之間，而第二空氣流126，130，134在弓式環(huán)形引導件 94，96，98 與中心體 104，112，120 之間。在圖8中所示的實施例中，護罩102的端部136可包括具有增大的厚度的節(jié)段 138。如圖8中所示，護罩102的端部136可為平坦的或圓形的。圓形端部136和/或較厚 的節(jié)段138增強了壓縮工作流體穿過弓式環(huán)形引導件94與護罩102之間的第一空氣流124的流動。在圖9中所示的實施例中，弓式環(huán)形引導件96包括第一端140和第二端142，且第 二端142至少部分地在護罩110與中心體112之間延伸。弓式環(huán)形引導件96還包括第一 端140與第二端142之間的中心部分144，且該中心部分144具有大于第一端140或第二端 142的至少其中一個的厚度。中心體112還包括波狀外形表面146。較厚的中心部分144 和中心體112的波狀外形表面146的組合通過限制穿過第二空氣流130的空氣流而進一步 增強了穿過環(huán)形通路114的流的徑向分布和周向分布，從而增加了穿過第一空氣流128的 空氣流，且沿周向使第一空氣流和第二空氣流平順。圖10中示出的實施例還包括弓式環(huán)形引導件98與中心體120之間的擋板148。 如圖10中所示，擋板148可為直的或彎曲的。擋板148在弓式環(huán)形引導件98與中心體120 之間分開第二空氣流134，以便進一步增強穿過環(huán)形通路122的空氣流的徑向分布。如圖 10中所示，擋板148可完全存在于環(huán)形通路122內。備選地，擋板148可開始于護罩118的 徑向外側，且繼續(xù)進入護罩118與中心體120之間的環(huán)形通路122。圖11和圖12用圖表圖示了喇叭口噴嘴相比于本發(fā)明范圍內的噴嘴的空氣流性 能。例如，圖11示出了對于喇叭口噴嘴和具有弓式環(huán)形引導件的噴嘴在各徑向位置處的質 量流百分比。均勻的徑向空氣流將產(chǎn)生在各徑向位置處相同的質量流百分比，導致圖11中 所示的圖表中的水平線。如圖所示，對于喇叭口噴嘴，質量流百分比與對于具有弓式環(huán)形引 導件的噴嘴相比在徑向上變化更大。圖12示出了對于喇叭口噴嘴和具有弓式環(huán)形引導件的噴嘴在不同徑向位置處的 空氣流速度。如圖12中所示，對于兩個噴嘴的軸向速度在接近于噴嘴的軸向中心線的徑向 內側位置處相對相似。然而，具有弓式環(huán)形引導件的噴嘴相比于喇叭口噴嘴，在較接近護罩 的徑向外側位置處產(chǎn)生了改善的軸向速度。圖12中的箭頭示出了對于具有弓式環(huán)形引導 件的噴嘴與喇叭口噴嘴相比在徑向外側位置處改善的軸向速度。根據(jù)圖4至圖10中所示的任何實施例構造的噴嘴還可提供用于調節(jié)空氣流的方 法。根據(jù)該方法，空氣沿護罩的外表面流動，直到其在護罩外側分成第一空氣流和第二空氣 流。第一空氣流引入中心體與護罩之間的環(huán)形通路的外側部分中。第二空氣流引入中心體 與護罩之間的環(huán)形通路的內側部分中。如圖9中所示，該方法可包括使中心體與護罩之間 的環(huán)形通路中的空氣流變窄或收縮。此外，如圖10中所示，該方法還可包括分開進入環(huán)形 通路中的第二空氣流。本書面說明使用了包括最佳模式的實例來公開本發(fā)明，且還使本領域的技術人員 能夠實施本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結合的方法。本發(fā)明的可 專利范圍由權利要求限定，并且可包括本領域的技術人員想到的其它實例。如果此類其它 的實例具有并非不同于本權利要求的書面語言的結構元件，或者，如果這些其它實例包括 與本權利要求的書面語言無實質差異的同等結構元件，則確定這些實例意在屬于權利要求 的范圍之內。
權利要求
1.一種燃料噴嘴(90)，包括:a.護罩(110)，其中，所述護罩(110)限定通路(114)且包括端部(136)；以及b.弓式環(huán)形引導件(96)，其與所述護罩(110)的所述端部(136)分離且從所述護罩 (110)的所述端部(136)的徑向內側的點(62)延伸至所述護罩(110)的所述端部(136)的 徑向外側的點(64)，以便所述弓式環(huán)形引導件(96)限定所述弓式環(huán)形引導件(96)與所述 護罩(110)的所述端部(136)之間的第一空氣流(128)，以及所述弓式環(huán)形引導件(96)的 徑向內側的第二空氣流(130)。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃料噴嘴(90)，其特征在于，所述燃料噴嘴(90)還包括中心 體(112)，其中，所述護罩(110)沿周向圍繞至少一部分所述中心體(112)，以便在所述中心 體(112)與所述護罩(110)之間限定環(huán)形通路(114)。
3.根據(jù)權利要求2所述的燃料噴嘴(90)，其特征在于，所述弓式環(huán)形引導件(96)包括 第一端(140)和第二端(142)，且所述第二端(142)至少部分地在所述護罩(110)與所述中 心體(112)之間延伸。
4.根據(jù)權利要求2或3中任一項所述的燃料噴嘴(90)，其特征在于，所述中心體(112) 包括波狀外形表面(142)，所述波狀外形表面(142)使所述中心體(112)與所述護罩(110) 之間的所述環(huán)形通路(114)變窄。
5.根據(jù)權利要求2-4中任一項所述的燃料噴嘴(92)，其特征在于，所述燃料噴嘴(92) 還包括所述弓式環(huán)形引導件(98)與所述中心體(120)之間的擋板(148)，以便所述擋板 (148)在所述弓式環(huán)形引導件(98)與所述中心體(120)之間分開所述第二空氣流(134)。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的燃料噴嘴(78)，其特征在于，所述弓式環(huán)形引導 件(58)包括周邊，所述周邊具有沿所述周邊的至少一部分大致平坦的區(qū)段(86)。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的燃料噴嘴(90)，其特征在于，所述弓式環(huán)形引導 件(96)包括第一端(140)、第二端(142)和中心部分(144)，所述中心部分(144)在所述第 一端(140)與所述第二端(142)之間，且具有大于所述第一端(140)或所述第二端(142) 的至少其中一個的厚度。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的燃料噴嘴(48)，其特征在于，所述燃料噴嘴(48) 還包括連接到所述弓式環(huán)形引導件(58)上以支承所述弓式環(huán)形引導件(58)的至少一個支 柱(70)。
9.根據(jù)權利要求8所述的燃料噴嘴(48)，其特征在于，所述至少一個支柱(70)可連接 到端蓋(15)、端罩(16)或噴嘴凸緣(53)的至少其中一個上。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的燃料噴嘴(88)，其特征在于，所述護罩(102)的 所述端部(136)包括具有增大的厚度的節(jié)段(138)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于調節(jié)穿過噴嘴的空氣流的設備。具體而言，噴嘴(48)包括限定通路(56)的護罩(52)。與護罩(52)的端部(60)分離的弓式環(huán)形引導件(58)從護罩(52)的端部(60)的徑向內側的點(62)延伸至護罩(52)的端部(60)的徑向外側的點(64)。弓式環(huán)形引導件(58)限定弓式環(huán)形引導件(58)與護罩(52)的端部(60)之間的第一空氣流(66)，以及弓式環(huán)形引導件(58)的徑向內側的第二空氣流(68)。
文檔編號F23D14/48GK102052681SQ201010539518
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權日2009年10月28日
發(fā)明者J·D·貝里, J·T·斯圖爾特, M·J·休斯 申請人:通用電氣公司