專利名稱：用于冷卻噴嘴的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及用于冷卻噴嘴的系統(tǒng)和方法。特別地，本發(fā)明的實(shí)施例可提供冷卻介質(zhì)以冷卻噴嘴的表面。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪廣泛用于工業(yè)和功率發(fā)生操作中。典型的燃?xì)鉁u輪包括在前端的軸向壓縮器、圍繞中間的一個(gè)或多個(gè)燃燒器和在后端的渦輪。外界空氣進(jìn)入壓縮器，并且壓縮器中的旋轉(zhuǎn)葉片和固定靜葉(vane)逐漸地給予動(dòng)能到空氣以生產(chǎn)處于高能狀態(tài)的壓縮工作流體。壓縮工作流體離開壓縮器并且流過燃燒器中的噴嘴，在燃燒器中壓縮工作流體與燃料混合并且點(diǎn)燃以生成具有高的溫度和壓力的燃燒氣體。燃燒氣體在渦輪中膨脹以做功。例如，燃燒氣體在渦輪中的膨脹可使連接到發(fā)電機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)以發(fā)電。廣泛已知燃?xì)鉁u輪的熱力學(xué)效率隨操作溫度，即燃燒氣體溫度，增加而增加。然而，如果燃料和空氣在燃燒之前沒有均勻混合，局部過熱點(diǎn)可在燃燒器中形成。局部過熱點(diǎn)增加了可損害噴嘴的燃燒器中的火焰逆燃進(jìn)噴嘴和/或附著在噴嘴內(nèi)部的概率。雖然火焰逆燃和火焰保持(flame holding)可對任何燃料發(fā)生，但是它們更容易對諸如氫的具有更高燃燒速率和更寬的可燃性范圍的高度反應(yīng)的燃料發(fā)生。多種技術(shù)存在以在最小化逆燃和火焰保持的同時(shí)允許更高的操作溫度。這些技術(shù)中的許多設(shè)法減少局部過熱點(diǎn)和/或減少低流動(dòng)區(qū)以防止或者減少逆燃或火焰保持的發(fā)生。例如，噴嘴設(shè)計(jì)中的連續(xù)改進(jìn)導(dǎo)致燃料和空氣在燃燒之前的更均勻的混合以減少或防止局部過熱點(diǎn)在燃燒器中形成?？蛇x地，或此外，噴嘴已設(shè)計(jì)成確保通過噴嘴的燃料和/或空氣的最小流動(dòng)速率以冷卻噴嘴表面和/或防止燃燒器火焰逆燃進(jìn)噴嘴。然而，噴嘴設(shè)計(jì)中為減少和/或防止火焰保持或逆燃的發(fā)生的連續(xù)改進(jìn)將是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)以下在下文描述中陳述，或者可從描述中顯而易見，或者通過本發(fā)明的實(shí)踐而學(xué)習(xí)。本發(fā)明的一實(shí)施例為包括中心體和護(hù)罩的噴嘴，護(hù)罩周向圍繞中心體的至少一部分以限定在中心體和護(hù)罩之間的環(huán)形通道。噴嘴還包括通過中心體或護(hù)罩中的至少一個(gè)的多個(gè)孔、與多個(gè)孔流體連通的壓室和鄰近多個(gè)孔并且連接到中心體或護(hù)罩中的至少一個(gè)的多個(gè)第一條板。本發(fā)明的另一實(shí)施例為噴嘴，其包括中心體；護(hù)罩，其周向圍繞中心體的至少一部分以限定在中心體與護(hù)罩之間的環(huán)形通道；和在中心體與護(hù)罩之間的至少一個(gè)靜葉。噴嘴還包括通過中心體、護(hù)罩或至少一個(gè)靜葉中的至少一個(gè)的多個(gè)孔、與多個(gè)孔流體連通的壓室和鄰近多個(gè)孔并且連接到中心體、護(hù)罩或至少一個(gè)靜葉中的至少一個(gè)的多個(gè)條板。本發(fā)明還包括用于冷卻噴嘴的方法，其包括使冷卻介質(zhì)流過在噴嘴的中心體內(nèi)部的壓室并且使冷卻介質(zhì)流過在中心體中的多個(gè)孔。本方法還包括利用條板重新引導(dǎo)冷卻介質(zhì)以使冷卻介質(zhì)流過中心體的表面。在閱讀說明書后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將更好地理解這些實(shí)施例的特征和方面及其它。


本發(fā)明的完整并且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員的本發(fā)明的最佳模式，更特別地在參考附圖的說明書的剩余部分陳述，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的燃燒器的簡化側(cè)截面視圖；圖2為圖1中示出的燃燒器的軸向截面視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的噴嘴的簡化側(cè)截面視圖；圖4為圖3中示出的靜葉的側(cè)截面視圖；圖5為根據(jù)可選實(shí)施例的圖3中示出的靜葉的側(cè)截面視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例的噴嘴的簡化側(cè)截面視圖；并且圖7為圖6中示出的靜葉的透視圖。部件列表10 燃燒器12 噴嘴14 頂蓋16 夕卜殼18 端蓋20 襯墊22 燃燒室24 流動(dòng)套筒26 流動(dòng)口28 環(huán)形通道30 歧管32 冷卻介質(zhì)的供應(yīng)34 中心體36 護(hù)罩38 軸向中心線40 環(huán)形通道42 靜葉44 壓室46 中心體中的孔48 靜葉中的端口50 護(hù)罩中的通道52 條板(louver)62 噴嘴64 中心體
66護(hù)罩68靜葉70軸向中心線72環(huán)形通道74壓室76中心體中的孔78靜葉中的端口80護(hù)罩中的通道
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳述參考以介紹本發(fā)明的實(shí)施例，其中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例在附圖中示出。 該詳述描述利用數(shù)字和字母標(biāo)記以指示附圖中的特征。附圖和描述中相同或類似的標(biāo)記用于指示本發(fā)明的相同或類似的部分。各實(shí)例以本發(fā)明的解釋，而非本發(fā)明的限制的方式提供。事實(shí)上，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可在本發(fā)明中做出修改和變型而不脫離本發(fā)明的范圍或精神。例如，作為一實(shí)施例的部分示出或描述的特征可用在另一實(shí)施例上以產(chǎn)生又一實(shí)施例。因而，意圖本發(fā)明覆蓋在所附權(quán)利要求和它們的等價(jià)物的范圍內(nèi)的這種修改和變型。本發(fā)明的各種實(shí)施例提供冷卻到噴嘴表面以減少火焰保持的發(fā)生，并且如果火焰保持發(fā)生則減少和/或防止對噴嘴表面的任何損害。具體實(shí)施例可包括條板或鰭以引導(dǎo)冷卻介質(zhì)流通過或橫過噴嘴表面以提供薄膜式或噴射式冷卻到噴嘴。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的燃燒器10的簡化截面。如所示，燃燒器10大體包括徑向配置在頂蓋14中的一個(gè)或多個(gè)噴嘴12。外殼16可圍繞燃燒器10以包含離開壓縮器(未示出)的空氣或壓縮工作流體。端蓋18和襯墊20可限定噴嘴12的下游的燃燒室22。帶有流動(dòng)口沈的流動(dòng)套筒M可圍繞襯墊20以限定在流動(dòng)套筒M與襯墊20之間的環(huán)形通道28。圖2提供圖1中示出的燃燒器10的俯視圖。燃燒器10的各種實(shí)施例可包括噴嘴的不同的數(shù)目與配置。例如，在圖2示出的實(shí)施例中，燃燒器10包括徑向配置的五個(gè)噴嘴 12。工作流體流過在流動(dòng)套筒M與襯墊20之間的環(huán)形通道28直到它到達(dá)端蓋18，在端蓋 18處工作流體反向以流過噴嘴12并且進(jìn)入燃燒室22。如圖1和2所示，歧管30可連接到噴嘴12以供應(yīng)冷卻介質(zhì)32到噴嘴12、通過噴嘴12和/或在噴嘴12上。歧管30可包括為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的用于提供流體連通的任何管道和閥配置。冷卻介質(zhì)32可包括適合于移除熱的任何流體而且還可流過燃燒室22 和下游構(gòu)件。例如，冷卻介質(zhì)32可包括蒸汽、惰性氣體、稀釋劑或?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員所知的另一適合的流體。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的噴嘴12的簡化截面。如圖3所示，噴嘴12大體包括中心體34和護(hù)罩36。中心體34大體沿噴嘴12的軸向中心線38延伸。護(hù)罩36周向圍繞中心體34的至少一部分以在中心體34和護(hù)罩36之間限定環(huán)形通道40。噴嘴12還可包括在中心體；34和護(hù)罩36之間的環(huán)形通道40中的靜葉42，其給予切向速度到流過靜葉 42的燃料和/或工作流體。以這種方式，工作流體可流過環(huán)形通道40并且與從中心體34和/或靜葉42注入環(huán)形通道40的燃料混合。如圖3所示，噴嘴12還可包括在中心體34內(nèi)和/或在噴嘴12外沿護(hù)罩36延伸的壓室44和提供在壓室44與環(huán)形通道40之間的流體連通的多個(gè)口、孔、端口或通道。如在本文中所用，術(shù)語“口”、“孔”、“端口”和“通道”意圖為在意義上大致等同并且可用作彼此的同義詞。壓室44與冷卻介質(zhì)32的供應(yīng)流體連通并且分配冷卻介質(zhì)32到中心體34、護(hù)罩36和/或靜葉42。如圖3所示，中心體34還可限定通過中心體34到環(huán)形通道40的多個(gè)孔46。結(jié)果，冷卻介質(zhì)32可從冷卻介質(zhì)32的供應(yīng)流過在中心體34中的壓室44，并且流出孔46進(jìn)入環(huán)形通道40。以這種方式，冷卻介質(zhì)可沿中心體34的外表面流動(dòng)以提供薄膜式冷卻到中心體34以從噴嘴12移除熱。如在圖3、4和5中進(jìn)一步示出，靜葉42可限定通過靜葉42到環(huán)形通道40的多個(gè)端口 48。端口 48可在靜葉42的一側(cè)或兩側(cè)上和/或處于靜葉42的尖端。以這種方式，冷卻介質(zhì)32可從冷卻介質(zhì)32的供應(yīng)流過壓室44到靜葉42，并且流出靜葉42以提供薄膜式冷卻到靜葉42的一個(gè)或多個(gè)表面以從噴嘴12移除熱。護(hù)罩36可類似地限定通過護(hù)罩36到環(huán)形通道40的多個(gè)通道50。如圖3所示，壓室44可提供流體連通用于冷卻介質(zhì)32流過壓室44并且流過多個(gè)通道50，其通過護(hù)罩36 到環(huán)形通道40。由于冷卻介質(zhì)32流過多個(gè)通道50，故它提供薄膜式冷卻到護(hù)罩36的內(nèi)表面以從噴嘴12移除熱?？?6、端口 48和通道50中的多種變型是可能的并且在本發(fā)明的具體實(shí)施例的范圍內(nèi)。例如，孔46、端口 48和通道50可包括任何幾何形狀并且可布置成相對于軸向中心線38處于各種角度，以改變流過各自的孔46、端口 48和/或通道50并且進(jìn)入環(huán)形通道40 的冷卻介質(zhì)32的徑向、軸向或切向速度?？蛇x地，或此外，條板52、鰭或類似結(jié)構(gòu)可設(shè)置成鄰近孔46、端口 48和/或通道50中的一個(gè)或多個(gè)，以重新引導(dǎo)流過各自的孔46、端口 48 和/或通道50的冷卻介質(zhì)32。條板52、鰭或類似的結(jié)構(gòu)可相對于軸向中心線38為直的、 成角度或彎曲，以給予期望的徑向、軸向或切向速度到冷卻介質(zhì)32。例如，如圖3所示，本發(fā)明的范圍內(nèi)的具體實(shí)施例可包括設(shè)置在選定孔46和通道50的直接上游的條板52，以沿中心體34和護(hù)罩36的表面分別重新引導(dǎo)冷卻介質(zhì)32以改善由冷卻介質(zhì)32提供到中心體 34和護(hù)罩36的薄膜式冷卻。類似地，靜葉42可包括在一側(cè)或兩側(cè)上鄰近一個(gè)或多個(gè)端口 48的條板52。此外，如圖5所示，靜葉42的厚度可在各條板52的下游逐漸減小。以這種方式，條板52可大致與靜葉42的上游表面齊平并且重新引導(dǎo)在條板52下游流動(dòng)的冷卻介質(zhì)32而不影響條板52的上游的流體流動(dòng)路徑。在本發(fā)明的范圍內(nèi)的具體實(shí)施例可包括中心體34和/或護(hù)罩36的厚度或表面輪廓的類似的改變?？?6、端口 48和通道50的實(shí)際的幾何形狀、角度和位置和/或條板52的利用將基于大量設(shè)計(jì)和操作考慮，諸如例如，預(yù)期燃料、燃料流動(dòng)速率和/或工作流體流動(dòng)速率進(jìn)行選定。圖6提供根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例的噴嘴62。噴嘴62可再包括如關(guān)于圖3先前描述的中心體64、護(hù)罩66和一個(gè)或多個(gè)靜葉68。具體地，中心體64大體沿噴嘴62的軸向中心線70延伸，并且護(hù)罩66周向圍繞中心體64的至少一部分以限定在中心體64和護(hù)罩 66之間的環(huán)形通道72。靜葉68，如果存在，給予切向速度到流過靜葉68的燃料和/或工作流體。以這種方式，工作流體可流過環(huán)形通道72并且與從中心體64和/或靜葉68注入環(huán)形通道72的燃料混合。
在圖6示出的實(shí)施例中，壓室74延伸進(jìn)中心體64和/或在噴嘴62外部圍繞護(hù)罩 66延伸。壓室74與冷卻介質(zhì)32的供應(yīng)流體連通并且分配冷卻介質(zhì)32到中心體64、護(hù)罩 66和/或靜葉68。如圖6所示，中心體64還可限定多個(gè)孔76，靜葉68還可限定多個(gè)端口 78，并且護(hù)罩66還可限定多個(gè)通道80?？?6、端口 78和通道80大體比關(guān)于在圖3、4和5 中示出的實(shí)施例先前描述的相似的孔46、端口 48和通道50更小且更緊密地間隔。例如，如圖7所示，靜葉68中的端口 78緊密間隔以提供噴射式冷卻到靜葉68的表面和/或靜葉68 的后緣和前緣。以這種方式，冷卻介質(zhì)32可流過壓室74并且流出以下中的一個(gè)或多個(gè)中心體64中的孔76、靜葉68中的端口 78和/或護(hù)罩66中的通道80，以提供噴射式冷卻到中心體64、靜葉68和/或護(hù)罩66的表面。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解在圖3、4、5、6和7中示出的實(shí)施例提供用于冷卻噴嘴12、62的方法。具體地，該方法使冷卻介質(zhì)32流過壓室44、74并且橫過噴嘴12、62的表面。例如，方法可包括使冷卻介質(zhì)32流過中心體34、64、靜葉42、68和/或護(hù)罩36、66，以提供薄膜式和/或噴射式冷卻到噴嘴12、62的表面。該書面描述利用實(shí)例公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制備和利用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件或者如果其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言并無實(shí)質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)元件，則這種其它實(shí)例預(yù)期在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種噴嘴(12)，包括a.中心體(34)；b.護(hù)罩(36)，其周向圍繞所述中心體(34)的至少一部分，以限定在所述中心體(34) 與所述護(hù)罩(36)之間的環(huán)形通道00)；c.通過所述中心體(34)或護(hù)罩(36)中的至少一個(gè)的多個(gè)孔G6)；d.與所述多個(gè)孔G6)流體連通的壓室04)；和e.鄰近所述多個(gè)孔G6)并且連接到所述中心體(34)或護(hù)罩(36)中的至少一個(gè)的多個(gè)第一條板(52)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴(12)，其特征在于，還包括與所述壓室04)流體連通的冷卻介質(zhì)(32)，其中，所述冷卻介質(zhì)(3 包括蒸汽、惰性氣體或稀釋劑中的至少一種。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述多個(gè)第一條板 (52)是彎曲的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的噴嘴(12)，其特征在于，還包括在所述中心體 (34)和所述護(hù)罩(36)之間的至少一個(gè)靜葉(42)，其中，所述至少一個(gè)02)限定通過所述至少一個(gè)靜葉G2)到所述環(huán)形通道00)的多個(gè)端口 08)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴嘴(12)，其特征在于，還包括連接到所述至少一個(gè)靜葉 (42)并且鄰近所述多個(gè)端口 G8)中的至少一個(gè)的多個(gè)第二條板(52)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述多個(gè)第二條板(52)大致與所述至少一個(gè)靜葉0 的上游表面齊平。
7.一種用于冷卻噴嘴(12)的方法，包括a.使冷卻介質(zhì)(32)流過在所述噴嘴(12)的中心體(34)內(nèi)部的壓室04)；b.使所述冷卻介質(zhì)(32)流過在所述中心體(34)中的多個(gè)孔06)；并且c.利用條板(5 重新引導(dǎo)所述冷卻介質(zhì)(3 以使所述冷卻介質(zhì)(3 流過所述中心體(34)的表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括使所述冷卻介質(zhì)(32)流過沿護(hù)罩 (36)的外表面的壓室04)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7到8中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括使所述冷卻介質(zhì) (32)流過在所述護(hù)罩(36)中的多個(gè)孔06)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括利用條板(5 重新引導(dǎo)流過在所述護(hù)罩(36)中的多個(gè)孔06)的所述冷卻介質(zhì)(32)，以使所述冷卻介質(zhì)(32)流過所述護(hù)罩 (36)的表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括使所述冷卻介質(zhì) (32)流過在護(hù)罩(36)與所述中心體(34)之間延伸的靜葉(42)內(nèi)部的壓室(44)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括使所述冷卻介質(zhì)(3 流過在所述靜葉(42)中的多個(gè)孔(46)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括利用條板(5 重新引導(dǎo)流過在所述靜葉0 中的多個(gè)孔G6)的所述冷卻介質(zhì)(3 ，以使所述冷卻介質(zhì)(3 流過所述靜葉(42)的表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于冷卻噴嘴的系統(tǒng)和方法。一種噴嘴(12)包括中心體(34)和護(hù)罩(36)，其周向圍繞該中心體(34)的至少一部分以限定在中心體(34)與護(hù)罩(36)之間的環(huán)形通道(40)。噴嘴(12)還包括通過中心體(34)或護(hù)罩(36)中的至少一個(gè)的孔(46)、與孔(46)流體連通的壓室(44)和鄰近孔(46)并且連接到中心體(34)或護(hù)罩(36)中的至少一個(gè)的條板(52)。一種用于冷卻噴嘴(12)的方法包括使冷卻介質(zhì)(32)流過噴嘴(12)的中心體(34)內(nèi)部的壓室(44)并且使冷卻介質(zhì)(32)流過在中心體(34)中的孔(46)。本方法還包括利用條板(52)重新引導(dǎo)冷卻介質(zhì)(32)以使冷卻介質(zhì)(32)流過中心體(34)的表面。
文檔編號F23D14/48GK102454994SQ201110354359
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者M·巴蒂納 申請人:通用電氣公司