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(duì)任何燃料發(fā)生，但是它們更容易對(duì)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與護(hù)罩之間的環(huán)形通道。多個(gè)孔通過中心體到環(huán)形通道，并且壓室在中心體內(nèi)部延伸并且與多個(gè)孔流體連通。冷卻介質(zhì)與壓室流體連通。本發(fā)明的另一實(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。護(hù)罩限定了通過護(hù)罩到環(huán)形通道的多個(gè)通道，并且壓室與通過護(hù)罩的多個(gè)通道流體連通。冷卻介質(zhì)與壓室流體連通。本發(fā)明還包括一種用于冷卻噴嘴的方法。該方法包括使冷卻介質(zhì)流過壓室橫過噴嘴的表面。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(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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(duì)噴嘴表面的任何損害。具體實(shí)施例可包括冷卻介質(zhì)的供應(yīng)， 其使冷卻介質(zhì)流過或橫過噴嘴表面以通過噴嘴的薄膜式和/或噴射式冷卻來冷卻噴嘴。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的燃燒器10的簡(jiǎn)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(jiǎn)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。孔46、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(duì)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。可選地，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(duì)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)到所述環(huán)形通道00)的多個(gè)孔06)；d.在所述中心體(34)內(nèi)部延伸并且與所述多個(gè)孔G6)流體連通的壓室04)；和e.與所述壓室G4)流體連通的冷卻介質(zhì)(32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述冷卻介質(zhì)(32)包含蒸汽、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，還包括在所述中心體 (34)與所述護(hù)罩(36)之間的至少一個(gè)靜葉(42)，其中，所述至少一個(gè)靜葉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)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述壓室04)與所述至少一個(gè)靜葉 (42)中的所述多個(gè)端口 G8)流體連通。
5.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，所述護(hù)罩(36)限定通過所述護(hù)罩(36)到所述環(huán)形通道00)的多個(gè)通道(50)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴(12)，其特征在于，所述壓室04)與通過所述護(hù)罩(36) 的多個(gè)通道(50)流體連通。
7.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，還包括連接到所述中心體(34)并且鄰近所述多個(gè)孔G6)中的至少一個(gè)的條板(52)。
8.一種用于冷卻噴嘴(12)的方法，包括 a.使冷卻介質(zhì)(3 流過壓室04)橫過所述噴嘴(1 的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括使所述冷卻介質(zhì)(3 流過在所述噴嘴(12)中的中心體(34)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8到9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)流過圍繞所述噴嘴(12)的護(hù)罩(36)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8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)和中心體(34)之間延伸的靜葉(42) 0
12.根據(jù)權(quán)利要求8到11中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括噴射式冷卻所述噴嘴(12)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)。多個(gè)孔(46)通過中心體(34)到環(huán)形通道(40)，并且壓室(44)在中心體(34)內(nèi)部延伸并且與多個(gè)孔(46)流體連通。冷卻介質(zhì)(32)與壓室(44)流體連通。一種用于冷卻噴嘴(12)的方法包括使冷卻介質(zhì)(32)流過壓室(44)橫過噴嘴(12)的表面。
文檔編號(hào)F23D14/48GK102454996SQ20111035462
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)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(qǐng)人:通用電氣公司