專利名稱：有串聯翼片和燃料噴射的燃氣渦輪機導向輪葉及使用方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及燃氣渦輪發(fā)動機，且更特定地涉及帶有能夠流動轉 向和燃料噴射的串聯翼片的導向輪葉。
背景技術：
在常規(guī)燃氣渦輪發(fā)動機循環(huán)中，空氣在多級壓縮機中壓縮并引導進 入燃燒室，使得壓縮空氣的溫度通過從燃料燃燒產生的增熱增加。在膨 脹通過由軸連接到壓縮機的多級渦輪機之前，進口導向輪葉然后適當地 將離開燃燒室的高溫氣體定向。取決于應用，離開渦輪機的氣體中的剩 余能量可以在噴嘴中轉換為動能，以產生推力或膨脹通過附加的動力渦 輪機以產生軸動力以驅動發(fā)電機、推進器、齒輪箱或類似物。由于這些 循環(huán)的熱動力效率隨燃燒過程中達到的峰值溫度增加而增加，在現有渦 輪機中，燃燒室內側的氣體和離開燃燒室的氣體的操作溫度遠高于用于 制作燃燒室部件、渦輪機進口導向輪葉和渦輪機葉片的金屬熔點，從而 要求這些部件的顯著數量的冷卻。
在常規(guī)發(fā)動機中，通過將比完全燃燒需要的最小數量更多的空氣供 應到燃燒室，即以過量空氣操作，以及通過從壓縮機放出大量空氣以為 布置在燃燒室下游的部件，例如進口導向輪葉和渦輪機葉片提供冷卻， 提供用于操作在高溫區(qū)域中的部件的冷卻。然而，這些途徑都對循環(huán)性 能有害。在燃燒室中，由空氣流動通過提供需要的冷卻必要的復雜通 道，包括稀釋孔和膜和/或蒸發(fā)冷卻通道等，導致顯著的壓力損失。至于 從壓縮機放出的空氣，由于任何不參加燃燒過程的空氣限制增加到循環(huán) 中的總體能量數量，放出空氣的消除或減少將導致增加的循環(huán)性能。
因此，基于至少前述概述討論，存在對于具有最小化的燃燒室壓力 損失和減少的放出空氣要求同時維持峰值操作溫度的希望的高水平的 燃氣渦輪機的需要。

發(fā)明內容
一個或者多個上述概述的需要和本領域中其他已知的需要通過導向輪葉解決，其包括與燃氣渦輪發(fā)動機外殼連接的第一凸緣、與外殼連 接的第二凸緣、布置在第一和第二凸緣之間且連接到其上的第一翼片、 和布置在第一和第二凸緣之間且連接到其上的第二翼片，從而形成在第 一翼片的第 一后部分和第二翼片的第二前部分之間徑向延伸的間隙，中 空部分與間隙流動連通從而允許氣態(tài)燃料從中空部分流動通過間隙且 進入流過導向輪葉的流體。
在披露的發(fā)明的另一方面，披露燃氣渦輪機，其包括壓縮機、通過 軸連接到壓縮機的渦輪機和布置在渦輪機上游的導向輪葉。這些燃氣渦 輪機中的導向輪葉包括與發(fā)動機外殼連接的第 一 凸緣、與外殼連接的第 二凸緣、布置在第一和第二凸緣之間且連接到其上的第一翼片、和布置 在第一和第二凸緣之間且連接到其上的第二翼片，從而形成在第一翼片 的第 一 后部分和第二翼片的第二前部分之間徑向延伸的間隙，中空部分 與間隙流動連通，從而允許氣態(tài)燃料從中空部分流動通過間隙且進入流 過導向輪葉的流體。
發(fā)明的實施例的范圍之內，該方法包括以下步驟通過在連接到燃氣渦 輪發(fā)動機外殼的導向輪葉的第一凸緣和第二凸緣之間串聯布置的第一 翼片的后部分和第二翼片的前部分之間形成的間隙噴射氣態(tài)燃料，和通 過柯恩達效應由第二翼片的前部分的表面輪廓將噴射的燃料朝第二翼 片的吸力和壓力側偏轉，以沿吸力和壓力側形成燃料和空氣混合物邊界 層。
上述簡短說明闡述本發(fā)明的特征，以便隨后的詳細說明更好地理 解，且以便對本領域的貢獻更好地理解。當然，存在將在下文描述且將 用于所附權利要求書主題的本發(fā)明的其他特征。
在這方面，在詳細解釋本發(fā)明幾個優(yōu)選實施例之前，應當理解的
造的細節(jié)和部件的配置。本發(fā)明能夠為其他實施例且能夠以不同方式實 施和完成。同樣，應當理解的是，在此采用的措辭和術語是為了描述目 的而不應認為是限定。
因此，本領域中的技術人員將理解，披露基于的構思可以容易地用 作設計完成本發(fā)明幾個目的的其他結構、方法和系統(tǒng)的基礎。因此，重 要的是，權利要求書被認為包括不偏離本發(fā)明精神和范圍的等價構造。
此外，前述摘要的目的在于使美國專利商標局和一般公眾，特別是 本領域中不熟悉專利或法律術語或措辭的科學家、工程師和技術人員能 夠從粗略察看快速確定本申請技術披露的本質和要素。
因此，本摘要并不想要限定僅由權利要求書界定的本發(fā)明或本申 請，也不想要以任何方式限制本發(fā)明的范圍。


本發(fā)明更完全的理解及其許多附屬的優(yōu)勢將容易獲得，因為其通過參見以下詳細說明，結合附圖考慮變得更好理解，其中
圖1圖示安裝到外殼且布置在安裝到渦輪機輪的渦輪機葉片之前的示范性串聯輪葉的剖面圖，例如在一級中；
圖2圖示根據披露的技術方面的帶有串聯翼片的導向輪葉的實施例 的透視圖3為沿圖2的線3-3截取的截面透視圖4為根據披露的技術方面的火焰結構的示意圖；和
圖5圖示根據披露的技術方面的帶有串聯翼片的導向輪葉的另 一 實 施例的透視圖。
具體實施例方式
現在參見附圖，其中相同的附圖標記貫穿幾個圖標識相同或相應部 件，將描述披露的發(fā)明的幾個實施例。如將在以下進一步闡述的，披露 發(fā)明的幾個實施例涉及帶有串聯翼片的導向輪葉，氣態(tài)燃料在翼片之間 引入以隨后混合和燃燒，從而排除在無燃燒室(combustorless)發(fā)動機 中燃燒室的需要或者使在燃氣渦輪發(fā)動機中使用再加熱變成可能，其中 全部增熱的部分在燃燒室中發(fā)生而同時減少從壓縮機放出冷卻空氣的 數量。
如圖1中所示，級10包括相對于示范性的、代表性的、想要的流 動方向16位于多個葉片14 (或"輪翼，，或"轉子")上游的多個串聯 輪葉12 (或"串聯噴嘴，，或"串聯定子，，)。串聯輪葉12可以安裝在 例如燃氣渦輪發(fā)動機的部分的外殼18。葉片14可以安裝到渦輪機輪 20。 一方面，串聯輪葉12可認為是相對靜止的部件，而葉片14可認為 是相對旋轉的部件。在操作中，從位于串聯輪葉12上游的燃燒室供應
的氣體轉向到用于由串聯輪葉12適當膨脹通過葉片14的希望定向。特 定地，串聯輪葉12可以構造為優(yōu)化、促進或提高通過葉片14從該氣體 汲取功(例如軸動力)的空氣動力學效率。然而，如以下進一步闡述的， 為了再加熱的目的或作為僅有的增熱源，即在無燃燒室發(fā)動機中，串聯 輪葉12也構造為在氣體流動中引入燃料。圖1圖示一個級IO。然而， 如普通技術人員理解的，燃氣渦輪發(fā)動機典型地具有多級的渦輪機，具 有多個渦輪機輪20攜帶葉片14,導向輪葉12在每個渦輪機輪20之前。 因此，披露的實施例可以用作進口導向輪葉或發(fā)動機中的隨后定子。
在一個示例中，渦輪機輪20可以連接到可旋轉軸(未顯示)。同 樣，如本領域技術人員理解的，外殼18可以通過軸承(未顯示)從軸 可旋轉地隔離。 一方面，級10可以包括從燃燒室(未顯示)接收高溫、 高壓(例如氣體)混合物的渦輪機第一級。如本領域技術人員進一步理 解的，軸可以與發(fā)電機組(例如轉子/定子系統(tǒng))連接以發(fā)電。另一方面， 參見圖1,級10可以跟隨有串聯4侖葉12和葉片14的附加(例如第二、 第三或第四)級(未顯示)。盡管不同級可以執(zhí)行相當的功能， 一個級 內的單獨的部件可以具有與另 一級的部件不同的設計(例如不同的尺 寸、材料、和/或制造過程的復雜性)。例如，在渦輪機中，每個級尺寸 可以逐漸變大，以使氣體膨脹適應壓降或功汲取。
在披露發(fā)明的幾個實施例的一個方面，如圖2所示，單體串聯輪葉 12可以包括相對于示范性的流動方向16位于第二翼片24之前的第一翼 片22。第一翼片22和第二翼片24典型地布置在第一凸緣26和第二凸 緣28之間且連接到其上。第一凸緣26可以稱為"第一端壁"，而第二 凸緣28可以稱為"第二端壁"。 一方面，第一翼片22可認為包括前翼 片，而第二翼片24可認為包括后翼片。第一翼片22包括第一前部分30, 而第二翼片24包括第二前部分32。如圖2所示，間隙34在第一翼片22 的后部分和第二翼片24的前部分32之間形成。至于單體串聯輪葉12 (圖2),單個輪葉單元位于相同凸緣之間且連接到其上。此外，輪葉 單元可認為代表例如級的輪葉部件的功能或結構單元。此外，本領域中 普通技術人員將理解的是，雙體串聯輪葉，稱為位于相同凸緣之間且連 接到其上的一對輪葉單元，或者就此而言，包括其他數量的串聯翼片(例 如交錯或偏移)配置的串聯輪葉單元也在披露實施例的范圍內。
圖3圖示沿圖2線3-3截取的串聯輪葉12的截面透視圖。如圖3
所示，在第一翼片22和第二翼片24之間提供間隙34，燃料36通過其 供應，以沿柯恩達表面38燃燒，其構造為提高燃料36與沿方向16 (如 圖2中所示)流動的空氣的混合效率。如在此使用的，術語"柯恩達效 應"指的是流體的流將其自身附著到附近表面且甚至當表面從流體運動 的最初方向彎曲開時維持附著的趨勢。
從第一翼片22的中空部分35 (圖3)引入燃料36可以通過使用孔 口 40 (圖3中圖示)或槽(未顯示)。在引入后，燃料36在柯恩達表 面38上偏轉?？露鬟_表面38的幾何形狀和尺度可以基于希望的預混效 率和操作條件選擇/優(yōu)化，操作條件包括但不限于諸如燃料壓力、燃料溫 度、進入空氣溫度和燃料噴射速度的因素。燃料示例包括天然氣、高氫 氣體、氫氣、生物氣體、 一氧化碳和合成氣。然而，可以采用多種其他 燃料。在圖示實施例中，柯恩達表面38利于引入的燃料36分別沿在第 二翼片24的吸力和壓力側上的外部表面44和46附著，從而基于柯恩 達效應沿第二翼片24的外部表面44和46形成燃料和空氣混合物邊界 層52 (圖4中顯示)。此外，緊鄰柯恩達表面38生長的這些燃料和空 氣混合物邊界層52的每個引起從自由流的空氣夾帶，從而提高在位于 第二翼片24的下游區(qū)域的燃燒區(qū)域之前的燃料和氧化劑的混合效率， 如圖4定性圖示的。
如剛才所述，上述燃料和空氣混合物邊界層52通過柯恩達效應形 成。在圖示實施例中，燃料流動36附著到柯恩達表面38且甚至在柯恩 達表面38從最初燃料流動方向彎曲開時維持附著。更具體地，當燃料 流動36圍繞柯恩達表面38出現時，跨過流動有壓差，其將燃料流動36 偏轉更接近柯恩達表面38。如本領域中普通技術人員理解的，當燃料流 動36移動跨過柯恩達表面38時，在燃料流動36和柯恩達表面38之間 發(fā)生一定數量的表面摩擦而空氣被夾帶。對流動的該阻力將燃料流動36 朝柯恩達表面38偏轉，從而導致其維持接近于柯恩達表面38。此外， 通過該機理形成的燃料和空氣混合物邊界層52夾帶進入的空氣流，以 與噴射燃料形成剪切層以促進空氣流和燃料的混合。
圖4為可以在第二翼片24下游建立的示范性反應區(qū)的示意圖。如 圖示，流過串聯輪葉12的壓縮機排放空氣50在沿第二翼片24的外部 表面44和46通過由柯恩達表面38生成的柯恩達效應形成的燃料和空 氣混合物邊界層52中與燃料36混合。在第二翼片24的后緣下游，由
于燃料和空氣濃度局部變化，可以形成三火焰54。首先，在燃料富區(qū)域， 小的擴散火焰前點56被穩(wěn)定化。然后，每個擴散火焰用于在最小可燃 界限處穩(wěn)定第一貧部分預混火焰58和由其他兩個火焰56和58及過量 氧化劑的稀釋產物形成的第二貧部分預混火焰前部60。 一旦能量釋放過 程的大部分完成，高壓加熱氣體膨脹通過串聯輪葉12下游的葉片14(圖 1)。該火焰結構允許使用大致更低的火焰溫度，其可以與點火溫度相 同。在一個實施例中，串聯輪葉12布置在壓縮機出口的直接下游且不
需要冷卻。此外，只要局部燃料和氧化劑濃度更好地受控且總體峰值溫 度減少，NOx排放量大致減少。如本領域中普通技術人員理解的，當上 述區(qū)域的一個消失時(即在擴散體系消失的情況)，該三火焰，或三分 支火焰，也可以與雙分支(或二)火焰共同存在。
再次參見圖2，在一個示例中，第一翼片22可以包括實心翼片，其 可以稱為"未冷卻，，。在另一示例中，如圖5所示，串聯輪葉12可以 包括冷卻的第一翼片22和第二翼片24。第二翼片24可以在噴射之前通 過內部燃料流動68對流冷卻。此外，取決于應用或渦輪機中的軸向位 置，通過合適選纟奪燃料流動回路，可以使燃料36在噴射之前首先流動 通過第一翼片22且然后通過第二翼片24,如圖5中箭頭68所示，從而 在點火前提供對翼片的冷卻和預熱燃料。如圖5所示，在一個實施例中， 第一翼片22可以包括中空部分62。例如，第一翼片22可以包括肋64, 以在第一翼片22內為中空部分62提供結構支撐。在一個示例中，第一 凸緣26可以包括提供與中空部分62流體連通的開口 66。此外，燃料以 噴口壁方式(即切向于柯恩達表面)的引入也可以從單獨位置或槽完 成，而不是如圖2中所示的單個通道。同樣，可以使用多個燃料口，尺 寸小但不是圓形，優(yōu)選為一個長邊為柯恩達表面的起點的矩形。此外， 如已經描述的，燃料噴射的最初點下游形成的得到的邊界層包含燃料和 在這些槽位置之間夾帶空氣的混合物。在多個槽中的燃料噴射確保在邊 界層中的良好夾帶/加速和空氣和燃料混合，其維持附著表面。如圖5 中所示，這些槽可以通過安放夾在前和后輪葉之間的墊片或襯墊形成， 墊片或襯墊具有允許從位置到位置的間隙的輪廓。
在另一實施例中，第二翼片24的外表面可以典型地包括通過其的 多個孔48 (圖5)，以噴射空氣到燃料和空氣混合物邊界層52內，從 而提高在火焰前部之前燃料和空氣的混合過程。此外，如本領域中已知
的，其他孔口可以在第一翼片22和/或第二翼片24中提供，與其中空部 分流體連通，例如以膜冷卻構造。例如，單體串聯輪葉12可以構造為 任何冷卻設計，例如開回路冷卻、封閉冷卻或膜冷卻構造，如本領域中 技術人員理解的。由于燃料流動通過第一翼片22和第二翼片24以提供 這兩個部件要求的冷卻，從壓縮機放出空氣的需要大致最小化。
參見圖5,燃料可以通過外殼18中的導管(未顯示)供應，以流動 通過開口66,進入第一翼片22中的中空部62。如已經闡述的，當導向 輪葉12上游燃燒已經發(fā)生時，考慮到熱氣體由導向輪葉12引通到應用 中的葉片14的一個或更多實例，該燃料可以起將導向輪葉12的構成材 料的溫度保持在一定的可接受的界限內的作用。在此描述的第 一翼片22 的任何數量相當的特征可以用于或可以不用于第二翼片24。此外，在此 描述的第一凸緣26的任何數量的特征可以代替或附加用于第二凸緣 28。
如圖5所示，應當注意的是，第一和第二凸緣26和28的一個或兩 個可以用于燃料噴射。即，第一和第二凸緣26和28任一或兩個可以包 括，或構造為用于燃料噴射的一個或更多柯恩達型槽70。該柯恩達型槽 7 0可以布置在第 一 和第二翼片2 2和2 4之間形成的間隙的任 一 側上在第 一和第二凸緣26和28上，從而從間隙延伸到翼片的吸力和壓力側上的 凸緣的邊緣。柯恩達槽70可以為多個長寬比，在槽之間帶有或者不帶 有網狀物。在一個實施例中，這些噴射位置可以通過在充當燃料噴射地 點的流動路徑中基本上形成盒來連接壓力側和吸力側區(qū)域。在另 一實施 例中，這些柯恩達型槽70的一個布置在第一和第二凸緣26和28上， 從而與第一和第二翼片22和24之間的間隙形成連續(xù)燃料噴射通道，使 得由相鄰導向輪葉形成的主流動通道僅需要圍繞壓力側、吸力側、及第 一和第二凸緣的連接表面的單個連續(xù)槽。在第一和第二凸緣26和28中 的槽也可以包括通過橫向流動的噴口或橫向流動的噴口和具有柯恩達 表面的槽的組合的燃料引入。這些燃料噴射槽將要求燃料輸送到第一和 第二凸緣區(qū)域，其可以以像翼片中發(fā)現的那些的制作的或鑄造的中空部 完成。例如，在一些當前的輪葉設計中，完整的輪葉段從三塊制作，單 獨的翼片和兩個凸緣分開鑄造，然后釬焊在一起。
同樣，在燃料噴射之前或之后使用附加的空氣膜冷卻也可以在第一 和第二凸緣26和28上以及在第一和第二翼片22和24上完成。此外，除了通過連接到第一和第二凸緣26和28 (如圖2中所示)被保持到位 以外，第一和第二翼片22和24可以附加地提供有墊片或襯墊72,以形 成希望的噴射槽幾何形狀，如圖5中所示。幾何形狀的這種特征也能夠 作為這些部件的部分鑄件制成，或更可能為鑄造后的加工特征，以獲得 尺度控制中的更高精度。最終，盡管第一和第二翼片22和24可以供給 燃料到內部它們各自中空區(qū)域，如已經闡述的，第一和第二凸緣26和 28也可以形成/制作以包括用于燃料供給的中空區(qū)域。
如本領域中普通技術人員將理解的，幾個技術挑戰(zhàn)通過本發(fā)明解 決。與常規(guī)燃燒室系統(tǒng)和渦輪機輪葉環(huán)相比，在串聯輪葉12中組合流 動轉向和熱釋放的功能導致具有更低投資成本的更小的包裝。此外，在 不需要冷卻的實施例中，串聯輪葉可以用低成本材料制成。如闡述，由 于內部燃料流動提供需要的冷卻，同時在燃燒之前預熱燃料，串聯輪葉 12不需要冷卻空氣，從而節(jié)省顯著數量的不可充的空氣和一些可充的空 氣。此外，通過在燃燒中使用空氣，NOx排放物能夠顯著地減少。串聯 輪葉12可以用于燃燒H2或其他制造氣體，例如合成氣(其為從煤或其 他材料氣化過程獲得的富含一氧化碳和氫氣的氣體)，具有更低的系統(tǒng) 壓降。具有壓降的大量減少同時維持操作溫度的高水平，循環(huán)效率增加 且通過布置在多級渦輪機的幾個級中的串聯輪葉的進一步反應，再加熱 是可能的。
如本領域中普通技術人員將理解的，串聯輪葉的后段的空氣動力學 可用于有利地在柯恩達型表面上噴射H2或合成氣燃料，導致燃料與大 量空氣良好混合，在后緣之后且在渦輪機葉片列之前緊隨火焰區(qū)。冷卻 空氣節(jié)省能夠直接用于燃燒以減少排放物而火焰操作溫度可以維持在 大致低水平。由柯恩達表面設計產生的混合過程使用基礎流體力學且同 樣定制于不同渦輪機設計，因此也導致由緊密串聯輪葉段的再加熱應 用。
基于披露的串聯輪葉，本領域中普通技術人員將理解的是，可以改 變燃料噴射位置、噴嘴段數量、或具體后緣空氣動力學。同樣，為了將 燃料與大量空氣更好混合，圖5中示意性顯示的沿輪葉表面通過孔口 48 的一些空氣噴射的增加在披露發(fā)明的范圍內。此外，第一和第二翼片 (22、 24)的特定段可以沿相同的中弧線(或"中弦線")對準，或與 諸如第一中弧線和第二中弧線的不同的中弧線偏移。 一般地，翼片可認為包括壓力側(例如凹側)和吸力側(例如凸側)。中弧線可以位于翼 片壓力側和吸力側中間。這種中弧線可認為沿成一線設計的翼片形狀的
中部行進，其中第一翼片22和第二翼片24可以共用中弧線。特定地， 第一翼片22和第二翼片24可以相對于中弧線成一線或偏移。另外，在 偏移配置中，第一翼片22和第二翼片24可以具有不同的中弧線。此外， 串聯輪葉的第一翼片22和第二翼片24的三維形態(tài)可以被考慮。例如， 中弧線的形狀在一些或所有截面可以改變。即串聯輪葉12的構造可以 考慮在第一翼片22或第二翼片24的多個截面處的單獨中弧線的軌跡。
如闡述，串聯輪葉12的第一翼片22的前部分30執(zhí)行主流動轉向 功能的大多數，從而最小化第一翼片22的前部分32為龐大的需要且允 許處理更主動的轉向。同時，串聯輪葉12的第二翼片24的前部分通過 在噴嘴的壓力和吸力側上的柯恩達表面在剩余流動轉向將最小化和/或 不會導致燃料噴射流動的不穩(wěn)定的位置處增加燃料噴射。此外，噴嘴喉 部的尺寸和位置(輪葉強度和前-后部分劃分區(qū)域)可以選擇為使得輪葉 喉部出現在沿吸力側燃料噴射地點之后。另外，在其他實施例中，包括 燃料噴射的后緣部分可以從傳統(tǒng)空氣動力學翼片改變形狀，從而形成更 對稱的后緣，其允許故意的和顯著的總體流動膨脹(擴散)，類似于通 過單向翼片而沒有總體流動轉向獲得的。同樣，取決于設計，精確的串 聯輪葉部分可以變化，其中，在某些情況下，后部分也可以從前部分的 軸線斜置。
用于噴射氣態(tài)燃料以在燃氣蝸輪發(fā)動機中燃燒的方法也在披露發(fā)明的范圍內。該方法包括以下步驟通過在連接到燃氣渦輪發(fā)動機外殼 的導向輪葉的第一凸緣和第二凸緣之間串聯布置的第一翼片的后部分 和第二翼片的前部分之間形成的間隙噴射氣態(tài)燃料，和通過柯恩達效應 由第二翼片的前部分的表面輪廓將噴射的燃料朝第二翼片的吸力和壓 力側偏轉，以沿吸力和壓力側形成燃料和空氣混合物邊界層。如前述， 該導向輪葉可以為進口導向輪葉，第一翼片可以為未冷卻的，且燃氣渦 輪發(fā)動機可以為無燃燒室發(fā)動機。此外，第二翼片的中空部分可以為第 一中空部分且第一翼片可以包括第二中空部分，從而允許在通過在流動 燃料通過第一中空部分之前將它流動通過第二中空部分來噴射之前預 熱燃料。
關于上述說明，應當認識到，本發(fā)明部件的最優(yōu)尺度關系，包括尺寸、形狀函數和操作方式變化、組件和使用，對本領域中的技術人員來 說認為是顯而易見的和明顯的，且因此與附圖中圖示的和說明書中描述 的等價的所有關系意在僅由所附的權利要求書的范圍包含。
此外，盡管本發(fā)明已經以附圖顯示和結合當前認為是可行的和幾個 本發(fā)明的優(yōu)選實施例的上述特定而詳細的完整描述，對于本領域中的普 通技術人員來說顯而易見的是，可以進行它們的許多修改而不偏離在此 闡述的原理和構思。因此，本發(fā)B力的合適范圍應當僅由所附權利要求書 的最廣泛的解釋確定從而包含所有這樣的修改和等價物。
零件列表
級10
串聯輪葉12 葉片14 流動方向16 外殼18 渦輪機輪20 第一翼片22 第二翼片24 第一凸緣26 第二凸緣28 第一前部分30 第二前部分32 間隙34 燃料36 柯恩達表面38 槽40 孔口 42
吸力側的外部表面44 壓力側的外部表面46 空氣孔口 48 壓縮機排放空氣50 邊界層52 三火焰54 擴散火焰前部56 第一貧部分預混火焰前部58 第二貧部分預混火焰前部60
中空部分62 肋64 開口 66
內部燃料流動68 柯恩達型槽70 墊片或襯墊7權利要求
1.一種帶有串聯翼片的導向輪葉(12)，該導向輪葉包括構造為與燃氣渦輪發(fā)動機外殼(18)連接的第一凸緣(26)；構造為與外殼連接的第二凸緣(28)，第二凸緣布置為在燃氣渦輪發(fā)動機徑向方向與第一凸緣分離；布置在第一和第二凸緣之間且連接到其上的第一翼片(22)，第一翼片包括第一前部分和第一后部分；和具有第二前部分、第二后部分和中空部分的第二翼片(24)，第二翼片布置在第一和第二凸緣之間且連接到其上，從而形成在第一翼片的第一后部分和第二翼片的第二前部分之間徑向延伸的間隙(34)，其中中空部分與間隙流動連通，從而允許氣態(tài)燃料(36)從中空部分流動通過間隙且進入流過導向輪葉的流體。
2. 根據權利要求1所述的導向輪葉，其中第二前部分包括至少一 個輪廓(38)，其構造為通過柯恩達效應將通過間隙供應的燃料朝第二 翼片的壓力和吸力側(44和46)偏轉以形成燃料和空氣混合物邊界層。
3. 根據權利要求1所述的導向輪葉，其中導向輪葉為進口導向輪 葉，第一翼片為未冷卻的，且燃氣渦輪發(fā)動機為無燃燒室發(fā)動機。
4. 根據權利要求1所述的導向輪葉，其中中空部分為第一中空部 分，第一翼片包括第二中空部分，且燃料通過在流動通過第一中空部分 之前流動通過第二中空部分預熱。
5. 根據權利要求2所述的導向輪葉，其中第二前部分包括構造為 將燃料從中空部分輸送到輪廓的至少一個槽且第一前部分包括用于燃料和/或空氣噴射的多個孔口 。
6. 根據權利要求2所述的導向輪葉，其進一步包括具有柯恩達表面在其上的至少一個燃料噴射槽，該至少一個燃料噴 射槽布置在從包括第一凸緣、第二凸緣和其組合的集合中選擇的位置 上。
7. 根據權利要求6所述的導向輪葉，其中該至少一個燃料噴射槽 布置在第一和第二凸緣上，從而與第一和第二翼片之間的間隙形成連續(xù) 的燃料噴射通道。
8. —種燃氣渦輪發(fā)動機，其包括根據權利要求1到7中任何一項所述的導向輪葉。
9. 一種用于噴射氣態(tài)燃料(36)以在燃氣渦輪發(fā)動機中燃燒的方 法,其包括通過在連接到燃氣渦輪發(fā)動機外殼(18)的導向輪葉(12)的第一 凸緣(26)和第二凸緣(28)之間串聯布置的第一翼片(22)的后部分 和第二翼片(24)的前部分之間形成的間隙(34)噴射氣態(tài)燃料；和通過柯恩達效應由第二翼片的前部分的表面輪廓(38)將噴射的燃 料朝第二翼片的吸力和壓力側(44和46)偏轉，以沿吸力和壓力側形 成燃料和空氣混合物邊界層(52)。
全文摘要
一種燃氣渦輪機導向輪葉(12)，包括與燃氣渦輪發(fā)動機外殼(18)連接的第一凸緣(26)、與外殼連接的第二凸緣(28)、布置在第一和第二凸緣之間且連接到其上的第一翼片(22)、和布置在第一和第二凸緣之間且連接到其上的第二翼片(24)，從而形成在第一翼片的第一后部分和第二翼片的第二前部分之間徑向延伸的間隙(34)，中空部分與間隙流動連通從而允許氣態(tài)燃料(26)從中空部分流動通過間隙且進入流過導向輪葉的流體。也披露使用該導向輪葉的燃氣渦輪機和用于噴射氣態(tài)燃料以在燃氣渦輪發(fā)動機中燃燒的方法。
文檔編號F01D9/02GK101196125SQ20071019891
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月7日 優(yōu)先權日2006年12月7日
發(fā)明者A·T·埃武萊特, R·S·班克 申請人:通用電氣公司