具有用於減少在空氣流中的尾流的文丘裡管的燃燒系統的製作方法
2023-07-23 05:57:21 4
專利名稱：具有用於減少在空氣流中的尾流的文丘裡管的燃燒系統的製作方法
技術領域：
在此公開的本主題涉及燃燒系統，並且更具體地，涉及具有由襯套和流動套筒限定的空氣通道以及大體限制並擴散在空氣通道中的空氣流的文丘裡管(venturi)的燃燒系統。
背景技術：
燃氣渦輪包括供應壓縮氣體到燃燒器的壓縮器。具體地，壓縮空氣通過燃燒器的襯套和流動套筒之間的間隙或間隔而供應。典型地存在可配置在襯套和流動套筒之間的間隔內的不同類型的結構，諸如，例如，交叉火管(crossfire tube)或火焰探測器。典型地稱為尾流(wake)的流動擾動可當壓縮空氣流動經過這些結構時產生。尾流為由諸如交叉火管的構件產生的空氣動力學擾動區，並且代表定位在該結構下遊的再循環流的區域。尾流在襯套和流動套筒之間的間隔中的出現可產生數個問題。例如，在該結構下遊噴射的燃料可被拉入尾流內。燃料可在尾流中積聚並且引起火焰保持，這又降低燃氣渦輪性能。尾流還可在燃氣渦輪中引起硬體問題，這可潛在地引起燃氣渦輪關閉。尾流還可產生越過襯套的更高壓力降。為了改善諸如燃氣渦輪火焰保持性能的特徵，提供了相對無尾流的流動區域。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供燃燒系統，其具有襯套、流動套筒、阻流元件和文丘裡管。襯套圍繞燃燒區域配置。流動套筒圍繞襯套配置。襯套和流動套筒協作以產生具有定位在襯套和流動套筒之間的空氣流的空氣通道。阻流元件配置在空氣通道內，並且大體阻礙在空氣通道中的空氣流，以在空氣流中產生尾流。文丘裡管配置在阻流元件下遊，並且大體限制並擴散在空氣通道中的空氣流，以大體減少在空氣流中的尾流。這些和其它優點和特徵將通過結合附圖的以下描述而變得更顯而易見。
被認為是本發明的本主題在說明書的結尾處的權利要求中具體地指出並且清楚地主張。本發明的前述的和其他的特徵以及優點通過結合附圖的以下詳細描述而顯而易見，其中:
圖1為具有根據本文教導的特徵的燃燒系統的截面側視 圖2為在圖1中示出的燃燒系統的空氣流通道的側面透視圖，該燃燒系統具有文丘裡管和通過其的至少一個空氣開孔；
圖3為與在圖2中示出的空氣流通道類似的替代空氣流通道的截面視 圖4為在圖2中示出的空氣開孔的可選實施例的示意性頂視圖；和 圖5為在圖2中示出的空氣開孔的另一實施例的示意性頂視圖。該詳細描述經由實例參照附圖解釋本發明的實施例、連同優點和特徵。
具體實施例方式圖1為燃燒系統10的示範性示圖，該燃燒系統具有燃燒器主體20、四元(quaternary)帽22、端蓋24、和至少一個燃料噴嘴26。燃料噴嘴26在燃燒系統10的頭端28處附連到端蓋24。空氣由壓縮器30壓縮成壓縮器排出空氣32的流，其被提供到燃燒系統10。壓縮器排出空氣32然後與由燃燒系統10的燃料噴嘴26供應的燃料混合。燃燒器主體20包括由襯套40限定的燃燒區域38。燃燒系統10還包括圍繞襯套40配置的流動套筒42。在一個示範性實施例中，燃燒系統10在燃氣渦輪系統(未示出)中採用。在所示的實施例中，襯套40和流動套筒42—起協作並且產生空氣通道44。空氣通道44在襯套40和流動套筒42之間的間隙或間隔中產生。空氣通道44具有定位在襯套40和流動套筒42之間的空氣流。具體地，壓縮器排出空氣32的一部分被提供到空氣通道44。壓縮器排出空氣32在空氣通道44中流動到燃料噴嘴26，其將空氣燃料混合物分配到燃燒區域38內。定位在空氣通道44中的燃燒器排出空氣32可用於冷卻頭端28並且用於進入到頭端28內。燃燒器排出空氣32還被提供到第二空氣通道46，其由燃燒器罩48和流動套筒42的外殼壁或外表面50限定。空氣通道44和第二空氣通道46兩者將壓縮器排出空氣32輸送到四元帽22。參考圖1-2兩者，阻流元件54配置在空氣通道44內。阻流元件54典型地為大體阻礙在空氣通道44中的空氣流的任何裝置。具體地，阻流元件54阻礙空氣流以產生尾流(未示出)。該尾流典型地為阻流元件54下遊的再循環流的區域。阻流元件54可為通常在燃氣渦輪的空氣通道44中找到的任何類型的裝置，諸如，例如，交叉火管、火焰探測器、火花塞、襯套停止器、凸臺、壓力探頭、或傳感器。文丘裡管60配置在阻流元件54的下遊並且限定為流動套筒42的一部分。現參考圖2，文丘裡管60用於大體限制在空氣通道44中的空氣流並且將空氣流擴散到成組的四元導葉62而沒有顯著量的空氣流分離。也就是說，文丘裡管60用於在空氣流到達四元導葉62之前顯著減少由阻流元件54產生的尾流。具體地，文丘裡管60具有匯聚區段66和發散區段68。匯聚區段66用於限制在空氣通道44中的空氣流，並且發散區段用於將空氣流擴散到四元導葉62。文丘裡管60還具有喉部70、其使匯聚區段66與發散區段68相連接。在一個實施例中，喉部70提供範圍從大約百分之20到大約百分之70的、空氣通道44的截面積的減少。在一個實施例中，喉部70安置在距阻流元件54的特定距離處。具體地，在所示的示範性實施例中，阻流元件54包括大體圓形形狀並且具有直徑D。可選地，在圖4所示的另一實施例中，阻流元件154在形狀方面為大體矩形並且包括寬度W。繼續參考圖4，寬度W或直徑D (如圖2所示)相對於流動套筒142的直徑180而測量。參考回圖2，文丘裡管60的喉部70安置在由N*D標註的特定距離處，其中D為阻流元件54的直徑D，並且N為範圍從大約I到大約10的數字。也就是說，特定距離N*D的範圍從大約阻流元件54的直徑D到大約十倍阻流元件54的直徑D。在可選實施例中，如果大體矩形阻流元件被採用(諸如在圖4中示出的阻流元件154)，則該特定距離可由N*W計算，其中W為阻流元件54的寬度。應理解，儘管圖2和4示出大體圓形或矩形輪廓，但是阻流元件54可包括任何類型的形狀或構造。
繼續參考圖2，在一個實施例中至少一個空氣開孔72還可提供在流動套筒42的文丘裡管部分60中，以流體地連接到空氣通道46、到空氣通道44。具體地，空氣開孔72在流動套筒42內定位在文丘裡管部分60的發散區段68處。應當注意到，儘管圖2示出定位在發散區段68處的空氣開孔72，但是應理解也可使用其它位置。例如，空氣開孔72也可定位在匯聚區段66中。在另一實施例中，空氣開孔72可在文丘裡管60上遊和阻流元件54下遊定位在流動套筒42中。空氣開孔72可用來將相對高壓力空氣引進到空氣通道44內。具體地，參考圖1-2兩者，空氣開孔72從第二空氣通道46接收壓縮器排出空氣32的一部分。在第二空氣通道46中的空氣流具有比定位在空氣通道44中的空氣流更高的壓力。因而，空氣開孔72局部地將相對高壓力空氣引進到空氣通道44的空氣流內。可包括空氣開孔72，以便增加在空氣通道44中的空氣壓力，這是因為越過文丘裡管60的空氣壓力當空氣流的速度增加時降低。空氣開孔72添加空氣到尾流，這因此增加定位在尾流內的空氣的速度。應當注意到，儘管示出為存在空氣開孔72，但是應理解空氣開孔72也可在另一實施例中省略。在圖2所示的實施例中，空氣開孔72定位在流動套筒42的壁74內。圖3為定位在流動套筒42內的多個空氣開孔72的截面視圖。如圖3所示，空氣開孔72典型地為定位在流動套筒42的發散區段68內的通孔。空氣開孔72還可相對於豎直軸線A-A成角度，如由角度α所示。在一個實施例中，角度α的範圍在大約5度到大約80度之間。壓縮器排出空氣32流動通過空氣開孔72並且到空氣通道44內。儘管圖2示出具有大體圓形構造的空氣開孔72，但是應理解空氣開孔72也可包括其它構造。例如，在另一實施例中，空氣開孔72也可包括開槽構造或者淚珠構造。圖4-5為示出空氣開孔172和272的多個不同布置的示意性視圖。具體地，在圖4所示的實施例中，空氣開孔172以交錯構造周向地沿著發散區段168布置。類似於圖2所示的實施例，空氣開孔172中的各個安置在阻流元件154下遊。在圖5所示的可選實施例中，空氣開孔272包括大體矩形輪廓。空氣開孔272中的某些鄰近並且大體圍繞流動襯套停止器254定位。空氣開口 272中的剩餘部分安置在流動襯套停止器254下遊。應當注意到，空氣開孔272中的一部分也還可安置在流動襯套停止器254上遊(未在圖5中示出)。現參考圖1-5，包括文丘裡管60導致在空氣通道44中的相對無尾流的空氣流，其被輸送到四元帽22和四元導葉62。在空氣通道44內的尾流的減少傾向於減少或大致阻止火焰保持的發生。在空氣通道44中的大體無尾流的空氣流還可改善特徵，諸如燃氣渦輪火焰保持性能。因為越過文丘裡管60的空氣壓力當空氣流的速度增加時降低，所以在一個實施例中，還包括空氣開孔72，以便增加在空氣通道44中的空氣壓力。儘管本發明結合有限數量的實施例而詳細地描述，但是應當容易理解本發明不限於這種公開的實施例。相反，本發明可更改以合併任何數量的變形、更替、替換或迄今未描述的等同布置，但是這些與本發明的精神和範圍相稱。另外，儘管本發明的各種實施例已描述，但是應理解，本發明的方面可包括描述的實施例中的僅僅某些。因此，本發明不被視為受限於前述描述，但是僅僅由所附權利要求的範圍限制。
權利要求
1.一種燃燒系統，其包括: 圍繞燃燒區域配置的襯套； 圍繞所述襯套配置的流動套筒，所述襯套和所述流動套筒協作，以產生具有定位在所述襯套和所述流動套筒之間的空氣流的空氣通道； 配置在所述空氣通道內的阻流元件，所述阻流元件大體阻礙在所述空氣通道中的空氣流並且在所述空氣流中產生尾流；和 配置在所述阻流元件下遊的文丘裡管，所述文丘裡管大體限制並擴散在所述空氣通道中的空氣流，以大體減少在所述空氣流中的尾流。
2.根據權利要求1所述的燃燒系統，其特徵在於，所述文丘裡管由所述流動套筒限定。
3.根據權利要求1所述的燃燒系統，其特徵在於，所述文丘裡管包括匯聚區段、發散區段和喉部，其中，所述喉部使所述匯聚區段與所述發散區段相連接，並且其中，所述喉部提供範圍從大約百分之20到大約百分之70的、所述空氣通道的截面積的減少。
4.根據權利要求3所述的燃燒系統，其特徵在於，所述阻流元件包括代表所述阻流元件的寬度和直徑中的一個的尺寸。
5.根據權利要求4所述的燃燒系統，其特徵在於，所述文丘裡管的喉部定位在距所述阻流元件特定距離處，其中，所述特定距離的範圍從大約所述阻流元件的尺寸到大約十倍所述阻流元件的尺寸。
6.根據權利要求1所述的燃 燒系統，其特徵在於，包括流體地連接到所述空氣通道的至少一個空氣開孔，其中，所述至少一個空氣開孔接收噴射到所述空氣通道內的高壓力空氣，所述高壓力空氣具有大於所述空氣通道的空氣通道壓力的壓力。
7.根據權利要求6所述的燃燒系統，其特徵在於，所述至少一個空氣開孔定位在以下中的一個上:所述文丘裡管的匯聚區段、所述文丘裡管的發散區段、以及所述文丘裡管上遊與所述阻流元件下遊。
8.根據權利要求6所述的燃燒系統，其特徵在於，所述至少一個空氣開孔為定位在所述流動套筒內的通孔，並且其中，所述至少一個空氣開孔相對於豎直軸線成角度安置。
9.根據權利要求8所述的燃燒系統，其特徵在於，所述角度的範圍在大約5度到大約80度之間。
10.根據權利要求6所述的燃燒系統，其特徵在於，包括多個空氣開孔，其中，所述多個空氣開孔中的一部分鄰近並且大體圍繞所述阻流元件安置，並且所述多個空氣開孔中的另一部分安置在所述阻流元件下遊，並且所述空氣開孔中的剩餘部分安置在所述阻流元件上遊。
11.根據權利要求1所述的燃燒系統，其特徵在於，所述阻流元件為交叉火管、火焰探測器、火花塞、襯套停止器、凸臺、壓力探頭和傳感器中的一個。
12.根據權利要求1所述的燃燒系統，其特徵在於，所述空氣流被引導到定位在所述燃燒系統中的成組的四元導葉。
13.一種具有燃燒系統的燃氣渦輪，其包括: 圍繞燃燒區域配置的襯套； 圍繞所述襯套配置的流動套筒，所述襯套和所述流動套筒協作，以產生具有定位在所述襯套和所述流動套筒之間的空氣流的空氣通道； 配置在所述空氣通道內的阻流元件，所述阻流元件大體阻礙在所述空氣通道中的空氣流並且在所述空氣流中產生尾流； 配置在所述阻流元件下遊的文丘裡管，所述文丘裡管大體限制並擴散在所述空氣通道中的空氣流，以大體減少在所述空氣流中的尾流；和 至少一個空氣開孔，其流體地連接到所述空氣通道，所述至少一個空氣開孔接收噴射到所述空氣通道內的高壓力空氣，所述高壓力空氣具有大於所述空氣通道的空氣通道壓力的壓力。
14.根據權利要求13所述的燃氣渦輪，其特徵在於，所述文丘裡管由所述流動套筒限定。
15.根據權利要求13所述的燃氣渦輪，其特徵在於，所述文丘裡管包括匯聚區段、發散區段和喉部，其中，所述喉部使所述匯聚區段與所述發散區段相連接，並且其中，所述喉部提供範圍從大約百分之20到大約百分之70的、所述空氣通道的截面積的減少。
16.根據權利要求15所述的燃氣渦輪，其特徵在於，所述阻流元件包括代表所述阻流元件的寬度和直徑中的一個的尺寸。
17.根據權利要求16所述的燃氣渦輪，其特徵在於，所述文丘裡管的喉部定位在距所述阻流元件特定距離處，其中，所述特定距離的範圍從大約所述阻流元件的尺寸到大約十倍所述阻流元件的尺寸。
18.根據權利要求13所述的燃氣渦輪，其特徵在於，所述至少一個空氣開孔定位在以下中的一個上:所述文丘裡管的匯聚區段、所述文丘裡管的發散區段、以及所述文丘裡管上遊與所述阻流元件下遊。
19.根據權利要求13所述的燃氣渦輪，其特徵在於，所述至少一個空氣開孔為定位在所述流動套筒內的通孔，並且其中，所述至少一個空氣開孔相對於豎直軸線成角度安置。
20.根據權利要求19所述的燃氣渦輪，其特徵在於，所述角度的範圍在大約5度到大約80度之間。
全文摘要
本發明涉及具有用於減少在空氣流中的尾流的文丘裡管的燃燒系統。該燃燒系統具有襯套、流動套筒、阻流元件、和文丘裡管。襯套圍繞燃燒區域配置。流動套筒圍繞襯套配置。襯套和流動套筒協作，以產生具有定位在襯套和流動套筒之間的空氣流的空氣通道。阻流元件配置空氣通道內，並且大體阻礙在空氣通道中的空氣流，以在空氣流中產生尾流。文丘裡管配置在阻流元件下遊，並且大體限制並擴散在空氣通道中的空氣流，以減少在空氣流中的尾流。
文檔編號F23R3/02GK103090411SQ20121043243
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月2日 優先權日2011年11月4日
發明者A.R.罕, D.W.奇拉, A.P.辛赫, B.D.克勞利, J.T.斯圖爾特 申請人:通用電氣公司