专利名称：发散冷却喷嘴以及相关方法
发散冷却喷嘴以及相关方法
背景技术：
本发明涉及涡轮机燃烧室喷嘴，确切地说，在一项示例性实施例中，涉及一种发散冷却燃烧管。在某些已知的燃烧室设计中，燃烧管连接到喷嘴头的出口或下游端，并形成燃料准备腔，以用于将燃料/空气混合物从喷嘴头引入到燃烧管中。通常情况下，燃烧管由形成有多个冷却孔或孔隙的冲击杯所围绕，通过所述冷却孔或孔隙，压缩机排气可被引入到冲击杯与燃烧管之间的环形空间中，从而对所述管进行冲击冷却。冲击冷却空气可经过输送，以便在燃料喷嘴头处与燃料混合，或者在燃料/空气混合物进入燃烧腔时在燃烧管的下游与该混合物混合。然而，仍然需要对用以冷却燃烧管的冷却空气更好地加以利用。
发明内容
根据第一示例性但非限制性方面，本发明提供一种用于燃烧室的燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括喷嘴头，所述喷嘴头经配置以将燃料/空气混合物供应到燃烧管，所述燃烧管连接到所述喷嘴头并在所述喷嘴头的下游延伸；所述燃烧管设有冷却孔，以用于将流体引入到所述燃烧管中，从而通过发散法来处理(例如，冷却)所述燃烧管的内壁。根据另一示例性但非限制性方面，提供一种用于燃气涡轮机的喷嘴，所述喷嘴包括:喷嘴头，其形成有位于后端的多个燃料孔口 ；燃烧管，其连接到所述喷嘴头的所述后端，且在所述多个燃料孔口的下游延伸；旋流器，其布置在所述喷嘴头的所述后端的周围，经改造用于引入空气，以与离开所述多个燃料孔口的燃料混合；所述燃烧管设有多个冷却孔，所述冷却孔位于所述旋流器的下游，用于将冷却空气引入到所述燃烧管中，其中所述多个冷却孔布置成在所述燃烧管的周围轴向隔开、周向延伸的行，并且在下游方向上倾斜。根据又一示例性实施例，提供一种在涡轮机燃烧室中对燃烧管进行发散处理的方法，所述方法包括:a.将燃烧管定位在燃料喷嘴的出口端，经改造用于接收燃料/空气混合物；在所述燃烧管的周围设置多个孔，并通过所述多个孔将流体引入到所述燃烧管中；以及使所述多个孔在下游方向上以一定角度倾斜，所述角度要足以沿着所述燃烧管的内表面引导所述流体。现在将结合以下附图来详细描述本发明。
图1是已知的涡轮机燃料喷嘴头以及燃烧管的截面图；图2是根据本发明的示例性但非限制性实施例的涡轮机燃料喷嘴头以及燃烧管的截面图；以及图3是燃气涡轮机设备的示意图，图示了在一项示例性但非限制性实施例中图1和图2所示的燃料喷嘴的位置。
具体实施例方式图1描绘了涡轮机燃料喷嘴10的后端，所述燃料喷嘴包括喷嘴头12和连接的燃烧管14。喷嘴头12具有圆锥形出口端，所述出口端经由孔隙16供应燃料，以便与进入旋流器或其他混合装置18并经由周向槽20离开的空气混合。离开喷嘴头的孔隙16的燃料与离开槽20的旋流空气在燃烧管14中的较大直径处混合，然后进入燃烧腔22，所述燃烧腔位于冲击板24和挡溅板25的下游。在所述传统布置中，燃烧管被冲击套管26围绕，所述冲击套管与所述燃烧管径向隔开。冲击套管具有周向排列的孔隙28，压缩机排气可流过所述孔隙，从而对燃烧管14的外表面进行冲击冷却。随后，所述空气沿燃烧管流动，并且可经过输送而在燃烧管的后端离开，以便与经由孔隙30供应到燃烧腔22的空气汇合，从而撞击在挡溅板25上。图2描绘了根据本发明的示例性但非限制性实施例的燃料喷嘴32，所述燃料喷嘴包括喷嘴头34和燃烧管44。喷嘴头34、燃料孔隙36和旋流器38以及旋流器孔或孔隙40类似于结合图1所述的对应部件。然而，此处省略了用以冷却燃烧管14的冲击套管26。相反，多个孔，例如，发散冷却孔42直接形成于燃烧管44中，从而冷却空气直接流入燃烧管中，以与来自喷嘴头34和旋流器38的燃料/空气混合物混合。在燃烧管44的下游端，冲击板46和挡溅板48现在都固定到燃烧管44的后端。发散冷却孔42优选在轴向上倾斜，例如，以介于30°与60°之间的角度倾斜，从而发散冷却空气倾向于沿燃烧管44的内部流动，以便对燃烧管的热侧进行冷却，且同时使燃料远离燃烧管壁。因此，发散冷却空气直接进入燃烧管，但是在部分轴向上进入，从而在空气以较高的速度轴向沿所述管的长度行进时，仍接近燃烧管表面。冷却孔42也可在周向上沿顺时针和逆时针中的一个或另一个倾斜，以使得冷却空气在进入燃烧管44时旋动，方式为与旋流空气/燃料混合物一起旋动或反向旋动。图示了在周向上轴向隔开的两行孔隙或孔42，但应了解，孔的数目、直径和型式可改变。在一个实例中，冷却孔可具有在约0.020英寸到约0.060英寸范围内的直径。此外，燃烧管本身略呈圆锥形，借助于锥形内表面50以及位于燃烧管后端的较窄端，从而在混合物从左向右移动并进入燃烧腔52时增加速度并促进混合。由于邻近挡溅板48的尾行冷却孔42相对于冷却孔42以更尖锐的角度(15°至Ij30° )倾斜，从而在燃烧管的后端沿着更为轴向的方向引导发散冷却空气中的某些部分，因此也对挡溅板48进行一定冷却。其他尚未提及的益处包括:燃烧管和喷嘴头或喷嘴箭头的耐久性增强；启动时形成的烟灰减少；火焰稳定界限更佳以及排放减少。本文中所述的冷却布置可有利地与多种喷嘴类型一起使用，所述喷嘴类型包括标准燃烧室喷嘴、扩散喷嘴、DLN、燃烧室喷嘴、初级喷嘴、合成气喷嘴等。应了解，在冷却空气使燃烧管温度保持恒定，S卩，防止过热的情况下，更为适当的说法是，燃烧管受到空气或其他流体“处理”而非“冷却”。图3描绘了燃气涡轮机54，该燃气涡轮机中并入了上文结合图2所述的燃料喷嘴56。向燃料喷嘴56供应燃料(在58处表示)，以在燃烧室60内进行燃烧。空气经由进气口 62和压缩机64供应到燃烧室60。燃烧形成的气体产物被引导到涡轮机部分66且随后引导到涡轮机排气口 68。在所示实施例中，由燃烧气体驱动的涡轮机转子70还驱动压缩机64。应理解，所示燃气涡轮机配置仅仅是可并入一个或多个燃料喷嘴56的多种涡轮机配置的示例。虽然已结合目前被认为是最具实用性且较佳的实施例说明了本发明，但应了解本发明不限于已公开的实施例，相反，而是旨在涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效配置。
权利要求
1.一种用于燃烧室的燃料喷嘴，包括: 喷嘴头，所述喷嘴头经配置以将燃料/空气混合物供应到燃烧管，所述燃烧管连接到所述喷嘴头并在所述喷嘴头的下游延伸；所述燃烧管设有多个孔，以用于将流体引入所述燃烧管中，从而通过发散来处理所述燃烧管的内壁。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其中所述多个孔在下游方向上倾斜。
3.根据权利要求1所述 的燃料喷嘴，其中所述多个孔布置成在所述燃烧管的周围轴向隔开、周向延伸的多个行。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其中所述多个孔在周向上倾斜。
5.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其中所述多个孔具有介于约0.020英寸与约0.060英寸之间的直径。
6.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其中所述燃烧管成圆锥形，所述燃烧管的内径在下游方向上缩小。
7.根据权利要求6所述的燃料喷嘴，其中所述喷嘴头成圆锥形，所述喷嘴头的出口端直径在下游方向上缩小。
8.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其中所述喷嘴头成圆锥形，所述喷嘴头的出口端直径在下游方向上缩小。
9.根据权利要求7所述的燃料喷嘴，其中所述喷嘴头具有出口端，所述出口端的直径小于所述燃烧管的内径。
10.根据权利要求9所述的燃料喷嘴，其中所述喷嘴头的所述出口端形成有多个燃料孔口，所述燃料孔口成环形阵列，且其中旋流器围绕所述出口端，并经构造用于供应空气，以与离开所述多个燃料孔口的燃料混合。
11.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其中所述多个孔布置成在所述燃烧管的周围轴向隔开、周向延伸的多个行，所述多个孔在下游方向上倾斜。
12.根据权利要求11所述的燃料喷嘴，进一步包括连接到所述燃烧管后端的向外成圆锥形的挡溅板，且其中邻近所述挡溅板的所述轴向隔开、周向延伸的多个行中的至少一行多个孔以一定角度倾斜，所述角度比所述轴向隔开、周向延伸的多个行中的剩余行多个孔更尖锐。
13.一种用于燃气涡轮机的喷嘴，包括: 喷嘴头，其形成有位于后端的多个燃料孔口 ；燃烧管，其连接到所述喷嘴头的所述后端，且在所述多个燃料孔口的下游延伸；旋流器，其布置在所述喷嘴头的所述后端的周围，经构造用于引入空气，以与离开所述多个燃料孔口的燃料混合；所述燃烧管设有多个冷却孔，所述冷却孔位于所述旋流器的下游，用于将冷却空气引入到所述燃烧管中，其中所述多个冷却孔布置成在所述燃烧管的周围轴向隔开、周向延伸的行，并在下游方向上倾斜。
14.根据权利要求13所述的喷嘴，其中所述多个冷却孔在周向上倾斜。
15.根据权利要求13所述的喷嘴，其中所述燃烧管成圆锥形，内径在下游方向上缩小。
16.根据权利要求13所述的喷嘴，其中所述喷嘴头成圆锥形，出口端直径在下游方向上缩小。
17.根据权利要求13所述的喷嘴，其中所述喷嘴头具有出口端，所述出口端的直径小于所述燃烧管的内径。
18.根据权利要求15所述的喷嘴，其中所述多个冷却孔的截面成圆形或非圆形。
19.一种在涡轮机燃烧室中对燃烧管进行发散处理的方法，所述方法包括: a.将燃烧管定位在燃料喷嘴的出口端，以经构造用于接收燃料/空气混合物； b.在所述燃烧管的周围设置多个孔，并通过所述多个孔将流体引入到所述燃烧管中；以及 c.使所述多个孔在下游方向上以一定角度倾斜，所述角度要足以沿着所述燃烧管的内表面引导所述流体。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述多个孔相对于穿过所述燃烧管的中线轴倾斜30度到60度， 且其中所述流体包括冷却空气。
全文摘要
本发明涉及并公开一种用于涡轮机燃烧室的燃料喷嘴以及一种在涡轮机燃烧室中对燃烧管进行发散处理的方法。所述燃料喷嘴包括喷嘴头，所述喷嘴头经配置以将燃料/空气混合物供应到燃烧管，所述燃烧管连接到所述喷嘴头并在所述喷嘴头的下游延伸。所述燃烧管设有多个孔，以用于将流体引入到所述燃烧管中，从而通过发散法来处理(例如，冷却)所述燃烧管的内壁。
文档编号F23R3/28GK103104935SQ20121039025
公开日2013年5月15日 申请日期2012年10月15日 优先权日2011年10月14日
发明者A.P.德赛, N.S.萨贾, B.R.阿楚塔, R.K.科亚纳 申请人:通用电气公司