专利名称：用于影响横流中的再循环区的方法和装置的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题通常涉及横流结构。更具体地说，本主题涉及用于燃气涡轮发 动机的燃料喷嘴。
背景技术：
当流体的流离开孔而与正在流过孔的流体的相交流相互作用时，在横流(cross flow)中产生射流。横流中的射流对于诸如燃气涡轮燃烧器、燃料喷射器和烟筒中的污染控 制的各种应用而言是主要的。横流中的射流通常在引入横流的位置的下游产生再循环区。 再循环区典型地具有减小的流速，该减小的流速根据横流应用中的流的结构而可能造成各 种有害效果。 因而，减小、消除或者改变位于横流中的流的下游的再循环区的装置将在本领域 中大受欢迎。
发明内容
根据本发明的一个方面，横流装置包括表面、定位在该表面上的至少一个出口以 及位于该表面上的至少一个导向件，其中，该导向件配置成引导流过该表面的相交流，并在 该至少一个出口的下游提高从该至少一个出口排出的横流的速度。 根据本发明的另一方面，燃烧器旋涡喷嘴(swozzle)包括具有表面的旋涡喷嘴叶
片、定位在该表面上的横流出口以及位于该表面上的导向件，其中，该导向件配置成引导流
过该表面的相交流，并在该出口的下游提高从该出口排出的横流的速度。 根据本发明的又一方面，用于组合多个流的方法包括使第一流体的第一流流过
表面；使第二流体的第二流从该表面中的开口排出至第一流中；引导第一流和第二流中的
至少一个；以及在排出第二流的位置的下游的区域中提高第二流的速度。
在所附的权利要求中特别指出并明确声明了被认作发明的主题。通过以下结合附
图所作的详细描述，将清楚本发明的上述及其它的特征和优点，其中 图1描绘了根据本发明的一个实施例的燃烧器旋涡喷嘴的透视图； 图2描绘了根据本发明的一个实施例的旋涡喷嘴叶片的透视图； 图3描绘了以箭头3-3看去的图2的旋涡喷嘴叶片的横截面图；以及 图4描绘了根据本发明的另一实施例的旋涡喷嘴叶片的透视图。部件列表 100燃烧器旋涡喷嘴(combustor swozzle) ;110旋涡喷嘴叶片(swozzle vane);120前缘；130表面；140横向射流出口 ；150第一射流；160第二射流；170燃料室；180导向 部；181上游端；182下游端；190下游区域；200平行流线。
具体实施例方式
在本文中，参照附图，通过示范和非限定的方式展示了以下描述的所公开的装置 和方法的实施例的详细描述。 参照图l，显示了具有多个旋涡喷嘴叶片110的燃烧器旋涡喷嘴IOO，各个旋涡喷 嘴叶片110具有前缘120和表面130。表面130具有位于其上的至少一个横流出口 140，在 图中图示了两个。在燃气涡轮中的燃烧过程期间，压縮气流的第一流150接近旋涡喷嘴叶 片110的前缘120，并流过表面130。燃烧器燃料的第二流160由燃料室170提供，随后从 横流出口 140以相对于第一流150相交的角度而排出。旋涡喷嘴叶片110的轮廓可在横流 出口 140的下游处弯曲或不弯曲至高达九十度，以便于使两个流150、 160的组合混合且成 为旋涡。随后燃烧器(未显示)接收这两个流150U60的组合。在其中至少一个旋涡喷嘴 叶片110的表面130上的是本文中所讨论的至少一个导向部180。导向部180配置成引导 第一流150，并因而提高横流出口 140的下游处的第二流160的速度。该提高的速度减小了 再循环区，从而降低了那里的火焰保持。通过示例并参照旋涡喷嘴叶片110的表面130上 的横流结构来描述本文中所公开的一个实施例，但该实施例可应用于任何其它横流结构。
参照图2和图3，显示了旋涡喷嘴叶片IIO，其使第一流150接近前缘120，该前缘 将第一流150分裂成两个流。第一流150的一部分如图中所示地流过旋涡喷嘴叶片110的 表面130，而第一流150的另一部分流过旋涡喷嘴叶片IIO的相反的表面(未显示)。第一 流150可以由上文中所述的压縮气流构成，但可以备选地具有任何类型的相交流的流动和 合成特性，这种相交流配置成包围横流并与横流相交。无论相交流150的合成特性如何，其 配置成流过位于旋涡喷嘴叶片110的表面130上的横流出口 140。 相反，横流出口 140是该表面中的开口，其配置成以相对于第一流150相交的角度 排出第二流160。在一个实施例中，第二流160是可燃的燃料的射流，该燃料例如为汽油、 天然气、丙烷、柴油、煤油、E85、生物柴油、沼气、或任何其它用于燃烧的燃料。在另一实施例 中，第二流160是任何其它气态或液体的物质或其组合的流。因而，应当理解，第二流160 可以具有被引入横流中的任何类型的横流的流动和合成特性。在表面130上显示了其中两 个横流出口 140，各排出第二流160。在本文中显示了各个横流出口 140是大致圆形的。备 选地，横流出口 140在形状上可以是胚珠形的、多边形的或弯曲的，或者为其组合。此外，应 当理解，还可以在旋涡喷嘴叶片110的相反的表面上以与定位在表面130上的横流出口 140 相似的结构包含其中一个或多个横流出口 140。 旋涡喷嘴叶片110还包括至少一个导向部180，绕着各个横流出口 140图示了两个 导向部。导向部180是一种导向件，其配置成再次引导第一流150和第二流160中的至少 一个的流动。该再次引导提高了下游区域190中的流的速度，下游区域190定位在横流出 口 140的下游。该再次引导还防止下游区域190中的火焰保持，并减小了在下游区域190 形成的再循环区。此外，导向部180提高了第二流160进入第一流150中的贯穿高度，该第 一流携带第二流160更远离表面130。这有助于第二流160的流体在第一流150的流中分 散。
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在一个实施例中，导向部180还包括上游端181和下游端182。在这个实施例中， 上游端181被定位成比下游端182更远离平行流线200，该平行流线与横流出口 140的中心 相交，并定向成与第一流150的流动平行。导向部180还围绕横流出口 140而弯曲。在另 一实施例中，导向部180相反具有直的轮廓，而不是弯曲的。在又一实施例中，导向部180 具有两个或更多直的部分。 虽然本文中所示的导向部180是突出的叶片(vane)，但备选的实施例中的导向部 180可以是围绕横流出口 140而形成于表面130中的凹入的压痕或槽。在突出的导向部180 的情况下，在一个实施例中，垂直于表面130的导向部180的高度从上游至下游增加。在凹 入的压槽的情况下，在一个实施例中，槽的深度从上游至下游增加。应当理解，导向部的高 度和深度并不限于这些实施例，但可以保持恒定或具有任何其它的结构。此外，根据该实施 例，可存在多个绕着各个横流出口 140而定位的导向部180。在所图示的实施例中，对各横 流出口 140使用了其中两个导向部180，在横流出口 140的每侧各有一个。
另外，如图4中所示，至少一个导向部180中的一个可以配置成提高两个或多个第 二流160的速度，图中图示了两个。在这个实施例中，单个导向部180可以定位在两个或多 个横流出口140之间。单个导向部180可以是具有两个导向壁183的金属片的一部分。各 个导向壁183可具有与上文中所述的上述实施例中的其中一个突出的叶片相似的轮廓和 定向。然而，这两个导向壁183的各个配置成将第一射流150引导至位于至少一个横向射 流出口 140中的单独的一个之后的位置。应该理解，这些实施例举例说明了导向部180，但 导向部180并不限于这些实施例。 已经带着冠词"一"或"一个"介绍了实施例的元件。这些冠词旨在意味着一个或 多个元件。用语"包括"、"具有"和其派生词旨在是包含性的，因而除了列出的元件之外，还 可以有其它元件。连词"或"在与至少两个用语的列举一起使用时，旨在意味着任一用语或 用语的组合。用语"第一"和"第二"用于区分元件，而不用于表示特定的顺序。
虽然已经结合有限数量的实施例详细地描述了本发明，但应当容易理解，本发明 并不限于这些公开的实施例。相反，可修改本发明以结合至此尚未描述过却与本发明的要 旨和范围相称的任意数量的变型、变更、替代或等效布置。另外，虽然已经描述了本发明的 各种实施例，但应当理解本发明的一些方面可能只包括其中一些所描述的实施例。因此，本 发明不应被视为由上述描述限制，而仅由所附的权利要求的范围限制。
权利要求
一种横流装置(100)，包括表面(130)；定位在所述表面(130)上的至少一个出口(140)；以及位于所述表面(130)上的至少一个导向件(180)，配置成引导流过所述表面(130)的相交流(150)，并在所述至少一个出口(140)的下游提高从所述至少一个出口(140)排出的横流(160)的速度。
2. 根据权利要求1所述的横流装置(IOO)，其特征在于，所述至少一个导向件(180)是 突出的叶片。
3. 根据权利要求1所述的横流装置(IOO)，其特征在于，所述至少一个导向件(180)是 所述表面(130)中的槽。
4. 根据权利要求1所述的横流装置(IOO)，其特征在于，所述至少一个导向件(180)具 有上游端(181)和下游端(182)，所述上游端(181)定位成比所述下游端(182)更远离平 行流线(200)，所述平行流线(200)定向成与所述相交流(150)的方向平行，所述平行流线 (200)与所述至少一个出口 (140)的中心相交。
5. 根据权利要求1所述的横流装置(IOO)，其特征在于，所述至少一个导向件(180)围 绕所述至少一个出口 (140)而弯曲。
6. —种燃烧器旋涡喷嘴(IOO)，包括 具有表面(130)的旋涡喷嘴叶片(110); 定位在所述表面(130)上的出口 (140);以及位于所述表面(130)上的导向件(180)，配置成引导流过所述表面(130)的相交流 (150)，并在所述出口 (140)的下游提高从所述出口 (140)排出的横流(160)的速度。
7. 根据权利要求6所述的燃烧器旋涡喷嘴(IOO)，其特征在于，所述旋涡喷嘴叶片 (110)具有两个相反的表面(130)，各个所述表面(130)具有至少一个出口 (140)。
8. 根据权利要求6所述的燃烧器旋涡喷嘴(IOO)，其特征在于，所述旋涡喷嘴叶片 (110)具有弯曲的轮廓。
9. 一种用于组合多个流的方法，包括 使第一流体的第一流(150)流过表面(130);使第二流体的第二流(160)从所述表面(130)中的开口排出到所述第一流(150)中；引导所述第一流(150)和所述第二流(160)中的至少一个；以及在排出所述第二流(160)的位置的下游(190)的区域中提高所述第二流(160)的速度。
10. 根据权利要求9所述的用于组合多个流的方法，其特征在于，还包括在所述开口的 下游(190)的所述区域中减小再循环区的形成。
全文摘要
本发明公开了一种横流装置(100)，其包括表面(130)和定位在表面(130)上的至少一个出口(140)。横流装置(100)还包括至少一个位于表面(130)上的导向件(180)，其配置成引导流过表面(130)的相交流(150)，并在所述至少一个出口(140)的下游提高从所述至少一个出口(140)排出的横流(160)的速度。
文档编号F23D11/38GK101726003SQ200910168959
公开日2010年6月9日 申请日期2009年8月31日 优先权日2008年10月31日
发明者M·芭蒂娜, R·辛格 申请人:通用电气公司