专利名称：用于减小动力且改善传热性能的充分冲击冷却的文氏管的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种用于冷却干低NOx燃气涡轮发动机燃烧室中使用的文氏管的设备和方法。
背景技术：
在典型的双级、双模式燃气涡轮发动机中，二级燃烧室包括文氏管配置(venturiconfiguration),以稳定燃烧火焰。燃料(天然气或液体)和空气在文氏管上游的燃烧室预混合室中进行预混合，且空气/燃料混合物在文氏管喉部下游被点燃或燃烧。文氏管配置使空气/燃料加速流过所述喉部，且理想地防止火焰回火(flashing back)到预混合区域。火焰稳定(flame-holding)区域是连续稳定燃料燃烧所必需的。所述喉部区域前后的燃烧室壁和文氏管壁由燃烧火焰加热，且因此必须进行冷却。在过去，文氏管由燃烧室排气在前端进行冲击冷却，且在喉部区域下游的文氏管的轴向后侧部分进行湍流器冷却 (turbulator-cooled)。但最近对某些涡轮发动机进行的试验表明，文氏管排放处(文氏管冷却空气与从燃烧室逸出的燃烧气体混合的位置)的润旋脱落(vortex shedding)易于与火焰相互作用，并产生动力或尖锐的声间。这些涡旋从文氏管湍流器脱落，初步迹象表明，移除文氏管组件后侧部分的湍流器将减少或消除涡旋脱落，从而也会降低尖叫声的频率。
发明内容
本发明涉及冷却燃气涡轮机燃烧室，确切地说，涉及冷却燃烧室内文氏管的内(或热侧)壁，以及减小尖锐声文氏管动力。在本发明的一项示例性但非限制性实施例中，提供了一种用于涡轮机燃烧室的文氏管组件，其包括大体上以同心的关系彼此径向间隔开的第一外环形壁和第二中间环形壁，所述第一外环形壁和所述第二中间环形壁形成有前侧的、大体上成V形的喉部区域，以及后侧轴向延伸部分；第三径向最内部环形壁，其在所述喉部的后端连接到所述第二中间环形壁；第一孔口群，其位于所述大体上成V形的喉部中的所述第一外环形壁中；以及第二孔口群，其位于沿所述后侧轴向延伸部分的所述第二中间环形壁中。所述第一外环形壁在所述大体上成V形的喉部的前端接合到所述第二中间环形壁。第一冷却剂流道设于所述第一外环形壁和所述第二中间环形壁之间，从所述喉部穿过所述后侧轴向延伸部分的后端，冷却空气通过所述第一孔口群提供给所述第一冷却剂流道；且其中第二冷却剂流道设于所述第二中间环形壁和所述第三径向最内部环形壁之间，沿着所述后侧轴向延伸部分，以使所述第一冷却剂流道中的冷却空气通过所述第二孔口群进入所述第二冷却剂流道，从而冲击冷却所述第三径向最内部环形壁。所述第二冷却剂流道在所述后侧轴向延伸部分的所述后端敞开。所述第一冷却剂流道在所述轴向延伸部分的所述后端收缩。所述的文氏管组件包括一个或多个径向隔离物，其位于所述第一外环形壁和所述第二环形壁之间，在冷却时所述一个或多个径向隔离物不与所述第一外环形壁接触；或者可设于所述第二中间环形壁和所述第三径向最内部环形壁之间，在冷却时所述一个或多个径向隔离物不与所述第一外环形壁接触。在另一方面，示例性但非限制性实施例提供了涡轮机燃烧室，其包括大体上成圆柱形的燃烧室衬里/衬管，其界定燃烧室；以及环形文氏管组件，其紧固到所述燃烧室衬里的内表面；所述文氏管组件包括大体上以同心的关系彼此径向间隔开的第一外环形壁和第二中间环形壁，所述第一外环形壁和所述第二中间环形壁形成有前侧的、大体上成V形的喉部区域，以及后侧轴向延伸部分；第三内环形壁，其沿所述第二中间环形壁径向向内，且在所述喉部的后端连接到所述第二中间 环形壁；第一孔口群，其位于所述大体上成V形的喉部中的所述第一外环形壁中；以及第二孔口群，其位于沿所述后侧轴向延伸部分的所述第二中间环形壁中。所述第二中间环形壁中的所述第二孔口群成轴向和径向对齐的行、等间隔规则排列。所述第二中间环形壁中的所述第二孔口群以轴向和径向等间隔的行排列，在所述行中，交替的行周向交错。所述第一外环形壁在所述大体上成V形的喉部的前端接合到所述第二中间环形壁。所述第二冷却剂流道在所述后侧轴向延伸部分的所述后端敞开。所述第二冷却剂流道在所述后侧轴向延伸部分的所述后端收缩。所述涡轮机组件包括一个或多个径向隔离物，其位于所述第一外环形壁和所述第二中间环形壁之间；或者设于所述第二中间环形壁和所述第三内环形壁之间。在又一方面，本发明示例性但非限制性的实施例提供一种冷却涡轮机燃烧室中文氏管组件的方法，所述文氏管组件具有前侧喉部和后侧轴向延伸部分，所述方法包括，构建第一径向外冷却剂流路，其从所述喉部延伸穿过所述后侧轴向延伸部分的后端；构建第二径向内冷却剂流路，其只沿所述后侧轴向延伸部分延伸；在所述喉部中提供第一多个冲击冷却孔，以向所述第一径向外冷却剂流路提供冷却空气，且在所述后侧轴向延伸部分中提供第二多个冲击冷却孔，以将冷却空气从所述第一径向外冷却剂流路提供给所述第二径向内冷却剂流路；以及使冷却空气通过所述第一多个冲击冷却孔流入所述第一径向外冷却剂流路，然后通过所述第二多个冲击冷却孔流入所述第二径向内冷却剂流路，从而冲击冷却所述文氏管组件的所述后侧轴向延伸部分的径向最内部壁。所述方法包括提供一个或多个隔离物，用于保持所述第一径向外冷却剂流路和所述第二径向内冷却剂流路的尺寸稳定性。所述方法包括收缩所述第一径向外冷却剂流路的后侧轴向出口，以使从所述第一径向外冷却剂流路逸出的一些冷却剂空气直接进入从所述燃烧室流出的燃烧气体流。所述方法包括在所述第二径向内冷却剂流路的后端提供轴向开口，以使从所述第二径向内冷却剂流路逸出的冷却空气进入从所述燃烧室流出的所述燃烧气体流。所述方法包括在所述喉部的前端封闭所述第一径向外冷却剂流路的前端。现在将结合下文的附图来详细说明本发明。
图I是燃烧室和已知文氏管组件的局部截面图；图2是图I所示但从燃烧室移除的文氏管组件的分段局部透视图；图3是根据本发明的示例性但非限制性实施例的、包括有文氏管组件的燃烧室的局部截面图；图4是图3所示、但从燃烧室移除的文氏管组件的分段局部透视图；以及图5至图9图示了可用于图3和图4所示的文氏管组件中的各种冲击孔图案。兀件符号列表
权利要求
1.一种用于涡轮机(42)燃烧室的文氏管组件(46)，其包括 大体上以同心的关系彼此径向间隔开的第一外环形壁(50)和第二中间环形壁(52)，所述第一外环形壁和所述第二中间环形壁形成前侧的、大体上成V形的喉部(54)，以及后侧轴向延伸部分(55);第三径向最内部环形壁(48)，其在所述喉部(54)的后端连接到所述第二中间环形壁(52);第一孔口群(64)，其位于所述大体上成V形的喉部(54)中的所述第一外环形壁(50)中；以及 第二孔口群(66)，其位于沿所述后侧轴向延伸部分(55)的所述第二中间环形壁中。
2.根据权利要求I所述的文氏管组件，其中所述第一外环形壁(50)在所述大体上成V形的喉部(54)的前端接合到所述第二中间环形壁(52)。
3.根据权利要求2所述的文氏管组件，其中第一冷却剂流道￠0)位于所述第一外环形壁(50)和所述第二中间环形壁(52)之间，从所述喉部(54)穿过所述后侧轴向延伸部分(55)的后端，冷却空气通过所述第一孔口群￠4)提供给所述第一冷却剂流道￠0);且其中第二冷却剂流道￠2)位于所述第二中间环形壁(52)和所述第三径向最内部环形壁(48)之间，沿着所述后侧轴向延伸部分(55)，以使所述第一冷却剂流道￠0)中的冷却空气通过所述第二孔口群￠6)进入所述第二冷却剂流道(62)，从而冲击冷却所述第三径向最内部环形壁(48)。
4.根据权利要求3所述的文氏管组件，其中所述第二冷却剂流道(62)在所述后侧轴向延伸部分(55)的所述后端敞开。
5.根据权利要求3所述的文氏管组件，其中所述第一冷却剂流道￠0)在所述轴向延伸部分(55)的所述后端收缩。
6.根据权利要求I所述的文氏管组件，其包括一个或多个径向隔离物(72)，其位于所述第一外环形壁(50)和所述第二环形壁(52)之间，在冷却时所述一个或多个径向隔离物(72)不与所述第一外环形壁接触。
7.根据权利要求I所述的文氏管组件，其包括一个或多个径向隔离物(74)，其位于所述第二中间环形壁(52)和所述第三径向最内部环形壁(48)之间，在冷却时所述一个或多个径向隔离物(74)不与所述第一外环形壁接触。
8.一种涡轮机燃烧室(42)，包括大体上成圆柱形的燃烧室衬里(44)，其界定燃烧室；以及环形文氏管组件(46)，其紧固到所述燃烧室衬里(44)的内表面；所述文氏管组件包括大体上以同心的关系、彼此径向间隔开的第一外环形壁(50)和第二中间环形壁(52)，所述第一外环形壁和所述第二中间环形壁形成前侧的、大体上成V形的喉部(54)，以及后侧轴向延伸部分(55);第三内环形壁(48)，其沿所述第二中间环形壁(52)径向向内，且在所述喉部(54)的后端连接到所述第二内环形壁(52);第一孔口群(64)，其位于所述大体上成V形的喉部(54)中的所述第一外环形壁(50)中；以及第二多个孔口(66)，其位于沿所述后侧轴向延伸部分(55)的所述第二中间环形壁(52)中。
9.根据权利要求8所述的涡轮机组件，其中所述第二中间环形壁(52)中的所述第二孔口群(66)成轴向和径向对齐的行等间隔、规则排列。
10.根据权利要求8所述的涡轮机组件，其中所述第二中间环形壁(52)中的所述第二孔口群(70)以轴向和径向等间隔的行排列，在所述行中，交替的行周向交错。
11.根据权利要求8所述的涡轮机组件，其中所述第一外环形壁(50)在所述大体上成V形的喉部(54)的前端接合到所述第二中间环形壁(52)。
12.根据权利要求8所述的涡轮机组件，其中所述第二冷却剂流道￠2)在所述后侧轴向延伸部分(55)的所述后端敞开。
13.根据权利要求8所述的涡轮机组件，其中所述第二冷却剂流道￠2)在所述后侧轴向延伸部分(55)的所述后端收缩。
14.一种冷却涡轮机燃烧室(42)中文氏管组件(46)的方法，所述文氏管组件具有前侧喉部(54)和后侧轴向延伸部分(55)，所述方法包括 (a)构建第一径向外冷却剂流路(60)，其从所述喉部(54)延伸穿过所述后侧轴向延伸部分(55)的后端； (b)构建第二径向内冷却剂流路(62)，其只沿所述后侧轴向延伸部分(55)延伸； (c)在所述喉部(54)中提供第一多个冲击冷却孔￠4)，以向所述第一径向外冷却剂流路￠0)提供冷却空气，且在所述后侧轴向延伸部分(55)中提供第二多个冲击冷却孔(66)，以将冷却空气从所述第一径向外冷却剂流路￠0)提供给所述第二径向内冷却剂流路(62);以及 (d)使冷却空气通过所述第一多个冲击冷却孔￠4)流入所述第一径向外冷却剂流路(60)，然后通过所述第二多个冲击冷却孔￠6)流入所述第二径向内冷却剂流路(62)，从而冲击冷却所述文氏管组件的所述后侧轴向延伸部分的径向最内部部件(48)。
15.根据权利要求14所述的方法，其包括收缩所述第一径向外冷却剂流路￠0)的后侧轴向出口，以使从所述第一径向外冷却剂流路出0)逸出的一些冷却剂空气直接进入从所述燃烧室流出的燃烧气体流。
全文摘要
本发明公开一种用于减小动力且改善传热性能的充分冲击冷却的文氏管。所述文氏管组件包括大体上以同心的关系彼此径向间隔开的第一外环形壁和第二中间环形壁。所述第一外环形壁和所述第二中间环形壁形成有前侧的、大体上成V形的喉部，以及后侧轴向延伸部分。第三径向最内部环形壁在所述喉部的后端连接到所述第二中间环形壁。第一孔口群或者第一多个孔位于所述大体上成V形的喉部中的所述第一外环形壁中，且第二孔口群或第二多个孔位于所述第二中间环形壁的所述后侧轴向延伸部分中，从而使冷却空气流过所述第一孔口群和所述第二孔口群，以冲击冷却所述第三径向最内部环形壁。
文档编号F23R3/18GK102759121SQ20121013832
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月25日 优先权日2011年4月26日
发明者B·R·阿楚塔, J·巴茨, K·V·斯里哈, K·卡利斯瓦兰, P·K·I·西达甘盖亚 申请人:通用电气公司