专利名称：用于燃气涡轮发动机中的流控制的系统和方法
技术领域：
本文所公开的主题涉及燃烧系统，并且更特定地，涉及燃气涡轮发动机内的流量控制。
背景技术：
各种燃烧系统包括燃烧室，在其中，燃料和空气燃烧而生成热气体。例如，燃气涡轮发动机可包括一个或更多燃烧室，所述一个或更多燃烧室被构造成接收来自压缩机的压缩空气，将燃料注入压缩空气中，以及生成热燃烧气体以驱动涡轮发动机。每个燃烧室可包括一个或更多燃料喷嘴、燃烧衬套内的燃烧区、围绕燃烧衬套的流动套管以及气体过渡导管。来自压缩机的压缩空气通过燃烧衬套和流动套管之间的间隙流到燃烧区。在间隙中可以设置结构件以容纳各种部件，例如联焰管、火焰检测器等。遗憾的是，当压缩空气经过这 样的结构件时，可能形成流扰动，从而降低燃气涡轮发动机的性能。
发明内容
以下概括了在范围方面与最初要求保护的本发明相称的某些实施例。这些实施例并不意图限制要求保护的本发明的范围，而是，这些实施例仅仅意图提供本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可以涵盖可能与下述实施例相似或不同的各种形式。在第一实施例中，一种系统包括燃气涡轮机燃烧器，其包括设置在燃烧区周围的燃烧衬套、设置在燃烧衬套周围的流动套管、在燃烧衬套和流动套管之间的空气通道以及在燃烧衬套和流动套管之间延伸的结构件。结构件阻碍通过空气通道的空气流路径。燃气涡轮机燃烧器还包括空气动力学尾流消减器，该空气动力学尾流消减器被构造成使围绕结构件的空气流改变方向，以减小结构件下游的尾流区。在第二实施例中，一种系统包括空气动力学涡轮尾流消减器，其被构造成减少阻碍燃气涡轮发动机的气体流的结构件的下游的尾流区中的尾流。空气动力学涡轮尾流消减器包括被构造成至少部分地包围结构件的流控制表面。此外，空气动力学涡轮尾流消减器设置在燃料注入器的上游。在第三实施例中，一种方法包括减少结构件下游的尾流区中的尾流，该结构件阻碍燃气涡轮机燃烧器的燃烧衬套和流动套管之间的空气流。减少尾流包括将空气流分成第一流和第二流，以及将第一流和第二流以空气动力学方式结合到尾流区中。
当参考附图阅读下面的具体描述时，本发明的这些和其它的特征、方面及优点将变得更好理解，在所有图中类似的标记表示类似的部分，在附图中
图I是具有燃烧器的涡轮系统的实施例的框 图2是如图I所示的涡轮系统的实施例的剖面侧视图，还显示了燃烧器的细节；
图3是如图2所示的燃烧器的实施例在线3-3内截取的局部横截面侧视图，显示了空气动力学尾流消减器；
图4是空气动力学尾流消减器和多个燃料注入器的实施例沿图3的线4-4截取的剖面横截面顶视 图5是空气动力学尾流消减器的实施例沿图3的线5-5截取的横截面顶视 图6是空气动力学尾流消减器的实施例沿图3的线5-5截取的横截面顶视 图7是空气动力学尾流消减器的实施例沿图3的线5-5截取的横截面顶视 图8是空气动力学尾流消减器的实施例沿图3的线5-5截取的横截面顶视 图9是空气动力学尾流消减器的实施例沿图3的线5-5截取的横截面顶视 图10是空气动力学尾流消减器的实施例在组装之前的横截面顶视图；
图11是图10的空气动力学尾流消减器的实施例在组装之后的横截面顶视 图12是空气动力学尾流消减器的实施例的透视 图13是如图2所示的燃烧器的实施例在线3-3内截取的局部横截面侧视图，显示了空气动力学尾流消减器；
图14是空气动力学尾流消减器的实施例沿图13的线14-14截取的横截面顶视 图15是空气动力学尾流消减器的实施例沿图13的线14-14截取的横截面顶视图；以
及
图16是空气动力学尾流消减器的实施例沿图13的线14-14截取的横截面顶视图。要素列表
10涡轮系统
11燃气涡轮发动机
12燃料喷嘴
14燃料源
16燃烧器 18 涡轮
20排气出口
22轴
24压缩机
26空气入口
28负荷
34端盖
36头立而
38燃烧室
40燃烧室壳体
42燃烧衬套
44流动套管
46中空环形空间
48过渡件
50箭头
60上游侧62下游侧
64压缩空气流
66结构件
67尾流区
68火焰
70空气动力学尾流消减器(aerodynamic wake reducer)
72前缘
74后缘 76上游部分
77下游部分
78上游长度
79下游长度
80径向距离
82下游空气流
84燃料注入器
85帽盖
86燃料
88燃料歧管
90燃料开口
92空气-燃料混合物
104后缘角
106第一流
108第二流
110第一表面
112第二表面
114第一侧
116第二侧
130第一对齐特征
132第二对齐特征
150支撑件
152外表面
154内表面
156长度
170第一构件
172第二构件
174平坦表面
176弯曲表面
190轴线
192圆柱形孔196下游表面
198空气动力学管结构
200开口
202间隙
204平直外侧
206平坦表面
210焊缝
212开口。
具体实施例方式下面将描述本发明的一个或更多具体的实施例。在提供这些实施例的简明描述的努力中，实际实施的所有特征可能未在说明书中描述。应当意识到，在任何这种实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出众多的具体实施的决定，以实现开发者的具体目标，例如符合系统相关的及业务相关的约束，其可能从一个实施变化到另一个。此外，应当意识到，这一开发努力可能是复杂且耗时的，不过对于受益于该公开的普通技术人员而言，却将是设计、制作及制造的常规任务。当引入本发明的各种实施例的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”及“所述”意图表示有一个或更多该要素。术语“包括”、“包含”及“具有”意图是包容的并且表示可能有除了所列的要素之外的额外要素。如下面详细讨论的，所公开的实施例提供了用于减少阻碍气体流的结构件的下游的尾流区中的尾流的系统和方法。例如，该结构件可能阻碍燃气涡轮发动机的燃气涡轮机燃烧器的燃烧衬套和流动套管之间的空气流。空气动力学尾流消减器可设置为邻近、部分包围或完全包围该结构件，并且可以将流导入结构件下游的尾流区。空气动力学尾流消减器可包括前缘和后缘，并具有在前缘和后缘之间延伸的流控制表面。在某些实施例中，流控制表面可具有空气动力学形状，例如翼型。例如，流控制表面可首先分开，然后朝彼此会聚。在所公开的实施例中，结构件下游的尾流基本上充满较高速度的流体，即，离开后缘的那部分气体流。用来自后缘的气体流填充尾流有助于减少尾流的尺寸和形成。换而言之，空气动力学尾流消减器被构造成通过逐渐分开结构件上游的流并逐渐重新结合结构件下游的流，从而减少阻碍气体流的结构件下游的低速区。减少结构件下游的尾流区中的尾流可提供若干益处。例如，在没有所公开的实施例的情况下，在结构件下游注入的燃料可能被吸入尾流中。燃料可以在尾流中聚集并引起火焰驻留(flame holding),从而降低燃气润轮发动机的性能。此外,尾流的存在可导致横过燃烧衬套的较高压降。当前公开的实施例采用空气动力学尾流消减器来减少尾流并避免其它尾流减少方法的缺点。例如，使用空气动力学尾流消减器可以降低火焰驻留的可能性，增加燃气涡轮发动机性能，并且降低横过燃烧衬套的压降。此外，与其它尾流减少方法相t匕，空气动力学尾流消减器可以更便宜、更简单、更容易制造和安装，并且更可靠。因此，所公开的空气动力学尾流消减器的使用特别适合于减少燃气涡轮发动机和其它燃烧系统中的尾流。图I是具有燃气涡轮发动机11的涡轮系统10的实施例的框图。如下面详细描述的，所公开的涡轮系统10采用一个或更多燃烧器16，燃烧器具有改进的设计，以减少燃烧器16的空气供应通道内的尾流。涡轮系统10可使用液体或气体燃料，例如天然气和/或合成气，来驱动涡轮系统10。如所描绘的，一个或更多燃料喷嘴12吸入燃料源14，将燃料与空气部分地混合，并且将燃料和空气的混合物分配到燃烧器16中，在这里进行燃料和空气之间的进一步混合。空气-燃料混合物在燃烧器16内的腔室中燃烧，从而形成热的加压排气。燃烧器16引导排气通过涡轮18朝向排气口 20。当排气通过涡轮18时，气体迫使涡轮叶片沿着涡轮系统10的轴线旋转轴22。如所示，轴22连接到涡轮系统10的各种构件，包括压缩机24。压缩机24也包括联接到轴22的叶片。当轴22旋转时，压缩机24内的叶片也旋转，从而压缩从空气入口 26通过压缩机24并进入燃料喷嘴12和/或燃烧器16中的空气。轴22也可连接到负荷28，该负荷可以是车辆或固定负荷，例如，发电厂中的发电机或飞行器上的螺旋桨。负荷28可包括能够通过涡轮系统10的旋转输出提供动力的任何合适的装置。图2是如图I所示的燃气涡轮发动机11的燃烧器16的实施例的剖面侧视图。在 下面的讨论中，可能对相对于燃烧器16的纵向轴线58的轴向方向或轴线52、径向方向或轴线54以及周向方向或轴线56进行引用。如所示，一个或更多燃料喷嘴12位于燃烧器16的内部，其中，每个燃料喷嘴12被构造成在空气、燃料或空气-燃料混合物注入燃烧器16处的上游的燃料喷嘴12的中间壁或内壁内部分地预混合空气和燃料。例如，每个燃料喷嘴12可将燃料转向至空气通道内，从而部分地预混合一部分燃料与空气，以减少高温区和氮氧化物(NOx)排放。此外，燃料喷嘴12可将燃料-空气混合物15以适当比率注入燃烧器16，用于最佳的燃烧、排放、燃料消耗以及功率输出。如图2所示，多个燃料喷嘴12附连到燃烧器16的头端36附近的端盖34。压缩空气和燃料通过端盖34和头端36被导向各个燃料喷嘴12，其将燃料-空气混合物15分配到燃烧器16的燃烧室38中。燃烧室38或燃烧区大致由燃烧室壳体40、燃烧衬套42以及流动套管44限定。如图2所示，流动套管44设置在燃烧衬套42周围。在某些实施例中，流动套管44和燃烧衬套42彼此同轴，以限定中空的环形空间46或环形空气通道，其可使空气47的通过成为可能，用以冷却并用以进入头端36和燃烧室38中。如下面所讨论的，一个或更多空气动力学尾流消减器可设置在中空环形空间46中，以减少与空间46中的突出结构件相关联的尾流。例如，空气动力学尾流消减器可围绕突出结构件，以使围绕结构件的空气流改变方向，从而减小结构件下游的尾流区。以这种方式，空气动力学尾流消减器有助于改善空气动力学尾流消减器下游的流动、空气-燃料混合以及燃烧。例如，在空气动力学尾流消减器的下游，燃料喷嘴12将燃料和空气注入燃烧室38中，以生成热的燃烧气体，燃烧气体接着通过过渡件48流到涡轮18，如由箭头50所示。燃烧气体接着驱动涡轮18的旋转，如上文讨论的。图3是如图2所示的燃烧器16的实施例在线3-3内截取的局部横截面侧视图。如所示，燃烧器16包括接收压缩空气流64的上游侧60和将压缩空气流64输出到头端36的下游侧62。具体而言，空气流64进入环形空间46的上游侧60。从上游侧60向下游移动，结构件66在燃烧衬套42和流动套管44之间延伸。虽然在图3中显示为完全在燃烧衬套42和流动套管44之间延伸，但在其它实施例中，在结构件66与燃烧衬套42和流动套管44中的一者或两者之间可以存在间隙。这样的间隙可以允许在燃气涡轮发动机11运行期间结构件66、燃烧衬套42和/或流动套管44的热膨胀和/或移动。结构件66阻碍空气流64流过环形空间46，在位于结构件66下游的尾流区67中形成尾流。尾流区67是紧靠在结构件66之后的再循环流的区域，由围绕结构件66的周围流体的流动引起。结构件66可以包括但它不限于联焰管、火焰检测器、火花塞、凸起、隔离物、压力探头、轴向分级空气注入器、传感器或任何类似物体，所述物体可见于燃烧器16的环形空间46中且能够阻碍空气流64。在图示实施例中，结构件66对应于在燃气涡轮发动机11的燃烧器16和另一燃烧器之间延伸的联焰管。在其它实施例中，结构件66可对应于类似于联焰管的其它内部流动通道。虽然以下讨论中将结构件66称为联焰管，但在各种实施例中，结构件66可对应于以上列举的结构件66的示例中的任意一个。返回图3，来自另一燃烧器的火焰68被导向燃烧器16，以点燃燃烧室38中的空气-燃料混合物。在图示实施例中，空气动力学尾流消减器70可完全围绕联焰管66延伸，以减少联焰管66下游的尾流区67中的尾流。具体而言，空气动力学尾流消减器70可包括面向上游侧60的前缘72和面向下游侧62的后缘74。前缘72也可称为前端,并且后缘74可称为后端。如下面更详细描述的，空气流64在前缘72处遇到空气动力学尾流消减器70，并且从 后缘74离开空气动力学尾流消减器70。此外，空气动力学尾流消减器70可分为上游部分76和下游部分77，上游部分基本位于联焰管66的中心的上游，下游部分基本位于联焰管66的中心的下游。上游部分76可由上游长度78限定，并且下游部分77可由下游长度79限定。在图示实施例中，上游长度78小于下游长度79。在其它实施例中，上游长度78和下游长度79可以大约相等，或者上游长度78可大于下游长度79。例如，上游长度78与下游长度79的比可以在大约0. I至10、0. 25至4、或者0.5至2之间。此外，在某些实施例中，空气动力学尾流消减器70可以具有与燃烧衬套42和流动套管44之间的径向距离80大约相等的高度。在其它实施例中，空气动力学尾流消减器70的高度可以小于径向距离80，以适应燃烧器16的各种构件在运行期间的热膨胀和/或移动。此外，在各种实施例中，空气动力学尾流消减器70可联接到燃烧衬套42、流动套管44和/或结构件66。当流向空气动力学尾流消减器70的空气流64遇到前缘72时，空气流64分为两个流，如下面更详细描述的。进一步远离空气动力学尾流消减器70的空气流64可以绕过空气动力学尾流消减器70。空气流64的两个分开的流沿着空气动力学尾流消减器70的表面流动，并且在后缘74附近以空气动力学方式重新结合而在从联焰管66延伸的尾流区67中形成下游空气流82。具体而言，空气动力学尾流消减器70可减少下游空气流82中的尾流。在某些实施例中，下游空气流82可遇到设置在联焰管66、燃烧衬套42以及流动套管44下游的一个或更多燃料注入器84。具体而言，燃料注入器84可位于由帽盖85形成的环带中。在某些实施例中，燃料注入器84可以是四个一组的(quaternary)注入器,其将一部分燃料86注入燃料喷嘴12上游的下游空气流82。燃料86可通过燃料歧管88被携带至燃料注入器84。在某些实施例中，一个或更多燃料开口 90可设置在面朝燃烧器16的下游侧62的燃料注入器84中。燃料86可与下游空气流82混合而形成空气-燃料混合物92，该空气燃料混合物接着流至燃料喷嘴12。图4是空气动力学尾流消减器70和燃料注入器84的实施例沿着图3中的4_4标记的线的横截面顶视图。如图4所示，联焰管66完全被空气动力学尾流消减器70包围。在图示实施例中，联焰管66具有圆形横截面形状。在其它实施例中，如下面详细讨论的，联焰管66可具有其它横截面形状，例如矩形横截面或其它合适的横截面形状。如图4所示，空气动力学尾流消减器70具有空气动力学横截面形状,例如翼型。在其它实施例中，如下面详细讨论的，空气动力学尾流消减器70可具有其它空气动力学横截面形状，例如椭圆的、渐缩的或大体上发散-收敛的表面。可以调整空气动力学尾流消减器70的形状、上游长度78和下游长度79以及空气动力学尾流消减器 70的其它特性(例如，宽度、长宽比、表面纹理等)，以实现下游空气流82中的尾流的期望减少。在某些实施例中，可以调整后缘角104，以向后缘74提供更宽或更薄的外观。例如，后缘角104可以在大约10至80度、25至
65度、或35至45度之间。前缘角可以类似方式调整。如图4所示，在到达空气动力学尾流消减器70的前缘72时，空气流64分为第一流106和第二流108。第一流106和第二流108在后缘74附近以空气动力学方式结合而形成下游空气流82。因此，以空气动力学方式结合的第一流106和第二流108填充联焰管66下游的尾流区67，从而减少流分离并减少尾流的侧向扩散。换而言之，在没有空气动力学尾流消减器70的情况下，由于第一流106和第二流108之间的显著间隙，尾流区67可包括后缘74处的低速区。在图示实施例中，第一流106和第二流108彼此逐渐会聚而消除这样的间隙，从而降低后缘74下游的任何低速区的可能性。换而言之，第一流106和第二流108被空气动力学尾流消减器70朝彼此引导而紧邻后缘74的下游结合，以充满尾流区67。在某些实施例中，多于一个联焰管66或其它结构件可位于空气动力学尾流消减器70内。图4所示空气动力学尾流消减器70包括邻近联焰管66的第一侧114设置的第一表面110。类似地，空气动力学尾流消减器70包括邻近联焰管66的第二侧116设置的第二表面112。联焰管66的第一侧114和第二侧116彼此相对。第一表面110和第二表面112 —起构成空气动力学尾流消减器70的流控制表面。如图4所示，流控制表面围绕联焰管66从前缘72弯曲至后缘74。第一表面110在联焰管66的第一侧114在前缘72和后缘74之间延伸。类似地，第二表面112在联焰管66的第二侧116在前缘72和后缘74之间延伸。在图示实施例中，第一表面110和第二表面112沿着第一流106和第二流108从前缘72向着后缘74首先分开，然后朝彼此会聚(例如，发散-收敛表面)。当第一流106和第二流108在后缘74附近以空气动力学方式结合时，它们通过用高速空气流填充尾流区67而激发尾流区67。以这种方式，空气动力学尾流消减器70显著地减少或消除了联焰管66下游的低速再循环区。如图4所示，环形空间46可包括多于一个燃料注入器84。每一个燃料注入器84可具有空气动力学横截面形状。燃料注入器84的这种构造可减少燃料注入器84下游的空气-燃料混合物92中的尾流。使用空气动力学尾流消减器70减少联焰管66后方的尾流区67中的尾流可提供若干益处。例如，可以将较少的燃料86带入联焰管66后方的尾流区67中。这可以降低燃气涡轮发动机11的火焰驻留的可能性以及/或者使得针对燃气涡轮发动机11的提高的性能的更高百分比的燃料注入成为可能。此外，通过用空气动力学尾流消减器70减少尾流，从而可以降低通过环形空间46及横过燃料注入器84的总压降。因此，空气动力学尾流消减器70的使用可提高头端36上游的空气流和空气-燃料混合的均匀性，从而改善燃料喷嘴12中的空气流和空气-燃料混合。图5是空气动力学尾流消减器70的另一个实施例沿图3的线5-5截取的横截面顶视图。如图5所示,结构件66不包括内部开口，例如,前述实施例中所示的联焰管的内部开口。取而代之，结构件66可以是实心物体，例如，火焰检测器、火花塞、凸起、隔离物、压力探头、轴向分级空气注入器或传感器。在图示实施例中，结构件66包括第一对齐特征130，并且空气动力学尾流消减器70包括第二对齐特征132。第一对齐特征130和第二对齐特征132彼此匹配，以使空气动力学尾流消减器70与空气流64对齐。如图5所示，第一对齐特征130可以是阳型对齐部(例如，凸块)，而第二对齐特征132可以是阴型对齐部(例如，凹口)。在其它实施例中，第一对齐特征130可以是阴型对齐部，而第二对齐特征132可以是阳型对齐部。在不存在第一对齐特征130和第二对齐特征132的情况下，空气动力学尾流消减器70可以围绕结构件66旋转，这是由于结构件66的圆形横截面形状。在结构件不具有圆形横截面形状的其它实施例中，第一对齐特征130和第二对齐特征132可以省略。在某些实施例中，结构件66和空气动力学尾流消减器70可通过粘合剂、焊接、铜焊、螺栓、螺钉、机械接头或其它合适的紧固件联接到一起。此外，结构件66和空气动力学尾流消减器70中的一者或两者可联接到燃烧衬套42和流动套管44中的一者或两者。图6是空气动力学尾流消减器70和联焰管66的实施例沿图3的线5_5截取的横截面顶视图。如图6所示，空气动力学尾流消减器70和联焰管66两者或类似结构具有椭圆形的横截面形状。换而言之，空气动力学尾流消减器70和联焰管66可具有子弹形状、翼 型、细长形状或者其它类似形状。例如，联焰管66可以是具有弯曲横截面的细长结构。因此，图示实施例中的空气动力学尾流消减器70和联焰管66的横截面形状不是圆形的。如上面讨论的，空气动力学尾流消减器70和联焰管66可以不包括图5所示第一对齐特征130和第二对齐特征132。取而代之，联焰管66的椭圆形横截面形状可能有助于使空气动力学尾流消减器70与空气流64对齐。在其它方面，图6所示的空气动力学尾流消减器70的实施例类似于此前讨论的实施例的那些。此外，在其它实施例中，空气动力学尾流消减器70可与诸如图5所示的结构件66的不包括内部开口的结构件一起使用。图7是空气动力学尾流消减器70的实施例沿图3的线5-5截取的横截面顶视图。如图7所示，空气动力学尾流消减器70不是完全实心的，而是围绕联焰管66的空气动力学形状或翼型壁。换而言之，在尾流消减器70的空气动力学形状壁和联焰管66之间存在间隙或偏移距离。空气动力学尾流消减器70是这种构造可减小空气动力学尾流消减器70的重量和成本，可以更适合各种联焰管66和其它结构件，并且简化空气动力学尾流消减器70和联焰管66之间的组装。一个或更多支撑件150附连到联焰管66的外表面152和尾流消减器70的空气动力学形状壁的内表面154，以将空气动力学尾流消减器70联接到联焰管66。支撑件150可以是支柱、梁或类似的构件，其由用于空气动力学尾流消减器70的材料类似的材料制成。可以使用将物体紧固到一起的合适方法将支撑件150接合到尾流消减器70的空气动力学形状壁和联焰管66，所述方法例如但不限于粘合剂、焊接、铜焊、螺栓、螺钉、机械接头以及其它紧固件。如图7所示，并非所有支撑件150都构造成相同。例如，由于空气动力学尾流消减器70的翼型，联焰管66的第一侧114和第二侧116附近的支撑件150的长度156可能比后缘74附近的支撑件150的长度156更短。长度156也可以称为偏移距离。图8是空气动力学尾流消减器70的另一个实施例沿图3的线5-5截取的横截面顶视图。如图8所示，联焰管66和空气动力学尾流消减器70为一体式结构。换而言之，联焰管66的外表面152具有空气动力学横截面形状。空气动力学尾流消减器70的这种构造在燃气涡轮发动机11的新装置中可能是有用的，这是由于它的更简单的构造。相比之下，在改造现有的燃气涡轮发动机11时，多件式空气动力学尾流消减器70可能是有用的。此外，虽然火焰68穿过其流过联焰管66的通道的形状在图8中为矩形，但是在其它实施例中，该形状可以是不同的。例如，通过联焰管66的通道的形状可以是正方形、椭圆形、圆形、六边形或者任何其它形状。图9是空气动力学尾流消减器70和联焰管66的又一实施例沿着图3的线5_5截取的横截面顶视图。如图9所示，联焰管66和空气动力学尾流消减器70是类似于图8所示的结构的一体式结构。然而，在图9中，火焰68穿过其流过联焰管66的通道的形状与联焰管66的外表面152的翼型基本相同。空气动力学尾流消减器70的这种构造可以减小空气动力学尾流消减器70的重量和成本。此外，供火焰68流过的更大通道可以降低火焰68的压降。图10是空气动力学尾流消减器70的实施例在组装之前的横截面顶视图。如图10 所示，空气动力学尾流消减器70包括被构造成彼此匹配的第一构件170和第二构件172。具体而言，平坦表面174可被构造成彼此接合，并且弯曲表面176可被构造成与结构件66的外表面152接合。在改造现有的燃气涡轮发动机11时，空气动力学尾流消减器70的这种两件式构造可能是有用的。换而言之，可以在不移除或移动结构件66的情况下实现空气动力学尾流消减器70的安装。可以使用合适的紧固技术将第一构件170和第二构件172彼此接合，所述技术例如但不限于粘合剂、焊接、铜焊、螺栓、螺钉、机械接头以及其它紧固件。图11是图10所示的空气动力学尾流消减器70的实施例在组装之后的横截面顶视图。如图11所示，空气动力学尾流消减器70完全围绕结构件66。图12是空气动力学尾流消减器70的另一个实施例的透视图。如图12所示，通过空气动力学尾流消减器70的内部沿轴线190形成圆柱形孔192。轴线190也穿过结构件66的中心。因此，空气动力学尾流消减器70可以滑下结构件66或在其上移动。这样的组装技术可以在将结构件66安装在燃气涡轮发动机11中之前使用，或者在移除燃烧衬套42或流动套管44时使用。在另外的实施例中，空气动力学尾流消减器70和结构件66可包括类似于图5所示的那些的第一对齐特征130和第二对齐特征132。图13是如图2所示的燃烧器16的实施例在线3-3内截取的局部横截面侧视图。如所示，空气动力学尾流消减器70部分地围绕联焰管66延伸。具体而言，空气动力学尾流消减器70包括下游部分77，其联接到面向下游侧62的联焰管66的下游表面196。因此，联焰管66和空气动力学尾流消减器70共同限定空气动力学横截面形状(例如，空气动力学管结构198)，例如翼型。在其它实施例中，联焰管66和空气动力学尾流消减器70可以共同限定其它空气动力学横截面形状，例如椭圆、渐缩的或大体上发散-收敛的表面。如图13所示，下游部分77包括后缘74，并且联焰管66包括前缘72。可以使用联焰管66和空气动力学尾流消减器70的这种布置，以便于燃烧器16的组装。具体而言，可以在流动套管44中形成开口 200。如下面详细描述的，开口 200的横截面形状可以对应于空气动力学管结构198 (例如，联焰管66和空气动力学尾流消减器70)的横截面形状。在燃烧器16的组装期间，空气动力学管结构198 (例如，联焰管66和空气动力学尾流消减器70)可以通过开口 200沿径向54插入流动套管44和燃烧衬套42之间的环形空间46中，而不是将空气动力学管结构198沿轴向52插入环形空间46中。例如，空气动力学管结构198可以作为单个单元通过开口 200沿径向54插入，而不是在轴向方向52上独立地安装和/或互锁联焰管66和空气动力学尾流消减器70。在插入之后，在空气动力学管结构198 (例如，联焰管66和空气动力学尾流消减器70)和流动套管44之间可以存在间隙202。在某些实施例中，间隙202可被构造成足够小，以减少气体通过间隙202的泄漏。在其它实施例中，可以在间隙202中设置密封件，以帮助阻止任何气体流过间隙202。通过将联焰管66和空气动力学尾流消减器70通过开口 200沿径向54插入，空气动力学尾流消减器70可被构造成延伸在燃烧衬套42和流动套管44之间的径向距离80的任何部分或全部，从而提供横过径向距离80的任何部分或全部的尾流减少。如果空气动力学管结构198 (例如，联焰管66和空气动力学尾流消减器70)被沿轴向52而非沿径向54安装到环形空间46中，则空气动力学尾流消减器70的高度可以小于径向距离80，以使空气动力学尾流消减器70能够移动经过环形空间46中的其它结构件。例如，燃烧衬套42可包括凸出的套圈，以与联焰管66接合。因此，空气动力学尾流消减器70的高度可以降低，以使空气动力学管结构198能够在沿轴向52移动至环形空间46中时离开燃烧衬套42的凸出套圈，从而有可能减少尾流减少量。通过开口 200沿径向54插入空气动力学管结构198 使得空气动力学尾流消减器70能够提供横过径向距离80的任何部分或全部的尾流减少。图14是空气动力学尾流消减器70的实施例沿图13的线14-14截取的横截面顶视图。如图14所示，空气动力学尾流消减器70联接到联焰管66的下游表面196。在某些实施例中，空气动力学尾流消减器70和联焰管66可以制造成两个单独的构件，并且通过粘合剂、焊接、铜焊、螺栓、螺钉、机械接头或者其它合适的紧固件联接到一起。在其它实施例中，空气动力学尾流消减器70和联焰管66可以由一个条形坯料加工、成形或铸造而成。如图14所示，空气动力学尾流消减器70具有带有平直外侧204的大致三角形的横截面形状，因而具有空气动力学整流罩的外观。在其它实施例中，空气动力学尾流消减器70可具有其它横截面形状，以及/或者可具有弯曲外侧204。此外，图14所示的空气动力学尾流消减器70的实施例具有渐缩后缘74。此外，开口 200的横截面形状大体上对应于联焰管66和空气动力学尾流消减器70的横截面形状，从而减小间隙202。换而言之，开口 200可被描述为翼型开口。间隙202可以减小，以帮助减小气体通过间隙202的泄漏或者安装在间隙202中的任何密封件的尺寸。图15是空气动力学尾流消减器70的实施例沿图13的线14-14截取的横截面顶视图。如图15所示，空气动力学尾流消减器70具有截头的后缘74。换而言之，后缘74可具有垂直于空气流64的平坦表面206。空气动力学尾流消减器70的这种构造可以比带有渐缩后缘74的空气动力学尾流消减器70更简单且/或制造更便宜。虽然图14和图15所示的后缘74的形状不同，但是两者都可以帮助减少围绕联焰管66流动的下游空气流82中的尾流。在其它方面，图15所示的空气动力学尾流消减器70类似于图14所示的那个。图16是空气动力学尾流消减器70的实施例沿图13的线14-14截取的横截面顶视图。如图16所示，空气动力学尾流消减器70具有截头的后缘74。此外，空气动力学尾流消减器70在两个焊缝210处联接到联焰管66。如上面讨论的，可使用其它方法将空气动力学尾流消减器70联接到联焰管66，或者两者可由一个条形坯料形成。此外，空气动力学尾流消减器70包括内部腔室或开口 212，其可被构造成减小空气动力学尾流消减器70的总体重量和/或成本。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利性范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求 的字面语言无实质差别的等同结构要素，那么这种其它示例意图落在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种系统，包括 燃气润轮机燃烧器(16),包括 燃烧衬套(42)，其设置在燃烧区(38)周围； 流动套管(44)，其设置在所述燃烧衬套(42)周围； 空气通道(46)，在所述燃烧衬套(42)和所述流动套管(44)之间； 结构件(66)，其在所述燃烧衬套(42)和所述流动套管(44)之间延伸，其中，所述结构件(66)阻碍通过所述空气通道(46)的空气流路径(64);以及 空气动力学尾流消减器(70)，其被构造成使围绕所述结构件(66)的空气流(82)改变方向，以减小所述结构件(66)下游的尾流区(67)。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述空气动力学尾流消减器(70)包括至少部分地围绕所述结构件(66)延伸的流控制表面，并且所述流控制表面具有空气动力学形状。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述流控制表面包括设置在所述结构件(66)的相对的第一侧(114)和第二侧(116)的第一表面(110)和第二表面(112)，所述第一表面(110)在所述结构件(66)的所述第一侧(114)在前缘(72)和后缘(74)之间延伸，并且所述第二表面(112)在所述结构件(66)的所述第二侧(116)在所述前缘(72)和所述后缘(74)之间延伸。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一表面(110)和所述第二表面(112)沿着所述空气流路径￠4)朝向所述后缘(74)向彼此会聚。
5.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述空气动力学尾流消减器(70)包括流控制表面，其从所述结构件(66)的前缘(72)到后缘(74)围绕所述结构件(66)弯曲。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述结构件(66)包括具有弯曲横截面的细长结构，并且所述流控制表面包括设置在所述弯曲横截面周围的翼型横截面。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述结构件(66)包括具有矩形横截面的细长结构，并且所述流控制表面包括设置在所述矩形横截面周围的翼型横截面。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述空气动力学尾流消减器(70)包括具有所述流控制表面的翼型壁，所述翼型壁设置在离所述结构件(66)的外表面(152)偏移距离(156)处，并且至少一个支撑件(150)在所述结构件(66)和所述翼型壁之间延伸。
9.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，包括设置在所述燃烧衬套(42)和所述流动套管(44)的下游的燃料注入器(84)，其中，所述燃料注入器(84)阻碍通过所述结构件(66)下游的所述空气通道(46)的所述空气流路径(64)，并且所述空气动力学尾流消减器(70)被构造成减少来自所述结构件(66)的所述空气流(82)中的尾流。
10.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述结构件(66)包括联焰管、火焰检测器、火花塞、凸起、隔离物、压力探头、轴向分级空气注入器、传感器或者它们的组合。
11.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述结构件(66)和所述空气动力学尾流消减器(70)为一体式结构。
12.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述结构件(66)包括第一对齐特征(130)，所述空气动力学尾流消减器(70)包括第二对齐特征(132)，并且所述第一对齐特征(130)和所述第二对齐特征(132)彼此匹配，以使所述空气动力学尾流消减器(70)与所述空气流路径(64)对齐。
13.—种系统,包括 空气动力学涡轮尾流消减器(70)，其被构造成减少结构件(66)下游的尾流区(67)中的尾流，所述结构件阻碍燃气涡轮发动机(11)的气体流(64)，其中，所述空气动力学涡轮尾流消减器(70)包括构造成至少部分地包围所述结构件(66)的流控制表面，并且所述空气动力学涡轮尾流消减器(70)设置在燃料注入器(84)的上游。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述流控制表面包括翼型横截面。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述结构件(66)和所述流控制表面共同限定翼型横截面。
全文摘要
本发明涉及用于燃气涡轮发动机中的流控制的系统和方法。一种系统包括燃气涡轮机燃烧器(16)，该燃气涡轮机燃烧器包括设置在燃烧区(38)周围的燃烧衬套(42)、设置在燃烧衬套(42)周围的流动套管(44)、在燃烧衬套(42)和流动套管(44)之间的空气通道(46)以及在燃烧衬套(42)和流动套管(44)之间的结构件(66)。结构件(66)阻碍通过空气通道(46)的空气流路径(64)。燃气涡轮机燃烧器(16)还包括空气动力学尾流消减器(70)，其被构造成使围绕结构件(66)的空气流(82)改变方向，以减小结构件(66)下游的尾流区(67)。
文档编号F23R3/16GK102798147SQ20121016353
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者P.B.梅尔顿, B.D.克劳利, D.W.奇拉, R.J.罗尔森, R.J.基拉 申请人:通用电气公司