用于具有顺序燃烧的燃气涡轮的燃料喷管冷却的制作方法_2

文档序号:9862160阅读:来源:国知局
将空气馈送到空气稳压室(图1la),以及借助于流分隔器使流分开(图1lb)的可能性;
图12显示根据本发明的另一个实施例的用于加强喷管的气体稳压室区域中的对流冷却的斜肋;
图13显示根据本发明的另一个实施例的用于加强喷管的气体稳压室区域中的对流冷却的额外的侧向肋;
图14在水平截面中显示根据本发明的另一个实施例的VG喷管,有可能使来自空气稳压室的空气旁通的可能性;以及
图15显示根据本发明的另一个实施例的在气体稳压室的下游拐角处提供额外的释放孔。
[0031]部件列表:
10燃气涡轮(GT,例如GT26)
11转子 12壳体 13空气入口 14压缩机
15燃烧器(环形,例如EV)
16高压(HT)涡轮
17燃烧器(环形、顺序,例如SEV)
18低压(LP)涡轮 19排气出口 20机器轴线
21喷管(旋涡发生器VG ;矩形喷燃器)
22、39指状物
23、40前缘
24、41后缘
25、42上部板
26、43下部板
27、44喷嘴
28、37旋涡发生器(VG)
29、46液态燃料供应(燃料油稳压室)
30、47、56气体稳压室
31、48、55空气稳压室
32喷管(VG ;中心本体喷燃器)
33,50外部环
34、51中心本体 35、52指状物
36、53喷嘴
38喷管(波瓣)
45,54波瓣
49喷管(波瓣;中心本体喷燃器)
57液态燃料供应 58冲击冷却 59对流冷却 60泻流冷却 61前缘 62后缘 64内部板 65外部板 66冲击冷却孔 67销状翅片 68泻流冷却孔 69前面板(VG)
70a、70b导引肋 71、72 肋 73释放孔 74旁路空气 75外壁 76流分隔器。
【具体实施方式】
[0032]恒压顺序燃烧由两个燃烧器(参照图1的燃气涡轮GT26)组成。实施顺序燃烧器可提高燃烧性能和操作灵活性。
[0033]但是,仍然存在用冲击冷却、对流冷却和泻流冷却来改进顺序喷燃器中的连续冷却系统的问题,以获得包括燃料气体和燃料油稳压室的复杂结构。因而想要实现优化冷却、与热气流的良好混合,以及所需寿命,而最少的冷却空气用于这些喷燃器中使用的喷管。
[0034]已经开发出VG喷管概念来改进混合品质和减小SEV压力损失,而且进一步适应用于矩形喷燃器和中心本体喷燃器的VG喷管发展。已经针对用于矩形喷燃器和中心本体喷燃器的波瓣喷管应用了 VG喷管概念。
[0035]根据本发明,这些喷管的内部结构和冷却系统如下面阐明的那样得到了改进。
[0036]图2和图3显示用于矩形喷燃器(图2)和中心本体喷燃器(图3)的VG喷管21和32。图2的VG喷管21包括四个单独的指状物22,它们在上部板25和下部板26之间平行地延伸。各个指状物22构造成流线型本体,其具有流线型横截面轮廓(例如翼型件)。本体具有基本平行于轴向热气流的两个侧向表面,轴向热气流在上部板25和下部板26之间传送通过喷管。侧向表面在它们的上游侧处由前缘23连结,并且在它们的下游侧处连结而形成后缘24。
[0037]用于喷射混合有空气的气态和/或液态燃料的多个喷嘴27沿着后缘24分布。在所述本体的后缘区域中提供用于改进混合品质和减小所述顺序燃烧器中的压力损失的器件,其呈多个旋涡发生器28的形式,多个旋涡发生器28在流线型本体上布置在后缘区域处的两侧上。
[0038]流线型本体包括限定其流线型横截面轮廓的封闭外壁75。在外壁75内提供沿纵向延伸的空气稳压室31,其与外壁75相隔一距离,从而限定第一空隙,以将空气分布式地引入到各个指状物22中(参见图8)。还提供沿纵向延伸的气体稳压室30,以将气态燃料分布式地引入到各个指状物22中。气体稳压室30布置在前缘23和后缘24之间的中部,与外壁75相隔一距离,从而限定第二空隙,以将空气从空气稳压室31输送到前缘23。液态燃料(油)可被液态燃料供应29引入。
[0039]对于图3的中心本体喷管32存在类似的内部结构,其径向指状物35在外部环33和中心本体34之间延伸,各个指状物都配备有喷嘴36和旋涡发生器37。
[0040]通过空气稳压室31引入的冷却空气被导引通过喷管21、32,它首先用冲击冷却来冷却VG喷管21、32的前缘23,并且用TEB涂层(或不用TBC涂层)减小热负荷,然后通过使用内部销(图7中的67)得到的对流冷却,来冷却VG喷管21、32的后缘24,并且最终冷却空气通过喷嘴27、36和燃料喷嘴27、36之间的槽口排到热气流中(作为载体空气),而且在本地排出,以实现泻流冷却。
[0041]对图4和图5的波瓣喷管38和49提供类似的情形,以将它们用于矩形喷燃器(图4)和中心本体喷燃器(图5)。图4的波瓣喷管38包括在上部板42和下部板43之间平行地延伸的四个单独的指状物39。各个指状物39构造成流线型本体,其具有流线型横截面轮廓(例如翼型件)。本体具有基本平行于轴向热气流的两个侧向表面,轴向热气流在上部板42和下部板43之间传送通过喷管。侧向表面在它们的上游侧处由前缘40连结,并且在它们的下游侧处连结而形成后缘41。
[0042]用于喷射混合有空气的气态和/或液态燃料的多个喷嘴44沿着后缘41分布。在所述本体的后缘区域中提供用于改进混合品质和减小所述顺序燃烧器中的压力损失的器件,其呈在后缘41处在喷嘴44之间延伸的波瓣45的形式。
[0043]流线型本体包括限定其流线型横截面轮廓的封闭外壁。在外壁内提供沿纵向延伸的空气稳压室48,其与外壁相隔一距离,从而限定第一空隙,以将空气分布式地引入到各个指状物39中(参见图6和7中的指状物52)。还提供沿纵向延伸的气体稳压室47,以将气态燃料分布式地引入到各个指状物39中。气体稳压室47布置在前缘40和后缘41之间的中部,与外壁相隔一距离,从而限定第二空隙,以将空气从空气稳压室48输送到前缘40。液态燃料(油)可被液态燃料供应46引入。
[0044]对于图5的中心本体波瓣喷管49存在类似的内部结构,其径向指状物52在外部环50和中心本体51之间延伸,各个指状物都配备有喷嘴53和在喷嘴53之间的波瓣54。
[0045]在图6和7中显示用于中心本体喷燃器的波瓣喷管指状物52的细节。指状物52在内部板64和外部板65之间延伸,并且包括空气稳压室55和气体稳压室56,它们都被具有前缘61和后缘61的外壁75封闭。
[0046]通过空气稳压室55被引入的冷却空气沿纵向方向导引通过指状物52,首先借助于冲击冷却58冷却本体的前缘61,并且用TEB涂层(或不用TBC涂层)减小热负荷,然后借助于布置在外壁75的内侧上的内部销67得到的对流冷却59冷却本体的下游部件,并且最终通过喷嘴53和燃料喷嘴53之间的槽口排到热气流中(作为载体空气)。
[0047]VG喷管的新颖且改进的冷却方案的特性特征在图2、图3和图8、图9中显示以下: ?用于燃料喷射喷管的连续冷却系统(包括燃料气体稳压室30和燃料油稳压室29); ?用冲击冷却孔66(图9)对前缘23进行冲击冷却:冲击冷却孔直径的范围为1.2 mm
至1.8 mm,节距比(孔之间的距离与孔直径的比)的范围为3至10 ;
?销状翅片67 (图14)对中间本体和后缘24进行对流冷却:销状翅片高度的范围为1.5mm~2.5 mm,节距比的范围为3至5 (销状翅片之间的距离与销状翅片直径的比);
?销状翅片67可为圆柱形、锥形、蹄形或泪滴形;
?对其中布置有旋涡发生器28的区域进行泻流冷却。泻流冷却孔直径的范围为0.7 mm至1.2 mm,泻流冷却孔68的型式(图8)具有的距离与孔直径的比的范围为4至15 ;
?冷却流最终通过喷嘴27之间的槽口、成环的喷嘴27 (起载体空气的作用)和泻流冷却部排出。
[0048]VG喷管冷却可进一步得到以下改进:
?冲击冷却通道高度(空气稳压室31和外壁75之间的空隙的高度)可沿轴向改变(高度不必恒定不变),而且尤其是沿下游方向改变,以优化交叉冷却流;
?如图12和13中显示的那样,可在本体和冷却通道的后缘上应用旋涡发生器、直肋、V形或W形肋71 (图12),而非应用销来改进那里的冷却情形;
?可在本体和后缘上应用轴向方向的肋或流分隔器72(图13)来优化冷却流;
?另外可在一些热点上应用膜冷却孔或泻流冷却孔;
?如图14中显示的那样,冷却空气可作为旁路空气74从空气稳压室31旁通到中间本体,而不传送通过冲击冷却孔66。这帮助优化前缘23和后缘24之间的冷却,以及优化泻流冷却流所需的回流裕度;
?旋涡发生器28可由陶瓷代替,并且因此不再需要冷却旋涡发生器28。
[0049]对于图4、5图6、7中显示的波瓣喷管,情形是相似的:
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