专利名称：包括冷却剂输送系统的涡轮机喷嘴的制作方法
包括7衬卿输送系统的涡轮机喷嘴
駄领域
0001本发明的示例性实施例涉及涡轮机喷嘴领域，更具体地，涉及一种
包括^*,输送系统的涡轮机喷嘴。 背景駄
鍵通常，燃气涡轮发动机燃烧燃料/空气混合物，繊斗/空气混溯 释放热能从而形成高温气流。高温气流经由高温气体路径被导向至涡轮。涡轮 将来自高温气流的热能转换为转动涡轮轴的机械能。涡轮可以有多种用途，例 如为泵或发电机提供动力。
0003M气轮机中，发动机效率会随着燃賠流温度的升高而增大。遗 憾地是，气流、鹏越高，产生的氮氧化物(NOx)鹏高，这种排放物必须符 合勝吸州法规。因此，要在有效范围内运疗燃气轮机，同时还要确保NOx输 出保持低于规定值，这两者之间存在要注意的平衡动作。获得低NOx值的一个 方法是在燃烧之前确保燃料与空气的良好混合。然而某些燃料，例如氢和合成 气，具有较高的火焰驗，尤其是在预混合模式中燃烧时。高火鹏度经常导 致陶氏工作效率的^I:咨機并M涡轮部件的舰寿命有负面影响。
发明内容
0004根据本发明的示例性实施例，用于涡轮机的喷嘴包括具有第一端部 的主体，織一端部延伸至第二端部，第二端部限定具有夕卜表面的夕卜壁。喷嘴 还包括多个贯穿主体的流体输送管。多个流体ll^t管中的^^括用于接收 第一流体的第一入口、用于接收第二流体的第二入口以及出口。出口布置在外 壁处。喷嘴还包括布置在主体内的冷却剂输送系统。7，齐懒送系统沿外壁的 至少一部分导弓l冷却剂以m卩外表面并且围绕该多个流,送管导引冷却剂。
0005根据本发明的另一示例性实施例，用于冷却涡轮机的喷嘴的方、M 括将第一流体导弓l至贯穿喷嘴的主体的多个流体输送管，将第二流体通到多个 流体输送管，以及通过喷嘴的夕卜壁传递第一和第二流体。该方法还包括沿着外 壁的至少一部分以及围绕该多个流体输送管传送辨口剂。
0006根据本发明的又一示例性实施例，涡轮机包括ffi^机、可操作地
连接到压縮机的燃烧器、以及可操作iik^接到燃烧器的喷嘴。喷嘴包括具有第
一端部的主体，，一端部延伸至第二端部，第二端部限定具有外表面的夕虔。
喷嘴还包括多个贯穿主体的流体输送管。多个流Wl送管中的旨包括用于 接收第一流体的第一流体入口、用于接收第二流体的第二流体入口以及出口。
出口布置在夕卜壁处。喷嘴还包括布置在主体内的^4P齐懒送系统。y4^P剂输送
系统沿外壁的至少一 部分导引冷却齐似冷却夕卜表面并且将围绕该多个流体输送 管导引冷却剂。
0007图1歸例I4M气涡轮发动机的截面侧视亂燃气涡轮发动机包括 根据本发明的示例性实施例构造的喷嘴；
0008图2是根据本发明的示例性实施例构造的喷嘴的截面侧视图；以及0009图3是根据本发明的另一示例性实施例构造的喷嘴的截面侧视图。
具体实施例方式
0010图1 ^例'M气涡轮发动机2的示意图。发动机2包括压缩机4 以及燃烧器组件8。燃烧器组件8包括至少部，限定^|烧室12的燃烧器组件 壁10。预混錄置或喷嘴14贯穿燃烧器组j權10并且通向燃烧室12。如将在 下文中更全面地说明的，喷嘴14通MM料入口 18接收第一流体，料和来自 CT机4的第二流体或il^缩空气。燃料和压缩空气被混合，i4A燃烧室12并且 点M而形成高、温、高压燃烧产物或空气流。尽管在示例性实施例中仅示出了 单个燃烧器组件8，但是发动机2可以包括例如以环筒形排列布置的多个燃烧器 组件8。在ftj可情况下，发动机2还包括可操作ilk^接到压^t;i/涡轮轴34 (有 时称为转子)的涡轮30。涡轮30驱动轴34，轴34依次驱动压縮机4。
oon工作中，空气流入鹏机4中并且Mjra为髙压气体。高压气体供
给MJ^烧器组件8并且在喷嘴14中与燃料，例如生产气体禾n/或合成气体(合成
气)混合。然后,燃料/空气或可^^昆^l送入燃烧室12并且点M而形成高压、 高ii^烧气流。除生产气^^和合成气之外，燃烧器组件8可以燃烧的燃料包括 但不局限于天然气和/^料油。在任何情况下，燃烧器组件8将燃'^^体流导 向至将热能转换为丰臓能、转动能的涡轮30。
0012现在参照图2，描述了根据本发明的第一示例性实施例构造的喷嘴14。如图所示，喷嘴14包括具有第一端部42的主体40，織一端部42贯穿中 间部43至第Z^部44。第二端部44限定了具有外表面46的夕隨45。如在下 文中将更全面地说明的，喷嘴14包括布置在主体40内邻近第一端部42的第一 增压室48和布置在主体40内邻近第二端部44的第二增压室49 o喷嘴14 g 出包括多个流体臓管，其中一个示出在60处。齡流M^管60包括舰 中间部分66延伸至第二端部分65的第一端部分64。第一端部分64限定了第一 流体入口 69而第二端部分65限定了出口 71 。
0013喷嘴14还包括第二流皿送系统80。第二流MH送系统80包括 流体 接到第一增压室48上的第二流体输送构件82，该第一增压室48依次 流体:tt^接到设置在多个流^^送管60的旨上的第二流体入口 85。更具体而 言，齡流働送管60包括在中间部分66中形成的、以口或孔的形式示出的 第二流体入口 85。，这种布置，第一流体，通常为空气，,第一流体入口 69被引入至^h流体,管60。第二流体，通常为MI4, ail第二流,送构 件82并腿AI悌一增压室48中。燃料围绕多个流^f送管60流动并腿过 ^h第二流体入口 85从而与空气混合以形^t料空气混^tl。燃料/空气混^tl 从出口71皿并且被点火从而形成传递至涡轮30的高温、高压气体。为了最 小化在外壁45的W包機而允许i顿低速空气流， 14包括^4卩剂输送系 统94。
0014根据示出的示例性实施例，7賴瞎j,系统94包括7賴卩剂入口 97以及冷却剂出口 98， 7賴P剂入口 97以及冷却剂出口 98旨都流体ife^接到 第二增压室49上。第二增压室49围绕或包围多个流，送管60中的旨延伸 并且沿外壁45的内表面(未斜虫标出)延伸。湖这种结构，辦P剂，通常为 水的形式，通过m卩剂入口 97至第二增压室49。冷却剂围绕多个流^J送管 60中的齡流动并且邻形卜壁45的内部(未^^虫标出)流动。冷却齐燃后从冷 却剂出口 98流出并且在再次被弓!入冷却剂入口 97之前M31热，器(未示出)。 这样，流过增压室49的冷却剂斷氐了多个流^^管60的,从而提高了管 敏焰淬火能力以及火焰回火抗力。歸卜，夕卜壁45Pf跪流动的辨卩剂斷氐了外 表面46的局部驗从而提供附加的淬火效果。淬^^)g^了火焰機，基本 上防止了回火并且将热^ft小化。
0015现在参照图3，描述了根据本发明的另一示例性实施例构造的喷嘴114。如图所示，喷觜114包括具有第一端部142的主体140，该第一端部142 贯穿中间部143至第二端部144。第二端部144限定了具有夕卜表面146的夕遗 145。如在下文中将更全面地说明的，喷嘴114包括布置在主体140内邻近第一 端部142的第一增ffi^ 148和布置^i体140内邻，二端部144的第Hii压 室149。喷嘴114蹄出包括多个流^^管，其中一个示出在160处。齡流 #^管160包fiMl中间部分166延伸至第二端部分165的第一端部分164。 第一端部分164限定了第一流体入口 169而第二端部分165限定了出口 171。
0016喷嘴14还包括第二流体输送系统80。第二流^t系统80包括 具有第一部分187和第二部分189的流懒送魏185。第一部分187包围第二 部分189并且流体 接到第一增压室148,并，一增压室148依次流体地连 接到设置在多个流^送管160的旨中的第二流体入口 191。更具体而言，每 个流懒送管160包括在中间部分166中形成的，以口的形貌出的第二流体 入口191。以如Jim述的對以的方式，第一流体，通常为空气，舰第一流体入 口 169被引入至齡流^ll送管160中。第二流体，通常为燃料，舰流懒 送魏185的第一部分187并JJSA第—增压室148中。燃料围绕多个流微 送管160流动并且舰齡第二流体入口 191从而与空气混合并且形繊斗空 气混，。燃料/空气混^tl从出口 171 ffi31并且被点M而形成传JiS涡轮30 的高温、高压气体。为了最小化在外壁145的火焰持续而允剤顿低速空气流， 喷嘴114还包括辨卿懒送系统193。
0017^4卩齐懒送系统193包括流体iiki^接至喊働送管道185的第二部 分189和第二增压室149的入口 195。 y衬卩齐lJlr送系统193还包括冷却剂出口 196。采用这种布置，7賴卩剂，通常为水的形式，ilii流Wl送管道185的第二 部分189， M7^4P齐U入口 195并且aAti压室149。辦卩剂围绕多个流MH送 管160中的針流动并且邻敏卜壁145的内部(未斜虫标出)流动。辨瞎燃
换器(未示出)。以3^样的方式，通过第二流,压室149流动的冷却剂降^了 多个流体输送管160的、鹏并且因lt[^i共了^l子的管歡焰淬火鄉并且提高 了喷嘴火焰回火抗力。财卜，夕卜壁145 P^fi流动的糊剂斷氐了局Mm而 提供了附加的淬火效果。淬火效果减少了火焰持续，基本上防止了回火并且将 热劍七最小化。
0018通常，舰列出的说明书4顿实例来公摊括最佳模式的本发明， 并且还使得本领域技术人员实施本发明，包括制造和使用任意装置或系统并且 执行任意结合的方法。本发明可取得专禾败的范围由权利要求限定，并且可能 包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它实例具有没有不同于权利要求 的字面含义的结构部件，或如果它们包括与权利要求的字面含义无实质性差别 的等同结构部件，则这样的其它的实例被认为在本发明的示例性实施例的范围 之内。图标
2燃气涡轮发动机
4压缩机 8燃烧器组件 IO燃烧器组條 12燃烧室
14预混MS/喷嘴 18燃料入口 (14) 30涡轮
34压縮纖轮轴 40主体 42第一端部 43中间部 44第二端部 45夕隨 46夕卜表面 48第一增压室 49第二增压室 60多个流微送管 64第一端部分 65第二端部分 66中间部分 69第一流体入口 71出口
80第二流,送系统 82第二流糊送构件 85第二流体入口
94 m瞎Jir送系统
97糊剂入口98冷却剂出口 114喷嘴 140主体 142第一端部 143中间部 144第二端部 145夕隨 146外表面 148第一增压室 149第二增压室 160多个流Wf送管 164第一端部分 165第1部分 166中间部分 169第一流体入口 171出口
180第二流^^系统 185流體送魏 187第一部分 189第二部分 191第二流体入口 193糊剂縱系统 195辨,J入口 196第一出口 。
权利要求
1.一种用于涡轮机(2)的喷嘴(14，114)，包括具有第一端部(42，142)的主体(40，140)，该第一端部(42，142)延伸至第二端部(44，144)，第二端部限定具有外表面(46，146)的外壁(45，145)；贯穿主体(40，140)的多个流体输送管(60，160)，该多个流体输送管(60，160)中的每个包括用于接收第一流体的第一流体入口(69，169)、用于接收第二流体的第二流体入口(85，191)和出口(71，171)，出口(71，171)布置在外壁(45)处；以及布置在主体(40，140)内的冷却剂输送系统(94，193)，冷却剂输送系统(94，193)沿外壁(45，145)的至少一部分导引冷却剂以冷却外表面(46，146)并且围绕该多个流体输送管(60，160)导引冷却剂。
2. 权利要求l的喷嘴(14， 144)，其中辦P剂縦系统(94， 193)包括 布置为邻敏卜壁(45， 145)的7賴卩剂入口 (97， 195), ^賴口剂入口 (97， 195) 沿夕卜壁(45， 145)的至少一部分导弓l冷却流体以冷却外表面(46， 146)以及 多个流体,管(60， 160)。
3. 权利要求2的喷嘴(14, 114)，其中7賴卩齐l鹏系统(99, 193)包括 布置为邻敏卜壁(45, 145)的辦卩剂出口 (96, 196)， 7賴卩剂出口 (96， 196) 导引来自喷嘴(14, 114)的冷却剂。
4. 权利要求1的喷嘴(14， 114),其中7衬卩齐l懒送系统(94， 193)包括 与主体(40， 140)的第一端部(42， 142)流体:to^接的辨卩齐lj入口 (97， 195)， 冷却齐IJ入口 (97， 195)沿外壁(95， 145)的至少一部分导引7衬卩流体以冷却 夕卜表面(46, 146)以及多个流体输送管(60, 160)。
5. 权利要求4的喷嘴(14， 114)，还包括与主体(40， 140)的第一端 部(42， 142)流体;fcfe^接的第二流体输送构件(82)，第二流^it构件(82) 将第二流皿送至该多个流^li送管(60， 160)。
6. 权利要求l的喷嘴(14， 114),还包括流体ilk^到主体(40， 140) 的第一端部(42， 142)的流懒送魏(185),流体縦管道(185)包括将 第二流体向该多个流1^I送管(60， 160)导引的第一部分(187)以及将冷却剂向^4P齐l懒送系统(193)导引的第二部分(189)。
7.权利要求6的喷嘴(14, 114)，其中流^tf送管道(185)的第一部分 (187)包围流^ll送管道(185)的第二部分(189)。
全文摘要
包括冷却剂输送系统的涡轮机喷嘴，包括具有第一端部的主体，该第一端部延伸至第二端部，其中第二端部限定具有外表面的外壁。多个流体输送管贯穿主体。多个流体输送管中的每个包括用于接收第一流体的第一流体入口、用于接收第二流体的第二流体入口以及出口。喷嘴还包括布置在主体内的冷却剂输送系统。冷却剂输送系统沿外壁的至少一部分并且围绕该多个流体输送管导引冷却剂。
文档编号F01D9/02GK101644171SQ200910159580
公开日2010年2月10日 申请日期2009年6月5日 优先权日2008年8月5日
发明者左柏芳 申请人:通用电气公司