环形边界层气体涡轮机的制作方法_3

文档序号:9449142阅读:来源:国知局
案利用了涡轮机100的零件的组合操作而使得所有进入的燃料和空气进行完全燃烧。根据本发明的这个实施方案,在燃烧流体上施加的压力使得包含未完全燃烧产物的排放物70减到最少。根据本发明的上述实施方案,燃烧室3中燃烧流体的燃烧时间通过使用离心力而达到最长,从而实现了沿着任意燃烧室部分3A至3B的增大数量的燃烧情形。
[0042]本发明的另一个示例性实施方案可以包括燃烧室3的内表面2,其具有高放射性涂层,以使燃烧工艺过程中产生的辐射热集中进入燃烧室3的中心。更高的放射常数表示材料反射由对流和传导热流引起的辐射的能力。根据本发明的这个示例性实施方案,内表面2上的高放射性涂层(例如SiC或本领域技术人员已知的其它这样的涂层材料)使得辐射热能量重新集中进入燃烧室3的中心,以使得处于其中的燃烧流体进行进一步燃烧。如同涉及本发明的该示例性实施方案那样,具有高放射性涂层的额外优点在于,其延长了包括燃烧室3的材料的寿命,并且降低了在由表面I和2限定的燃烧外壳10的壁上经受的表面温度。根据本发明的另一个实施方案,高放射性也可以保护涡轮机100的其它零件(例如,当燃烧室3与喷嘴环30整体形成时的喷嘴环30,圆盘组件50的圆盘52等等)。
[0043]在根据图2的本发明的又一个示例性实施方案中,内表面2、远端表面31、近端表面32或圆盘52的热量可以使得燃烧流体在其穿过涡轮机100的行程中进一步燃烧。在本发明的该实施方案中,涡轮机100的零件的加热表面的温度可能会高到足以引起燃烧流体的连续燃烧,从而产生了不具有任何未利用的燃烧产物的排放物70。
[0044]在根据本发明的另一个实施方案中,燃烧室3的环形形状使得能够实现足够高的温度,从而一旦室已经升温并超过使所述燃料燃烧的临界温度就使得室中的任何燃料立即燃烧。内表面2的基本上圆整的环状形状可以在室3的中心具有光学焦点,从而集中从燃烧室表面辐射的红外热量,以协助燃料进一步燃烧/反应。根据本发明的其它实施方案,燃烧室3的基本圆整环形使得其中的燃烧流体能够实现高温,并且保持在燃烧室3之内暴露于这样的高温之中更长的时间周期。根据本发明的这些实施方案,燃烧室3的形状使得其中的燃烧流体进行基本上完全彻底的燃烧。
[0045]在图2示出的实施方案中,八个圆盘52定向为彼此平行,从而在轴向方向上均匀隔开的位置处垂直于涡轮机轴的涡轮机轴线61。虽然根据图2的实施方案记载了八个圆盘52,对于本发明的公开实施方案而言,任意多个圆盘52也可以是合适的。圆盘52可以通过多个紧固件固定在一起,所述紧固件延伸穿过配合孔和圆盘52,所述配合孔围绕圆盘52的周边在圆周方向上隔开并且位于间隔器的每个辐条54中。在圆盘52的周边,此处圆盘保持一种隔开的关系,合适的间隔器垫圈安装在它们之间从而在每个紧固件位置接收穿过其中的紧固件。所有的圆盘52的圆盘出口 56都彼此对准,用于联通穿过其中的排放气体(参见图3)。接合本发明的上文描述的实施方案,圆盘52运转的温度非常高,从而它们的表面可能会消除其表面上的任何污物,使其保持清洁。此外,正如针对本发明的其它实施方案所提到的那样,圆盘52的高温使得来自于CF喷嘴33进入圆盘组件50的燃烧流体进一步燃烧。
[0046]参考图3,完成的燃烧流体80的燃烧可能会产生湍流流体流动。根据图3中的本发明的实施方案,湍流燃烧流体80通过喷嘴环30中的远端开口 40而接收。特别注意从页面出来的喷嘴环截面(33A),燃烧流体80穿过CF喷嘴33A的行程可能会再次将燃烧流体引导为沿切向在圆盘组件50的邻近表面上流动(类似地在燃烧室3中在流体流动的方向上)。根据图3的实施方案,一旦燃烧流体离开CF喷嘴33A的开口 41,其就在圆盘52的表面上流动,在此处其可以通过流55的形式接收在圆盘52之内。根据这个实施方案,流55在离开涡轮机100时可能会经受有限的抵抗,因为穿过涡轮机出口 8的排放物70的流动离开会引起真空效应。由穿过涡轮机出口 8的排放物70的流动产生的真空效应可以基本上消除所有留在圆盘出口 56之内的排放物70,从而使得随后的排放流70能够占据这些空间。根据本发明的实施方案,排放物70的真空效应能够实现涡轮机100的更有效的运行。
[0047]根据一个实施方案,CF喷嘴33A和33B促进了燃烧流体在圆盘组件50的特定表面区域上的切向流动。通过增大在其上接收燃烧流体的表面面积,本发明的这个实施方案实现了更高的动力输出。根据另一个实施方案,CF喷嘴33A和33B包含近端开口 41,其有助于在圆盘组件50的特定表面区域上的燃烧流体的切向流动。通过控制从CF喷嘴33A和33B出来的燃烧流体的流动,近端开口 41可以使得穿过喷嘴环30的流体加速,从而在圆盘组件50的圆盘52上引入更加有力的燃烧流体,从而实现了更高的动力输出。在本发明的又一个实施方案中,CF喷嘴33A和33B及其各自的远端和近端开口 40和41的组合使用可以实现多种燃烧流体流动,它们实现了涡轮机100的更大的动力输出(例如,改变每一者的几何形状以产生燃烧流体的更快加速、更大切向流动,等等)。通过穿过圆盘52之间的空间的膨胀排放气体的相互作用,由CF喷嘴33的定向产生的切向方向上的气体流动起到驱动涡轮机100旋转的作用。排放气体盘旋流向圆盘52中的中心开口 56,从而随后穿过燃烧室外壳10中的涡轮机出口 8而排放。
[0048]参考图4,可以将涉及涡轮机100运行过程中燃烧流体的连续燃烧的本发明的实施方案并入本文中。根据本发明的示例性实施方案,完成的燃烧流体80在远端表面31处具有旋涡。然而,在该实施方案中,催化燃烧82可以在表面31、32处沿着喷嘴环30在任何位置发生,或者沿着分别由远端和近端开口 40和41形成的CF喷嘴33的表面在任何位置发生。完成的燃烧流体80的催化燃烧82可以协助燃烧流体的完全彻底燃烧,同时在燃烧流体中产生进一步的湍流。根据本发明的这个实施方案,CF喷嘴33促进了完成的燃烧流体80流出近端开口 41的切向流动84。与前面描述的本发明的实施方案类似,燃烧流体84 (离开近端开口 41)可以通过燃烧流体流55与圆盘52的表面区域86接触。根据上文描述的本发明的实施方案,通过燃烧流体流55在表面区域86上的接触,可以产生进一步的燃烧。根据本发明的示例性实施方案,通过由流55与圆盘52相互作用而引起的边界层效应,增大的圆盘52表面面积86导致产生的扭矩更大。在另一个示例性实施方案中,增大的表面面积86促进了利用流55在圆盘组件50中圆盘52周围的进一步完全燃烧。
[0049]在本发明的另一个示意性实施方案中,图5A和图5B记载了空气板20的外部空气接收表面。空气入口 21存在于空气板20的外部空气接收表面上。空气入口 21可以通过任何方式进行布置,以通过空气通道5接收进入涡轮机100的空气。根据本发明的实施方案,压缩空气75以圆周形式供给到空气板20上,从而使得空气入口 21的放置围绕相同的圆周形成优选形式,此处这样的引入空气75将会入射到空气板20上。在本发明的另一个实施方案中,输入空气75可能包括旋涡和涡流,它们对于在空气入口 21内接收输入空气75产生了障碍。根据这个实施方案,空气入口 21可以通过任何布置方式放置在空气板20的外部表面上,优化了涡轮机100之内空气75的接收。
[0050]图6是根据本发明的示例性实施方案的空气板20的侧视图。如同上文描述的那样,涡轮机100之外的湍流空气75入射到空气板20上。空气板20可以通过一个或多个空气入口 21接收引入空气75的多个流。箭头代表了来自引入空气75的引入空气流,流过空气喷嘴25流过开口 7进入燃烧外壳10。一旦处于燃烧外壳10之内,空气流流过空气通道5经由空气通道出口 71进入燃烧室3。如同前面讨论的那样,空气喷嘴25和空气通道5可以是单个导管,用于使得空气从空气入口 21穿过空气板20和燃烧外壳10流至通道出口 71。根据本发明的实施方案,空气喷嘴25的形状可以减少引入空气流75中的涡旋和旋涡,从而使得空气可以通过基本上与燃烧室3中的燃烧流动相切的方式离开空气喷嘴。根据本实施方案的空气喷嘴25可以是抛物线形通道或者下降螺旋形通道。可替代地,空气喷嘴25、开口 7和空气通道5的相互作用可以起到减少引入空气流75中的涡旋和旋涡的作用。通过这种方式,圆周流动方向上离开开口 7的空气流动的动量可以穿过空气板20进入空气通道5维持在圆周方向,从而增大从出口 71进入燃烧室3的燃烧空气的所产生的圆周流动。
[0051]在一个实施方案中,空气入口 21在空气板20之内包括半球状凹槽,其接收流动进入该凹槽并缓慢下降进入空气喷嘴25的空气75。空气喷嘴25、开口 7和空气通道5的组合导管稍微弯曲以减少引入空气流的随机涡旋,同时还刻意产生了一个旋涡空气流动,其可以跟随燃烧室3之内的燃料和之前燃烧流体的流动。在该实施方案中,可以避免由于空气流方向的急剧改变而引起的流动损失的发生。在本发明的另一个实施方案中,空气入口21在空气板20之内包括半球状凹槽,其最底部的表面以抛物线的形式下降进入空气板20并且与空气喷嘴25结合。在该实施方案中,引入空气75可以不经受方向的急剧改变,从而避免了进入并穿过燃烧外壳10的流动损失。本领域技术人员将会认识到,还有
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