專(zhuān)利名稱(chēng)：具有順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)，其包括壓氣機(jī)單元，第一燃燒室，第一燃?xì)廨啓C(jī)，第二燃燒室，第二燃?xì)廨啓C(jī)，第二燃燒室有混合元件其用于產(chǎn)生與下游燃料噴射相互作用的渦流。
在已經(jīng)由EP-0620362A1公開(kāi)的具有順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)中，燃料/空氣混合物在首級(jí)燃燒室中燃燒，然后在首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹后送入第二燃燒級(jí)。
離開(kāi)首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)葉輪的氣流的速度分布劇烈地變動(dòng)，以致此氣流必須進(jìn)行校正以便保證一種最佳的入射氣流進(jìn)入到下一個(gè)屬于第二級(jí)燃燒室的混合元件，由此實(shí)現(xiàn)這些部分膨脹的熱氣體與送入第二級(jí)燃燒室的燃料盡可能的完全混合，以這樣一個(gè)事實(shí)為基礎(chǔ)，即第二級(jí)燃燒室是按照一種自點(diǎn)火過(guò)程來(lái)運(yùn)行，因此就必須特別重視達(dá)到最佳混合以使效率最高和污染排放最小。
噴射到第二級(jí)燃燒室的燃料的完全混合的質(zhì)量主要取決于由混合元件對(duì)部分膨脹的熱氣體流引起的渦動(dòng)性質(zhì)，即這樣來(lái)設(shè)計(jì)混合元件，使它能提供一種為最佳混合和燃燒提供最好前提的渦流。然而這需要混合元件在整個(gè)氣流的橫截面上經(jīng)受無(wú)攻角入射流(a neutral incidentflow)，但是由于已提到的理由，無(wú)攻角入射流是不出現(xiàn)在首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)下游的。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是為首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的下游提供一種新裝置，這種裝置能保證下游混合元件受到無(wú)攻角入射流。
本發(fā)明的一個(gè)基本優(yōu)點(diǎn)可從以下事實(shí)看出，這些裝置是以這樣一種方法設(shè)計(jì)的，即它們對(duì)在首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)已部分膨脹的熱氣體的整個(gè)氣流產(chǎn)生一種校正效果。因此這些裝置安排在燃?xì)廨啓C(jī)葉輪與第二級(jí)燃燒室的設(shè)計(jì)成渦流發(fā)生器的下游混合元件之間，因此按照要求的目的從那里產(chǎn)生一種無(wú)攻角氣流，然后此無(wú)攻角氣流以同等的數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)入單個(gè)的混合元件。
由于來(lái)自首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的部分膨脹了的熱氣體形成一高速氣流，這就導(dǎo)致相對(duì)于形成這種相同無(wú)攻角氣流的裝置而言的高的熱負(fù)荷，本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)可從以下事實(shí)看出，即提供了一種和第二級(jí)燃燒室的冷卻技術(shù)及冷卻形態(tài)相協(xié)調(diào)的高效冷卻技術(shù)，正如在公開(kāi)文本EP-0669500 A1所提出的，此公開(kāi)文本是本說(shuō)明書(shū)的一個(gè)組成部分，但是對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的輸出和效率甚至沒(méi)有極小的不利影響。
按照本發(fā)明的目的達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)和有利發(fā)展將在進(jìn)一步的從屬權(quán)利要求中限定。
通過(guò)參照以下的詳述并參照附圖。本發(fā)明更完全的正確評(píng)價(jià)及其許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)將容易地獲得公認(rèn)。并能更好理解本發(fā)明，其中

圖1表示首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)下游和第二級(jí)燃燒室上游的環(huán)形輸送管道的一個(gè)截面；圖2表示裝在圖1輸送管道內(nèi)并有適當(dāng)冷卻的導(dǎo)流葉片；圖3表示環(huán)形輸送管道另外一種的實(shí)施方案；以及圖4表示裝在圖3輸送管道內(nèi)并有適當(dāng)冷卻的導(dǎo)流葉片。
現(xiàn)在參照附圖，其中類(lèi)似的參考數(shù)字在全部視圖中表示相同的或相應(yīng)的零件，對(duì)理解本發(fā)明無(wú)直接關(guān)系的所有零件略去不敘，同時(shí)介質(zhì)流的方向由箭頭指示，圖1表示安排在燃?xì)廨啓C(jī)(未詳細(xì)示出)下游和第二級(jí)燃燒室(同樣未詳細(xì)示出)上游的環(huán)形輸送管道1，但是此處來(lái)示出的一種順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)裝置在公開(kāi)文本EP-0620362 A1中是明顯的，來(lái)自首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的部分膨脹的熱氣體2流過(guò)此處所示的環(huán)形輸送管道1，隨后在第二級(jí)燃燒室中的混合元件由此氣流產(chǎn)生一個(gè)由這些混合元件結(jié)構(gòu)而形成的渦流之前，并入一個(gè)下游的擴(kuò)散器3。輸送管道1本身包括一個(gè)內(nèi)平臺(tái)4和一個(gè)外平臺(tái)5，它們形成了熱氣體從首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)到第二級(jí)燃燒室的導(dǎo)流的連續(xù)部分。如EP-0620326 A1所示，第二級(jí)燃燒室和安排在此環(huán)形導(dǎo)流管道圓周方向上及所示混合元件下游的許多燃燒噴嘴一起工作。在本例中，三個(gè)葉片6a-c分布在這些燃燒噴嘴的每一個(gè)上或分別分布在對(duì)應(yīng)的和燃燒噴嘴相互配合的混合元件上，同時(shí)葉片6a-c安排在輸送管道1中一個(gè)偏離其前緣7的位置。內(nèi)、外平臺(tái)4、5是分隔開(kāi)的，并通過(guò)許多支柱8在圓周方向上彼此連接在一起，這些支柱8處在分別位于下游第二燃燒室中的各個(gè)混合元件或各燃料噴嘴之間的中間間隙平面上，并由它們?cè)诃h(huán)形輸送管道1內(nèi)形成單個(gè)的部分貫流管道，其中在每個(gè)例子中所述的貫流管道由所述的3個(gè)葉片再依次細(xì)分。因此這些支柱8基本上不參予從第一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)來(lái)的渦流的平滑化、相反它們用于適應(yīng)輸送管道1的內(nèi)、外支承結(jié)構(gòu)的機(jī)械連接元件9以及用于通過(guò)空氣流10，該空氣流一方面用于冷卻燃?xì)廨啓C(jī)的各種熱負(fù)荷元件，另一方面用于冷卻環(huán)形管道1的元件。此處應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)第二級(jí)燃燒室內(nèi)壁、轉(zhuǎn)子和第二級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)葉輪的冷卻。葉片6a-c以及其它形成次級(jí)導(dǎo)流柵(row)的環(huán)形輸送管道1的葉片設(shè)置在首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)葉片下游的2-3個(gè)弦(chord lengths)長(zhǎng)處，通過(guò)這種設(shè)置在柵處有可能按照擴(kuò)散或類(lèi)似擴(kuò)散狀態(tài)來(lái)設(shè)計(jì)中間截面。以此尺度來(lái)設(shè)計(jì)作為擴(kuò)散通道的所述的中間截面，葉片的需要數(shù)能大大地減少，同時(shí)次級(jí)導(dǎo)流柵的單個(gè)葉片6a-c在圓周方向上可設(shè)計(jì)成更寬，這兩項(xiàng)措施導(dǎo)致在不減少校正效果的情況下，降低葉片6a-c在前緣7和沿平臺(tái)4、5兩個(gè)內(nèi)壁的熱負(fù)荷，因此冷卻空氣輸入量與采用現(xiàn)有技術(shù)的次級(jí)導(dǎo)流葉片柵相比較時(shí)變得顯著地降低。葉片6a-c以這樣一種方式來(lái)設(shè)計(jì)，即它們對(duì)渦流要有校正作用。總而言之，此處的目的是使處在第二級(jí)燃燒室中的混合元件經(jīng)受無(wú)攻角入射流。為緊隨著的燃料噴射的發(fā)生的渦流特性只能由混合元件的結(jié)構(gòu)引起。這是必需的，因?yàn)樾枰a(chǎn)生加入燃料均勻的最佳混合，以使在第二級(jí)燃燒室中，由自點(diǎn)火產(chǎn)生的燃燒在整個(gè)氣流的橫截面上均勻地起作用，即不產(chǎn)生局部溫度峰值，這種局部溫度峰值會(huì)增加污染排放，尤其是氧化氮(Nox)值。
此外，從圖1可以看出，次級(jí)導(dǎo)流柵6a-c和支柱8設(shè)計(jì)成一個(gè)零件，同時(shí)正如已數(shù)次提及的，它們是安裝在首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)和第二級(jí)燃燒室之間。由壓氣機(jī)提供的用于冷卻燃?xì)廨啓C(jī)整個(gè)中心部分的空氣主流的大約85％首先對(duì)流地冷卻首級(jí)燃燒室的壁，然后進(jìn)入噴射冷卻的第二級(jí)燃燒室的高壓區(qū)(未作任何更詳細(xì)表示)上游。轉(zhuǎn)向了的空氣主流的剩余15％直接從壓氣機(jī)進(jìn)入較小的屬于次級(jí)導(dǎo)流柵結(jié)構(gòu)的高壓區(qū)(在圖1中未作任何更詳細(xì)表示)。從那里此氣流通過(guò)外平臺(tái)5的沖擊冷卻11，然后進(jìn)入次級(jí)導(dǎo)流葉片6a-c的徑向的對(duì)流管道，這是為了達(dá)到將相對(duì)于部分膨脹的熱氣體2方向的橫向氣流冷卻目的，隨后流過(guò)并進(jìn)入屬于內(nèi)平臺(tái)4的一個(gè)噴射高壓區(qū)，該內(nèi)平臺(tái)4同樣由噴射流15進(jìn)行冷卻?？諝庵髁?0流過(guò)支柱8，然后同樣進(jìn)入所述的噴射高壓區(qū)12。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，除去用于冷卻目的空氣主流提前被分流外，還能依靠整個(gè)空氣流在第二燃燒室進(jìn)行噴射冷卻。
這里可以獲得環(huán)形輸送管道1的首級(jí)高壓區(qū)與進(jìn)一步的噴射高壓區(qū)12之間的壓力差，以此作為冷卻次級(jí)導(dǎo)流柵6a-c的壓力梯度。該壓力差主要由首級(jí)燃燒室壁的冷卻來(lái)確定。
圖2表示已經(jīng)提到的屬于次級(jí)導(dǎo)流柵的葉片6a-c的對(duì)流冷卻，葉片6a-c在內(nèi)部具有一行并排安排的徑向的通道13，借助于它們冷卻空氣形成相對(duì)于來(lái)自首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的部分膨脹的熱氣體的方向的橫向氣流。葉片6a-c細(xì)分成多個(gè)間隔，通道13由槽形成，其流體方向由嵌件14來(lái)影響。
圖3表示輸送管道20的一個(gè)另外的實(shí)施方案，它同樣是為了次級(jí)導(dǎo)流柵結(jié)構(gòu)的目的而構(gòu)造的，此輸送管道20是一個(gè)獨(dú)立的嵌入件，其嵌在首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)下游和第二級(jí)燃燒室上游中間，這就使得第二級(jí)燃燒室和此處所示的次級(jí)導(dǎo)流柵的冷卻有可能以這樣一種方式個(gè)別地和優(yōu)化地安排，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)的整個(gè)中心部分的冷卻在部分負(fù)荷的情況下，特別對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)，得到改善。此辦法特別是在進(jìn)一步增加順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)的輸出時(shí)尤為重要。供次級(jí)導(dǎo)流柵部分冷卻的冷空氣同樣首先流入一個(gè)高壓區(qū)(未作任何更詳細(xì)表示)，由此處它對(duì)外平臺(tái)5起沖擊冷卻21的作用，以便緊接著由開(kāi)口22流入支柱前緣23的徑向?qū)α鞴艿?，靠它產(chǎn)生相應(yīng)于部分膨脹的熱氣體流2的橫向氣流冷卻。
此冷空氣然后以圖1已表示的類(lèi)似方式進(jìn)入內(nèi)平臺(tái)4下面的一個(gè)高壓區(qū)。在那里轉(zhuǎn)移進(jìn)入內(nèi)區(qū)域的此空氣的一小部分(大約10-30％)通過(guò)內(nèi)平臺(tái)4的沖擊冷卻，然后它進(jìn)入次級(jí)導(dǎo)流柵三個(gè)葉片6a-c(此處示出)各自的徑向進(jìn)給通道，它同樣進(jìn)行圖1所示的實(shí)施方案中所述的校正作用，葉片6a-c內(nèi)部的冷卻型式從圖4是顯而易見(jiàn)的。
圖4表示次級(jí)導(dǎo)流柵葉片6a-c的具體的冷卻。按照?qǐng)D3所描述的，冷卻空氣進(jìn)入葉片各自的徑向進(jìn)給通道24，首先通過(guò)一個(gè)沖擊板25冷卻各自的前緣28，然后以普通冷卻方式沿內(nèi)壁26以平行于來(lái)自首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的部分膨脹的熱氣體2的流向流動(dòng)以便緊接著被射入葉片后緣的熱氣體中。由此獲得了位于部分高壓區(qū)和葉片后緣27之間的壓差，其作為次級(jí)導(dǎo)流柵冷卻的驅(qū)動(dòng)壓力梯度。
很顯然，在上述教導(dǎo)下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種改進(jìn)和變化是完全可能的，因此應(yīng)當(dāng)理解，在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以與這里所具體描述的不同的方式進(jìn)行實(shí)施。
名稱(chēng)表1環(huán)形輸送管道2部分膨脹的熱氣體3下游擴(kuò)散器4內(nèi)平臺(tái)5外平臺(tái)6a-c 葉片，次級(jí)導(dǎo)流柵7前緣8支柱9支柱的機(jī)械連接元件10 空氣流11 沖擊冷卻12 噴射高壓區(qū)13 通道14 嵌入件15 噴射冷卻20 作為嵌入部分的環(huán)形輸送管道21 沖擊冷卻(Impact Cooling)22 開(kāi)口23 支柱前緣24 進(jìn)給通道25 沖擊板26 內(nèi)壁27 葉片后緣28 葉片前緣
權(quán)利要求
1.一種順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)，其主要包括，壓氣機(jī)單元，首級(jí)燃燒室，首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，第二級(jí)燃燒室和第二級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，第二級(jí)燃燒室具有混合元件其用來(lái)引起一個(gè)與下游燃料噴射相互作用的渦流，其中在輸送管道(1)內(nèi)起作用的次級(jí)導(dǎo)流柵(6a-c)被設(shè)置在首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)和第二級(jí)燃燒室之間，次級(jí)導(dǎo)流柵(6a-c)的葉片產(chǎn)生無(wú)攻角流進(jìn)入下游的混合元件。
2.如權(quán)利要求1中所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中輸送管道(1)為環(huán)形，在各種方式下，由支柱(8)確定的許多葉片形成一個(gè)貫流管道，該貫流管道至少在一個(gè)下游混合元件的氣流平面內(nèi)被定向。
3.如權(quán)利要求2中所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中環(huán)形輸送管道(1)主要包括，一個(gè)內(nèi)平臺(tái)(4)和一個(gè)外平臺(tái)(5)，其中在各種情況下，平臺(tái)(4，5)是被進(jìn)行沖擊冷卻(11)和/或噴射冷卻(15)。
4.如權(quán)利要求1中所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中一個(gè)擴(kuò)散器(3)被設(shè)置在次級(jí)導(dǎo)流柵(6a-c)的下游。
5.如權(quán)利要求1中所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中次級(jí)導(dǎo)流柵(6a-c)的葉片在各種情形下具有對(duì)流冷卻和/或沖擊冷卻。
全文摘要
在一種具有順序燃燒和兩個(gè)燃燒室的燃?xì)廨啓C(jī)以及每個(gè)有關(guān)燃?xì)廨啓C(jī)的情形中,設(shè)置在環(huán)形輸送管道中的次級(jí)導(dǎo)流柵安排在進(jìn)入第二級(jí)燃燒室之前的首級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的下游一側(cè)。此次級(jí)導(dǎo)流柵的許多葉片產(chǎn)生相對(duì)于混合元件的無(wú)攻角氣流,此混合元件處于第二級(jí)燃燒室中并在葉片的氣流平面內(nèi),它們?cè)诿糠N情形下組合在一起構(gòu)成一個(gè)裝配體。由于在第二級(jí)燃燒室中的無(wú)攻角入射流,混合元件產(chǎn)生一種均勻分離的渦流,在效率和此渦流污染排放方面優(yōu)化了后繼的自點(diǎn)火式的燃燒。
文檔編號(hào)F02C7/18GK1181456SQ9712003
公開(kāi)日1998年5月13日 申請(qǐng)日期1997年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月10日
發(fā)明者R·馬米利克, B·舒爾特－韋尼恩 申請(qǐng)人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司