渦輪發(fā)動機(jī)和其組裝的方法
【專利說明】渦輪發(fā)動機(jī)和其組裝的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請主張題為“過度緊湊燃燒器”的在2014年5月7日提交的美國臨時專利申請編號N0.61/989，855的益處，通過參照將其全部內(nèi)容合并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開大體涉及渦輪發(fā)動機(jī)，并且更具體地涉及利用旋流燃燒的改善的渦輪發(fā)動機(jī)構(gòu)件結(jié)構(gòu)，例如在過度緊湊燃燒器中發(fā)現(xiàn)的那些。
【背景技術(shù)】
[0003]例如燃?xì)鉁u輪的旋轉(zhuǎn)機(jī)械通常用來利用發(fā)電機(jī)產(chǎn)生功率。燃?xì)鉁u輪例如具有氣路，其典型地連續(xù)流關(guān)系地包括空氣進(jìn)口、壓縮機(jī)、燃燒器、渦輪以及排氣管。壓縮機(jī)和渦輪區(qū)段包括在殼體內(nèi)聯(lián)接的至少一組周向分開的旋轉(zhuǎn)動葉或葉片。至少一些已知的渦輪發(fā)動機(jī)在熱電聯(lián)合裝置和動力設(shè)備中使用。在這樣的應(yīng)用中使用的發(fā)動機(jī)可每個單位質(zhì)量流量需要具有高的具體的功和功率。
[0004]在至少一些已知的燃?xì)鉁u輪中，第一組導(dǎo)向靜葉在壓縮機(jī)的出口和燃燒器的入口之間聯(lián)接。第一組導(dǎo)向靜葉便于減少從壓縮機(jī)排放的空氣流的旋流(即，移除整渦旋流)，使得空氣流被朝向燃燒器在大體軸向方向上引導(dǎo)。第二組導(dǎo)向靜葉聯(lián)接在燃燒器的出口和渦輪的入口之間。第二組導(dǎo)向靜葉便于增加從燃燒器排放的燃燒氣體流的旋流(即，再次引入整渦旋流)，使得渦輪的入口的流通角需要被滿足。但是，利用第一和第二組導(dǎo)向靜葉再次引導(dǎo)空氣和燃燒氣體流增加了燃?xì)鉁u輪的操作無效率性。而且，包括額外的構(gòu)件在內(nèi)的例如第一和第二組導(dǎo)向靜葉通常增加了燃?xì)鉁u輪的重量、成本以及復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一方面中，提供了一種渦輪發(fā)動機(jī)。渦輪發(fā)動機(jī)包括:壓縮機(jī)，其構(gòu)造為以第一流通角排放空氣流;和燃燒器，其聯(lián)接到壓縮機(jī)下游。燃燒器構(gòu)造為燃燒空氣流與燃料，來形成以第二流通角從燃燒器排放的燃燒氣體流。渦輪發(fā)動機(jī)還包括在燃燒器下游聯(lián)接的渦輪。渦輪包括入口，其構(gòu)造為接收具有在預(yù)定范圍內(nèi)的流通角的燃燒氣體流，其中，燃燒器朝向?yàn)槭沟玫诙魍ń窃陬A(yù)定范圍內(nèi)。
[0006]在另一方面中，提供了一種組裝渦輪發(fā)動機(jī)的方法。該方法包括將燃燒器聯(lián)接到壓縮機(jī)下游，該壓縮機(jī)構(gòu)造為以第一流通角排放空氣流。燃燒器構(gòu)造為燃燒空氣流與燃料，來形成構(gòu)造為以第二流通角從燃燒器排放的燃燒氣體流。該方法還包括將渦輪聯(lián)接到燃燒器下游，渦輪包括入口，其構(gòu)造為接收具有在預(yù)定范圍內(nèi)的流通角的來自燃燒器的燃燒氣體流，并且使燃燒器朝向?yàn)槭沟玫诙魍ń窃陬A(yù)定范圍內(nèi)。
[0007]本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種渦輪發(fā)動機(jī)，包括:壓縮機(jī)，其構(gòu)造為以第一流通角排放空氣流;燃燒器，其聯(lián)接到壓縮機(jī)下游，燃燒器構(gòu)造為燃燒空氣流與燃料，來形成以第二流通角從燃燒器排放的燃燒氣體流；以及渦輪，其聯(lián)接到燃燒器下游，渦輪包括入口，其構(gòu)造為接納具有在預(yù)定范圍內(nèi)的流通角的燃燒氣體流，其中，燃燒器朝向?yàn)椋沟玫诙魍ń窃陬A(yù)定范圍內(nèi)。
[0008]本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還包括可變導(dǎo)向靜葉，其定位在壓縮機(jī)和燃燒器之間，其中，可變導(dǎo)向靜葉的朝向選擇為，使得第二流通角在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，可變導(dǎo)向靜葉選擇地被促動，來修改朝向燃燒器引導(dǎo)的空氣流的第一流通角。
[0010]本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，可變導(dǎo)向靜葉定位在壓縮機(jī)的最后級轉(zhuǎn)子和燃燒器之間。
[0011]本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，燃燒器包括整渦旋流燃燒器。
[0012]本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還包括流路，其在壓縮機(jī)和渦輪之間以大體軸向方向延伸，流路包括沿著大體軸向方向的可變剖面區(qū)域，可變剖面區(qū)域被選擇為，使得第二流通角在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0013]本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第六技術(shù)方案中，流路包括:第一區(qū)段，其在壓縮機(jī)和燃燒器之間延伸，其中，第一區(qū)段的剖面區(qū)域從壓縮機(jī)到燃燒器逐漸尺寸增加；以及第二區(qū)段，其在燃燒器和渦輪之間延伸，其中，第二區(qū)段的剖面區(qū)域從燃燒器到渦輪尺寸逐漸減少。
[0014]本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，燃燒器構(gòu)造為以比從壓縮機(jī)排放的空氣流的速度更大的速度排放燃燒氣體流。
[0015]本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第八技術(shù)方案中，燃燒器朝向?yàn)椋沟玫诙魍ń窃陬A(yù)定范圍內(nèi)，燃燒器的朝向作為在進(jìn)入燃燒器的空氣流和從燃燒器排放的燃燒氣體流之間的速度梯度的函數(shù)選擇。
[0016]本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，渦輪發(fā)動機(jī)不包括定位在燃燒器和渦輪之間的噴嘴。
[0017]本發(fā)明的第十一技術(shù)方案提供了一種組裝渦輪發(fā)動機(jī)的方法，方法包括:將燃燒器聯(lián)接到壓縮機(jī)下游，壓縮機(jī)構(gòu)造為以第一流通角排放空氣流，其中，燃燒器構(gòu)造為燃燒空氣流與燃料，來形成燃燒氣體流，其構(gòu)造為以第二流通角從燃燒器排放;將渦輪聯(lián)接到燃燒器下游，渦輪包括入口，其構(gòu)造為接納具有在預(yù)定范圍內(nèi)的流通角的來自燃燒器的燃燒氣體流;以及使燃燒器朝向?yàn)椋沟玫诙魍ń窃陬A(yù)定范圍內(nèi)。
[0018]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，還包括將可變導(dǎo)向靜葉定位在壓縮機(jī)和燃燒器之間，其中，可變導(dǎo)向靜葉的朝向選擇為，使得第二流通角在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0019]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，還包括使可變導(dǎo)向靜葉構(gòu)造為選擇地被促動，來修改朝向燃燒器引導(dǎo)的空氣流的第一流通角。
[0020]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，定位可變導(dǎo)向靜葉包括將可變導(dǎo)向靜葉定位在壓縮機(jī)的最后級轉(zhuǎn)子和燃燒器之間。
[0021 ]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，聯(lián)接燃燒器包括，使燃燒器朝向?yàn)樘幱谙鄬u輪發(fā)動機(jī)的中心線的第二固定朝向。
[0022]本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，還包括限定流路，其在壓縮機(jī)和渦輪之間以大體軸向方向延伸，流路包括沿著大體軸向方向的可變剖面區(qū)域，可變剖面區(qū)域被選擇為，使得第二流通角在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0023]本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十六技術(shù)方案中，還包括:在壓縮機(jī)和燃燒器之間延伸流路的第一區(qū)段，其中，流路的剖面區(qū)域從壓縮機(jī)到燃燒器尺寸逐漸增加；以及在燃燒器和渦輪之間延伸流路的第二區(qū)段，其中，流路的剖面區(qū)域從燃燒器到渦輪尺寸逐漸減少。
[0024]本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，還包括使燃燒器構(gòu)造為以比從壓縮機(jī)排放的空氣流的速度更大的速度排放燃燒氣體流。
[0025]本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，使燃燒器構(gòu)造為包括使燃燒器朝向?yàn)?，使得第二流通角在預(yù)定范圍內(nèi)，燃燒器的朝向作為在進(jìn)入燃燒器的空氣流和從燃燒器排放的燃燒氣體流之間的速度梯度的函數(shù)被選擇。
[0026]本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，聯(lián)接渦輪包括將渦輪聯(lián)接到燃燒器下游，使得燃燒氣體流被朝向渦輪的入口直接引導(dǎo)。
【附圖說明】
[0027]當(dāng)參照附圖閱讀下列詳細(xì)描述時，本公開的這些和其它的特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中遍及附圖，相同的特征代表相同的部分，其中:
圖1是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示意圖；
圖2是可用于在圖1中顯示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示例性燃燒組件的放大示意圖；
圖3是沿著在圖2中顯示的線3-3的燃燒組件的示例性流路的示意圖；
圖4是可用于在圖1中顯示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的備選燃燒組件的放大示意圖；
圖5是沿著在圖4中顯示的線5-5的燃燒組件的示例性流路的示意圖；以及圖6是沿著在圖3中顯示的線6-6的在圖3中顯示的流路的示意圖。
[0028]除非另外地指示，在本文中提供的附圖意圖示出本公開的實(shí)施例的特征