专利名称：气冷旋流式喷嘴头的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制燃烧室内的温度的系统和装置，特别是涉及控制燃烧室内的旋流式喷嘴(SWirler)的温度的系统和方法。
背景技术：
通常燃烧室设置成可产生环形逆流(toroidal flow reversal),该环形逆流将一部分热的燃烧产物向上游带动至旋流式喷嘴，作为进入的未燃烧的燃料/气体混合物的持续点火源。然而，由于热的逆流冲击旋流式喷嘴表面，在旋流式喷嘴的中心可能会产生高温区，因而旋流式喷嘴的温度分布会不均匀，这有可能导致热应力。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种燃烧燃料和气体的混合物的燃烧室。该燃烧室包括旋流式喷嘴，用于接收气体流和燃料流，燃料和气体在旋流式喷嘴的影响下混合在一起，旋流式喷嘴使燃料/气体的混合物产生旋流。旋流式喷嘴具有贯穿的中心通道。旋流式喷嘴还具有预燃烧腔，与旋流式喷嘴流体相通，预燃烧腔用于接收旋流式的燃料/气体混合物。预燃烧腔为沿中轴线设置的圆柱形元件。预燃烧腔使旋流式的燃料/气体混合物产生沿中轴线向下游方向的轴向流，从而使燃料/气体混合物形成涡流，涡流具有沿中轴线的低压区。燃烧腔与预燃烧腔流体相通并位于预燃烧腔下游。燃烧腔的流道面积大于预燃烧腔的流道面积，从而允许涡流沿径向扩张并形成循环流，在此循环流中，燃烧腔内的燃料/气体的燃烧产物沿中轴线被拉回至预燃烧腔。燃烧室还包括收容在通道内的冷却组件。冷却组件界定与预燃烧腔的中轴线共线的轴线。冷却组件与气体源流体相通，其中气体源的气体温度低于循环流的温度。冷却组件沿下游方向导引温度较低的气体进入预燃烧腔，从而形成冷却流。在另一个实施例中，本发明提供了一种旋流式喷嘴，与燃烧燃料和气体混合物的燃烧室一起使用。旋流式喷嘴包括具有外侧和内侧的本体，以及多个形成在旋流式喷嘴本体内侧上的流体导弓丨部。相邻的流体导弓I部之间形成流体路径以弓I导气体绕本体的中轴线进行旋流运动。第一环形腔形成在本体内。该第一环形腔与位于流体路径的第一端的导引管流体相通；第二环形腔形成在本体内。该第二环形腔与位于流体路径的第二端的孔隙流体相通。位于本体的中轴线上的通道从外侧向内侧延伸。冷却组件收容在通道内。该冷却组件与本体的内侧近似平齐。在另一个实施例中，本发明提供了一种燃烧气体涡轮引擎内的燃料和气体的方法。在该方法中，在临近燃烧室的前端部的旋流式喷嘴表面的位置预混燃料和气体以形成相对均匀的混合物。燃料/气体混合物以绕预燃烧腔的中轴线的旋流运动的方式注入燃烧室的预燃烧腔缸体，从 而产生具有旋流和轴向运动的涡流，该涡流具有位于中轴线上的低压区。将涡流沿轴向向下游的方向传送至燃烧腔缸体，其中燃烧腔缸体的流道面积大于预燃烧腔的流道面积。扩展涡流使之进入燃烧腔，其中燃料和气体发生化学反应以形成热的燃烧产物。此扩展的结果是在中轴线上形成循环流，其中热的产物被向上游拉回至预燃烧腔。向下游方向传送气体使气体通过旋流式喷嘴的中轴线并进入预燃烧腔，其中被传送的气体的温度低于循环流的温度。通过阅读以下的详细说明以及附图，本发明的其它方面将会变得更加明显。
图1示意性地描绘了回热式双轴燃气涡轮引擎，其包括本发明一个实施例的燃烧室。图2示意性地描绘了回热式单轴燃气涡轮引擎，其包括本发明一个实施例的燃烧室。图3示意性地描绘了简单循环单轴燃气涡轮引擎，其包括本发明一个实施例的燃烧室。图4示意性地描绘了本发明一个实施例的回热器内的筒形或筒仓式燃烧室。图5示意性地描绘了根据本发明实施例的旋流式喷嘴、预燃烧腔及燃烧腔。图6A示意性地描绘了根据本发明实施例的径向旋流式喷嘴的正面立体示意图。图6B是图6A的径向旋流式喷嘴、燃烧室环缘和燃烧室的分解示意图。图7是图6A的径向旋流式喷嘴的背面立体图。
图8是图6A的旋流式喷嘴的局部剖面图。图9是图8的冷却组件的横截面示意图。图10是图9的分配环的正视图。图11是图10的分配环沿线X-X的横截面示意图。图12是图9的热罩的正视图。图13是图12的热罩沿线Y-Y的横截面示意图。
具体实施例方式在详细描述本发明的实施例之前，应该理解的是，本发明不仅限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本发明可为其它方式实现的实施例。应当理解，下文中所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。下文中所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、等同物及其它附加事项。除特另Ij声明外，“安装”、“连接”、“支撑”、“耦合”等类似措辞应作广义解释，包含直接及间接的安装、连接、支撑、耦合。此外，“连接”及“配合”不限于物理的或机械的连接或耦合。在此描述的本发明可用于燃烧燃气涡轮中的各种碳氢化合物燃料。燃烧过程包括一种燃烧贫油预混(lean premixed)和贫油预蒸发预混(lean prevaporized premixed)燃料/气体(F/A)混合物的方法。这种方法能够在广范围的引擎工作条件下，降低燃气涡轮的废气排放(N0x、C0、V0C’ S)。现在请参考附图，对于气体涡轮和燃烧室内的元件，全文中相同的标号表示相同的元件。图1示意性地描绘一个用于发电的回热燃气涡轮引擎10，其为双轴构造。引擎10包括压缩机12、回热器13、燃烧腔15、燃气发生器式燃气涡轮16、动力涡轮17、齿轮箱18和发电机19。引擎10与位于压缩机12上游的气体源20连通。气体被压缩并被引入回热器13。在回热器13内，压缩气体利用来自动力涡轮17的废气预热并被引入燃烧腔15。燃料22然后被加入燃烧腔15形成混合物以被燃烧(将详述如下)。燃烧腔15内的燃烧产物被引入燃气发生器式燃气涡轮16。F/A比值被调整(SP，调整燃料的流量)以使涡轮入口达到预设的温度或使发动机19产生预设的电力输出。燃气发生器式燃气涡轮16的涡轮入口温度可在1500华氏度(F)至2000F的实际范围内变化。热气体依序首先通过燃气发生器式燃气涡轮16，然后通过动力涡轮17。每个涡轮做工以分别将动力传递至压缩机12和发电机19，轴动力通过齿轮箱被传递。动力涡轮17的热废气然后通过回热器13，在回热器13内，热量通过热对流和热传导的方式传递至进入燃烧腔15的气体。可选的热量收集装置24可被用于供应热水、蒸汽或其它的加热流体至装置26，装置26可将这些热量用于广泛用途。图2示意性地描绘了用于发电的回热燃气涡轮引擎10a。燃气涡轮引擎IOa类似于图1，差别在于引擎IOa仅使用单个涡轮。引擎IOa包括压缩机12、回热器13、燃烧腔15、涡轮16、齿轮箱18和发电机19。引擎IOa与位于压缩机12上游的气体源20连通。气体被压缩并被引入回热器13。在回热器13内，压缩气体被涡轮16的废气预热并被引入燃烧腔15。燃料22然后被加入燃烧腔15，形成混合物以被燃烧(将详述如下)。燃烧腔15内的燃烧产物被引入燃气发生器式燃气涡轮16。F/A比值被调整(SP，调整燃料的流量)以使涡轮16的涡轮入口达到预设的温度或使发动机19产生预设的电力输出。涡轮入口温度可在1500华氏度(F)至2000F的实际范围内变化。涡轮做工以将动力同时传递至压缩机12和发电机19，轴动力通过齿轮箱18被传递。涡轮16的热废气然后流过回热器13，其中在回热器13内，热量通过热对流和热传导的方式传递至进入燃烧腔15的气体。可选的热量收集装置24可被用于供应热水、蒸汽或其它的加热流体至装置26，装置26可将这些热量用于广泛用途。图3示意性地描绘了用于发电的简单循环(single-cycle)燃气涡轮引擎10b。燃气涡轮引擎IOb类似于图2，差别在于没有设置回热器。引擎IOb包括压缩机12、燃烧腔
15、涡轮16、齿轮箱18和发电机19。引擎IOb与位于压缩机12上游的气体源20连通。气体被压缩并被引入燃烧腔15。燃料22然后被加入燃烧腔15，形成混合物以被燃烧(将详述如下)。燃烧腔15内的燃烧产物被引入涡轮16。F/A比值被调整(即，调整燃料的流量)以使涡轮16的涡轮入口达到预设的温度或使发动机19产生预设的电力输出。涡轮入口温度可在1500华氏度(F)至2000F的实际范围内变化。涡轮16做工以将动力同时传递至压缩机12和发电机19，轴动力通过齿轮箱18被传递。涡轮16的热废气然后通往排气口，或者可选的热量收集装置24可被使用，以进一步收集废热用于其它商业用途。热量收集装置24可用于供应热水、蒸汽或其它的加热流体至装置26，装置26可将这些热量用于广泛用途。图1-3描绘了本发明各实施例的燃气涡轮元件构造。大量其它的引擎(多轴、多段压缩机和涡轮)构造也可以与本发明结合使用。例如，除了使用齿轮箱18和发电机19，也可以使用高速发电机来产生高频交流电信号，然后使用频率转换器将其转换为直流电信号。此直流电然后也可被转换回多种典型频率(例如，60赫兹或50赫兹)的交流电。本发明并不限于图1-3所示的燃气涡轮配置，其还包 括其他依赖布雷顿循环(Brayton cycle)来产生电能和热废气的元件组合，其中这些热废气可用于热水产生装置、蒸汽产生装置、吸收式冷却器(absorption chiller)或其它热驱动装置。图4描绘回热器50。回热器50可与1999年11月公告的美国专利第5，983，992号揭示的回热器类似。这件专利的全文结合在本专利中，作为参考。回热器50包括多对堆叠单元54，堆叠单元54的一端对进气歧管56开放，另一端对出气歧管58开放，并将压缩气体流从进气歧管56导引至出气歧管58。在单元54之间设有多条废气流路径，以在各单元54之间导引热废气流。单元54和废气流路径内设有鳍状物，以利于热量从热的废气传递至温度较低的压缩气体混合物。继续参考图4，出气歧管58包括筒仓(silo)或管状燃烧室52和旋流式喷嘴60。进入出气歧管58的气体流至燃烧室52周围。然后，气流通过燃烧室52和旋流式喷嘴60的大量孔隙和槽孔而流入燃烧室52内，然后以箭头62表示的气流流出燃烧室52。燃烧室52内的气体的整体气流可被视为界定了燃烧室52的方向，其中气流62被导向至下游方向，即，从左至右，这样旋流式喷嘴60位于燃烧室52的上游。图5描绘了旋流式喷嘴60和燃烧室52—部分的横截面不意图。燃烧室52包括预燃烧腔64和位于预燃烧腔64下游的燃烧腔66。如图所预燃烧腔64的直径小于燃烧腔66的直径。出气歧管58的压缩气体向下游传送，依序通过旋流式喷嘴60进入燃烧室52的预燃烧腔64，然后进入燃烧腔66。气体通过旋流式喷嘴60进入预燃烧腔64。出气歧管58内的气压高于燃烧腔66外的气压，此压差提供了传送气体通过旋流式喷嘴60的潜能。图6-8描绘了本发明实施例的旋流式喷嘴60。旋流式喷嘴60呈盘状并包括本体135和冷却组件200。本体135形成有内环形腔137、外环形腔139和多个流体导引部145。本体135进一步包括周缘150，以利于旋流式喷嘴60安装至回热器50上。周缘150将旋流式喷嘴60分成外部或外侧155和面向预燃烧腔64的内部或内侧160。内侧160面向燃烧腔66，而外部155背对燃烧腔66。如图所示，旋流式喷嘴60为安装至燃烧室52的分离部件。在一些实施例中，旋流式喷嘴60的周缘150与回热器50密封连接。然而，其它构造中，使用旋流式喷嘴头，·该旋流式喷嘴头是燃烧室52的一部分。在另一些构造中，旋流式喷嘴60是远离燃烧室52其余部位的部件。外腔139是位于旋流式喷嘴60的本体135内的环形腔。燃料入口 165可耦合至本体135的外侧155，而与外腔139流体相通以传输燃料进入外腔139。旋流式喷嘴60的外腔139与内侧160之间的多个孔允许外腔139内的燃料流经旋流式喷嘴60而进入预燃烧腔64。导引管169从旋流式喷嘴60的内侧160邻近这些孔的位置延伸，以将燃料流体导入预燃烧腔64。内腔137是位于外腔139的径向内侧。先导(pilot)燃料入口 175可耦合至本体135的外侧155，而与内腔137流体相通以传输先导燃料进入内腔137。旋流式喷嘴60的外腔137与内侧160之间的多个孔177允许内腔137内的先导燃料流经旋流式喷嘴60而进入预燃烧腔64。先导燃料入口 175通过旋流式喷嘴60提供先导燃料流，该先导燃料流可被用于维持燃烧室52内在低火力设定下的火焰稳定性，或者用于在引擎开启阶段引燃燃烧室52内的燃料。旋流式喷嘴60的外侧155设有孔190，用于收容点火装置195。点火装置195提供火焰、火花、热面(hot surface)或其它点火源，以在引擎启动阶段或在任何没有火焰而又希望出现火焰的时候引燃燃料。流体导引部145基本上为从本体135的内侧160上突起的三角块状。每个流体导引部145具有两个平面180和一个外弧面183。每个流体导引部145的平面180设置成使得他们与相邻流体导引部145的平面180实质上平行。采用这种设置之后，多个向内延伸的流体路径185得以形成于相邻的流体导引部145之间。流体路径185的朝向设置成使得预混燃料和气体可以绕圆柱形预燃烧腔64的中线或中轴A (如图5)的高旋流度地注入燃烧腔64内。也可以使用很多不同的设置将燃料和气体导入与燃烧室64内。如此，本发明不应局限于上述举例。流体导引部145在内腔137与外腔139之间径向设置。因此，与外腔139连通的导引管169位于流体路径185的外端或入口 186，而与内腔137连通的孔177位于流体路径185的内端或出口 187 (如图6A)。如图6B，燃烧室环缘153利用锁固件(图未示)在对位的开口 154a、154b位置安装至流体导引部145上。燃烧室环缘153部分地封闭流体路径185以利于气体和燃料从入口 186流至出口 187。燃烧室环缘153也可以被固定至燃烧室52以利于旋流式喷嘴60固定至燃烧室52。通过从入口 186将燃料注入流体路径185，在从出口 187离开流体路径185之前，燃料和气体有足够的时间进行充分混合。这种F/A的均匀混合降低了可能导致产生大量NOx的富燃(fuel-rich)燃烧的可能性。在其他实施例中，燃料也可以在多个其他位置注入，以确保离开流体路径185的F/A混合物均匀混合。收容点火装置195的孔190位于燃烧腔64的中线A与由流体路径出口 187定义的内侦彳“直径”之间。点火装置195可点火离开流体路径的预混F/A且可点火离开孔177的先导燃料，但其不受到或较少受到内循环区86的高温的影响(见下面结合图5的讨论)。如图5，预混F/A 沿旋流式流体路径或在旋流式喷嘴60的作用的影响下被注入预燃烧腔64，如箭头80所示。可以提供其他的结构使F/A混合形成旋流并将此F/A混合物引入预燃烧腔64。旋流式F/A混合物被向下游传送、流经预燃烧腔64、离开预燃烧腔64并进入燃烧腔66。这种轴向运动与绕燃烧腔66的中轴线A的旋流运动结合，从而产生涡流(vortex),如箭头82所示。涡流82使位于中线A的涡流中心与预燃烧腔64的内周界之间产生压力差。涡流82的中线的压力低于涡流82的外侧缘的压力，这与飓风中心的压力较小的情形类似。燃烧腔66的流道横截面积大于预燃烧腔64的横截面(即，燃烧腔66的内径大于预燃烧腔64的内径)。当轴向前进的涡流82进入燃烧腔66，流道面积的增加造成涡流82的径向扩展并降低其轴向和旋转或旋流运动，如箭头84所示。扩展的涡流84在涡流84的外侧缘与其中心之间具有降低的压力差。因此，预燃烧腔64的中心线A上位于涡流82的压力小于燃烧腔66的中心线上位于涡流84的压力。这样就形成了一个内循环流，如箭头86所不。该内循环流86将一部分气体从燃烧腔66向上游方向拉回至预燃烧腔64,即，从右向左。这种过程被称为“涡流破裂”结构，其可稳定燃烧腔66内的火焰。从预燃烧腔64向燃烧腔66传送的F/A混合物化学反应形成燃烧火焰。燃烧产物比注入预燃烧腔64内的反应物(即，流体80内的预混F/A)热。内循环流86因此由热的燃烧产物构成。内循环流86在方向上与未燃烧F/A混合物涡流82相对，这样在两者之间形成内剪切层(inner shear layer)。热的气体产物和燃烧基团(radical),如0Η_、0_和CH+等不稳定带电微粒，与未燃烧F/A涡流82进行交换。循环流体86的作用是作为涡流82的连续点火源。化学基团也增强了未燃烧混合物涡流82的活性。相比涡流82中没有来自循环流体86中的基团而言，这种活性使涡流82中的F/A混合物的燃烧能够在更低的F/A比值情况下才熄灭。图8和9示出了冷却组件200。气体，包括回热气体，可经由冷却组件200而被注入预燃烧腔64。冷却组件200的设置是为了降低任何可能由位于中线A的热循环流86导致的旋流式喷嘴60内表面160上的温差。冷却组件200设置于在中线A位置贯穿旋流式喷嘴60的通道202内。总体上，通道202和冷却组件200定义了一条中轴，与预燃烧腔64的中轴A共线。通道202具有斜面，使得位于内侧160的通道开口 203大于位于外侧155的通道开口 204 (如图8_9)。外通道开口 204可与气体入口 205耦合以使通道202与冷却气体源流体连通。在所示的实施例中，气体入口 205接收来自回热器50的气体。具体而言，气体入口 205耦合至周缘150内的开口 151，该开口 151与回热器50流体连通(如图8)。然而，任何比循环流86温度低的气体源都可以适用于本发明。如图8-11所示，冷却组件200包括分配环206和穿孔罩210。分配环206位于通道202内并位于气体入口 205的下游。分配环206包括多个孔隙207，用于从气体入口 205接收气体。在一些实施例中，孔隙207朝外偏斜一定的角度以将气体均匀的导引至穿孔罩210 上。穿孔罩210在分配环206的下游覆盖通道202的内开口 203 (如图8_9)。穿孔罩210包括多个允许气体流穿过穿孔罩210的孔隙214。在所示的实施例中，孔隙214呈喷嘴形状。在一些实施例中，穿孔罩210与旋流式喷嘴60的内侧160近似平齐。穿孔罩210包括套管216，用于将穿孔罩210螺纹连接至分配环206。旋流式喷嘴本体135的临近通道202的一部分被夹持在穿孔罩210与分配环206之间以将冷却组件200固定至旋流式喷嘴60。这种配置允许穿孔罩210相对于旋流式喷嘴60的膨胀或收缩。在其它实施例中(图未示)，分配环206通过卡扣配合、螺栓连接、黏结或其它方式耦合至穿孔罩210。在其它实施例中(图未示)，穿孔罩210及/或分配环206通过螺纹连接或卡扣连接方式耦合至旋流式喷嘴60的通道202内，也可以螺栓连接至旋流式喷嘴60，及可以黏结至旋流式喷嘴60。在另外的实施例中，冷却组件200的全部或一部分与旋流式喷嘴60是一体成型的。冷却气体入口 205内的气体流经分配环206的孔隙207而进入通道202。热量从旋流式喷嘴60传导至冷却组件202但仍然位于通道202内，然后热量以对流的方式传递至流过通道202的气体。流过通道202的气体流经穿孔罩210的孔隙214而进入预燃烧腔，产生冷却气流，如箭头212所示。当冷却气流212离开通道202并流入预燃烧腔64后，移除旋流式喷嘴上的传递至冷却组件200的热量。采用这种安排可有利于降低旋流式喷嘴60临近冷却组件200位置的温度以及冷却组件200自身的温度。如图9，冷却气流212与循环流86相对流动并相遇，以在旋流式喷嘴内侧160与循环流86之间形成滞止面(stagnation plane) 218 (也请参考图5)。冷却气流212及滞止面218形成气体层，将旋流式喷嘴内侧160与热循环流86分开。这种气体层提供了热障，阻碍从循环流86至旋流式喷嘴 60的热传递。任何从循环流86至旋流式喷嘴60的热传递都只能利用传导而无法利用对流通过这个气体层。冷却组件200的材料可与旋流式喷嘴60的材料不同。例如，冷却组件200可由一种或多种材料形成，这些材料的换热阻及/或热膨胀系数与旋流式喷嘴60的材料不同。在其他实施例中，冷却组件200的所有或一部分的材料与旋流式喷嘴60的材料相同。冷却组件200抑制由于热的循环区86的冲击而在旋流式喷嘴内侧160的中线A位置形成热区。这样在使用中可提供径向上更加均匀的旋流式喷嘴温度分布。径向上的温度均匀性可以降低旋流式喷嘴60上的非均匀热应力(例如，中线A位置的热膨胀相对于靠近周缘150的热膨胀被增加)，从而延长了旋流式喷嘴60的寿命。另外，冷却组件200的材料的热膨胀阻力可大于旋流式喷嘴60的其余部分的热膨胀阻力，而不管冷却气流212的操作。而且，冷却组件200可与旋流式喷嘴60分开形成，使得冷却组件200上的一些或所有热应力不会机械传递至旋流式喷嘴60的其余部分。例如，冷却组件200可被允许与旋流式喷嘴60其余部分分开地单独经受热膨胀及收缩。除了单筒燃烧室(single can combustor),环管式燃烧室结构常被使用。在环管式燃烧室结构中，多个单燃烧筒设在环形燃烧室火焰筒的上游。转移设备用于将燃烧气体从各个筒传送至燃烧室的环形部。燃烧室的环形部然后将热的气体传送至涡轮，典型地，是利用涡轮喷嘴或涡轮导向叶片(turbine vane)传送至涡轮。在此公开的本发明可应用于环管式燃烧室的上游部分，其中在此上游部分，流体和气体被注入且流体稳定。因此，作为诸多方面之一，本发明提供了一种抑制旋流式喷嘴表面的热应力在圆周方向不均匀的方法和装 置。本发明的各种特征和优点体现在下述的权利要求中。
权利要求
1.一种旋流式喷嘴，与燃烧燃料和气体混合物的燃烧室一起使用，所述旋流式喷嘴包括: 本体，具有外侧和内侧； 多个流体导引部，位于所述旋流式喷嘴本体的内侧上，相邻的流体导引部之间形成流体路径以弓I导气体绕所述本体的中轴线进行旋流运动； 第一环形腔，形成在所述本体内，所述第一环形腔与位于所述流体路径的第一端的导引管流体相通； 第二环形腔，形成在所述本体内，所述第二环形腔与位于所述流体路径的第二端的孔隙流体相通； 通道，位于所述本体的中轴线上，从所述外侧向所述内侧延伸；以及 冷却组件，收容在所述通道内，所述冷却组件与所述本体的内侧近似平齐，其中所述冷却组件构造成用以从所述旋流式喷嘴外部抽入冷却气体以及将气体导入燃烧腔，其中流过所述冷却组件的所述冷却气体独立于流过所述旋流式喷嘴的所述气体。
2.如权利要求I所述的旋流式喷嘴，其中所述冷却组件包括覆盖所述通道的穿孔罩以及位于所述通道内并在气体入口下游的分配环，所述分配环包括用于从所述气体入口接收气体的多个孔隙。
3.如权利要求2所述的旋流式喷嘴，其中所述孔隙朝外偏斜一定的角度以将气体均匀的导引至所述穿孔罩。
4.如权利要求2所述的旋流式喷嘴，还包括用于耦合所述穿孔罩至所述分配环的套管，其中所述本体邻近所述通道的一部分被夹持在所述穿孔罩和所述分配环之间，使得所述穿孔罩被允许相对于所述本体膨胀和收缩。
5.如权利要求2所述的旋流式喷嘴，其中所述穿孔罩在所述分配环的下游覆盖所述通道的内开口，使得所述穿孔罩被允许相对于所述本体膨胀和收缩。
6.如权利要求I所述的旋流式喷嘴，其中所述冷却组件包括 安装件，固定安装至所述旋流式喷嘴的通道处；以及 穿孔罩，耦合至所述安装件，所述穿孔罩在所述本体的内侧覆盖所述通道。
7.如权利要求6所述的旋流式喷嘴，其中所述穿孔罩包括用于耦合至分配环的套管，所述分配环位于所述通道内并在气体入口下游，所述分配环包括用于从所述气体入口接收气体的多个孔隙。
8.如权利要求6所述的旋流式喷嘴，其中所述穿孔罩包括多个喷嘴形状的孔隙。
9.如权利要求I所述的旋流式喷嘴，其中所述冷却组件由第一材料形成，所述本体由不同于所述第一材料的第二材料形成。
10.如权利要求9所述的旋流式喷嘴，其中所述第一材料具有第一热膨胀系数，所述第二材料具有不同于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数。
11.如权利要求I所述的旋流式喷嘴，其中所述通道具有向所述本体内侧扩展的斜面。
12.—种燃烧气体涡轮引擎内的燃料和气体的方法，包括 在邻近燃烧室的前端部的旋流式喷嘴表面的位置预混燃料和气体以形成相对均匀的混合物； 将所述燃料/气体混合物以绕所述预燃烧腔的中轴线的旋流运动的方式注入所述燃烧室的预燃烧腔缸体，从而产生具有旋流和轴向流运动的涡流，所述涡流具有位于所述中轴线上的低压区； 将所述涡流沿轴向向下游的方向传送至燃烧腔缸体，所述燃烧腔缸体的流道面积大于所述预燃烧腔的流道面积； 扩展所述涡流使之进入所述燃烧腔，其中所述燃料和气体发生化学反应以形成热的燃烧产物； 作为所述扩展的结果，在所述中轴线上形成循环流，其中所述热的产物被向上游拉回至所述预燃烧腔； 向下游方向传送气体使所述气体通过所述旋流式喷嘴的中轴线并进入所述预燃烧腔，所述被传送的气体的温度低于所述循环流的温度；以及 作为传送所述气体的结果，在所述旋流式喷嘴表面和所述循环流之间形成滞止面。
13.如权利要求12所述的方法，其中传送所述气体进一步包括传送气体使所述气体通过多个喷嘴而进入所述预燃烧腔。
14.如权利要求12所述的方法，其中传送所述气体包括从气体入口接收气体，传送所述气体使之流过具有多个孔隙的分配环，以及传送所述气体使之流过位于所述中轴线上的穿孔罩。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述孔隙朝外偏斜一定的角度以将气体均匀地导引至所述穿孔罩。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述穿孔罩相对于所述旋流式喷嘴膨胀或收缩。
全文摘要
本发明是气冷旋流式喷嘴头。公开了一种用于气体涡轮引擎的燃烧室，其在气体涡轮操作中，燃烧效率高且氮氧化物排放量低。该燃烧室呈筒状构造，其燃烧预混有气体的燃料并传送热气体至涡轮。燃料通过旋流式喷嘴而与气体预混并以绕中轴线的高旋流度的旋流运动运送至燃烧室。此旋流式的反应混合物通过扩展的流体路径向下游传送。该混合物反应并沿中轴线形成向上游的中部循环流。冷却组件位于旋流式喷嘴上的与该中轴线共线的位置，其中沿着该中轴线温度较低的气体被传送至预燃烧腔内的循环流与旋流式喷嘴表面之间。
文档编号F23R3/38GK103256632SQ20131011946
公开日2013年8月21日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年2月20日
发明者黄益民, 肖恩·沙利文, 布莱恩·菲思达, 亚历山大·哈普勒·柯兰 申请人:富来科斯能能源系统公司