[发明专利]用于在燃料喷嘴组件中引导空气流的系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮技术领域，尤其涉及一种具有改进的空气流设计的燃料喷嘴组件。

背景技术

燃气涡轮发动机燃烧燃料和空气的混合物以产生热的燃烧气体，热的燃烧气体再驱动一个或多个涡轮。具体地，热的燃烧气体驱动涡轮叶片旋转，由此驱使轴旋转一个或多个负载，例如，发电机。燃气涡轮发动机包括燃料喷嘴以将燃料和空气喷入燃烧室中。在某些燃烧室中，燃料喷嘴在上游入口处接收空气流，其中，空气流从燃料喷嘴外的上游方向转向至燃料喷嘴内的下游方向。不幸的是，在上游入口处的急转向导致流动不均匀性，这能够产生一个低速或者再循环地带。反过来，流动不均匀性能够导致空气流与燃料的不均匀混合和/或火焰稳定(flame-holding)的可能性。

发明内容

下面对在范围上与原始要求保护的发明相当的某些实施例进行了概括。这些实施例并不意欲限定要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅仅用于提供本发明的可能形式的简单概括。实际上，本发明可以包括各种形式，这些形式可以与下面提出的实施例相似或者不同。

本发明提供一种系统，所述系统包括：涡轮燃料喷嘴，其包括：一个毂；多个桨叶，其从所述毂沿径向向外延伸；一个护罩，其设置在所述毂和所述多个桨叶的周围；一个空气流路径，其在所述毂与所述护罩之间沿下游方向朝向所述涡轮燃料喷嘴的出口区域延伸；一个燃料流路径，其顺着空气流路径延伸至多个燃料端口；以及一个会聚-扩散段，其沿着所述空气流路径设置在所述多个桨叶和所述多个燃料端口的上游。

所述会聚-扩散段包括在扩散环形段的上游的会聚环形段，第一锥形壁段，第二锥形壁段和护罩的第三环形壁段。所述第一环形壁段的直径沿下游方向顺着所述空气流路径增加。所述第二环形壁段的直径沿下游方向顺着所述空气流路径减小，并且所述第二环形壁段在所述第一环形壁段的下游。所述第三环形壁段的直径沿下游方向顺着所述空气流路径增加，且第三环形壁段围绕所述第一环形壁段沿圆周方向延伸。所述第一环形壁段与所述第三环形壁段重叠并沿轴向延伸超过所述第三环形壁段，以在所述第一环形壁段的下游端部与第三环形壁段的下游端部之间限定轴向偏距。所述会聚-扩散段还包括一个设于所述毂与所述护罩之间的可变径向间隙，所述可变径向间隙沿轴向方向顺着所述涡轮燃料喷嘴的轴线增加和减小，并且所述可变径向间隙围绕所述轴线沿圆周方向增加和减小。

本发明所述系统还包括设置在所述护罩周围的流套，其中所述空气流路径在所述流套与所述护罩之间沿上游方向朝向所述护罩与所述毂之间的开口区域延伸，并且所述空气流路径在所述毂与所述护罩之间沿下游方向从所述开口区域朝向所述出口区域延伸。所述开口区域包括所述会聚-扩散段。所述系统包括具有所述涡轮燃料喷嘴的燃气涡轮燃烧室或者燃气涡轮发动机。

本发明还提供另一种系统，所述系统包括：一个燃料喷嘴组件，其包括：一个毂；一个护罩，其设置在所述毂的周围；一个流套，其设置在所述护罩的周围；一个空气流路径，其在所述流套与所述护罩之间沿上游方向朝向所述护罩与所述毂之间的开口区域延伸，其中所述空气流路径在所述毂与所述护罩之间沿下游方向从所述开口区域朝向所述燃料喷嘴组件的出口区域延伸；一个燃料流路径，其顺着所述空气流路径延伸到至少一个燃料端口；以及一个流引导件，其沿着所述空气流路径设置在所述开口区域中，其中所述流引导件包括第一引导部，所述第一引导部被构造成沿径向向外地从所述毂朝向所述护罩引导空气流。

所述第一引导部包括一个直径沿所述下游方向增加的第一环形壁部和第二引导部，所述第二引导部具有直径沿所述下游方向减小的第二环形壁部，所述第一引导部和第二引导部与所述毂联接。所述第一引导部与所述毂联接，所述第二引导部与所述护罩联接，并且所述第一引导部与所述第二引导部重叠并且沿轴向延伸超过所述第二引导部，以在所述第一引导部的下游端部与第二引导部的下游端部之间限定轴向偏距。所述流引导件包括一个设于所述毂与所述护罩之间的可变径向间隙，所述可变径向间隙沿轴向方向顺着所述燃料喷嘴组件的轴线增加和减小，并且所述可变径向间隙围绕所述轴线沿圆周方向增加和减小。