[发明专利]用于具有切向定向的燃烧器筒的环筒燃烧器布置结构的径向中框架挡板

说明书

关于联邦赞助开发的声明

本发明的开发部分得到由美国能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42644的支持。因此，美国政府可以拥有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明涉及减轻压缩空气流在具有环筒（can annular）燃烧器布置结构的燃气涡轮发动机的中框架（midframe）中的周向移动，所述环筒燃烧器布置结构具有切向定向的燃烧器筒（combustor can）。

背景技术

利用环筒燃烧器的常规燃气涡轮发动机包括产生热燃烧气体的燃烧器筒、接收热气并将它们输送到第一排导叶的过渡管道，其中，所述导叶使热气转向并加速，所以它们将以适当的定向和速度输送到第一排涡轮叶片上。在这些常规的布置结构中，燃烧器筒和过渡件径向向内成一定角度倾斜，但在其他方面与发动机轴线对准。空气通过轴向压缩机压缩并在扩散器中减慢，随后它从所述扩散器轴向流动到由中框架限定的充气室中。发动机的中框架是发动机的部段，压缩空气通过所述部段从压缩机出口流动到燃烧器入口。一旦进入中框架中，压缩空气就径向向外流动并朝向燃烧器筒入口向上游回流。由于扩散器出口和燃烧器筒与发动机轴线是同心的，因此压缩空气流是基本上径向的并且与发动机轴线轴向对准。

燃气涡轮发动机技术中的进展已产生了一种用于燃烧器布置结构的配置，其中，燃烧器筒不与发动机轴线轴向对准。授予Charron等人的美国专利号8,276,389中描述了这样的配置，并且所述配置被整体地结合于本文中。替代的是，在这种配置中，热气在燃烧器筒中产生并沿相应的流动路径行进，并且被直接输送到第一排涡轮叶片上，而无需第一排导叶来使所述热气转向和加速。这是可能的，因为热气沿已被适当地定向用于直接输送到第一排涡轮叶片上的路径离开燃烧器筒。此外，在燃烧器筒和第一排涡轮叶片之间，每个气体管道将其相应的热气流加速至适当的速度。因此，燃烧器布置结构就不需要第一排涡轮叶片。

为了确保热气在离开燃烧器筒时适当地对准，燃烧器筒必须与期望的流动路径对准。该期望的流动路径的轴线与垂直于发动机轴线的径向线并与发动机轴线偏置的平面对准。这种布置结构显著背离任何先前的布置结构，并且因此在本领域中存在优化的空间。

附图说明

考虑附图，在下面的描述中解释本发明，附图示出了：

图1是具有设置在燃气涡轮发动机中框架中的切向定向的燃烧器的环筒燃烧器布置结构的示意图；

图2是示出了流动到如图1的环筒燃烧器布置结构的环筒燃烧器布置结构的单燃烧器筒入口中的压缩空气的模型；

图3是结合如图1的环形燃烧器布置结构的环形燃烧器布置结构使用的本文公开的径向定向的挡板的示意图；

图4是示出了用于管道的孔和用于压力均衡的孔的挡板的一部分的示意性透视图；

图5是示出了设置在中框架的充气室中的支架的局部剖视图，所述支架各自具有气流引导件。

具体实施方式

本发明人已认识到，使用切向定向的燃烧器筒的环筒燃烧器布置结构的中框架内的气流与当使用轴向对准的常规燃烧器筒时不同。本发明人还已认识到，该不同的气流可产生非最佳的气流特性。因此，通过实施径向定向的挡板来减小中框架内的周向气流，本发明人已设计出一种巧妙但是简单且廉价的解决方案。所述径向挡板可以包括穿孔，其足以允许减轻挡板的任一侧上的压力变化，同时还减轻压缩空气的周向流动。挡板限定了中框架内的扇区（sector），并且将压缩空气从扩散器的相应的弧形段引导到相应的燃烧器筒入口或通向燃烧器筒入口的流体路径。以这种方式，维持了从扩散器出口至燃烧器入口的最短流动路径。这允许减小的压降，使得能够实现压缩空气到燃烧器中的流的更好的均匀性以及降低的随时间推移的不稳定性。