[发明专利]用于涡轮机的冲击冷却设备

说明书

本发明公开了一种集成燃烧器喷嘴(100)，该集成燃烧器喷嘴包括在内衬套部段(106)和外衬套部段(108)之间径向延伸的燃烧衬套(110)，该燃烧衬套(110)包括前端部分(112)、后端部分、第一侧壁(116)和第二侧壁(118)。燃烧衬套(110)的后端部分(114)限定涡轮喷嘴(120)。燃烧衬套(110)限定涡轮喷嘴(120)前方的腔体(126)。腔体(126)在第一侧壁(116)和第二侧壁(118)之间延伸。冲击冷却设备定位在腔体(126)内。冲击冷却设备包括凸缘(310，311)。冲击冷却设备还包括多个冲击构件(302)，该多个冲击构件被配置为引导冷却剂冲击在第一侧壁(116)和第二侧壁(118)上。每个冲击构件(302)从限定在凸缘(310，311)内的相应入口(313)延伸到相应闭合端(312)。在每个冲击构件(302)上限定多个冲击孔(304)。

技术领域

本公开整体涉及用于气体涡轮引擎的集成燃烧喷嘴。更具体地，本公开涉及用于集成燃烧喷嘴的各种冷却部件。

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明是在美国能源部授予的合同号DE-FE0023965下通过政府支持完成的。政府对本发明享有一定的权利。

背景技术

涡轮机用于各种工业和应用中以用于能量传递目的。例如，气体涡轮引擎通常包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。压缩机区段逐渐增加进入气体涡轮引擎的工作流体的压力，并且将该压缩的工作流体供应到燃烧区段。经压缩的工作流体和燃料(例如，天然气)在燃烧区段内混合并在燃烧室中燃烧以生成高压和高温燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段流入涡轮区段，在该涡轮区段中燃烧气体膨胀以做功。例如，涡轮区段中燃烧气体的膨胀可使连接到例如发电机的转子轴旋转以产生电力。然后燃烧气体经由排气区段离开气体涡轮。

在许多涡轮机燃烧器中，燃烧气体通过至少部分地由燃烧衬套限定的热气体路径朝向气体涡轮的涡轮区段的入口传送，该燃烧衬套从燃料喷嘴向下游延伸并终止于涡轮区段的入口处。因此，涡轮区段内的高燃烧气体温度通常对应于燃烧气体与涡轮之间更大的热能和动能传递，从而增强涡轮机的总体功率输出。然而，高燃烧气体温度可导致燃烧器的各种部件的腐蚀、蠕变和/或低循环疲劳，从而限制其总体耐久性。

因此，有必要冷却燃烧器的部件，这通常通过将冷却介质(诸如来自压缩机区段的压缩工作流体)传送至燃烧衬套的各个部分来实现。然而，利用来自压缩机区段的大部分压缩工作流体可能不利地影响涡轮机的总体操作效率，因为这减少了涡轮区段中使用的工作流体的量。

因此，本领域中期望一种用于冷却涡轮机燃烧器的改进的系统。具体地，一种有效利用来自压缩机的压缩工作流体的系统将是有用的。

发明内容

根据本公开的组件的各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过该技术的实践来学习。

根据一个实施方案，提供了一种集成燃烧器喷嘴。集成燃烧器喷嘴包括燃烧衬套，该燃烧衬套沿着径向方向在内衬套部段和外衬套部段之间延伸，该燃烧衬套包括前端部分、后端部分、第一侧壁和第二侧壁。该燃烧衬套的该后端部分限定涡轮喷嘴。燃烧衬套限定涡轮喷嘴前方的腔体。腔体在第一侧壁和第二侧壁之间延伸。集成燃烧喷嘴还包括定位在腔体内的冲击冷却设备。冲击冷却设备包括凸缘。冲击冷却设备还包括多个冲击构件，该多个冲击构件被配置为引导冷却剂冲击在第一侧壁和第二侧壁上。多个冲击构件中的每个冲击构件从限定在凸缘内的相应入口延伸到相应闭合端。在多个冲击构件中的每个冲击构件上限定多个冲击孔。