[发明专利]涡轮发动机和其组装的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张题为“过度紧凑燃烧器”的在2014年5月7日提交的美国临时专利申请编号 No.61/989,855的益处，通过参照将其全部内容合并入本文。

技术领域

本公开大体涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及利用旋流燃烧的改善的涡轮发动 机构件结构，例如在过度紧凑燃烧器中发现的那些。

背景技术

例如燃气涡轮的旋转机械通常用来利用发电机产生功率。燃气涡轮例如具有气 路，其典型地连续流关系地包括空气进口、压缩机、燃烧器、涡轮以及排气管。压缩机和涡轮 区段包括在壳体内联接的至少一组周向分开的旋转动叶或叶片。至少一些已知的涡轮发动 机在热电联合装置和动力设备中使用。在这样的应用中使用的发动机可每个单位质量流量 需要具有高的具体的功和功率。

在至少一些已知的燃气涡轮中，第一组导向静叶在压缩机的出口和燃烧器的入口 之间联接。第一组导向静叶便于减少从压缩机排放的空气流的旋流（即，移除整涡旋流），使 得空气流被朝向燃烧器在大体轴向方向上引导。第二组导向静叶联接在燃烧器的出口和涡 轮的入口之间。第二组导向静叶便于增加从燃烧器排放的燃烧气体流的旋流（即，再次引入 整涡旋流），使得涡轮的入口的流通角需要被满足。但是，利用第一和第二组导向静叶再次 引导空气和燃烧气体流增加了燃气涡轮的操作无效率性。而且，包括额外的构件在内的例 如第一和第二组导向静叶通常增加了燃气涡轮的重量、成本以及复杂性。

发明内容

在一方面中，提供了一种涡轮发动机。涡轮发动机包括：压缩机，其构造为以第一 流通角排放空气流；和燃烧器，其联接到压缩机下游。燃烧器构造为燃烧空气流与燃料，来 形成以第二流通角从燃烧器排放的燃烧气体流。涡轮发动机还包括在燃烧器下游联接的涡 轮。涡轮包括入口，其构造为接收具有在预定范围内的流通角的燃烧气体流，其中，燃烧器 朝向为使得第二流通角在预定范围内。

在另一方面中，提供了一种组装涡轮发动机的方法。该方法包括将燃烧器联接到 压缩机下游，该压缩机构造为以第一流通角排放空气流。燃烧器构造为燃烧空气流与燃料， 来形成构造为以第二流通角从燃烧器排放的燃烧气体流。该方法还包括将涡轮联接到燃烧 器下游，涡轮包括入口，其构造为接收具有在预定范围内的流通角的来自燃烧器的燃烧气 体流，并且使燃烧器朝向为使得第二流通角在预定范围内。

本发明的第一技术方案提供了一种涡轮发动机，包括：压缩机，其构造为以第一流 通角排放空气流；燃烧器，其联接到压缩机下游，燃烧器构造为燃烧空气流与燃料，来形成 以第二流通角从燃烧器排放的燃烧气体流；以及涡轮，其联接到燃烧器下游，涡轮包括入 口，其构造为接纳具有在预定范围内的流通角的燃烧气体流，其中，燃烧器朝向为，使得第 二流通角在预定范围内。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，还包括可变导向静叶，其定位在压 缩机和燃烧器之间，其中，可变导向静叶的朝向选择为，使得第二流通角在预定范围内。

本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，可变导向静叶选择地被促动，来修 改朝向燃烧器引导的空气流的第一流通角。

本发明的第四技术方案是在第二技术方案中，可变导向静叶定位在压缩机的最后 级转子和燃烧器之间。

本发明的第五技术方案是在第二技术方案中，燃烧器包括整涡旋流燃烧器。

本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，还包括流路，其在压缩机和涡轮之 间以大体轴向方向延伸，流路包括沿着大体轴向方向的可变剖面区域，可变剖面区域被选 择为，使得第二流通角在预定范围内。

本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，流路包括：第一区段，其在压缩机和 燃烧器之间延伸，其中，第一区段的剖面区域从压缩机到燃烧器逐渐尺寸增加；以及第二区 段，其在燃烧器和涡轮之间延伸，其中，第二区段的剖面区域从燃烧器到涡轮尺寸逐渐减 少。

本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，燃烧器构造为以比从压缩机排放的 空气流的速度更大的速度排放燃烧气体流。

本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，燃烧器朝向为，使得第二流通角在 预定范围内，燃烧器的朝向作为在进入燃烧器的空气流和从燃烧器排放的燃烧气体流之间 的速度梯度的函数选择。

本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，涡轮发动机不包括定位在燃烧器和 涡轮之间的喷嘴。