[发明专利]燃烧室混合接头

说明书

技术领域

本发明大体上涉及燃气涡轮发动机，更确切地说，涉及一种位于相邻环筒形燃烧室之间，以促使燃烧室下游的相应燃烧流在进入第一级涡轮机之前混合的接头。

背景技术

环形燃烧室通常用于燃气涡轮发动机。一般而言，环形燃烧室可具有多个单独的筒形燃烧室，这些筒形燃烧室在压缩机和涡轮机之间周向隔开。每个筒形燃烧室单独生成燃烧气体，燃烧气体朝下游方向流向第一级涡轮机。

这些单独的燃烧流是否混合很大程度上取决于发生混合时的自由流马赫数(free stream Mach number)，以及燃烧流之间的动量和能量差异。此外，由于接头钝化(bluntness of the joint)，低流速区域中的滞流区域(stagnant flow region)或尾流(wake)会存在于相邻筒形燃烧室之间的接头的下游。因此，不均匀的燃烧室流在离开筒形燃烧室时的马赫数仅约为0.1。在实际操作中筒形燃烧室的出口和第一级喷嘴的前缘之间的轴向距离相对较小，因此，在进入涡轮机之前，燃烧流实际上可能不会发生混合。

随后，燃烧室流的速度可在一级喷嘴中大大增加到约1.0马赫数。这种加速会增加流场中的不均匀性，并由此在其下游造成更多的混合损失。由于当前很不均匀的流场进入一级叶片，因而在来自筒形燃烧室接头中的尾流通过非恒流过程进行混合时，会产生大部分混合损失。

因此，需要一种改进的燃烧室设计，以最小化混合损失。减少此类混合损失可减少整个压力损失，而无需增加燃烧室和涡轮机之间的轴向距离。因此，此改进的燃烧设计会提高整体系统性能和效率。

发明内容

本发明提供一种用于相邻筒形燃烧室的混合接头。所述混合接头可包括第一筒形燃烧室，其具有第一燃烧流和第一燃烧室壁；第二筒形燃烧室，其具有第二燃烧流和第二燃烧室壁；以及流干扰表面，其围绕第一燃烧室壁和第二燃烧室壁设置，以促使第一燃烧流和第二燃烧流混合。

所述流干扰表面包括位于所述第一燃烧室壁上的第一组尖突，以及位于所述第二燃烧室壁上的第二组尖突；所述第一组尖突和所述第二组尖突具有不同的深度。所述第一组尖突和所述第二组尖突包括锯齿形尖突。所述流干扰表面也可包括位于所述第一燃烧室壁上的第一组圆突，以及位于所述第二燃烧室壁上的第二组圆突；所述第一组圆突和所述第二组圆突具有不同的深度。所述第一组圆突和所述第二组圆突包括正弦波形圆突。所述流干扰表面包括位于所述第一燃烧室壁和/或所述第二燃烧室壁上的多个喷口。所述混合接头进一步包括从所述多个喷口喷射出的流体；和位于所述第一燃烧室壁和所述第二燃烧室壁下游的低速区域，且所述第一燃烧流和所述第二燃烧流大体上在所述低速区域中混合。

本发明进一步提供一种限制燃气涡轮发动机中压力损失的方法。该方法可包括将具有流干扰表面的混合接头设置在多个筒形燃烧室上，在筒形燃烧室中生成多个燃烧流，在筒形燃烧室下游的低速区域中大体上混合燃烧流，以及将混合流输送至涡轮机。

本发明进一步提供一种燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机可包括多个筒形燃烧室、位于每对筒形燃烧室之间的混合接头以及位于筒形燃烧室下游的涡轮机。混合接头可包括位于其上的流干扰表面。

所述流干扰表面包括位于第一燃烧室壁上的第一组尖突，以及位于第二燃烧室壁上的第二组尖突；所述第一组尖突和所述第二组尖突具有不同的深度；所述第一组尖突和所述第二组尖突包括锯齿形尖突。所述流干扰表面也可包括位于第一燃烧室壁上的第一组圆突，以及位于第二燃烧室壁上的第二组圆突；所述第一组圆突和第二组圆突具有不同深度；所述第一组圆突和所述第二组圆突包括正弦波形圆突。所述流干扰表面包括位于第一燃烧室壁和/或第二燃烧室壁上的多个喷口。所述燃气涡轮发动机进一步包括位于所述多个筒形燃烧室下游的一个低速区域，且多个燃烧流在进入所述涡轮机之前大体上在所述低速区域中混合。

通过参照附图和随附的权利要求书来阅读以下详细说明，所属领域的一般技术人员轻易就可了解本发明的这些和其他特征以及改进。

附图说明

图1为可用于本发明的已知的燃气涡轮发动机的示意图。

图2为可用于图1所示的燃气涡轮发动机的筒形燃烧室的侧视截面图。

图3为多个相邻筒形燃烧室的示意图。

图4为多个相邻筒形燃烧室以及位于筒形燃烧室下游的第一两排涡轮机翼片和尾流的示意图。

图5为多个相邻筒形燃烧室以及第一两排涡轮机翼片的示意图，其显示本发明中所述的筒形燃烧室混合接头的使用。