專利名稱：冷卻和稀釋調(diào)節(jié)燃燒器襯里與過渡件交界面的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)的內(nèi)部冷卻，且更具體地，涉及用 于在燃燒器襯里和過渡件之間的過渡或交界區(qū)域提供更好和更均勻 的冷卻的裝置和方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的燃氣渦輪機燃燒器使用擴散(即非預混合)燃燒，其中燃
料和空氣分別進入燃燒室。混合和燃燒過程產(chǎn)生超過3900°F的火焰溫 度。由于常規(guī)的燃燒器和/或過渡件通常僅能夠承受約1500°F的最高 溫度約一萬小時(IO，OOO hrs)，因此必須采取保護燃燒器和/或過渡 件的步驟。這典型地通過薄膜冷卻達成，薄膜冷卻包括將相對冷的壓 縮機空氣引入由環(huán)繞過渡件的沖擊冷卻套管和環(huán)繞燃燒器襯里的流 套管形成的氣室。該冷卻空氣最后反向流入燃燒器，在此處其與燃料 混合用于燃燒和稀釋調(diào)節(jié)(dilution tuning)。
已經(jīng)采用了各種技術(shù)來冷卻燃燒器村里的后端(靠近過渡件的一 端)且壓縮密封件(或"呼啦"密封件)典型地用在過渡件和燃燒器 村里的交界面。例如，見美國專利第6,098,397號，其公開了在村里 的外表面上提供一列凹陷以增強熱傳遞。在美國專利第7,010,921號 中公開了另 一種技術(shù)，其中燃燒器襯里的后端設有圍繞其周圍的多個 軸向延伸的肋或湍流器，覆蓋有套管或覆蓋板，從而形成一系列冷卻 通道。冷卻空氣通過位于通道前端的空氣入口槽或開口引入通道，并 離開進入疊縮在襯里后端上的過渡件。
只有在渦輪機可投入運行后才能進行的對燃燒器(包括冷卻結(jié) 構(gòu))的調(diào)節(jié)典型地包括拆散渦輪機并拆除過渡件，從而在其中鉆出或焊接稀釋孔。這是一個耗時并因而昂貴的過程。
因而， 一直需要一種冷卻裝置，其對燃燒器襯里的后端/過渡件交 界面提供有效、均勻的冷卻，并且也簡化燃燒器調(diào)節(jié)過程。

發(fā)明內(nèi)容
在一個示范性但非限制性的方面，本發(fā)明涉及燃燒器襯里，該燃 燒器襯里包括前端和后端，該后端具有縮小的直徑部分和重疊在該縮
小的直徑部分上的冷卻和稀釋套管，從而在它們之間建立冷卻氣室；
在冷卻套管中形成多個冷卻空氣進口孔，并在靠近襯里的后邊緣處形 成多個冷卻空氣出口孔，使得在使用中，冷卻空氣流經(jīng)冷卻空氣進口 孔并穿過該氣室，離開冷卻空氣出口孔，從而冷卻燃燒器襯里的后端， 并實現(xiàn)稀釋調(diào)節(jié)。
在另一個示范性但非限制性的方面，本發(fā)明涉及燃燒器襯里，該 燃燒器襯里包括襯里前端和襯里后端，該襯里后端具有縮小的直徑部 分和重疊在該縮小的直徑部分上的冷卻套管，從而在它們之間建立冷
卻氣室；在冷卻套管中形成多個冷卻空氣進口孔，并在靠近襯里的后 邊緣處形成多個冷卻空氣出口孔，使得在使用中，冷卻空氣流經(jīng)冷卻 空氣進口孔并穿過該氣室，離開冷卻空氣出口孔，>^人而冷卻襯里后端； 其中壓縮密封件緊固在冷卻套管的外表面上，直接位于氣室的徑向外 部；并且其中襯里后端包括通向縮小的直徑部分的向內(nèi)的錐形的部 分，以及通向環(huán)形環(huán)管的向外的錐形的部分，冷卻套管具有與襯里在 向內(nèi)的錐形的部分上游的位置處接合的前套管端，以及固定到環(huán)管上 的后套管端。
在又一個示范性但非限制性的方面，本發(fā)明涉及冷卻燃燒器襯里
的后端及相關(guān)聯(lián)的環(huán)狀密封件的方法，包括
形成襯里的后端部分，該后端部分具有縮小的直徑部分；
在該縮小的直徑部分的周圍以對其徑向地隔開的關(guān)系定位冷卻
套管，從而形成環(huán)狀氣室；在冷卻套管的上游端中形成冷卻空氣進口孔，并靠近襯里的后邊 緣在襯里中形成冷卻空氣出口孔，使得在使用沖，冷卻空氣流經(jīng)冷卻 空氣進口孔進入氣室，并穿過冷卻空氣出口孔。
現(xiàn)在將聯(lián)系以下指出的附圖詳細描述本發(fā)明。


圖1是圖示已知的燃氣渦輪機過渡件構(gòu)造的部分截面圖，帶有示
意性顯示的相關(guān)聯(lián)的燃燒器襯里；
圖2是根據(jù)已知冷卻構(gòu)造的燃燒器襯里的后端的分解部分透視
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第 一示范性但非限制性實施例的穿過燃燒器 襯里的后端的部分截面圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二示范性但非限制性實施例的穿過燃燒器 襯里的后端的部分截面圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三示范性但非限制性實施例的穿過燃燒器 襯里的后端的部分截面圖。
部件列表
10過渡件
12燃燒器襯里
14渦輪機第一級
16軸向擴散器
18壓縮機排放箱
20孑L
22沖擊套管
24環(huán)狀空間
26密封壓縮件
28覆蓋板30過渡區(qū)域
32肋
34氣流通道
36進口槽或開口
38開口
40襯里
42向內(nèi)的錐形部分
44縮小的直徑部分
46向外的錐形部分
47環(huán)管
48后邊緣
50冷卻套管
51環(huán)管
52前邊緣
54后邊緣
56彈簧密封件
58進口孑L
59孑匕
60冷卻氣室
62出口孑L
63焊接位置
64后端件
66氣室
68向內(nèi)的錐形部分
70縮小的直徑部分
72向外的錐形后端部分
74出口孑L
76冷卻套管78向內(nèi)的錐形部分
80縮小的直徑部分
82覆蓋板
84通道
86空氣進口孔
88后端件
90襯里
92向內(nèi)的錐形部分
94縮小的直徑部分
96向外的錐形部分
98環(huán)管
100后邊緣
102冷卻套管
104錐形部分
106前邊緣部分
108前邊緣
110氣室
112進口孑L
114出口孑L
116彈簧或呼啦密封件
具體實施例方式
參考圖1，典型的燃氣渦輪機包括過渡件10，來自如由示意性圖 示的燃燒器襯里12代表的上游燃燒器的熱的燃燒氣體通過該過渡件 IO傳向以14代表的渦輪機的第一級。來自燃氣渦輪機壓縮機的流離 開軸向擴散器16并進入壓縮機排放箱18。在一些過渡件設計中，大 約50%的壓縮機排放空氣通過沿過渡件沖擊套管22并圍繞該沖擊套 管22而形成的孔20，以流進環(huán)狀區(qū)域或環(huán)狀空間24 (或者，第二流環(huán)狀空間)，該環(huán)狀空間位于過渡件10和徑向的外過渡件沖擊套管
22之間。壓縮機排放流的剩余的大約50%進入上游燃燒襯里流套管 (未示出)中的孔，并進入流套管和襯里12之間的環(huán)狀空間，此處 其在回流進燃燒室中之前與環(huán)狀空間24中的空氣混合。
例如，在美國專利第7,010,921號中公開了用于將過渡件和沖擊 套管與燃燒器襯里進行聯(lián)接的一種已知的布置，并在本文無需進一步 詳細描述。
在圖2中，用于襯里12的后端的一種流冷卻構(gòu)造示出為包括相 關(guān)聯(lián)的壓縮型密封件26，其通常稱作"呼啦密封件"，安裝在覆蓋板 28上，靠近村里的錐形的過渡區(qū)域30。將會理解圖2僅示出了其它 環(huán)狀部件零件的"片段"。因此，圓柱形覆蓋板28安裝在襯里上， 以形成用于該環(huán)狀壓縮密封件26的安裝表面，并形成軸向氣流通道 34的一部分。更具體地，襯里12具有多個軸向升高的部分或肋32, 其在襯里12的后端的一部分之上延伸。覆蓋板28和肋32 —起限定 相應的氣流通道34。這些通道大體上平行于襯里12的后端的一部分 并在該部分之上延伸。通過位于通道的前端處的環(huán)狀空氣進口槽或開 口 36 (或孔36A)將冷卻空氣引入通道34。冷卻空氣流入并通過通 道34并通過^]"里的后端處的開口 38離開。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，本發(fā)明的一個示范性但非限制性實施例顯示了襯 里40的后端形成有徑向向內(nèi)的錐形42，其在襯里的下游端形成縮小 的直徑部分44。徑向向外的錐形部分46將襯里擴張至較大的直徑， 且環(huán)形環(huán)管37終止于后端邊緣48處。管狀圓柱形冷卻套管50從大 約中間的點沿襯里的錐形部分42延伸，到達靠近襯里的終點邊緣48 的后邊緣54。套管50可焊接到襯里的環(huán)管部分47上。將彈簧密封件 (或呼啦密封件)56緊固到冷卻套管50的后邊緣上(例如通過焊接)， 并使得能夠與過渡件(未示出)的內(nèi)表面密封接合。
冷卻空氣進口孔58以圍繞冷卻套管50的環(huán)形陣列設于靠近套管 的前邊緣52的位置處。因此，冷卻空氣流經(jīng)空氣進口孔58,進入襯里的縮小的直徑部分44和冷卻套管50之間的冷卻氣室60。流經(jīng)氣室 的空氣通過形成在襯里的向外的錐形部分46中的冷卻空氣出口孔62 的環(huán)形陣列離開。
注意襯里的包括向內(nèi)的錐形部分42，縮小的直徑部分44,向外 的錐形部分46和環(huán)管47的該部分可以單獨地形成并例如在標示為63 的位置處焊接到襯里上。為了用該布置調(diào)節(jié)燃燒器，只需要根據(jù)需要 在套管50中鉆出附加的冷卻空氣進口孔，而不需要還必須拆除過渡 件。這是一個節(jié)省調(diào)節(jié)的設計。
在該設計的一個變型中，可在套管50上應用相對緊的裝配環(huán)管 51,軸向地位于密封件56后。環(huán)管51在選定的位置處可具有一系列 周向地隔開的孔59,使得該環(huán)管之后可以旋轉(zhuǎn)，從而將其中一些或全 部的孔59置于與孔58部分或完全對準，從而獲得所需的冷卻和調(diào)節(jié) 稀釋特性，而不用必須拆除過渡件并向套管50添加孔。
圖4圖示了本發(fā)明的另一個示范性但非限制性實施例。該實施例 表示圖2中顯示的已知構(gòu)造的一個變型。但是，在這種情況下，將新 的后端件64添加到村里上，且原過渡區(qū)域130現(xiàn)在用作冷卻套管， 形成它們之間的氣室66。后端件64類似于圖3中的后端，且向內(nèi)的 錐形部分68通向縮小的直徑部分70。向外的錐形后端部分72通向終 端環(huán)管和邊緣(未示出，但類似于圖3 )。冷卻出口孔74圍繞錐形的 端部部分72形成環(huán)形陣列。冷卻套管76還包括向內(nèi)的錐形部分78， 該錐形部分78通向縮小的直徑部分80,終止于后端終端邊緣(未示 出)。冷卻套管類似于圖2中所示的套管，^E此處，通過終止前向開 口(圖2中的36)而封閉通道。事實上，覆蓋板82和縮小的直徑部分 80可制造成單一部件，消除通道84。
現(xiàn)在冷卻空氣進入繞錐形部分78形成的冷卻空氣進口孔86，流 經(jīng)氣室66,并通過形成在錐形后端部分72中的冷卻空氣出口孔74離 開。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5,圖示了本發(fā)明的另一個示范性和優(yōu)選的實施例，其代表了圖4中的冷卻布置的簡化形式。具體地，襯里90的后端件 88又形成有向內(nèi)的錐形部分92，縮小的直徑部分94,向外的錐形后 端部分96,以及限定襯里的后端邊緣100的平的終端環(huán)或環(huán)管98。 冷卻套管102焊接在襯里的環(huán)或環(huán)管98上，從終端邊緣100向外延 伸，并包括與前邊緣部分合并的錐形部分104，在錐形部分104處與 后端件88形成滑配接頭，靠近前邊緣108,此處后端件88連接到襯 里90上。該布置形成后端件88和冷卻套管102之間的氣室110。套 管102中的冷卻空氣進口孔112允許冷卻和稀釋空氣進入氣室110， 并通過孔114離開，孔114形成在后端件88的向外的錐形部分96中。 彈簧指狀物或呼啦密封件116焊接到冷卻套管102的后端上。
圖3-5中圖示的上述冷卻和稀釋布置在呼啦密封件下灌入冷空 氣，冷卻密封件以及燃燒器襯里的后端。同時，由于燃燒器襯里的調(diào) 節(jié)和稀釋空氣的優(yōu)化相關(guān)，通過向冷卻套管和/或襯里更改或增加冷卻 空氣進口和/或末端孔可以達成燃燒器襯里的調(diào)節(jié)，而無需拆卸過渡 件。
盡管已經(jīng)結(jié)合當前被認為是最可行和優(yōu)選的實施例描述了本發(fā) 明，但應該懂得，本發(fā)明不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明意圖 覆蓋包括在所附權(quán)利要求精神和范圍之內(nèi)的各種變型和等價布置。
權(quán)利要求
1.一種燃燒器襯里(40)，其包括前端和后端，該后端具有縮小的直徑部分(44)和重疊在該縮小的直徑部分(44)上的冷卻及稀釋套管(50)，從而在它們之間建立冷卻氣室(60)；在所述冷卻套管(50)中形成多個冷卻及稀釋空氣進口孔(58)，并在靠近該襯里的后邊緣處形成多個冷卻及稀釋空氣出口孔(62)，使得在使用中，冷卻空氣流經(jīng)所述冷卻及稀釋空氣進口孔(58)并穿過所述氣室(60)，離開所述冷卻及稀釋空氣出口孔(62)，從而冷卻該燃燒器襯里(40)的后端。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃燒器襯里，其特征在于，壓縮密封件 (56)緊固在所述冷卻及稀釋套管(50)的外表面上，直接位于所述氣室 (60)的徑向外部。
3. 如權(quán)利要求1所述的燃燒器襯里，其特征在于，所述后端包 括通向所述縮小的直徑部分(44)的向內(nèi)的錐形部分(42)，以及通向環(huán)形 環(huán)管(47)的向外的錐形部分(46),且進一步其中所述冷卻及稀釋套管 (50)的前邊緣(52)接合所述向內(nèi)的錐形部分(42)，而所述冷卻及稀釋套 管(50)的后邊*彖(54)緊固到所述環(huán)管(47)上。
4. 如權(quán)利要求1所述的燃燒器襯里，其特征在于，所述后端包 括通向所述縮小的直徑部分(70)的向內(nèi)的錐形部分(68),以及通向環(huán)狀 環(huán)管(47)的向外的錐形部分(72)，且進一 步其中所述冷卻及稀釋套管 (76)具有前套管端和后套管端，該前套管端在所迷向內(nèi)的錐形部分(68) 的上游位置與襯里接合，該后套管端固定在所述環(huán)管(47)上。
5. 如權(quán)利要求3所述的燃燒器襯里，其特征在于，所述冷卻及稀釋空氣進口孔(58)靠近所述冷卻及稀釋套管的所述前邊緣(52)形成 環(huán)形陣列。
6. 如權(quán)利要求5所述的燃燒器村里，其特征在于，所述冷卻及 稀釋空氣出口孔(62)在該襯里的所述向外的錐形部分(46)中形成環(huán)形陣列。
7. 如權(quán)利要求4所述的燃燒器襯里，其特征在于，所述冷卻及 稀釋套管(76)具有靠近其前邊緣的向內(nèi)的錐形部分(78)，并且進一步其 中所述冷卻及稀釋空氣進口孔(86)在所述冷卻及稀釋套管的所述向內(nèi) 的錐形部分(78)中形成環(huán)形陣列，而所述冷卻及稀釋空氣出口孔(74) 形成在所述襯里的所述向外的錐形部分(72)中。
8. 如權(quán)利要求7所述的燃燒器襯里，其特征在于，壓縮密封件 (116)緊固在所述冷卻及稀釋套管(102)的外表面上，直接位于所述氣室 (IIO)的徑向外部。
9. 如權(quán)利要求7所述的燃燒器襯里，其特征在于，所述冷卻套 管(102)的所述前向段形成與該襯里(90)的滑配接合。
10. —種冷卻和稀釋調(diào)節(jié)燃燒器襯里(40)的后端及相關(guān)的環(huán)形密 封件的方法，包括形成襯里(40)的后端部分，該后端部分具有縮小的直徑部分(44);在所述縮小的直徑部分的周圍以對其徑向地隔開的關(guān)系定位冷 卻及稀釋套管(50)，從而產(chǎn)生環(huán)狀氣室(60);在所述冷卻及稀釋套管(50)的上游端中形成冷卻及稀釋空氣進口 孔(58),并在所述襯里中靠近其后邊緣形成冷卻及稀釋空氣出口孔 (62)，使得在使用中，冷卻空氣流經(jīng)所述冷卻及稀釋空氣進口孔(58) 進入所述氣室(60),并通過所述冷卻及稀釋空氣出口孔(62)。
全文摘要
本發(fā)明涉及冷卻和稀釋調(diào)節(jié)燃燒器襯里與過渡件交界面的方法和裝置，具體而言，涉及一種包括前端和后端的燃燒器襯里(40)，該后端具有縮小的直徑部分(44)和重疊在該縮小的直徑部分之上的冷卻及稀釋套管(50)，從而在它們之間形成冷卻氣室(60)。在該冷卻及稀釋套管中形成多個冷卻及稀釋空氣進口孔(58)，并靠近該襯里的后邊緣形成多個冷卻及稀釋空氣出口孔(62)，使得在使用中，冷卻及稀釋空氣流經(jīng)冷卻及稀釋空氣進口孔(58)，并通過氣室(60)，離開冷卻及稀釋空氣出口孔(62)，從而冷卻并稀釋調(diào)節(jié)燃燒器襯里的后端，而不用必須拆卸過渡件。
文檔編號F23D14/78GK101581450SQ20091014566
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者C·奈伯格, P·波波維克, W·K·赫斯勒 申請人:通用電氣公司