專利名稱：在過渡管道界面處的燃燒器襯套冷卻和相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)的內(nèi)部冷卻，并且更特別地涉及一種用于在燃燒器襯套與過渡管道之間的界面或過渡區(qū)域中提供更有效和均勻的冷卻的組件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器采用擴(kuò)散式(即，非預(yù)混式)燃燒，其中燃料和空氣分別進(jìn)入燃燒室?；旌虾腿紵倪^程產(chǎn)生超過3900° F的火焰溫度。由于具有襯套的常規(guī)燃燒器和/或過渡件(或過渡管道)一般能夠承受級別僅為約1500° F的最高溫度約一萬小時 (10，OOOh)，所以必須采取步驟來保護(hù)燃燒器和/或過渡件。典型地，通過沖擊冷卻和薄膜冷卻的組合來實(shí)現(xiàn)此目的，該組合包括將比較冷的壓縮機(jī)排氣引導(dǎo)到由包圍燃燒器襯套的外側(cè)的流動套管形成的氣室內(nèi)。在此現(xiàn)有技術(shù)裝置中，來自氣室的空氣經(jīng)過燃燒器襯套中的孔口并沖擊在外襯套表面上然后作為薄膜越過襯套的外側(cè)即冷側(cè)表面。然而，由于先進(jìn)的燃燒器將最大可能量的空氣與燃料混合以便減少NOx，所以可獲得很少的冷卻空氣或不能獲得冷卻空氣，從而使燃燒器襯套和過渡件的薄膜冷卻成問題。 然而，燃燒器襯套需要主動冷卻以將材料溫度保持低于極限。在干式低NOx (DLN)排放系統(tǒng)中，此冷卻只能作為冷側(cè)對流供應(yīng)。這種冷卻必須在熱梯度和壓力損失的要求內(nèi)執(zhí)行。因此，考慮諸如結(jié)合“背側(cè)”冷卻的熱屏障涂層的手段來保護(hù)燃燒器襯套和過渡件免于由于過熱而損壞。背側(cè)冷卻包括在空氣與燃料預(yù)混之前使壓縮機(jī)排氣越過過渡件和燃燒器襯套的外表面。關(guān)于燃燒器襯套，另一種當(dāng)前的做法是對襯套進(jìn)行沖擊冷卻，或在襯套的外表面上設(shè)置紊流器(例如參見美國專利No. 7，010, 921)。紊流器通過在中斷形成剪切層和高紊流的流的流中提供鈍體以增強(qiáng)表面上的傳熱而工作。另一種做法是在襯套的外表面或外側(cè)表面上設(shè)置凹陷陣列(例如參見美國專利No. 6，098，397)。凹進(jìn)的凹陷的作用是提供增強(qiáng)流混合并刮擦表面以改善傳熱的有組織的旋渦。各種公知技術(shù)增強(qiáng)傳熱但對熱梯度和壓力損失具有不同效果。仍需要在燃燒器襯套/過渡件密封界面處更有效和均勻的冷卻，并需要其中冷卻空氣從較高壓力位置被發(fā)送到密封區(qū)域以冷卻密封件和毗鄰構(gòu)件的界面密封件處的泄漏最小。

發(fā)明內(nèi)容
上述缺點(diǎn)(和其它)在如以下寬泛地描述的示例性實(shí)施例中得以克服或消除。因此，在一個示例性但非限制性的實(shí)施例中，提供了一種用于渦輪機(jī)的燃燒器組件，該燃燒器組件包含包括燃燒器襯套的燃燒器；第一流動套管，其包圍燃燒器襯套而在二者之間徑向地形成第一大致軸向延伸的流動環(huán)形空間，該第一流動套管具有形成在其圓周周圍以便將作為冷卻空氣的壓縮機(jī)排氣徑向地引導(dǎo)到第一流動環(huán)形空間內(nèi)的第一多個孔口 ；連接到燃燒器襯套上的過渡件，該過渡件適合將熱燃燒氣體運(yùn)送到渦輪機(jī)；第二流動套管，其包圍過渡件而在二者之間徑向地形成第二大致軸向延伸的流動環(huán)形空間，該第二流動套管具有用于將作為冷卻空氣的壓縮機(jī)排氣徑向地引導(dǎo)到第二流動環(huán)形空間內(nèi)的第二多個孔口，第一大致軸向延伸的流動環(huán)形空間與第二大致軸向延伸的流動環(huán)形空間連接；徑向地設(shè)置在燃燒器襯套的后端部分與過渡件的前端部分之間的彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)， 該彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)構(gòu)造成在過渡件的前端部分與燃燒器襯套的后端部分之間徑向地形成第一環(huán)形空腔；以及至少一個傳遞管，其通過第二流動環(huán)形空間從第二流動套管徑向地延伸到過渡件，并布置成將壓縮機(jī)排放冷卻空氣從第一和第二大致軸向延伸的流動環(huán)形空間外的區(qū)域直接徑向地供應(yīng)到彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)并供應(yīng)到燃燒器襯套的后端。在另一示例性但非限制性的方面，提供了一種用于渦輪機(jī)的燃燒器組件，該燃燒器組件包含包括燃燒器襯套的燃燒器；第一流動套管，其包圍燃燒器襯套而在二者之間徑向地形成第一大致軸向延伸的流動環(huán)形空間，該第一流動套管具有形成在其圓周周圍以便將作為冷卻空氣的壓縮機(jī)排氣徑向引導(dǎo)到第一流動環(huán)形空間內(nèi)的第一多個孔口 ；連接到燃燒器襯套上的過渡件，該過渡件適合將熱燃燒氣體運(yùn)送至渦輪機(jī)；第二流動套管，其包圍過渡件而在二者之間徑向地形成第二大致軸向延伸的流動環(huán)形空間，該第二流動套管具有用于將作為冷卻空氣的壓縮機(jī)排氣徑向引導(dǎo)到第二流動環(huán)形空間內(nèi)的第二多個孔口，第一大致軸向延伸的流動環(huán)形空間與第二大致軸向延伸的流動環(huán)形空間連接；彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)，其徑向設(shè)置在燃燒器襯套的后端部與過渡件的前端部之間；以及用于將壓縮機(jī)排放冷卻空氣從第一和第二流動套管外部的部位直接供應(yīng)到彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)和燃燒器襯套的后端部分的裝置。在再另一示例性但非限制性的實(shí)施例中，提供了一種冷卻燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器襯套和徑向地插在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器襯套與過渡件之間的環(huán)形密封結(jié)構(gòu)的方法，該過渡件適合將燃燒氣體從燃燒器襯套供應(yīng)到燃?xì)廨啓C(jī)的第一級，并且其中燃燒器襯套連接到過渡件上，并且包圍燃燒器襯套的流動套管連接到包圍過渡件的沖擊套管上，從而形成冷卻流動環(huán)形空間，該方法包含將冷卻空氣從流動套管和沖擊套管外部的位置直接供應(yīng)到環(huán)形密封結(jié)構(gòu)和燃燒器襯套的后端部；以及此后將冷卻空氣的至少主要部分引導(dǎo)到冷卻流動環(huán)形空間內(nèi)?，F(xiàn)將結(jié)合下面標(biāo)識的附圖詳細(xì)公開本發(fā)明。


圖1是包括燃燒器襯套/過渡件界面區(qū)域的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器區(qū)段的局部示意圖；圖2是燃燒器襯套以及連接到過渡件和帶有位于過渡件與燃燒器襯套之間的環(huán)形密封件的沖擊套管上的流動套管的局部但更詳細(xì)的透視圖；圖3是常規(guī)燃燒器襯套的后端的局部分解圖，示出了用于燃燒器襯套-過渡件呼啦圈密封件的冷卻裝置；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性但非限制性的實(shí)施例的用于呼啦圈密封件的冷卻裝置的局部剖切的局部透視圖；圖5是圖4中所示的裝置的截面立面圖；圖6是根據(jù)第二示例性但非限制性的實(shí)施例的冷卻裝置的簡化、局部剖視圖；圖7是根據(jù)另一示例性但非限制性的實(shí)施例的第三冷卻裝置的簡化、局部剖視圖7A是沿圖7中的線7A-7A截取的截面圖；圖8是根據(jù)另一示例性但非限制性的實(shí)施例的第四冷卻裝置的簡化、局部剖視圖；圖8A是沿圖8中的線8A-8A截取的局部剖視圖；圖9是根據(jù)另一示例性但非限制性的實(shí)施例的第五冷卻裝置的簡化、局部剖視圖；圖10是根據(jù)另一示例性但非限制性的實(shí)施例的第六冷卻裝置的簡化、局部剖視圖；圖11是根據(jù)另一示例性但非限制性的實(shí)施例的第七冷卻裝置的簡化、局部剖視圖；以及圖12是根據(jù)另一示例性但非限制性的實(shí)施例的第八冷卻裝置的簡化、局部剖視圖。零部件清單10渦輪機(jī)燃燒器12過渡件或過渡管道組件14，52，170，186，218，234，256 過渡件主體或過渡件16沖擊套管(或第二流動套管)18內(nèi)燃燒襯套20外流動套管(或第一流動套管)21燃燒室22畫圓的區(qū)域24機(jī)器外殼26環(huán)形區(qū)域或通道28 孔30環(huán)形通道32安裝凸緣34徑向外活塞密封件36徑向向內(nèi)的環(huán)形凹槽38環(huán)形壓縮式或呼啦圈密封件40，144環(huán)形蓋板42軸向溝槽44軸向定向的凸起區(qū)段或肋片46空氣流入孔口或開口5O，236 后端54，110，132，182，210，238，272 燃燒器襯套56襯套的后端58沖擊套管組件59分散的聯(lián)接構(gòu)件60第一環(huán)形流動通道
62流動套管64第二環(huán)形流動通道66活塞密封件68徑向向內(nèi)的凹槽70環(huán)形凸緣72軸向定向的肋片74，146 后緣76環(huán)形肩部或邊緣78軸向定向的溝槽80環(huán)形蓋板82空氣出口孔84空氣入口孔88周向隔開的彈簧指形件90軸向狹縫92，124，232 前端94環(huán)形氣室96，98徑向外壁和內(nèi)壁部分100，120周向隔開的傳遞管101，129，150，158，202，204，206，224，226，228，248，274 孔口102周向隔開的孔口103徑向?qū)?zhǔn)的孔口104，128，246 空腔105分散的孔口106周向延伸的肋片112，184 流動套管114過渡管道116，188 沖擊套管118 界面122聯(lián)接構(gòu)件86，126，194，216，230，266 呼啦圈密封件127 通道130環(huán)形空間或腔室148 出口狹縫152分散的環(huán)形腔室156環(huán)形肋片160 離開孔口162，164，196，220，244，258 傳遞管163燃燒器流動套管166徑向定向的結(jié)構(gòu)支撐件
168沖擊套管組件
172徑向向內(nèi)的入口開口
174徑向通道
176多個出口開口
178，262對準(zhǔn)的開口
180，264彈簧指形件
190環(huán)形凹部
192，214 蓋板
198,250,268 區(qū)域
200第二密封件
208,222 空間
212環(huán)形凹部
240密封元件
252，276 狹縫
254內(nèi)部環(huán)形歧管
268 (密封件266與板270之間的)區(qū)域
270蓋板或套管
具體實(shí)施例方式圖1示意性地描繪了渦輪機(jī)燃燒器10的后端及其將熱燃燒氣體引導(dǎo)到渦輪機(jī)的第一級的到過渡件或管道組件12的連接。過渡件組件12包括徑向內(nèi)過渡件主體(或簡單而言，過渡件)14和在過渡件14外部徑向地隔開的沖擊套管(或第二流動套管)16。在其上游(相對于通過流箭頭CG表示的燃燒氣體從燃燒器到渦輪機(jī)第一級的流動)是徑向內(nèi)燃燒襯套18及其相關(guān)的徑向外流動套管(或第一流動套管)20。畫圓的區(qū)域22是所關(guān)心的過渡件/燃燒器襯套界面。來自燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)(未示出)的流如流箭頭F所示進(jìn)入渦輪機(jī)或機(jī)器外殼M。 所謂的壓縮機(jī)排氣的約50%如流箭頭CD所示徑向通過沿著并圍繞沖擊套管16形成的孔口(未詳細(xì)示出)。此空氣在過渡件14與沖擊套管16之間的環(huán)形區(qū)域或通道沈中逆流 (即，朝燃燒器的前端，與燃燒器襯套和過渡件內(nèi)的氣體的流動相反)。壓縮機(jī)排氣的剩余約50%進(jìn)入流動套管20中的孔28并進(jìn)入流動套管20與襯套18之間的環(huán)形通道30，在此處它與在環(huán)形通道26中流動的空氣相混合。首先用于冷卻過渡件和燃燒器襯套的來自通道沈和30的結(jié)合的空氣最終在進(jìn)入燃燒器襯套之前再次逆轉(zhuǎn)方向，在燃燒器襯套中它與燃?xì)廨啓C(jī)燃料相混合以在燃燒室21中燃燒。圖2示出了在過渡件14/沖擊套管16與燃燒器襯套18/流動套管20之間的界面 22處的示例性連接。沖擊套管16在流動套管20的后端上結(jié)合到安裝凸緣32上。具體而言，沖擊套管16上的徑向向外活塞密封件34被接納在形成于安裝凸緣32內(nèi)的徑向面向內(nèi)的環(huán)形凹槽36內(nèi)。過渡件14以伸縮關(guān)系接納燃燒器襯套18，且二者之間插有常規(guī)的環(huán)形壓縮型或呼啦圈密封件38?，F(xiàn)參照圖3，在界面呼啦圈密封件38的區(qū)域中的現(xiàn)有冷卻裝置設(shè)計成冷卻燃燒器襯套18的后端50。具體而言，呼啦圈密封件38徑向安裝在包圍襯套后端50的環(huán)形蓋板 40與過渡件14(參見圖2)之間。更具體而言，蓋板40形成用于壓縮型或呼啦圈密封件38 的安裝表面。襯套18的后端50具有由襯套上的多個軸向定向的凸起區(qū)段或肋片44形成的多個軸向溝槽42，這些軸向溝槽由板40在它們的徑向外側(cè)上封閉。來自通道沈的冷卻空氣在溝槽的前端處經(jīng)蓋板40中的進(jìn)氣孔口或開口 46被引導(dǎo)到溝槽42中?？諝馊缓罅魅肭伊鹘?jīng)溝槽42并在襯套18的后端50處離開以加入流入過渡件中的燃燒氣體。更多細(xì)節(jié)，請參見共同擁有的美國專利No. 7，010, 921。圖4和圖5示出了另一燃燒器襯套-過渡件界面，其在某些方面類似于圖2和圖 3所示的那些界面，但具有如以下根據(jù)本發(fā)明的第一示例性但非限制性的實(shí)例所述的修改。在此第一示例性但非限制性的實(shí)施例中，過渡件52在襯套的后端部分(或后端)56處連接到燃燒器襯套M上。沖擊套管組件58與過渡件52成徑向隔開的關(guān)系包圍過渡件52，形成第一環(huán)形流動通道60。流動套管62也成徑向隔開的關(guān)系包圍燃燒器襯套 54,從而形成與第一環(huán)形流動通道60直接流動連通的第二環(huán)形流動通道64。沖擊套管組件58在流動套管的后端處通過被接納在環(huán)形凸緣70中的徑向面向內(nèi)的凹槽68中的徑向向外定向的環(huán)形活塞密封件66結(jié)合到大致軸向的流動套管62上?；钊芊饧?6由切開的環(huán)形環(huán)(類似于活塞環(huán))組成，該環(huán)被徑向向內(nèi)偏壓以維持徑向內(nèi)密封件邊緣61與沖擊套管組件58的前端(或在所示實(shí)施例中，組件58的分散聯(lián)接構(gòu)件59)之間的最小間隙。燃燒器襯套M的后端56可形成有在襯套的后緣74與環(huán)形肩部或邊緣76之間延伸的環(huán)形一列大致軸向定向的肋片72，從而在相應(yīng)肋片對之間形成一列軸向定向的溝槽 78。溝槽78在它們的徑向外側(cè)上被可與襯套M形成一體或相結(jié)合(例如通過焊接)的環(huán)形蓋板80封閉。環(huán)形的一排冷卻空氣出口孔82設(shè)置在蓋板80的前端處，與環(huán)形肩部76相鄰，并且多個環(huán)形排或列的冷卻空氣流入孔84設(shè)置成更靠近蓋板80的后端。將會理解的是，出口孔口或孔82、84的排列和數(shù)目可按具體冷卻應(yīng)用所需而變化。柔性、環(huán)形壓縮或呼啦圈密封件86在蓋板80的后端上伸縮，該密封件包括多個軸向延伸且周向隔開的彈簧指形件88，其間有軸向狹縫90。過渡件52的前端部分(或前端)92形成為包括分別在過渡件主體的徑向外壁部分96和徑向內(nèi)壁部分98之間的環(huán)形氣室94。在燃燒器外部的壓縮機(jī)排氣(即，不在通道 60、64中流動的更高壓力的壓縮機(jī)空氣)通過在形成在沖擊套管組件58中的孔口 101與形成在過渡件52中的徑向?qū)?zhǔn)的孔口 103之間徑向延伸的多個周向隔開的傳遞管100被直接供應(yīng)到環(huán)形氣室94。在這方面注意傳遞管可位于過渡件組件58的分散聯(lián)接構(gòu)件59內(nèi)。 沒有分散聯(lián)接構(gòu)件，傳遞管將從形成在沖擊套管本身中的孔口延伸。傳遞管100在數(shù)目上可以變化并且可具有包括圓形、橢圓形、長圓形、翼型等各種截面形狀。氣室94中的冷卻空氣流經(jīng)設(shè)置在過渡件52的徑向內(nèi)壁部分98中的周向隔開的孔口 102并經(jīng)由密封件的彈簧指形件88之間的軸向狹縫90進(jìn)入呼啦圈密封件86下方的環(huán)形空間或空腔104。取決于傳遞管的布置和它們相對于呼啦圈密封件彈簧指形件88的位置，可以不提供狹縫90來將空氣供應(yīng)到空腔104。在該情況下，分散的孔口 105可形成在彈簧指形件88中。冷卻空氣此時自由流經(jīng)蓋板80的后端中的冷卻孔84并流入溝槽78。 然而，注意溝槽78被在示例性實(shí)施例中軸向位于更靠近呼啦圈密封件86的后端和邊緣74的兩排冷卻孔84之間的一個或多個周向延伸的肋片106中斷。結(jié)果，冷卻空氣將在一個或多個肋片106的任一側(cè)上沿兩個相反的方向流動。更具體而言，冷卻空氣的大部分將朝燃燒器的前端流動，離開孔口 82并與在通道60、64中流動的空氣相結(jié)合，同時冷卻空氣的一小部分將流向燃燒器的后端，在邊緣74處離開溝槽78并與襯套和過渡管道內(nèi)的燃燒氣流相結(jié)合。冷卻空氣的主要流因此冷卻呼啦圈密封件86并且沖擊冷卻襯套后端的冷側(cè)，同時冷卻空氣的小部分吹掃密封件空腔104，從而保持“新鮮”冷卻空氣流通過空腔104和溝槽 78。這里，傳遞管100的數(shù)目和孔口 102的數(shù)目(總數(shù)和每傳遞管的數(shù)目)再一次可按冷卻需求及燃燒器設(shè)計需求所需而變化。在一些情形中也可有利的是在限定溝槽78的表面上設(shè)置紊流器以增強(qiáng)冷卻。還將理解的是，利用呼啦圈密封件彈簧指形件88中的分散孔口 105，可比如果使用長形狹縫90作為用于將冷卻空氣供應(yīng)到空腔104的管道更好地控制流入空間或空腔104 的冷卻空氣的流量。此外，在這方面，孔口 105可被尺寸定制和成形為當(dāng)構(gòu)件達(dá)到它們的最高溫度時實(shí)現(xiàn)與孔口 102的最佳對準(zhǔn)。因此，通過使冷卻流的主要部分最終與通向燃燒器噴嘴的通道64中的流相結(jié)合并且僅使冷卻流的一小部分吹掃密封件并逸出到燃燒氣流中，密封件泄漏被最小化并且可用于預(yù)混的空氣增加(并因此減小了排放)同時維持了冷卻效率。圖6表示以簡化形式示出的一個備選的示例性但非限制性的實(shí)施例。與前述實(shí)施例中一樣，襯套110和流動套管112在界面118處與過渡管道114及其沖擊套管116相結(jié)合。周向隔開的傳遞管120在將沖擊套管116與流動套管112相結(jié)合的聯(lián)接構(gòu)件122與過渡件前端124之間徑向地延伸。在此實(shí)施例中，呼啦圈密封件126與圖4和圖5中的布置相比被翻轉(zhuǎn)，使得環(huán)形空間或空腔1 形成在密封件126的徑向外部。經(jīng)由傳遞管120進(jìn)入環(huán)形空腔128的較高壓力的冷卻空氣沿朝燃燒器的前端的方向經(jīng)由彈簧指形件中的孔口 129(或經(jīng)彈簧指形件之間的狹縫)流出環(huán)形空間128，與通道127(對應(yīng)于圖4和圖5中的通道64)中的冷卻流相結(jié)合。少量或沒有冷卻空氣經(jīng)密封件逸出到主燃燒流中。在此實(shí)施例中，密封件1 被沖擊冷卻并且內(nèi)空腔1 被吹掃，但僅襯套110的后端的邊緣冷卻由對流冷卻提供。圖7和圖7A示出了類似于圖4和圖5中所示的實(shí)施例。在此備選設(shè)計中，沒有如圖4中以72示出的肋片，并且因此沒有分散溝槽78。相反，相對平滑和連續(xù)的環(huán)形空間或腔室130徑向地形成在襯套132的后端與環(huán)形蓋板144之間。另外，襯套132形成有上翻的后緣146，部分限定用于吹掃空氣的小部分的出口狹縫148，吹掃空氣的小部分流經(jīng)孔口 150和分散的環(huán)形腔室152 (在環(huán)形肋片156的后部)隨后離開狹縫148進(jìn)入燃燒氣流。冷卻空氣的主要部分經(jīng)孔口 158流入環(huán)形腔室130以沖擊冷卻襯套132的后端的一部分，同時對流冷卻鄰近的上游部分并隨后離開孔口 160以與燃燒器流動套管163與襯套132之間的氣流相結(jié)合。圖7A還示出了用于傳遞管162的圓形、伸長的橫截面形狀。除這些差別以外，該布置在其它方面與以上結(jié)合圖4和圖5示出和描述的大致相同。腔室130的構(gòu)造可以漸縮以沿上游方向使更低的壓力下的冷卻流膨脹。圖8和圖8A示出了再另一示例性但非限制性的實(shí)施例。將會理解的是，圖8是橫向于燃燒器的縱向軸線截取的剖面。在該視圖中，可以理解的是，傳遞管164可作為在沖擊套管組件168與過渡件170之間延伸的相應(yīng)多個徑向定向的結(jié)構(gòu)支撐件166的一體部分形成(例如，鑄造或以其它方式適當(dāng)?shù)匦纬?。支撐件166形成為包括徑向向內(nèi)的入口開口 172、徑向通道174以及多個出口開口 176，出口開口 176容許冷卻空氣流經(jīng)呼啦圈密封件 182(僅部分示出)的彈簧指形件180中的對準(zhǔn)的孔口 178，從而大致如上所述冷卻呼啦圈密封件182的徑向內(nèi)部的區(qū)域。轉(zhuǎn)向圖9，提供了另一冷卻裝置的簡化圖示。燃燒器襯套182、流動套管184、過渡件186和沖擊套管188大致保持如前所述。襯套182的后端形成有環(huán)形凹部190，該環(huán)形凹部190在其徑向外側(cè)上被環(huán)形蓋板192封閉。板192支撐在板192的后端與過渡件186之間徑向延伸的環(huán)形呼啦圈密封件194。若干傳遞管196的每一個在沖擊套管188與過渡件 186之間徑向延伸，將冷卻空氣供應(yīng)至后面的區(qū)域198(即，朝呼啦圈密封件194的前端)。 該區(qū)域在其前端處被第二密封件200密封，迫使冷卻空氣流經(jīng)蓋板192中的孔口 202并流入環(huán)形凹部或腔室190，經(jīng)由在襯套的后端處的蓋板192中的孔口 204和呼啦圈密封件194 中的孔口 206離開。此布置通過沖擊冷卻來冷卻呼啦圈密封件的前端并通過對流冷卻來冷卻襯套的后端同時還吹掃呼啦圈密封件下方的空間208?？赏ㄟ^優(yōu)化傳遞管196、孔口 202 和孔口 204的尺寸、形狀和數(shù)目來精確地控制冷卻空氣流量。圖10示出了再另一示例性但非限制性的冷卻布置。燃燒器襯套、流動套管、過渡管道和沖擊套管大致保持如前所述。然而，注意在該視圖中已略去流動套管和沖擊套管。襯套210的后端再次形成有在其徑向外側(cè)上被環(huán)形蓋板214封閉的環(huán)形凹部212，且呼啦圈密封件216在板214的后端與過渡件218之間徑向地延伸。在此實(shí)施例中，呼啦圈密封件相對于在例如圖9中的定向再次被翻轉(zhuǎn)或倒置。來自壓縮機(jī)的冷卻空氣流經(jīng)傳遞管220并流入在呼啦圈密封件216的徑向外部的空間222，從而沖擊冷卻密封件。冷卻空氣然后流經(jīng)呼啦圈密封件的彈簧指形件中的孔口 2M并流經(jīng)蓋板中對準(zhǔn)的孔口 226，沿著蛇形通路流入環(huán)形凹部212。所有冷卻空氣從襯套的后端流向前端，大致平行于一方面過渡管道與沖擊套管之間而另一方面燃燒器襯套與流動套管之間的對準(zhǔn)的通道中的冷卻氣流。冷卻空氣在蓋板的前端處經(jīng)由孔口 2 離開凹部212并與上述對準(zhǔn)的通道中的氣流相結(jié)合。將會理解的是，空間222中的空氣在呼啦圈密封件被沖擊冷卻的同時被吹掃，并且襯套后端主要通過對流冷卻來冷卻。圖11示出了再另一種冷卻布置，其中呼啦圈密封件230在其前端232處被固定在過渡件234上，而后端236被彈性地壓縮在襯套238的后端與過渡管道之間以便相對其移動。前端232經(jīng)由單獨(dú)(示出)或整體(未示出)的密封元件240優(yōu)選通過焊接固定在過渡件234上。在此實(shí)施例中，密封件本身用作沖擊板，從而免于需要如圖10中例如以214 示出的單獨(dú)的蓋板。因此，流經(jīng)傳遞管244的冷卻空氣將流入空腔對6以冷卻密封件，然后經(jīng)密封件中的孔口 248流入密封件徑向下方的區(qū)域250，在此處冷卻空氣沖擊冷卻襯套238 的后端。冷卻流隨后經(jīng)在密封件的前端處的狹縫252離開，與在流動套管與燃燒器襯套之間通向燃燒器的徑向通道中流動的冷卻空氣相結(jié)合。現(xiàn)在來看圖12，內(nèi)部環(huán)形歧管邪4形成在過渡件256的后端處，接收來自傳遞管 258的冷卻空氣。歧管254經(jīng)過渡件中的周向隔開的孔口并經(jīng)呼啦圈密封件沈6的彈簧指形件沈4中對準(zhǔn)的孔口 264將空氣供應(yīng)到徑向地在呼啦圈密封件266與固定在襯套272上的蓋板或套管280之間的區(qū)域沈8內(nèi)。空氣然后流經(jīng)蓋板中的孔口 274并經(jīng)由狹縫276在蓋板的前端處離開，與襯套與流動套管之間的環(huán)形通道中的流相結(jié)合。
盡管已結(jié)合目前被認(rèn)為最實(shí)際也最優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，而是相反地旨在涵蓋被包括在所附權(quán)利要求的精神范圍內(nèi)的各種變型和等效裝置。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪機(jī)的燃燒器組件，包含包括燃燒器襯套(54)的燃燒器；第一流動套管(62)，其包圍所述燃燒器襯套而徑向地在二者之間形成第一大致軸向延伸的流動環(huán)形空間(64)，所述第一流動套管具有形成在其圓周周圍以便將作為冷卻空氣的壓縮機(jī)排氣徑向引導(dǎo)到所述第一流動環(huán)形空間中的第一多個孔口 08)；連接到所述燃燒器襯套(54)上的過渡件(52)，所述過渡件適合將熱燃燒氣體運(yùn)送到所述渦輪機(jī)；第二流動套管(58)，其包圍所述過渡件而徑向地在二者之間形成第二大致軸向延伸的流動環(huán)形空間(60)，所述第二流動套管具有用于將作為冷卻空氣的壓縮機(jī)排氣徑向引導(dǎo)到所述第二流動環(huán)形空間中的第二多個孔口，所述第一大致軸向延伸的流動環(huán)形空間(64) 與所述第二大致軸向延伸的流動環(huán)形空間(60)連接；彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)(86)，其徑向設(shè)置在所述燃燒器襯套的后端(56)與所述過渡件的前端(9 之間，所述彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)(86)構(gòu)造成在所述過渡件的所述前端與所述燃燒器襯套的所述后端之間徑向地形成第一環(huán)形空腔(104)；以及至少一個傳遞管(100)，其從所述第二流動套管(58)經(jīng)所述第二流動環(huán)形空間(60)徑向地延伸至所述過渡件(5 ，并布置成將壓縮機(jī)排放冷卻空氣從所述第一和第二大致軸向延伸的流動環(huán)形空間(64、60)外側(cè)的區(qū)域徑向地直接供應(yīng)到所述彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)(86) 并供應(yīng)到所述燃燒器襯套的所述后端(92)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器組件，其特征在于，所述過渡件(5 的所述前端(92) 形成有第一環(huán)形冷卻氣室(94)，并且其中，在使用過程中，所述至少一個傳遞管(100)將壓縮機(jī)排放冷卻空氣供應(yīng)到所述第一環(huán)形冷卻氣室(94)，所述第一環(huán)形冷卻氣室(94)又將壓縮機(jī)排放冷卻空氣供應(yīng)到所述彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)(86)并供應(yīng)到所述燃燒器襯套(54)的所述后端(56)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒器組件，其特征在于，所述第一環(huán)形冷卻氣室(94)設(shè)有與所述彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)(86)大致徑向?qū)?zhǔn)的多個周向隔開的冷卻空氣出口孔口(102)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器組件，其特征在于，所述彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)包含具有周向隔開的彈簧指形件(88)的呼啦圈密封件(86)，所述彈簧指形件在其中形成有與所述冷卻空氣出口孔口對準(zhǔn)的孔口(105)，從而容許所述冷卻空氣流入所述第一環(huán)形空腔 (104)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器組件，其特征在于，所述燃燒器襯套(54)的所述后端部分(56)形成有由環(huán)形蓋板(144)封閉的環(huán)形凹部，從而形成第二環(huán)形空腔(130)，至少所述環(huán)形蓋板的后端部分位于所述呼啦圈密封件(86)和所述第一環(huán)形空腔(104)的徑向內(nèi)部，環(huán)形蓋板的所述后端部分形成有用于將冷卻空氣從所述第一環(huán)形空腔(104)供應(yīng)到所述第二環(huán)形空腔(130)的多個冷卻空氣出口孔(158)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒器組件，其特征在于，所述第二環(huán)形空腔(130)被軸向分為前區(qū)段(130)和后區(qū)段(153)，使得容許冷卻空氣的一小部分沿朝向渦輪機(jī)的方向流動且所述冷卻空氣的主要部分被迫使沿朝向燃燒器的方向流動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒器組件，其特征在于，所述環(huán)形蓋板(144)的前端形成有出口孔口(160)以允許所述前區(qū)段(130)中的冷卻空氣的所述主要部分離開所述第二環(huán)形空腔并流入所述第一大致軸向延伸的流動環(huán)形空間(64)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒器組件，其特征在于，所述第二環(huán)形空腔的所述后區(qū)段 (152)設(shè)有一個或多個出口通道(150)以容許所述后區(qū)段(152)中的冷卻空氣的所述小部分流入所述過渡件中的燃燒氣流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器組件，其特征在于，所述彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)包含具有周向隔開的彈簧指形件(88)的呼啦圈密封件(86)，所述彈簧指形件在其中形成有孔口 (105)，從而容許所述冷卻空氣流出所述第一環(huán)形空腔(104)并流入所述第一大致軸向延伸的流動環(huán)形空間(64)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器組件，其特征在于，所述至少一個傳遞管包含在所述過渡件與所述過渡件(170)之間徑向延伸的結(jié)構(gòu)支柱(166)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器組件，其特征在于，所述彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)包含具有周向隔開的彈簧指形件(88)的呼啦圈密封件(194)，所述彈簧指形件在其中形成有孔口 (206)；并且其中所述燃燒器襯套的所述后端形成有由環(huán)形蓋板(19 封閉的環(huán)形凹部，從而形成第二環(huán)形空腔(190)，至少所述環(huán)形蓋板(192)的后端部分位于所述呼啦圈密封件 (194)和所述第一環(huán)形空腔O08)的徑向內(nèi)部，環(huán)形蓋板(19 的前端部分形成有用于將冷卻空氣從所述至少一個傳遞管(196)供應(yīng)到所述第二環(huán)形空腔(190)的多個冷卻空氣孔 (202)；所述環(huán)形蓋板(19 的所述后端部分具有用于將冷卻空氣從所述第二環(huán)形冷卻空腔(190)供應(yīng)到所述第一環(huán)形空腔(208)的多個冷卻孔O04)，所述冷卻空氣適合離開所述第一環(huán)形空腔(208)進(jìn)入所述過渡件中的燃燒氣流。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的燃燒器組件，其特征在于，所述彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)O30)在后端 (236)處在所述過渡件(234)與所述燃燒器襯套(238)之間被壓縮，并在前端(23 處被固定在所述過渡件(234)上，在所述燃燒器襯套(238)與所述彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)(230)之間的所述前端處離開環(huán)形間隙O50)；所述彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)O30)的徑向內(nèi)壁部分設(shè)有適合將冷卻空氣從所述至少一個傳遞管(M4)傳遞到所述燃燒器襯套(238)的徑向外表面從而冷卻所述燃燒器襯套的所述后端部分的多個冷卻空氣孔口(M8)。
13.—種冷卻燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器襯套(54)的后端部分和徑向地插在所述燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器襯套(54)的后端部分與過渡件(5 之間的環(huán)形密封結(jié)構(gòu)(86)的方法，所述過渡件(52) 適合將燃燒氣體從所述燃燒器襯套供應(yīng)到燃?xì)廨啓C(jī)的第一級，并且其中所述燃燒器襯套 (54)連接到所述過渡件(5 上，并且包圍所述燃燒器襯套(54)的流動套管(6 連接到包圍所述過渡件(5 的沖擊套管(58)上，從而形成冷卻流動環(huán)形空間(64、60)，所述方法包含a.將冷卻空氣從在所述流動套管(6 和所述沖擊套管(58)外部的位置供應(yīng)到彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)(86)和所述燃燒器襯套(54)的所述后端部分；且此后b.至少將冷卻空氣的主要部分引導(dǎo)到所述冷卻流動環(huán)形空間(64)內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，將所述冷卻空氣的一小部分引導(dǎo)到所述過渡件(52)內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，大體上將所有所述冷卻空氣引導(dǎo)到所述冷卻流動環(huán)形空間(64)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在過渡管道界面處的燃燒器襯套冷卻和相關(guān)方法，具體而言，提供了一種用于渦輪機(jī)的燃燒器組件，包括燃燒器和燃燒器襯套(54)；具有第一多個孔口(28)的第一流動套管(62)；過渡件(52)；第二流動套管(58)；具有第二多個孔口的第二流動套管；第一大致軸向延伸的流動環(huán)形空間(64)與第二大致軸向延伸的流動環(huán)形空間(60)連接；彈性環(huán)形密封結(jié)構(gòu)(86)，其構(gòu)造成在過渡件的前端部分與燃燒器襯套的后端部分之間徑向地形成第一環(huán)形空腔(104)；至少一個傳遞管(100)從第二流動套管(58)經(jīng)第二流動環(huán)形空間(60)徑向延伸到過渡件(52)。
文檔編號F23D14/78GK102242934SQ201110109859
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者H·M·奧斯特比, J·D·貝里, K·J·愛德華茲 申請人:通用電氣公司