在燃燒室流動套筒中的成角度的葉片的製作方法

2023-04-27 05:06:26

專利名稱：在燃燒室流動套筒中的成角度的葉片的製作方法
技術領域：
本發明大體而言涉及燃氣渦輪燃燒室(gas turbine combustor)技術，且涉及一種空氣流動布置，其通過在燃燒室襯套0與周圍流動套筒之間的軸向延伸的環形通路將壓縮機排放空氣重新導向至燃燒室的燃燒器(combustor burner)，對燃燒室襯套有增強的冷卻和減小壓降。
背景技術：
在一些燃氣渦輪燃燒室中，在包圍燃燒室襯套的流動套筒處提供多個開口以通過流動套筒將空氣在大體上徑向噴射到流動套筒與燃燒室襯套之間徑向的環形通路內以衝擊冷卻該襯套。空氣通常垂直於衝擊冷卻空氣的自由流在徑向噴射，衝擊冷卻空氣的自由流在流動套筒內流動，源於在過渡管(其將燃燒氣體從燃燒室襯套運送到渦輪第一級)與周圍衝擊套筒之間的類似的軸向連接的環形通路。這重新導向的壓縮機排放空氣與燃料在燃燒室的後端混合且燃料/空氣混合物然後在襯套內燃燒。衝擊冷卻空氣通過流動套筒開口在徑向噴射且到自由流內，這衝擊冷卻空氣與軸向流動的空氣進行動量交換且必須被軸向流動的自由流空氣加速直到交叉流動的空氣到達自由流速度。這個過程造成到燃燒室的流動中的不合需要的壓降。為了減小壓降，更改空氣供應配置以在與已在該流中流動的空氣相同的軸向將壓縮機排放空氣引入到該通路內。 但這種布置導致噴射流動傾向於吸到該通路的外壁(即，流動套筒的內壁)上，所謂的科安達效應的表現，其降低冷卻效率。因此，需要在非徑向將空氣噴射到流動套筒通路內，但以此方式排除或至少最小化科安達效應並增強對襯套的冷卻。

發明內容
根據本發明的一示範性但非限制性方面，提供一種渦輪燃燒室襯套組件，其包括 燃燒室襯套，其具有上遊端和下遊端；過渡管，其附連到燃燒室襯套的下遊端；流動套筒， 其包圍燃燒室襯套且在燃燒室襯套與流動套筒之間在徑向形成第一環形流動通路；以及， 在所述流動套筒的後端的到所述第一環形流動通路的第一環形入口，所述第一環形入口具備繞第一環形流動通路在周向(circumferentialIy)布置的多個第一流動葉片以使進入第一環形入口的空氣繞燃燒室襯套渦旋(swirl)。在另一示範性但非限制性方面，本發明提供一種渦輪燃燒室襯套組件，其包括燃燒室襯套，其具有上遊端和下遊端；過渡管，其附連到襯套的下遊端；第一流動套筒，其包圍燃燒室襯套，且在它們之間具有第一徑向流動通路；在流動套筒的後端的到第一徑向流動通路的第一環形入口，其具備多個在周向間隔開的成角度的流動葉片，這些流動葉片被布置成使經由第一環形入口進入第一徑向流動通路的空氣渦旋；衝擊套筒，其包圍過渡管， 在過渡管與衝擊套筒之間在徑向形成第二環形流動通路且第二環形流動通路與第一環形流動通路連通；到第一環形流動通路的第二環形入口，其相對於流動方向在第一環形入口的上遊；第二環形入口具備多個第二流動葉片，這些流動葉片繞燃燒室襯套在周向布置以使通過第二環形入口進入第一環形流動通路的空氣渦旋，多個第二流動葉片在燃燒室襯套與衝擊套筒之間在徑向延伸。在本發明的又一示範性但非限制性方面，提供一種渦輪燃燒室襯套組件，其包括 燃燒室襯套，其具有上遊端和下遊端；過渡管，其附連到襯套的下遊端；第一流動套筒，其包圍燃燒室襯套，且在它們之間具有第一徑向流動通路；在流動套筒的後端的到第一徑向流動通路的第一環形入口，其具備多個在周向間隔開的成角度的流動葉片，這些流動葉片被布置成使經由第一環形入口進入第一徑向流動通路的空氣渦旋；衝擊套筒，其包圍過渡管，在過渡管與衝擊套筒之間在徑向形成第二環形流動通路且第二環形流動通路與第一環形流動通路連通；到第一環形流動通路的第二環形入口，其相對於流動方向在第一環形入口的上遊；第二環形入口具備多個第二流動葉片，這些流動葉片繞第一環形流動通路在周向布置以使通過第二環形入口進入第一環形流動通路的空氣渦旋；其中，多個第一流動葉片在流動套筒與環形聯接件之間在徑向延伸且與流動套筒和環形聯接件接合，環形聯接件使流動套筒附連到衝擊套筒上，衝擊套筒包圍過渡管；多個第二流動葉片在燃燒室襯套與衝擊套筒之間在徑向延伸；以及，其中多個第一流動葉片和多個第二流動葉片中的每一個包括前端部和尾端部，前端部相對於進入到第一環形流動通路的流動方向位於尾端部的上遊。現將結合下文所指出的附圖來描述本發明。


圖1是渦輪燃燒室襯套與過渡管組件的截面圖；圖2是根據本發明的示範性但非限制性的實施例的部分剖視的燃燒室襯套的透視圖且示出在流動套筒與軸向相鄰的過渡件衝擊套筒之間的界面(interface)；圖3是從圖2所取得的放大細節圖；圖4是在圖2和圖3的流動套筒/衝擊套筒界面處利用的葉片的平面截面；以及圖5是類似於圖3的細節，但示出替代但非限制性實施例。
具體實施例方式現參看圖1，其示出用於燃氣渦輪的燃燒室10。燃燒室10包括在燃燒室後端的燃燒器12、燃燒室襯套14和周圍流動套筒16。過渡件或管18連接到襯套後端，且衝擊套筒 20包圍過渡件且連接到流動套筒。應了解包圍流動套筒14和衝擊套筒20的區域被供應壓縮機排放空氣，而壓縮機排放空氣流動通過衝擊套筒20中的開口(未圖示)和流動套筒中的開口 22，其中，壓縮機排放空氣在大體上軸向流動方向被重新導向或反向流動朝向軸向連接的環形通路26、28內的燃燒室的後端。所供應的空氣與燃燒器12中的燃料混合，且燃料/空氣混合物在襯套16內燃燒。燃燒氣體流動通過過渡件18到渦輪的第一級(未圖示)°如圖1所示，由箭頭對所示的壓縮機排放空氣在大體上徑向向內的方向通過開口 22供應。應了解開口 22繞流動套筒以在軸向和在周向間隔開的間隔設置。徑向噴射的空氣與通路觀中軸向流動的流動交叉。雖然徑向噴射的空氣向襯套提供衝擊冷卻，但交叉流動導致能量淨損失。在另一布置(未圖示)中，提供空氣入口布置，其在大體上平行於環形通路中空氣流動的方向將空氣引入到環形通路觀內。如已所提到的那樣，這種布置導致噴射流動傾向於吸到通路的外壁(即，到流動套筒的內表面)上，所謂的科安達效應的不合需要的表現， 這會不利地影響襯套14的衝擊冷卻。現參看圖2，根據本發明的示範性但非限制性實施例的燃燒室30包括燃燒室襯套 32，燃燒室襯套32具有外表面，任選地具備多個湍流器，湍流器可呈淺肋狀物34的軸向間隔開的行的形式(示意性地示出)，如在圖3中更清楚地看出的那樣。襯套的後端36具備常規呼啦圈密封(hula seal)組件36，襯套由呼啦圈密封組件36與過渡件或過渡管40密封地接合，類似於圖1所示的過渡件18。燃燒室襯套32由流動套筒38 (且在流動套筒16中無冷卻孔)包圍且過渡件40 由衝擊套筒42包圍。流動套筒38與衝擊套筒42由環形聯接件44連接，在圖3中最佳地看出。聯接件44在其後端具有鉤部46，鈞部46適於接合在衝擊套筒42上的徑向凸緣48。 聯接件44的相對端或前端50以下文所述的方式聯結到流動套筒38的後端52。聯接件44的前端50由多個在周向間隔開的支柱M附連到流動套筒的後端52，在示範性但非限制性實施例中，支柱M形成為空氣流動葉片，空氣流動葉片具有圖4所示的形狀(以平面圖)。葉片M被布置成使得其前端部陽朝向如圖3所示的流動，且尾端部 57在流動的下遊。在此示範性實施例中，尾端部57相對於襯套的軸向中心線以大約10° 與大約80°之間的角度延伸。對於此布置，在流動套筒38和衝擊套筒42外部的壓縮機排放空氣經由在流動套筒的後端52與聯接件44的前端58之間的徑向空間自由流動到燃燒室襯套32與流動套筒38之間的通路56內。但進入此位置的空氣由成角度的葉片M迫使轉彎，導致空氣繞襯套渦旋。同時，類似配置的葉片60 (也示意性地示出)插置於衝擊套筒42的前端62與呼啦圈密封36附近的燃燒室襯套之間。這些葉片具有類似形狀且因此對在軸向流入到衝擊套筒42與過渡件40之間的通路內的空氣具有渦旋作用。在這些情形下，在聯接件44與流動套筒38之間的所有支承支柱實際上為流動葉片M，流動葉片是固定的(例如焊接)，且無個別調整能力。但在流動葉片與固定徑向支柱組合(例如，交替)的那樣的情形下，可繞徑向延伸的樞軸銷64個別地或一起地調整流動葉片54，如在圖3的虛線所示。通過使流動葉片可調整，可根據需要改變渦旋程度。對於在衝擊套筒42與過渡件40之間延伸的流動葉片60也能有這種相同的布置。還應了解在襯套中的燃燒氣體將在給定方向中渦旋，根據氣體流動在襯套壁中形成熱點。對於本發明，可調整的流動葉片M允許冷卻空氣在與襯套內氣體的渦旋方向相反的渦旋反向中成角度地流動，從而促進傳熱同時冷卻熱點。進一步參看圖3，聯接件44可根據需要修改以(例如)相對於流動套筒38的後端 52調整該聯接器的前端的徑向位置。如虛線所示，前端可偏移以增加或減小開口大小和因此的經過葉片M且流到環形空間56的空氣體積。如圖5所示，聯接件68被配置成利用離散的在周向間隔開的管或傳遞元件72而使壓縮機排放空氣進入環形空間70，經過葉片54。這種布置允許通過改變繞襯套74圓周的管或傳遞元件71的大小(直徑)和數量而更好地控制進入通路70的空氣體積。若需要，傳遞元件或管72可成角度以基本上匹配葉片M的尾端部57。 雖然結合目前被認為是最實用且優選的實施例描述了本發明，但應了解本發明並不限於所公開的實施例，而是本發明預期涵蓋包括於所附權利要求的精神和範疇內的各種修改和等效布置。
權利要求
1.一種渦輪燃燒室襯套組件，包括燃燒室襯套(32)，其具有上遊端和下遊端；過渡管(40)，其附連到所述燃燒室襯套(3 的下遊端；流動套筒(38)，其包圍所述燃燒室襯套(32)，且在所述燃燒室襯套(3 與所述流動套筒(38)之間在徑向形成第一環形流動通路；以及在所述流動套筒(38)的後端的到所述第一環形流動通路的第一環形入口，所述第一環形入口具備多個第一流動葉片(M)，所述多個第一流動葉片(54)繞所述第一環形流動通路在周向布置以使進入所述環形入口的空氣繞所述燃燒室襯套(3 渦旋。
2.根據權利要求1所述的燃燒室襯套組件，其特徵在於，所述多個第一流動葉片(54) 在所述流動套筒(38)與環形聯接件G4)之間在徑向延伸且與所述流動套筒(38)和環形聯接件G4)接合，所述環形聯接件G4)將所述流動套筒(38)附連到衝擊套筒(42)，所述衝擊套筒0 包圍所述過渡管GO)。
3.根據權利要求1所述的燃燒室襯套組件，其特徵在於，所述多個第一流動葉片(54) 中的每一個包括前端部(5 和尾端部(57)，所述前端部(5 相對於進入到所述第一環形入口的流動方向位於所述尾端部(57)的上遊。
4.根據權利要求1所述的燃燒室襯套組件，其特徵在於，所述多個第一流動葉片(54) 中的至少一些可繞相應的徑向定向的樞軸線(64)調整。
5.根據權利要求1所述的燃燒室襯套，其特徵在於還包括衝擊套筒(42)，所述衝擊套筒0 包圍所述過渡管(40)，在所述過渡管00)與所述衝擊套筒0 之間形成第二環形流動通路，且所述第二環形流動通路與所述第一環形流動通路連通；到所述第一環形流動通路的第二環形入口，所述第二環形入口相對於流動方向在所述第一環形入口的上遊；所述第二環形入口具備多個第二流動葉片(60)，所述多個第二流動葉片(60)繞所述燃燒室襯套(3 在周向布置，被布置成使通過所述第二環形入口進入所述第一環形流動通路的空氣渦旋。
6.一種渦輪燃燒室襯套組件，包括燃燒室襯套(32)，其具有上遊端和下遊端；過渡管(40)，其附連到所述襯套的下遊端；第一流動套筒(38)，其包圍所述燃燒室襯套(32)，且在所述第一流動套筒(38)與所述燃燒室襯套(3 之間有第一徑向流動通路；在所述流動套筒(38)的後端的到所述第一徑向流動通路的第一環形入口，所述第一環形入口具備多個在周向間隔開的成角度的流動葉片(M)，所述成角度的流動葉片(54) 被布置成使經由所述第一環形入口進入所述第一徑向流動通路的空氣渦旋；衝擊套筒(42)，其包圍所述過渡管(40)，在所述過渡管00)與所述衝擊套筒G2)之間在徑向形成第二環形流動通路，且所述第二環形流動通路與所述第一環形流動通路連通；到所述第一環形流動通路的第二環形入口，所述第二環形入口相對於流動方向在所述第一環形入口的上遊；所述第二環形入口具備多個第二流動葉片(60)，所述多個第二流動葉片(60)繞所述燃燒室襯套(3 在周向布置以使通過所述第二環形入口進入所述第一環形流動通路的空氣渦旋，所述多個第二流動葉片(60)在所述燃燒室襯套(3 與所述衝擊套筒G2)之間在徑向延伸。
7.根據權利要求6所述的渦輪燃燒室襯套組件，其特徵在於，所述多個第一流動葉片(54)在所述流動套筒(38)與環形聯接件G4)之間在徑向延伸且與所述流動套筒(38)和環形聯接件G4)接合，所述環形聯接件G4)將所述流動套筒(38)附連到衝擊套筒(42)， 所述衝擊套筒0 包圍所述過渡管GO)。
8.根據權利要求6所述的渦輪燃燒室襯套組件，其特徵在於，所述多個第一流動葉片和多個第二流動葉片(54，60)中的每一個包括前端部(5 和尾端部(57)，所述前端部(55)相對於進入到所述第一環形流動通路的流動方向位於所述尾端部(57)的上遊。
9.根據權利要求6所述的渦輪燃燒室襯套組件，其特徵在於，所述多個第一流動葉片 (54)中的至少一些可繞相應的徑向定向的樞軸線(64)調整。
10.一種渦輪燃燒室襯套組件，包括 燃燒室襯套(32)，其具有上遊端和下遊端； 過渡管(40)，其附連到所述襯套的下遊端；第一流動套筒(38)，其包圍所述燃燒室襯套(32)，且在所述第一流動套筒(38)與所述燃燒室襯套(3 之間有第一徑向流動通路；在所述流動套筒(38)的後端的到所述第一徑向流動通路的第一環形入口，所述第一環形入口具備多個在周向間隔開的成角度的流動葉片(M)，所述成角度的流動葉片(54) 被布置成使經由所述第一環形入口進入所述第一徑向流動通路的空氣渦旋；衝擊套筒(42)，其包圍所述過渡管(40)，在所述過渡管00)與所述衝擊套筒G2)之間在徑向形成第二環形流動通路，且所述第二環形流動通路與所述第一環形流動通路連通；到所述第一環形流動通路的第二環形入口，所述第二環形入口相對於流動方向在所述第一環形入口的上遊；所述第二環形入口具備多個第二流動葉片(60)，所述多個第二流動葉片(60)繞所述第一環形流動通路在周向布置以使通過所述第二環形入口進入所述第一環形通路的空氣渦旋；其中，所述多個第一流動葉片(54)在所述流動套筒(38)與環形聯接件04)之間在徑向延伸且與所述流動套筒(38)和環形聯接件G4)接合，所述環形聯接件G4)將所述流動套筒(38)附連到衝擊套筒(42)，所述衝擊套筒0 包圍所述過渡管GO)；所述多個第二流動葉片(60)在所述燃燒室襯套(3 與所述衝擊套筒0 之間在徑向延伸；並且所述多個第一流動葉片和多個第二流動葉片(54，60)中的每一個包括前端部和尾端部，所述前端部相對於進入到所述第一環形流動通路的流動方向位於所述尾端部的上遊。
全文摘要
本申請涉及在燃燒室流動套筒中的成角度的葉片。其中，一種渦輪燃燒室襯套組件包括燃燒室襯套(32)，其具有上遊端和下遊端；過渡管(40)，其附連到燃燒室襯套(32)的上遊端；第一流動套筒(38)，其包圍燃燒室襯套(32)，且在第一流動套筒(38)與燃燒室襯套(32)之間有第一徑向流動通路；以及，在流動套筒(38)的後端的第一環形入口，該入口具備多個在周向間隔開的成角度的流動葉片(54)，該成角度的流動葉片(54)被布置成使經由環形入口進入第一徑向流動通路的空氣渦旋。
文檔編號F23R3/58GK102192525SQ20111005965
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月2日 優先權日2010年3月2日
發明者S·富爾赫爾, 陳偉 申請人:通用電氣公司