專利名稱：渦輪機組燃燒室的環(huán)形壁，渦輪機組的燃燒室及具有燃燒室的渦輪機組的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及渦輪機組燃燒室的通常領域。更特別地，涉及通過一種叫做“多重穿孔”的工藝冷卻燃燒室的環(huán)形壁。
背景技術：
通常來說，渦輪機的環(huán)形燃燒室由環(huán)形內壁(也叫內筒)和環(huán)形外壁(也叫外筒)組成，它們在上游通過一個橫壁連接，形成燃燒室的底部。內筒和外筒均有許多不同的孔洞，以便環(huán)燃燒室循環(huán)的空氣可以進入燃燒室。因此，在筒壁上鉆有被稱為“初級”和“稀釋”的孔，將空氣導入燃燒室。從“初級”孔進入的空氣用于形成空氣和燃料的混合氣體，在燃燒室中燃燒；而從“稀釋”孔進入的空氣則有助于稀釋此空氣和燃料的混合氣體。內筒和外筒承受氣體和燃料混合氣體燃燒產生的氣體高溫。為保證它們的冷卻，在所有的表面上均有穿透筒壁的，被稱為多重穿孔的補充孔洞。這種多重穿孔通常有60°的傾斜，使燃燒室外的空氣可以進入室內，并沿筒壁形成冷卻
空氣層。然而，在實踐中，在緊鄰每個初始孔和稀釋孔下游的內筒和外筒區(qū)域，特別是因使用的激光穿孔工藝缺陷造成沒有孔洞的情況下，會產生冷卻不足并造成裂紋。為解決這個問題，US6, 145，319專利文獻建議在每個初級孔和稀釋孔緊鄰的下游壁上使用過渡孔洞。這些過渡孔洞的傾斜度大于多重穿孔的孔洞。因為這是一種局部處理，成本昂貴并造成生產周期的延長。
實用新型內容本實用新型的目的是通過可確保對與初級和稀釋孔洞緊鄰的下游區(qū)域進行恰當冷卻的燃燒室的環(huán)形壁，來克服所述缺陷。為此，本實用新型提供了一種包括冷側和熱側的渦輪機燃燒室的環(huán)形壁，該環(huán)形壁包括:多個沿周向排分布的稀釋孔，使此環(huán)形壁冷側的空氣進入熱側，以保證對空氣和燃料混合氣體的稀釋；且多個冷卻小孔，使該環(huán)形壁冷側的循環(huán)空氣進入到熱側從而沿環(huán)形壁形成一層冷卻氣體；這些冷卻小孔分布成多個互相軸向間隔的周向排，且每個冷卻小孔的幾何軸線都是傾斜，朝向燃燒氣體流出的軸向方向D，相對于環(huán)形壁法線N的傾斜角度度為Θ I ；其特征在于:每個稀釋孔均包括軸向長度均為L，寬度在與軸向方向D相交方向上為Li的長方形截面。 通過這種特殊方式，稀釋孔與冷卻小孔之間的間距保持為恒量，可避免產生或至少大幅度地減少裂紋。最好這些稀釋孔的寬度Li可隨需要的冷卻流體變化且它們包括圓邊角。更好的是，在環(huán)形壁上緊鄰這些稀釋孔的上游和下游分布多個補充的冷卻小孔，且分布成多個互相軸向間隔的周向排，這些補充的冷卻小孔的幾何軸線分布在與軸向方向D垂直的平面上，相對于環(huán)形壁的法線N傾斜角度為Θ 2，在稀釋孔上游的補充的冷卻小孔的朝向與下游的朝向相反。緊鄰稀釋孔的上游和下游，在與燃燒氣體的流動方向垂直的平面上以傾斜方式分布的補充的冷卻小孔，與傳統(tǒng)的軸向多重穿孔相比保證了有效的冷卻，而且不會在初級區(qū)改變氣體的流動。傳統(tǒng)的軸向多重穿孔的氣體層會受稀釋孔影響中斷。一種更好地實現(xiàn)本實用新型的作法是，上述的補充的冷卻小孔相對于環(huán)形壁法線N的傾斜角度Θ 2與冷卻小孔的Θ I 一致，這些補充的冷卻小孔的直徑d2與冷卻小孔的dl—致。更好的是，這些位于稀釋孔上游的多個補充的冷卻小孔沿環(huán)形周排列一直延伸到初級孔的下游，使環(huán)形壁冷側的循環(huán)空氣進入到熱側，以形成前述的空氣和燃料混合氣體。這些初級孔都包括軸向長度同為L，與軸向方向D相交方向上寬度為Li的長方形截面。本實用新型同樣也適用于燃燒室及帶有一個如上述的環(huán)形壁的渦輪機組(帶有燃燒室)。

本實用新型的其它特點及優(yōu)勢表現(xiàn)在下面的描述中，參考所附理想狀態(tài)下的本實用新型附圖，在圖中:圖1是一個渦輪機組燃燒室在運行環(huán)境中的縱截面圖；圖2是按照本實用新型的一種實施方式完成的，圖1中燃燒室的一個環(huán)形壁的局部毛坯視圖；圖3是圖2中一部分環(huán)形壁的局部透視圖；圖4為圖1的燃燒室的局部橫切圖。
具體實施方式
圖1表示在其運行環(huán)境中的渦輪機組燃燒室10。所述渦輪機組首先包括一個壓縮區(qū)(圖上未顯示)。在壓縮區(qū)中空氣壓縮后被噴入燃燒室外殼12，然后再噴入安裝在殼內的燃燒室10中。壓縮空氣進入燃燒室并與燃料混合后在燃燒室內燃燒。此燃燒產生的氣體通過一個高壓閥15被輸送到位于燃燒室出口的高壓渦輪機14。燃燒室為環(huán)形。它由內環(huán)形壁16和外環(huán)形壁18組成，這兩個環(huán)形壁在上游通過橫壁20連接并構成環(huán)形燃燒室底部。內環(huán)形壁16和外環(huán)形壁18沿著相對于渦輪機的縱軸線22略有傾斜的縱軸線延伸。燃燒室底部20留有多個均勻分布的開口 20A，內設燃料噴嘴24。燃燒室外殼12由內殼12a和外殼12b組成，與燃燒室10之間形成環(huán)形空間26，存放用于燃燒、稀釋及冷卻燃燒室的壓縮空氣。內環(huán)形壁16及外環(huán)形壁18均有位于環(huán)形空間26端頭的冷側16a，18a ;壓縮空氣在此間循環(huán)；另有朝向燃燒室內部的熱側16b，18b (圖3)。燃燒室10分為“初級區(qū)域”(或燃燒區(qū))和“次級區(qū)域”(或稀釋區(qū))，后者在前者的下游。(下游是指室內空氣/燃料混合氣體燃燒而產生的氣體流動的軸向方向，通過箭頭D表示)向燃燒室初級區(qū)域供氣通過沿整個燃燒室內環(huán)形壁16和外環(huán)形壁18周長排列成行初級孔28進行。至于對燃燒室次級區(qū)域的供氣是通過多個稀釋孔30進行的。稀釋孔30也沿內外環(huán)形壁16及18全周長分布。這些稀釋孔同樣沿周長排成列，在軸向上朝下游與初級孔交錯排列。為冷卻受燃燒氣體高溫影響的燃燒室的內環(huán)形壁16和外筒形壁18，預留了多個冷卻小孔32 (見圖2和圖3)這些通過多重穿孔對壁16，18進行冷卻的冷卻小孔32在軸向空間內沿周長多行列分布排列。除了本實用新型中明確劃分出來的特別區(qū)域外，這些多重穿孔排成多個行列遍布在燃燒室環(huán)形壁上的所有表面。在每一列中，冷卻小孔32的數(shù)量和直徑dl是相同的。同一列中兩個相鄰小孔的間距Pl為常量；對所有列來說，Pl可以是相同的，也可以是不同的。此外，相鄰的行列中的冷卻小孔32的排列應如圖2所示，為錯落的梅花形。如圖3顯示，穿透環(huán)形壁16和18的冷卻小孔32通常有一個相對于環(huán)形壁法線N的Θ I傾斜角度。此Θ I傾斜使透過這些小孔的空氣沿環(huán)形壁熱側16b，18b形成一層空氣層。相對于無傾斜的小孔，此傾斜增加了被冷卻的環(huán)形壁面積。此外，這些冷卻小孔32的Θ I傾斜讓燃燒室內形成的空氣層向燃燒氣體的流動方向流動(圖中用箭頭D表示)舉例說明，對于金屬或陶瓷材質的，厚度包括或在0.6到3.5mm間的16，18環(huán)形壁,冷卻小孔32的直徑dl可以包括或在0.3和Imm間，小孔間距包括或在I和IOmm之間，傾斜角度包括或在+30°和+70°之間，+60°最為典型。比較而言，對于一個參數(shù)相同的環(huán)形壁，初級孔28的直徑從4到20mm。根據(jù)本實用新型，每個稀釋孔30都包括長方形截面，(即沿發(fā)動機軸線的)軸向長度L相同，根據(jù)想要的冷卻液體流，沿與發(fā)動機軸線橫切方向的寬度L1、L2、L3可以是相同或不同的。這種特別的設置，與以前設計中不同直徑的環(huán)形設置相反，稀釋孔的軸向位置都是相同的，這樣無論在上游還是下游，稀釋孔與環(huán)繞它們的冷卻小孔間的間距是固定和相同的。然而我們會注意到，為了避免應力的集中，也為了減少裂紋的出現(xiàn)，這些稀釋孔的邊緣呈更大的 放射狀。此外，緊鄰長方形稀釋孔30的上游和下游的燃燒室的16和18環(huán)形壁都在每側有沿周長多行列分布的大量補充的冷卻小孔34，通常來說每側至少有10列。然而，與以前形成在軸向方向D上流動的空氣層的冷卻孔相反，這些補充的冷卻小孔形成的空氣層橫向流動，因為這些補充的冷卻小孔位于與軸向方向D流動的燃燒氣體垂直的平面上。這些與渦輪機軸線垂直的多個穿孔(下邊的描述中將會談到與冷卻小孔32的軸向多個穿孔相對的回旋多個穿孔)讓補充的冷卻小孔與稀釋孔接近從而提高空氣和燃料混合氣體的功效。此夕卜，稀釋孔下游的回旋多個穿孔的朝向與上游的完全相反，從而在下游回旋多個穿孔區(qū)出口得到如來自上游多個穿孔區(qū)的，幾乎是垂直的氣流。相反，在環(huán)周長排成行的稀釋孔30處，每個不同的孔之間，多個穿孔與傳統(tǒng)的冷卻小孔32 —樣，仍為軸向。此外，如圖4顯示，在外環(huán)形壁18上的補充的冷卻小孔34與內環(huán)形壁16上的朝向是相反的，這樣可以更好地提高空氣和燃料混合氣體的功效。同一行的補充的冷卻小孔34具有同樣的直徑d2，最好與冷卻小孔32的直徑dl相同，間距p2為定量，與冷卻小孔32的間距pi可以相同也可以不同；傾斜角度Θ 2最好與冷卻小孔32的傾斜角度Θ I相同，但分布在垂直面上，且如前所述，根據(jù)位于稀釋孔30的上游還是下游，朝向一個方向(切面向發(fā)動機軸線的右邊)或相反的方向(切面向左)。然而，在前邊規(guī)定的數(shù)值范圍內，這些補充的冷卻小孔34的參數(shù)可與冷卻小孔32有明顯差異，即同一行的補充的冷卻小孔的相對于環(huán)形壁16、18的法線N的傾斜角度Θ 2可與冷卻小孔的Θ I不同，同 一行的補充的冷卻小孔直徑d2可與冷卻小孔32的直徑dl不同。不過除他們的朝向相反之外，在稀釋孔的上游和下游的補充小孔34更多的是具有相同的參數(shù)。最好在稀釋孔30上游，初級孔28的后面緊接著開始回旋多重穿孔(自28A行開始)，這樣可以通過限制溫度的上升避免在初級孔的下游形成裂紋。這種情況下，稀釋孔30下游的回旋多重穿孔可等距離延伸，在末端30B行的位置上可以重新變成軸向穿孔，以便填滿回旋區(qū)域且不會消耗燃燒室的TuHP功率。因燃燒室的燃料更加有效的混合，排出的平均溫度得到改善。與局部化的處理(局部化處理只在稀釋循環(huán)孔緊鄰的區(qū)域鉆孔)相比，此發(fā)明通過補充的冷卻小孔(如通過激光或類似方式鉆孔)，降低了生產成本并縮短了生產周期。您將注意到，如果不再按傳統(tǒng)方式只在循環(huán)區(qū)域鉆初級孔28，而是同時也給28加上具有圓邊角的長方形截面生產程序還可以簡化。
權利要求1.渦輪機組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，包括冷側(16a，18a)和熱側(16b，18b)，所述環(huán)形壁包括: 多個沿環(huán)周向排分布的稀釋孔(30)，其允許所述環(huán)形壁冷側(16a，18a)的空氣進入熱偵U (16b，18b)以保證對空氣和燃料混合氣體的稀釋；且 多個冷卻小孔(32)，其允許環(huán)形壁冷側(16a，18a)的循環(huán)空氣進入到熱側(16b，18b)以沿環(huán)形壁形成一層冷卻氣體層；這些冷卻小孔分布成多個互相軸向間隔的周向排，且每個冷卻小孔的幾何軸線都是傾斜的，朝向燃燒氣體流出的軸向方向D，相對于所述環(huán)形壁的法線N的傾斜角度為ΘI ； 其特征在于:每個所述稀釋孔均有長方形截面，該長方形截面具有相同的軸向長度L，和在與所述軸向方向D相交的方向上的寬度Li。
2.根據(jù)權利要求1所述的渦輪機組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:所述稀釋孔的寬度Li是相同或不同的。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的渦輪機組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:所述稀釋孔包括圓邊角。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的渦輪機組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:位于緊鄰稀釋孔的上游和下游有多個補充的冷卻小孔(34)，并分布成多個互相軸向間隔的周向排， 所述補充的冷卻小孔的幾何軸線在與所述軸向方向D垂直的平面上分布，相對于環(huán)形壁的法線N的傾斜角度 為Θ 2，且 所述稀釋孔上游的補充的冷卻小孔與下游的補充的冷卻小孔的朝向是相反的。
5.根據(jù)權利要求4中所述的渦輪機組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:補充的冷卻小孔相對于環(huán)形壁的法線N的傾斜角度Θ 2與冷卻小孔的傾斜角度ΘI相同。
6.根據(jù)權利要求4所述的渦輪機組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:補充的冷卻小孔的直徑d2與冷卻小孔的直徑dl相同。
7.根據(jù)權利要求4所述的渦輪機組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:位于稀釋孔上游的多個補充的冷卻小孔(34)沿周向排列一直延伸到初級孔(28)的下游，使環(huán)形壁冷側(16a，18a)的循環(huán)空氣進入到熱側(16b，18b)以產生所述的空氣和燃燒混合氣體。
8.根據(jù)權利要求7所述的渦輪機組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:每個初級孔均有相同的軸向長度L，在與所述軸向方向D相交的方向上寬度為Li的長方形截面。
9.渦輪機組的燃燒室(10)，其特征在于:它包括根據(jù)權利要求1到8中任一權利要求所述的至少一個環(huán)形壁(16，18)。
10.具有燃燒室(10)的渦輪機組，其特征在于:該燃燒室(10)包括根據(jù)權利要求1到8中任一權利要求所述的至少一個環(huán)形壁(16，18)。
專利摘要本實用新型公開了一種渦輪機組的燃燒室(10)的環(huán)形壁，包括冷側(16a,18a)和熱側(16b,18b)，多個沿周向排分布的稀釋孔(30)，以便讓環(huán)形壁冷側(16a,18a)的循環(huán)空氣進入熱側(16b,18b)，以保障空氣和燃料混合氣體的稀釋；多個冷卻小孔(32)可以讓環(huán)形壁冷側(16a,18a)的循環(huán)空氣進入熱側(16b,18b)從而沿環(huán)形壁形成一層冷卻空氣層，這些冷卻小孔分布成多個軸向間隔的周向排，且每個冷卻小孔的幾何軸線是傾斜的、朝向燃燒氣體流出軸向方向D，相對于環(huán)形壁法線N的傾斜角度為θ1；這些稀釋孔每個都具有軸向長度為L，在與軸向方向D相交的方向上寬度為Li的長方形截面。
文檔編號F23R3/52GK203147823SQ201220542820
公開日2013年8月21日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權日2011年10月26日
發(fā)明者丹尼斯·吉恩·莫里斯·桑德里斯, 迪迪爾·希波呂忒·埃爾南德斯 申請人:斯奈克瑪