專利名稱：用于操作燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及燃?xì)廨啓C(jī)，更具體地說涉及與燃?xì)廨啓C(jī)一起使用的燃燒室。
背景技術(shù)：
已知的渦輪機(jī)包括用于壓縮空氣的壓縮機(jī)，所述的空氣合適地與燃料混合并且被引入到燃燒室，在燃燒室中，點(diǎn)燃混合物從而產(chǎn)生熱的燃燒氣。所述的熱的燃燒氣被引導(dǎo)到至少一個(gè)渦輪機(jī)處，該渦輪機(jī)從燃燒氣體中提取能量以便供給壓縮機(jī)能量，并且產(chǎn)生有用功，例如驅(qū)動(dòng)車輛。
為了在惡劣的渦輪機(jī)環(huán)境中支撐渦輪機(jī)外殼和部件，通過多個(gè)支撐環(huán)支撐至少一些已知的外殼和部件，支持環(huán)連接在一起形成一個(gè)主要框架。該主要框架為從主干徑向向內(nèi)安置的部件提供結(jié)構(gòu)支撐，并且也為圍繞渦輪機(jī)連接的渦輪機(jī)外殼提供了一種裝置。另外因?yàn)橹饕蚣苋菀卓刂朴蓽u輪機(jī)外殼和從主要框架徑向向內(nèi)安置的部件之間所限定的渦輪機(jī)間隙密封，這樣的主要框架通常設(shè)計(jì)得盡可能剛硬。
至少一些與同流換熱的渦輪機(jī)一起使用的已知的主要框架包括多個(gè)在前后法蘭之間延伸的梁。出于空間的考慮，與包含在這樣的渦輪機(jī)中的燃燒室一起使用的啟動(dòng)噴管穿過燃燒室的側(cè)面而徑向插入。更具體地說，因?yàn)檫@樣的啟動(dòng)噴管相對(duì)于燃燒室的取向，從啟動(dòng)噴管排出的燃料以噴射角進(jìn)入到燃燒室中，該噴射角大致相對(duì)穿過該燃燒室延伸的中心軸偏置60度。因此，由于在燃燒室中該啟動(dòng)噴管的取向和相對(duì)位置，該啟動(dòng)噴管暴露于燃燒室主要區(qū)域并且必須進(jìn)行冷卻。此外，至少一些已知的啟動(dòng)噴管包括尖端管套，該尖端管套也進(jìn)行冷卻并且圍繞該啟動(dòng)噴管的噴射尖端周向延伸。然而，在至少一些已知的啟動(dòng)噴管中，并不調(diào)節(jié)向尖端管套的冷卻流，從而如果管套尖端在渦輪機(jī)工作期間燒熔，冷卻空氣自由通過該噴射尖端，并且可能不利地影響燃燒室和啟動(dòng)噴管的性能。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，給出了用于組裝燃?xì)廨啓C(jī)的方法。該方法包括連接包含圓頂組件的燃燒室和燃燒室襯里，該燃燒室襯里從該圓頂組件下游向燃燒室外殼延伸，該燃燒室外殼從燃燒室向外徑向設(shè)置；連接環(huán)支架和多個(gè)梁，其中該環(huán)支架包括第一徑向法蘭，第二徑向法蘭，梁從第一第二法蘭之間向燃燒室外殼延伸；連接包含了噴射尖端的啟動(dòng)噴管到燃燒室上使得該啟動(dòng)噴管通過圓頂組件軸向延伸從而可以在該燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)工作狀態(tài)期間燃料從該啟動(dòng)噴嘴排放到該燃燒室中。
另一方面，提供了包括中心軸的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的啟動(dòng)噴管。該啟動(dòng)噴管包括入口，噴射尖端，主體和管套。該噴射尖端用于以充分平行于燃?xì)廨啓C(jī)中心線軸的方向?qū)⑷剂吓欧诺饺紵抑?。該主體在入口和噴射尖端之間延伸。該主體包括至少一個(gè)用于將噴管連接到主體的環(huán)形軸套，使得啟動(dòng)噴管被相對(duì)于燃燒室安置。該管套圍繞噴射尖端和主體的至少一部分延伸，使得在該管套與該主體和噴射尖端中的至少一個(gè)之間限定了間隙。該管套包括多個(gè)周向間隔的開口，這些開口用于計(jì)量提供給噴射尖端的冷卻空氣。
在另外的方面，提供一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒系統(tǒng)。該燃燒系統(tǒng)包括燃燒室，燃燒室外殼和啟動(dòng)噴管。該燃燒室包括圓頂組件和燃燒室襯里，該燃燒室襯里從圓頂組件下游延伸。該燃燒室襯里限定了在其中的燃燒室。該燃燒室還包括中心線軸。該燃燒室外殼圍繞該燃燒室延伸。該啟動(dòng)噴管經(jīng)由燃燒室外殼和圓頂組件軸向延伸到燃燒室中以便在燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)的工作狀態(tài)期間沿燃燒室中心線軸將燃料供給到燃燒室中。


圖1是燃?xì)廨啓C(jī)的示意圖；圖2是圖1中顯示的燃?xì)廨啓C(jī)的一部分的剖面視圖；圖3是與圖2所示的燃?xì)廨啓C(jī)一起使用的示例啟動(dòng)噴管的放大側(cè)面視圖；和圖4是圖3所示的沿線4-4截取的啟動(dòng)噴管的一部分的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是燃?xì)廨啓C(jī)10的示意圖，該燃?xì)廨啓C(jī)10包括高壓力壓縮機(jī)14，燃燒室16。燃?xì)廨啓C(jī)10還包括高壓力渦輪18和低壓力渦輪20。壓縮機(jī)14和渦輪18由第一軸24連接，渦輪20驅(qū)動(dòng)第二輸出軸26。輸出軸26提供了旋轉(zhuǎn)的原動(dòng)力以便驅(qū)動(dòng)從動(dòng)機(jī)，例如但不局限于齒輪箱，傳動(dòng)裝置，發(fā)電機(jī)，風(fēng)機(jī)或者泵。燃?xì)廨啓C(jī)10還包括回流換熱器28，該換熱器28具有串連連接在壓縮機(jī)14和燃燒室16之間的第一流體路徑30，和串連連接在渦輪20和環(huán)境34之間的第二流體路徑32。在一個(gè)實(shí)施例中，該燃?xì)廨啓C(jī)是可從俄亥俄州辛辛那提的通用電器公司獲得的LV100。
工作中，空氣流過高壓力壓縮機(jī)14。高度壓縮的空氣輸出到換熱器28，在這里來自渦輪20的熱的廢氣將熱量傳遞給壓縮的空氣。該加熱的壓縮空氣輸出到燃燒室16。來自燃燒室16的空氣流驅(qū)動(dòng)渦輪18和20并且在退出燃?xì)廨啓C(jī)10之前通過換熱器28。
圖2是包括啟動(dòng)噴管30的燃?xì)廨啓C(jī)10的一部分的剖視圖。圖3是啟動(dòng)噴管30的放大側(cè)面視圖。圖4是沿線4-4截取的(圖3)啟動(dòng)噴管道30的一部分的剖視圖。在示范性實(shí)施例中，啟動(dòng)噴管30包括入口32，噴射尖端34和在其間延伸的主體36。入口32是已知的標(biāo)準(zhǔn)軟管螺紋接套，該軟管螺紋接套連接到燃料供應(yīng)源和空氣供應(yīng)源，以便引導(dǎo)燃料和空氣進(jìn)入到啟動(dòng)噴管30中，如下面更詳細(xì)描述的那樣。另外，入口32還包括燃料過濾器(未示出)，該燃?xì)膺^濾器過濾進(jìn)入到噴管30中的燃?xì)庖员阌欣跍p少在噴管30中的阻塞。
在示范性實(shí)施例中，噴管主體36基本上是圓形的并且包括多個(gè)沿主體外表面42的一部分形成的螺紋40。更具體地說，螺紋40使得噴管30連接在燃?xì)廨啓C(jī)10中，并且設(shè)置在噴射尖端34和環(huán)形肩部44之間，該環(huán)形肩部從主體36向外徑向延伸。正如下面更加詳細(xì)描述的那樣，當(dāng)噴管30與燃燒室16連接時(shí)肩部44有利于將噴管30以合適的取向并與燃燒室16對(duì)齊來定位。噴管主體36還包括多個(gè)扳手平面50，這些扳手平面有利于組裝和拆卸在燃燒室16中的啟動(dòng)噴管30。在一個(gè)實(shí)施例中，噴管主體36被加工形成多個(gè)平面50。
肩部44將該噴管主體36分成一個(gè)內(nèi)部部分52和一個(gè)外部部分55，該內(nèi)部部分52延伸到燃燒室16并且因此暴露于燃燒主要區(qū)域或者限定在燃燒室16中的燃燒腔室54，該外部部分55沒有延伸到燃燒室16中。因此可變地選擇內(nèi)部部分52的長度L以便于限定暴露于在燃燒主要區(qū)域54中產(chǎn)生的幅射熱的噴管30的數(shù)量。更具體地，內(nèi)部部分長度L和肩部部分44的結(jié)合易于在燃燒室16中并且相對(duì)于燃燒室點(diǎn)火裝置(未示出)以一個(gè)最佳位置定位啟動(dòng)噴管30。
管套56圍繞噴射尖端34周向延伸，以利于保護(hù)噴射尖端34和內(nèi)部部分52的一部分免受在燃燒主要區(qū)域54中產(chǎn)生的熱量的干擾。特別地，管套56具有一個(gè)長度L2其比內(nèi)部部分的長度L短，和一個(gè)直徑D1其比靠近噴射尖端34的內(nèi)部部分52的直徑D2大。更具體地說，可變地選擇管套直徑D1使得其尺寸近似等于從燃燒室延伸的套圈60，如下更加詳細(xì)的描述，使得易于將在噴管30和套圈60之間的燃燒腔室54的泄漏減小到最小。此外因?yàn)楣芴字睆紻1大于內(nèi)部部分直徑D2，環(huán)形間隙62限定在管套56的一部分和噴管主體36之間。
多個(gè)計(jì)量開口70延伸通過管套56并且與縫隙62流動(dòng)連通。特別地開口70圍繞管套56成排72地周向地間隔。通過開口70提供用于管套56的冷卻空氣，萬一管套56的尖端76在燃燒室工作期間燒灼該開口70限制朝向管套56的空氣流。在一個(gè)實(shí)施例中，供給到管套56的冷卻空氣是燃燒室入口的空氣，該燃燒室入口的空氣在被供應(yīng)到燃燒室16之前通過換熱器28循環(huán)，該換熱器28將廢氣熱量加入到壓縮機(jī)排放空氣中。
管套尖端76是截錐體，以易于將暴露于燃燒室16內(nèi)的幅射熱的表面積減小到最小。此外，多個(gè)延伸穿過管套尖端76并且在該管套尖端76上分布的冷卻開口80易于提供設(shè)置在管套尖端76上的冷卻薄膜，并且還易于通過在管套56和噴管主體36之間的縫隙62中提供冷卻空氣絕緣層來保護(hù)噴射尖端34。
燃燒室16包括環(huán)形外部襯里90，外部支架91，環(huán)形內(nèi)部襯里92，內(nèi)部支架93和在外部和內(nèi)部襯里90和92之間延伸的圓頂端部94。外部襯里90和內(nèi)部襯里92從燃燒室外殼95向內(nèi)徑向間隔并且限定了燃燒腔室54。燃燒室外殼95通常是環(huán)形的，并且圍繞包括內(nèi)部支架93和外部支架91的燃燒室16延伸。燃燒腔室54在形狀上通常為環(huán)形并且從襯里90和92徑向向內(nèi)。外部支架91和燃燒室外殼95限定了外部通道98，內(nèi)部支架93和燃燒室外殼95限定了內(nèi)部通道100。外部和內(nèi)部襯里90和92延伸到渦輪噴管(未示出)，該渦輪噴管在擴(kuò)散器48下游。
燃燒室圓頂端部94包括套圈60。特別地，套圈60從塔組件102延伸，該塔組件102徑向向外并且從圓頂端部94的上游延伸。套圈60具有一個(gè)內(nèi)徑D3其尺寸略微大于管套直徑D1。因此當(dāng)啟動(dòng)噴管30連接到燃燒室16上時(shí)，啟動(dòng)噴管30周向地接觸套圈60以便將在噴管30和套圈60之間的燃燒腔室的泄漏減小到最小。
燃燒室外殼95的一部分形成了燃燒室的主要框架110，該主要框架110圍繞燃燒室16周向延伸以便給在燃?xì)廨啓C(jī)10中的燃燒室16提供結(jié)構(gòu)支撐。環(huán)形環(huán)支架112連接到燃燒室主要框架110上。環(huán)支架112包括環(huán)形上游徑向法蘭114，環(huán)形下游徑向法蘭116和多個(gè)在其間延伸的周向間隔的梁118。在示范性實(shí)施例中，上游和下游法蘭114和116基本上是圓形的并且基本上平行。特別地，環(huán)支架112在壓縮機(jī)14(如圖1所示)和渦輪18(如圖1所示)之間軸向延伸，并且在壓縮機(jī)14和渦輪18之間提供了結(jié)構(gòu)支撐。
燃燒室外殼95的一部分還形成了軸套130，該軸套130為啟動(dòng)噴管30提供了對(duì)齊基座。特別地軸套130具有一個(gè)由軸套130的內(nèi)部表面131限定的內(nèi)部直徑D4其小于啟動(dòng)噴管肩部44的外部直徑D5并且大于管套直徑D1。在內(nèi)部表面131上刻螺紋以容納其中的啟動(dòng)噴管螺紋。因此，當(dāng)啟動(dòng)噴管30插入到燃燒室外殼軸套130，啟動(dòng)噴管肩部44接觸軸套130以限定啟動(dòng)噴管內(nèi)部部分52相對(duì)燃燒室16的插入深度。更具體地說，當(dāng)啟動(dòng)噴管30連接到燃燒室16上時(shí)肩部44便于將啟動(dòng)噴管36定位在合適的取向上并且與燃燒室16對(duì)齊。
在組裝燃?xì)廨啓C(jī)10期間，在燃燒室16相對(duì)燃燒室外殼95固定到位之后，外殼95然后連接到環(huán)支架112上。啟動(dòng)噴管30然后插入到燃燒室外殼軸套130并且相對(duì)燃燒室16連接到位。特別地，噴管外螺紋40最初覆蓋有潤滑劑，例如Tiolube614-19B，其可以從HuntingtoBeach，California的注冊(cè)商標(biāo)Tiodize購買到。然后通過使用扳手平面50將啟動(dòng)噴管30螺紋連接到燃燒室軸套130上，扳手平面便于將啟動(dòng)噴管30與燃燒室外殼95連接/從燃燒室外殼95拆卸。特別地當(dāng)啟動(dòng)噴管30連接到燃燒室外殼95上時(shí)，噴管30通過環(huán)支架112向外延伸，并且啟動(dòng)噴管管套56和噴射尖端34大致軸向通過圓頂端部94延伸。因此，進(jìn)入腔室54的唯一路徑是通過燃燒室圓頂端部94，使得如果許可，可以不用拆卸燃燒室16而替換啟動(dòng)噴管30。
在工作期間，燃料和空氣供應(yīng)給啟動(dòng)噴管30。特別地，燃燒室16需要在冷操作狀態(tài)期間操作啟動(dòng)噴管30并且便于減少從燃燒室16產(chǎn)生的煙。更具體地說，因?yàn)橄鄬?duì)燃燒室圓頂端部94定位啟動(dòng)噴管30，所以以相對(duì)圓頂端部94大致90度噴射錐形并且沿從圓頂端部94通過燃燒室16延伸的中心軸140排放供應(yīng)給啟動(dòng)噴管30的燃料。同樣，注射方向便于減少在燃燒室腔室54中的燃料點(diǎn)火時(shí)間。因此，從啟動(dòng)噴管30排放的燃料沿大致平行于中心線軸140的方向排放到燃燒腔室54中。
因此，在燃?xì)廨啓C(jī)10被啟動(dòng)并且獲得空轉(zhuǎn)速度之后，在燃?xì)廨啓C(jī)熱啟動(dòng)期間，停止向啟動(dòng)噴管30的燃?xì)饬鳎@使得啟動(dòng)噴管30易于結(jié)焦并且尖端燒損。為了便于防止在啟動(dòng)噴管30內(nèi)結(jié)焦，大致連續(xù)地用壓縮機(jī)旁通空氣清掃噴管30，該空氣通過儲(chǔ)存器供應(yīng)，從而便于從啟動(dòng)噴管30除去殘留燃料。特別地，該清掃空氣的工作溫度低于通過換熱器循環(huán)并且供應(yīng)給管套56的冷卻空氣的工作溫度。該清掃空氣還有利于減小在沒有使用啟動(dòng)噴管30時(shí)在燃?xì)廨啓C(jī)工作期間啟動(dòng)噴管30和噴射尖端34的工作溫度。
上述的燃燒支架提供了有成本效益的可靠的裝置以便操作包括啟動(dòng)噴管的燃燒室。更具體地說，啟動(dòng)噴管通過該燃燒室圓頂端部軸向插入到燃燒室中，使得從啟動(dòng)噴管排放的燃料沿大致平行于燃燒室中心軸線的方向排放到燃燒腔室中。該啟動(dòng)噴管還包括一個(gè)管套，該管套有利于將啟動(dòng)噴管與在燃燒室中產(chǎn)生的高溫隔離。此外，該管套包括多個(gè)計(jì)量開口，這些開口以具有成本效益的和可靠的方式計(jì)量啟動(dòng)噴管的冷卻氣流。
上面詳細(xì)描述了燃燒系統(tǒng)的示范性實(shí)施例。所示出的燃燒系統(tǒng)部件并不限于這里所描述的特別實(shí)施例，而是每個(gè)燃燒系統(tǒng)的部件，可以與這里描述的其它部件獨(dú)立地和分別地利用。例如每個(gè)啟動(dòng)噴管還可以結(jié)合其它燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)使用。
盡管本發(fā)明已經(jīng)就不同的特別實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明還可以在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)。
零件列表10燃?xì)廨啓C(jī)14高壓力壓縮機(jī)16燃燒室18高壓力渦輪20低壓力渦輪24第一軸26輸出軸28回流換熱器29第一流動(dòng)路徑30啟動(dòng)噴管31第二流動(dòng)路徑32入口34噴射尖端35周圍環(huán)境36主體40螺紋42主體外部表面44環(huán)形肩部48擴(kuò)散器50扳手平面52內(nèi)部部分54燃燒腔室55外部部分L 長度56管套L2長度D1直徑D2直徑60套圈62環(huán)形間隙
70計(jì)量開口72排76尖端80冷卻開口90環(huán)形外部襯里92環(huán)形內(nèi)部襯里93內(nèi)部支架94圓頂端部95燃燒器外殼97外部通道100 內(nèi)部通道102 塔組件D3直徑110 主要框架112 環(huán)形環(huán)支架114 徑向法蘭116 徑向法蘭118 梁130 軸套D4直徑131 內(nèi)表面D5直徑140 軸
權(quán)利要求
1.用于裝配燃?xì)廨啓C(jī)(10)的方法，所述的方法包括連接包含圓頂組件(94)的燃燒室(16)和燃燒室襯里(90，92)，該燃燒室襯里從該圓頂組件下游向燃燒室外殼(95)延伸，該燃燒室外殼(95)從燃燒室向外徑向設(shè)置；連接環(huán)支架(91，93)和多個(gè)梁(118)，其中該環(huán)支架(91，92)包括第一徑向法蘭(114)，第二徑向法蘭(116)，梁(118)從第一第二法蘭之間向燃燒室外殼延伸；和連接包括了噴射尖端(34)的啟動(dòng)噴管(30)到燃燒室上，使得該啟動(dòng)噴管軸向通過圓頂組件延伸從而可以在該燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)工作狀態(tài)期間燃料從該啟動(dòng)噴嘴排放到該燃燒室中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，連接包含一個(gè)噴射尖端的啟動(dòng)噴管(30)到燃燒室上還包括將啟動(dòng)噴管連接到燃燒室上，使得沿大致平行于通過燃燒室延伸的中心線軸(140)的方向從該啟動(dòng)噴管軸向排放燃料到燃燒室中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，連接包含了噴射尖端的啟動(dòng)噴管到燃燒室上還包括將啟動(dòng)噴管連接到燃燒室上，使得啟動(dòng)噴管通過環(huán)支架(112)延伸并且包括圍繞該啟動(dòng)噴管噴射尖端周向延伸的管套(56)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，連接包含了噴射尖端的啟動(dòng)噴管到燃燒室上還包括將空氣源連接到啟動(dòng)噴管上，使得供應(yīng)給啟動(dòng)噴管噴射尖端的冷卻空氣由多個(gè)穿過管套延伸的開口(70)計(jì)量，該管套圍繞啟動(dòng)噴管噴射尖端周向地延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將空氣源連接到啟動(dòng)噴管，從而便于在預(yù)定的噴管操作期間將來自啟動(dòng)噴管的殘留燃料清掃到燃燒室中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，連接包含了噴射尖端的啟動(dòng)噴管到燃燒室上還包括將啟動(dòng)噴管螺紋連接到燃燒室外殼上，使得從啟動(dòng)噴管延伸的肩部(44)保持該啟動(dòng)噴管相對(duì)該燃燒室的定位。
全文摘要
一種容易安裝燃?xì)廨啓C(jī)(10)的方法。該方法包括連接包含圓頂組件(94)的燃燒室(16)和燃燒室襯里(90，92)，該燃燒室襯里從該圓頂組件下游向燃燒室外殼(95)延伸，該燃燒室外殼(95)從燃燒室向外徑向設(shè)置；連接環(huán)支架(112)和多個(gè)梁(118)，其中該環(huán)支架(112)包括第一徑向法蘭(114)，第二徑向法蘭(116)，梁(118)從第一第二法蘭之間向燃燒室外殼延伸；連接包括了噴射尖端(34)的啟動(dòng)噴管(30)到燃燒室上使得該啟動(dòng)噴管軸向通過圓頂組件延伸從而可以在該燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)工作狀態(tài)期間燃料從該啟動(dòng)噴管排放到該燃燒室中。
文檔編號(hào)F23M5/04GK1576700SQ20041004210
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月2日
發(fā)明者T·P·麥卡弗里, S·J·霍維爾, J·C·雅各布森, B·F·巴恩斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司