專利名稱：燃燒器襯套冷卻流散布件及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器技術(shù)，并且更具體而言，涉及膜冷卻的燃燒器
襯套。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)采用多個(gè)燃燒器組件以實(shí)現(xiàn)可靠且高效的渦輪機(jī)運(yùn)行。 各燃燒器組件包括圓柱狀的襯套，燃料噴射系統(tǒng)，以及引導(dǎo)熱燃燒氣自燃燒器流至渦輪機(jī) 第一級(jí)的進(jìn)口的過渡件。通常，壓縮機(jī)排氣的一部分用于冷卻燃燒器襯套，且然后被引入燃 燒器反應(yīng)區(qū)從而與燃料相混合并被點(diǎn)燃。 因?yàn)槿紵饕r套暴露于由燃燒過程所產(chǎn)生的強(qiáng)熱，因此其被冷卻以滿足預(yù)期壽命 要求。通常通過使一部分被壓縮的空氣轉(zhuǎn)向并促使其流過襯套的外表面而提供襯套冷卻。 此外，通過導(dǎo)引冷卻空氣流穿過形成在襯套中的冷卻孔而沿著襯套的燃燒側(cè)提供一薄層的 冷卻空氣。這種稱為膜冷卻的技術(shù)降低襯套上的總熱負(fù)荷，因?yàn)榇┻^冷卻孔的質(zhì)量流稀釋 鄰接襯套表面的熱燃燒氣，并且穿過孔的流提供襯套壁部的對(duì)流冷卻。 在一種已知的構(gòu)造中，膜冷卻的燃燒器襯套包括一系列連接的板式區(qū)段，這些板 式區(qū)段具有形成在各板式區(qū)段中的一個(gè)或多個(gè)環(huán)狀臺(tái)肩。各臺(tái)肩與板式區(qū)段的內(nèi)表面上的 環(huán)狀的圈形件相結(jié)合，限定形成在其熱氣側(cè)上的位于下方的軸向定向的槽或百葉窗式開口 (louver)，且多個(gè)冷卻孔形成在各臺(tái)肩中。壓縮機(jī)排氣穿過冷卻孔并離開冷卻槽，以在對(duì)應(yīng) 的板式區(qū)段的熱氣側(cè)上產(chǎn)生冷卻空氣的薄膜。 然而，傳統(tǒng)的槽冷卻方法可由于射流的停滯而導(dǎo)致局部熱梯度和增加的壓力損 失，這又可導(dǎo)致襯套壽命的降低。 因此，需要燃燒器襯套的有效且高效的冷卻，這將降低局部熱梯度和增加的壓力 損失的影響。

發(fā)明內(nèi)容
—方面中，本發(fā)明涉及燃燒器部件，其包括中空的圓柱狀主體，該主體的至少一 個(gè)區(qū)段設(shè)有多個(gè)環(huán)狀的軸向隔開的臺(tái)肩；圓柱狀主體的區(qū)段的內(nèi)側(cè)上的多個(gè)圈形件，其與 臺(tái)肩相對(duì)準(zhǔn)從而產(chǎn)生同樣多個(gè)環(huán)狀槽；圓柱狀主體的區(qū)段中的多個(gè)冷卻孔，這些冷卻孔徑 向地覆蓋圈形件，并且適合于將冷卻空氣供應(yīng)至環(huán)狀槽；圈形件的徑向外側(cè)上的多個(gè)流散 布件(flow disseminator)，其與冷卻孔相對(duì)準(zhǔn)，并且構(gòu)造成使流動(dòng)穿過冷卻孔的冷卻空氣 散開。 另一方面中，本發(fā)明涉及燃燒器襯套，其包括中空的圓柱狀主體，該主體的至少 一前部區(qū)段設(shè)有多個(gè)環(huán)狀的軸向隔開的臺(tái)肩；圓柱狀主體的前部區(qū)段的內(nèi)側(cè)上的多個(gè)圈形 件，其與臺(tái)肩相對(duì)準(zhǔn)，從而產(chǎn)生同樣多個(gè)軸向面向的環(huán)狀槽；圓柱狀主體的前部區(qū)段中的多 個(gè)冷卻孔，其徑向地覆蓋圈形件，并且適合于將冷卻空氣供應(yīng)至軸向面向的環(huán)狀槽；圈形 件的徑向外側(cè)上的多個(gè)周向隔開的伸長(zhǎng)的流散布件，該多個(gè)流散布件各自具有鈴狀的橫截面，包括與冷卻孔相對(duì)準(zhǔn)的徑向向外凸起的頂端，并且構(gòu)造成使流動(dòng)穿過冷卻孔的冷卻空 氣散開。 再一方面中，本發(fā)明涉及冷卻燃燒器襯套的方法，其包括(a)穿過襯套中的多個(gè) 冷卻孔將冷卻空氣供應(yīng)至徑向上在孔的內(nèi)側(cè)形成在襯套中的軸向隔開的多個(gè)環(huán)狀槽；以及 (b)通過沿至少兩個(gè)大體上相對(duì)的周向方向散開流而散布離開至少其中一些冷卻孔的冷卻 空氣。 現(xiàn)將結(jié)合下文所標(biāo)識(shí)的附圖進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明。


圖1是已知的燃燒器襯套的局部剖開的透視圖；
圖2是從圖1中所得到取的放大的細(xì)節(jié)； 圖3是類似于圖2但重新定向至分段的正視圖的視圖；以及 圖4是示出本發(fā)明的示范性的實(shí)施方式的燃燒器襯套的放大的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
首先參看圖1，已知的燃燒器襯套10包括前端部12和后端部14。燃燒器襯套限 定并結(jié)合燃燒室16，燃料和空氣在該燃燒室16中混合并被點(diǎn)燃。襯套10的前端部12裝備 有噴嘴組件，該噴嘴組件可包括布置在單一的中心噴嘴20周圍的多個(gè)徑向外噴嘴18。但 是，噴嘴組件本身并不形成本發(fā)明的部分。 進(jìn)一步參看圖2和圖3，襯套10的前端部12包括中空的圓柱狀的臺(tái)階式或臺(tái)肩式 的區(qū)段22，區(qū)段22包括以端到端關(guān)系相連接的多個(gè)環(huán)狀板。在襯套的此區(qū)段的內(nèi)側(cè)上設(shè)有 一系列環(huán)狀的圈形件24，該圈形件24提供成位于形成在襯套中的相應(yīng)的臺(tái)肩或臺(tái)階26下 方并延伸超出該臺(tái)肩或臺(tái)階26，從而形成一系列向后的環(huán)狀槽28。 襯套區(qū)段22的臺(tái)肩26形成有軸向隔開的多行周向地隔開的冷卻孔30，這些冷卻 孔30適合于將壓縮機(jī)冷卻空氣導(dǎo)引至與環(huán)狀的圈形件(或百葉窗式開口 ) 24相接觸，以便 冷卻空氣將沿著襯套的內(nèi)側(cè)形成膜。 現(xiàn)參看圖4，示出了改型的燃燒器區(qū)段122，其結(jié)合本發(fā)明的示范性但非限制性的 實(shí)施例。具體地，設(shè)在燃燒器區(qū)段122內(nèi)部上的環(huán)狀的圈形件124的上(或徑向外)表面 設(shè)有環(huán)狀陣列的流散布件32。伸長(zhǎng)的流散布件32定位在槽128內(nèi)，徑向地在其中一些冷卻 孔130且優(yōu)選地在全部冷卻孔130的下面。在該示范性但非限制性的實(shí)施例中，流散布件 32沿軸向方向延伸并且橫截面是大體上鈴狀的，而兩條軸向定向的邊緣或端部34或36向 上彎曲至相對(duì)地彎曲的(B卩，徑向上向外凸起的)頂端38。流散布件32可為中空的或?qū)?心的，并且可通過包括例如焊接的任何合適的方式被固定到圈形件124上。由于散布件32 是在冷卻圈形件124的平坦表面上具有平滑輪廓的凸出部，因此其還可制成與冷卻圈形件 124結(jié)合，以便制造成本不一定通過增加散布件而增加。 由于流散布件32面向冷卻孔130，流動(dòng)穿過那些孔的冷卻射流被分開并被順暢地 轉(zhuǎn)向到散布件頂端38的任一側(cè)上(即，沿相對(duì)的周向方向)，從而將否則為軸向的冷卻流從 槽128散開，減少流動(dòng)停滯區(qū)域。結(jié)果，可預(yù)期的是，壓力損失將降低并且使得冷卻流更均 勻，這又將改進(jìn)冷卻速率并避免高的局部熱梯度。此外，因?yàn)槔鋮s流被散布至槽冷卻孔130的任一側(cè)，因此可增加槽冷卻孔之間的間距。換句話說，可減少任何指定的環(huán)狀行中槽冷卻 孔130的數(shù)量，而不會(huì)對(duì)冷卻效率產(chǎn)生影響。 將意識(shí)到的是，其它的流散布件構(gòu)造(例如，帶有凸起的半圓形或三角形橫截面 的散布件，等等)可能是合適的，并且，流散布件概念同樣地適用于其它的渦輪機(jī)部件(例 如過渡件或諸如此類)上的其它的膜冷卻應(yīng)用。 雖然已結(jié)合當(dāng)前被視為最使用且最優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解的 是，本發(fā)明不限制于所公開的實(shí)施例，相反地，本發(fā)明意在涵蓋包括在所附權(quán)利要求的精神 和范圍內(nèi)的各種改型和等效裝置。
權(quán)利要求
一種燃燒器部件，包括中空的圓柱狀主體，所述圓柱狀主體的至少一個(gè)區(qū)段(122)設(shè)有多個(gè)環(huán)狀的軸向隔開的臺(tái)肩(26)；所述圓柱狀主體的所述區(qū)段的內(nèi)側(cè)上的多個(gè)圈形件(124)，所述多個(gè)圈形件(124)與所述多個(gè)環(huán)狀的軸向隔開的臺(tái)肩(26)相對(duì)準(zhǔn)，從而產(chǎn)生同樣多個(gè)環(huán)狀槽(128)；所述圓柱狀主體的所述區(qū)段中的多個(gè)冷卻孔(130)，所述多個(gè)冷卻孔(130)徑向地覆蓋所述多個(gè)圈形件(124)，并且適合于將冷卻空氣供應(yīng)至所述多個(gè)環(huán)狀槽；以及所述多個(gè)圈形件(124)的徑向外側(cè)上的多個(gè)流散布件(32)，所述多個(gè)流散布件(32)與所述多個(gè)冷卻孔(130)相對(duì)準(zhǔn)，并且構(gòu)造成散開流動(dòng)穿過所述多個(gè)冷卻孔(130)的冷卻空氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃燒器部件，其特征在于，各所述多個(gè)流散布件(32)徑向向 外地凸出，并具有徑向向外地凸起的頂端(38)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器部件，其特征在于，各所述多個(gè)流散布件(32)包括固 定至所述多個(gè)圈形件(124)的所述徑向外表面上的凸起狀的中空部件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃燒器部件，其特征在于，各所述多個(gè)流散布件(32)包括與 所述圈形件(124) —體地形成的凸起狀的中空部件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒器部件，其特征在于，各所述多個(gè)流散布件(32)具有鈴 狀的橫截面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器部件，其特征在于，各所述多個(gè)流散布件(32)具有鈴 狀的橫截面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃燒器部件，其特征在于，所述區(qū)段(122)包括燃燒器襯套 (10)的前部區(qū)段。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃燒器部件，其特征在于，所述多個(gè)環(huán)狀的圈形件(124)被 焊接至所述中空的圓柱狀主體的所述區(qū)段(122)的所述內(nèi)側(cè)的內(nèi)表面上，位于鄰近所述多 個(gè)環(huán)狀的軸向隔開的臺(tái)肩(26)且位于所述多個(gè)環(huán)狀的軸向隔開的臺(tái)肩(26)的前部的位置 處。
9. 一種燃燒器襯套，包括中空的圓柱狀主體，所述圓柱狀主體的至少一個(gè)前部區(qū)段(122)設(shè)有多個(gè)環(huán)狀的軸向 隔開的臺(tái)肩(26);所述圓柱狀主體的所述前部區(qū)段的內(nèi)側(cè)上的多個(gè)圈形件(124)，所述多個(gè)圈形件 (124)與所述多個(gè)環(huán)狀的軸向隔開的臺(tái)肩(26)相對(duì)準(zhǔn)，從而產(chǎn)生同樣多個(gè)軸向面向的環(huán)狀 槽(128);所述圓柱狀主體的所述前部區(qū)段中的多個(gè)冷卻孔(130)，所述多個(gè)冷卻孔(130)徑向 地覆蓋所述多個(gè)圈形件(124)，并且適合于將冷卻空氣供應(yīng)至所述多個(gè)軸向面向的環(huán)狀槽 (128);以及所述多個(gè)圈形件(124)的徑向外側(cè)上的多個(gè)周向隔開的伸長(zhǎng)的流散布件(32)，所述多 個(gè)流散布件各具有鈴狀的橫截面，該橫截面包括與所述多個(gè)冷卻孔(130)中的相應(yīng)的一個(gè) 冷卻孔相對(duì)準(zhǔn)的徑向向外凸起的頂端(38)，且所述多個(gè)流散布件構(gòu)造成散開流動(dòng)穿過所述 多個(gè)冷卻孔(130)的冷卻空氣。
10. —種冷卻燃燒器襯套(10)的方法，包括(a) 穿過所述襯套中的多個(gè)冷卻孔(130)將冷卻空氣供應(yīng)至徑向上在所述多個(gè)冷卻孔 的內(nèi)側(cè)形成在所述襯套中的軸向隔開的多個(gè)環(huán)狀槽(128);以及(b) 通過沿至少兩個(gè)大體上相對(duì)的周向方向散開流而散布離開至少其中一些所述多個(gè) 冷卻孔(130)的冷卻空氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃燒器襯套冷卻流散布件及相關(guān)方法，具體而言，一種燃燒器部件包括中空的圓柱狀主體，該圓柱狀主體的至少一個(gè)區(qū)段(122)設(shè)有多個(gè)環(huán)狀的軸向隔開的臺(tái)肩(26)。多個(gè)圈形件(124)設(shè)在圓柱狀主體的區(qū)段的內(nèi)側(cè)上，與臺(tái)肩相對(duì)準(zhǔn)從而產(chǎn)生同樣多個(gè)環(huán)狀槽(128)。多個(gè)冷卻孔(130)形成在圓柱狀主體的區(qū)段中，徑向地覆蓋圈形件，并且適合于將冷卻空氣供應(yīng)至環(huán)狀槽。多個(gè)流散布件(32)設(shè)在圈形件(124)的徑向外側(cè)上，與冷卻孔(130)相對(duì)準(zhǔn)，并且構(gòu)造成散開流動(dòng)穿過冷卻孔(130)的冷卻空氣。
文檔編號(hào)F23D14/00GK101725977SQ20091020887
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者V·R·科拉蒂 申請(qǐng)人:通用電氣公司