專利名稱：用于燃燒器過渡件的冷卻設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)(gas turbine)。更特定而言，本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)部件 的冷卻。
背景技術(shù)：
典型燃?xì)鉁u輪機(jī)包括繞可旋轉(zhuǎn)軸桿以環(huán)形陣列設(shè)置的多個(gè)燃燒器。燃燒器從燃料 源接收可燃燃料并從壓縮機(jī)接收壓縮空氣，壓縮機(jī)由軸桿驅(qū)動(dòng)。對(duì)于每個(gè)燃燒器，燃料在由 燃燒器襯套限定的燃燒室內(nèi)在壓縮空氣中燃燒以產(chǎn)生熱燃燒氣體。燃燒氣體通過渦輪機(jī)膨 脹以做功來驅(qū)動(dòng)軸桿。熱燃燒氣體由過渡件或過渡管從燃燒器襯套輸送到渦輪機(jī)。流經(jīng)過 渡管的熱燃燒氣體使管結(jié)構(gòu)經(jīng)受很高溫度。通常，通過撞擊流來向過渡管提供冷卻，撞擊流 由在包圍過渡管的套筒中的離散位置處的撞擊孔經(jīng)過的氣流引導(dǎo)。在襯套與過渡件之間的 柔性接頭需要經(jīng)由壓縮機(jī)排放空氣的額外冷卻。 在共同擁有的美國(guó)專利第7， 082， 766號(hào)中，公開了一種單件組合式燃燒器襯套/ 過渡件，其排除了柔性接頭和因此對(duì)接頭進(jìn)行靶向冷卻的需要。但仍需要對(duì)單件組合式燃 燒器襯套/過渡件進(jìn)行更有效的冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器包括單件管，其適于在燃燒室的前端到 第一渦輪機(jī)級(jí)之間延伸；金屬包裹件，其繞單件管部分地延伸且基本上延伸單件管的整個(gè) 軸向長(zhǎng)度；以及，多個(gè)支承凸臺(tái)，其在徑向安置于該金屬包裹件與該管之間，多個(gè)支承凸臺(tái)、 至少一個(gè)金屬包裹件以及單件管限定多個(gè)冷卻流動(dòng)路徑，用于沿著該管和繞該管引導(dǎo)流 動(dòng)。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器包括至少一個(gè)燃燒室，其具有前端和 后端；管，其在一端連接到燃燒室前端且在相對(duì)端連接到渦輪機(jī)第一級(jí)；至少一個(gè)包裹件， 其至少部分地繞單件管安置；多個(gè)大體上翼形的葉片，其在徑向安置于至少一個(gè)包裹件與 單件管之間。 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，冷卻在燃燒器的前端與渦輪機(jī)的第一級(jí)之間延伸的單件
管的方法包括在單件管與金屬包裹件之間在徑向提供多個(gè)流動(dòng)引導(dǎo)裝置，金屬包裹件至
少部分地繞單件管延伸；使冷卻空氣流入到單件管與金屬包裹件之間的空間使得所述多個(gè)
流動(dòng)引導(dǎo)裝置繞由所述金屬包裹件圍繞的所述單件管的表面引導(dǎo)冷卻空氣。 結(jié)合下面標(biāo)識(shí)的附圖，通過下文的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的前述和其它方面、特征
和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)顯而易見。


圖1是已知燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器布置的局部截面圖； 圖2是示出圖1的燃?xì)鉁u輪機(jī)中的過渡件布置的一實(shí)施例的局部軸向截面圖；以及 圖3是圖1的燃?xì)鉁u輪機(jī)的過渡件的冷卻設(shè)備的實(shí)施例的平面圖。
具體實(shí)施方式
參考附圖以舉例說明的方式解釋了本發(fā)明的實(shí)施例，以及優(yōu)點(diǎn)和特征。
具體實(shí)施例方式
參看圖1，示出單件組合式燃燒器襯套/過渡件(或單件管)10，其從圓形燃燒器 頭端(或前端)12直接過渡到大體上矩形但弓形的區(qū)段14，區(qū)段14連接到渦輪機(jī)的第一級(jí) 16。為了易于組裝或制造，單件管IO可由焊接或聯(lián)接到一起的兩個(gè)半件或多個(gè)部件形成。 但優(yōu)選地，該管將被鑄造為單件。類似地，環(huán)繞的單件流動(dòng)套筒18從圓形燃燒器頭端12直 接過渡到后框架20。為了易于組裝，單件流動(dòng)套筒18也可由焊接或聯(lián)接到一起的兩個(gè)半件 形成。流動(dòng)套筒18與后框架20之間的接頭形成基本上端部閉合的冷卻環(huán)狀空間22，冷卻 環(huán)狀空間22在流動(dòng)套筒18與單件管10之間徑向設(shè)置。 額外的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器部件包括圓形帽24和支承多個(gè)燃料噴嘴28的端蓋26。 單件管10還支承前部套筒30，前部套筒30可通過鑄造或焊接就位的徑向支柱32或者由諸 如釬焊或機(jī)械連接的其它合適方式而固定地附連到單件管10上。 在其前端，單件管10由常規(guī)呼拉密封件(hula seal) 34支承，呼拉密封件34在帽 與管10之間在徑向附連到帽24上。 在使用中，壓縮機(jī)排放空氣通過形成于流動(dòng)套筒18中的撞擊冷卻孔、槽或者其它 開口而流入到環(huán)繞單件管10的流動(dòng)套筒18形成的冷卻環(huán)狀空間22內(nèi)，并沿著冷卻環(huán)狀空 間22流動(dòng)，且允許壓縮機(jī)排放空氣中的某部分也在徑向穿過孔流動(dòng)以撞擊單件管10因此 而冷卻單件管IO，然后沿著環(huán)狀空間22流動(dòng)到燃燒器的前端，在此，空氣回流到燃燒室內(nèi)。
撞擊孔可以任何圖案設(shè)置，例如，以軸向間隔開、對(duì)準(zhǔn)或偏移的環(huán)形行等，或甚至 以任意陣列設(shè)置。 在本發(fā)明的示范性但非限制性的實(shí)施方式中，排除了流動(dòng)套筒18以有利于在單 件管10上支承的至少部分環(huán)繞的金屬板包裹件。更具體而言，且如圖2和圖3所示，一個(gè) 或多個(gè)支承凸臺(tái)36安置于單件管110上且遠(yuǎn)離該管在徑向突出。支承凸臺(tái)36的位置便于 向包裹件38提供良好支承，包裹件38繞單件管的至少一部分延伸，且因此支承凸臺(tái)36在 包裹件38與管110之間形成一個(gè)或多個(gè)冷卻流動(dòng)路徑40。支承凸臺(tái)36可呈大體上翼形 的流動(dòng)引導(dǎo)裝置的形式，其通過任意多種可接受的制造技術(shù)，諸如鑄造或焊接而緊固到單 件管110上。金屬包裹件38無需環(huán)繞整個(gè)單件管110且優(yōu)選地僅覆蓋該管的頂部(或外 部)。 通過如圖2和圖3所示以大體上螺旋方式繞單件管110設(shè)置翼形的凸臺(tái)36，所產(chǎn) 生的流動(dòng)路徑40也大體上為螺旋形使得壓縮機(jī)排放空氣由翼形的凸臺(tái)26引導(dǎo)至流動(dòng)路徑 40中，使得冷卻空氣在單件管IIO外表面上和繞單件管10的外表面流動(dòng)從而冷卻該管。應(yīng) 了解可使用其它支承凸臺(tái)形狀來在其它方向中重新引導(dǎo)排放流動(dòng)，甚至本公開內(nèi)容也構(gòu)想 到凸臺(tái)圖案。舉例而言，可在管的相對(duì)側(cè)上采用凸臺(tái)的鏡像圖案。但優(yōu)選地，凸臺(tái)并不與襯 套的縱向中心線交叉。 在上文所述的實(shí)施例中，單個(gè)外部包裹件38安置于單件管的外側(cè)上，再次指出的是若干燃燒器圍繞渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子以環(huán)形陣列設(shè)置。在此實(shí)施例中，單件管110的內(nèi)部由基本 上軸向流動(dòng)的壓縮機(jī)排放空氣冷卻。換言之，部分冷卻空氣在相鄰單件管之間且沿著管的 內(nèi)部區(qū)域流動(dòng)，而在管的外部區(qū)域中的流動(dòng)由支承多個(gè)包裹件38的一個(gè)或多個(gè)翼形的裝 置重新引導(dǎo)以使冷卻排放空氣經(jīng)過單件管外部的外表面和繞單件管外部的外表面流動(dòng)，從 而提供對(duì)管的外側(cè)更有效的冷卻。如上文所示，可使用第二鏡像包裹件(參看圖3中的下 部包裹件40)來圍繞單件管中每一個(gè)的內(nèi)部，其具有類似支承凸臺(tái)(或者在上部或外部包 裹件上凸臺(tái)的延續(xù))且對(duì)壓縮機(jī)排放氣流具有類似作用。 在某些實(shí)施例中，包裹件可包括一個(gè)或多個(gè)冷卻孔，冷卻孔允許額外的壓縮機(jī)排
放空氣在所希望的位置流入到至少一個(gè)冷卻流動(dòng)通道內(nèi)以通過增加撞擊冷卻成分而進(jìn)一
步改進(jìn)冷卻效果。此外，大體上翼形的支承凸臺(tái)36可具有不同的大小、形狀和布置以提高
傳熱率和提高排放流動(dòng)的分布均勻性來進(jìn)一步改進(jìn)冷卻。舉例而言，類似取向的凸臺(tái)組可
對(duì)準(zhǔn)地或交錯(cuò)地提供于襯套的相對(duì)側(cè)上。凸臺(tái)可完全隱藏于包裹件內(nèi)或者如圖2所示部分
地暴露。另外，在某些實(shí)施例中，包裹件的前緣可包括(例如)圓角(radiused)邊緣，圓角
邊緣一體地形成或者通過在其自身上往回彎曲邊緣而形成，圓角邊緣減小了進(jìn)入至少一個(gè)
冷卻流動(dòng)通道40的排放流動(dòng)的壓力降，從而提高冷卻流動(dòng)通道的冷卻效率。 雖然結(jié)合目前被認(rèn)為最實(shí)用且優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)了解本發(fā)明并不
限于所公開的實(shí)施例，而是相反，本發(fā)明意圖涵蓋在所附權(quán)利要求書的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的各
種修改和等效布置。
權(quán)利要求
一種燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，包括單件管(10)，其適于在燃燒室的前端(12)到第一渦輪機(jī)級(jí)(16)之間延伸；金屬包裹件(38)，其部分地繞所述單件管延伸，且基本上延伸所述單件管的整個(gè)軸向長(zhǎng)度；以及多個(gè)支承凸臺(tái)(36)，其在徑向安置于所述金屬包裹件(38)與所述管(10)之間，所述多個(gè)支承凸臺(tái)、所述金屬包裹件和所述單件管限定多個(gè)冷卻流動(dòng)路徑(40)，用于沿著所述管和繞所述管引導(dǎo)流動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，其特征在于，所述多個(gè)支承凸臺(tái)(36)包 括基本上翼形的葉片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，其特征在于，所述支承凸臺(tái)(36)中的每 一個(gè)在所述管(10)的外圍表面上以至少部分螺旋形式設(shè)置且由所述金屬包裹件(38)接合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，其特征在于，所述金屬包裹件(38)包括 基本上完全包圍所述單件管的一對(duì)包裹件(38)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，其特征在于，所述多個(gè)支承凸臺(tái)(36)固 定到所述金屬包裹件(38)和所述單件管(10)中的一個(gè)或兩個(gè)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，其特征在于，所述金屬包裹件(38)形成 有至少一個(gè)孔，用于向至少一個(gè)冷卻流動(dòng)通道內(nèi)提供額外流動(dòng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，其特征在于，所述金屬包裹件(38)包括 圓角前緣，用于減小到所述至少一個(gè)冷卻流動(dòng)通道的入口處的壓力降。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，其特征在于，所述支承凸臺(tái)(36)延伸超 過所述金屬包裹件(38)的邊緣。
9. 一種燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器，包括 至少一個(gè)燃燒室，其具有前端(12)和后端(14);管(IO)，其在一端連接到所述燃燒室的前端并在相對(duì)端連接到渦輪機(jī)的第一級(jí)(16); 至少一個(gè)包裹件(38)，其至少部分繞所述單件管安置；多個(gè)大體上翼形的葉片(36)，其在徑向安置于所述至少一個(gè)包裹件和所述單件管之間。
10. —種冷卻在燃燒器前端(12)與渦輪機(jī)的第一級(jí)(16)之間延伸的單件管(10)的方 法，包括在所述單件管(10)與金屬包裹件(38)之間在徑向提供多個(gè)流動(dòng)引導(dǎo)裝置(36)，所述 金屬包裹件(38)至少部分地繞所述單件管延伸；使冷卻空氣流入到所述單件管(10)與所述金屬包裹件(38)之間的空間內(nèi)，使得所 述多個(gè)流動(dòng)引導(dǎo)裝置(36)繞由所述金屬包裹件圍繞的所述單件管的表面引導(dǎo)所述冷卻空 氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于冷卻單件管(10)的設(shè)備，其包括至少一個(gè)金屬包裹件(38)，金屬包裹件(38)安置于過渡件處，位于過渡件的外側(cè)。至少一個(gè)支承凸臺(tái)(36)位于金屬包裹件與過渡件之間。支承凸臺(tái)、金屬包裹件和過渡件限定至少一個(gè)冷卻流動(dòng)通道用于引導(dǎo)流動(dòng)以冷卻該過渡件。冷卻在燃燒器前端(12)與渦輪機(jī)的第一級(jí)(16)之間延伸的單件管的相關(guān)方法包括在單件管(10)與金屬包裹件(38)之間在徑向提供多個(gè)流動(dòng)引導(dǎo)裝置(36)，金屬包裹件(38)至少部分地繞該單件管延伸；使冷卻空氣流入到單件管與金屬包裹件之間的空間，使得多個(gè)流動(dòng)引導(dǎo)裝置繞由金屬包裹件所圍繞的單件管的表面引導(dǎo)冷卻空氣。
文檔編號(hào)F23D14/00GK101776263SQ20101000382
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者K·W·麥馬罕, R·J·基拉 申請(qǐng)人:通用電氣公司