專利名稱：切向燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃氣渦輪，并且，更具體地說，涉及用于燃氣渦輪的燃燒段 (combustion section)，其包括用于使進入渦輪的氣流轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在操作燃氣渦輪時，氣流從燃燒器排出并被過渡管道傳送至第一級靜葉和葉片 (旋轉(zhuǎn)動葉)。當(dāng)氣流從過渡管道的出口排出時，該流經(jīng)過第一級靜葉。第一級靜葉的作用是使流加速并在周向方向上轉(zhuǎn)向，從而使離開靜葉后緣的氣流的主要的流動方向相對于縱向方向在周向方向或切向方向上成角度傾斜(angled)。因此，這種轉(zhuǎn)向的流具有縱向分量和周向分量。流動角度(flow angle)可大體上處于從縱向軸線測量40度到85度的范圍內(nèi)。通過使氣流加速并相對于縱向方向在周向方向上成角度傾斜，所得到的氣流更有效地將其能量傳給第一排葉片，這些葉片再使相關(guān)的轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)。用第一級靜葉來使縱向氣流加速和在周向方向上轉(zhuǎn)向提出了若干挑戰(zhàn)。靜葉和相關(guān)的靜葉支撐結(jié)構(gòu)必須具有高的強度特性，以承受在相對短的距離內(nèi)跨過大的角度改變熱的高壓氣流的方向所產(chǎn)生的力。氣流的溫度和該轉(zhuǎn)向過程中產(chǎn)生的熱還需要靜葉冷卻系統(tǒng)。所涉及的力和熱可使靜葉和相關(guān)的支撐結(jié)構(gòu)裂開，以及在其它方面受損害。為了解決這些不同的需求和操作條件，第一級靜葉和相關(guān)的支撐結(jié)構(gòu)以及冷卻系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成復(fù)雜的系統(tǒng)，其在制造、安裝以及在受損的情況下修復(fù)和更換時可能是昂貴的。第一級噴嘴增加大約1. 5%的總壓力降，從而降低機械的總壓力比。性能與該壓力比有密切聯(lián)系。發(fā)動機性能的另一主要阻礙是附加流(parasitic flow)。當(dāng)前技術(shù)水平下的氣冷式燃氣渦輪中的最小壓縮機質(zhì)量流代表整體渦輪性能的主要降低。該氣流可被減小或有效地消除，這是通過(1)小得多的轉(zhuǎn)向/節(jié)流靜葉(throttling vane)的潤濕表面積 (如果需要轉(zhuǎn)向/節(jié)流靜葉的話)，(2)可能使用過渡件靜葉的閉式環(huán)流冷卻，以及(3)可能使用空氣，其冷卻靜葉，然后通過燃燒器。需要使氣流加速并沿切向地轉(zhuǎn)向，用以呈現(xiàn)至第一級葉片陣列，同時沒有與第一級靜葉相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性和相關(guān)費用以及損害的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
在一個示例性實施例中，燃燒段被提供給燃氣渦輪，該燃氣渦輪包括被來自該燃燒段的燃燒產(chǎn)物驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)動葉。該燃燒段包括限定了室的外殼，布置在該外殼中并以環(huán)狀樣式定向的多個燃燒筒(combustor can)，以及多個過渡件，每個過渡件與其中一個燃燒筒相連。過渡件將來自燃燒筒的燃燒產(chǎn)物引導(dǎo)到與旋轉(zhuǎn)動葉接觸。各過渡件在兩個平面上成角度傾斜，以便實現(xiàn)燃燒產(chǎn)物的轉(zhuǎn)向和使燃氣渦輪變短。在另一示例性實施例中，燃燒段的過渡件相對于環(huán)狀樣式沿切向地成角度傾斜， 并沿著流動方向軸向地成角度傾斜。在還有另一示例性實施例中，一種將燃燒產(chǎn)物引導(dǎo)到與燃氣渦輪的旋轉(zhuǎn)動葉接觸的方法包括下列步驟在燃燒器外殼中將多個燃燒筒以環(huán)狀樣式定向，提供多個過渡件，每個過渡件與其中一個燃燒筒相連，并使過渡件相對于軸向流動方向沿切向地成角度傾斜。


圖1是常規(guī)燃燒器的截面圖；圖2是所述實施例的燃氣渦輪中的燃燒段的端視圖；圖3是燃燒段的側(cè)視圖，其顯示了過渡件的軸向定向；圖4顯示了其中過渡件包括節(jié)流引導(dǎo)部/靜葉的一個實施例；和圖5顯示了其中過渡件轉(zhuǎn)向的一個實施例。零部件清單10燃燒器
12襯套
14過渡件
30燃燒段
32外殼
34燃燒筒
36過渡件
38節(jié)流靜葉
具體實施例方式圖1顯示了用于燃氣渦輪的典型的燃燒器，該燃氣渦輪包括壓縮機、多個燃燒器以及渦輪。壓縮機使進口空氣增壓，該進口空氣然后反向流到燃燒器中，其在那里被用來冷卻燃燒器以及給燃燒過程提供空氣。燃燒器10包括襯套12和過渡件14，襯套12限定了燃燒區(qū)，過渡件14使燃燒器的出口端與渦輪的入口端相連，以便將燃燒產(chǎn)物傳輸?shù)綔u輪中。 燃燒器過渡件14與第一級渦輪噴嘴之間的對接處需要使用密封件來減少到氣體通路中的泄漏。圖2是用于燃氣渦輪的燃燒段30的端視圖。燃燒段30包括限定了室的外殼32， 以及布置在該外殼中并以如圖所示的環(huán)狀樣式定向的多個燃燒筒34。多個過渡件36用于將來自燃燒筒34的燃燒產(chǎn)物引導(dǎo)到與渦輪的旋轉(zhuǎn)動葉接觸，每個過渡件36與其中一個燃燒筒34相連。各過渡件36在兩個平面中成角度傾斜，以便實現(xiàn)燃燒產(chǎn)物的轉(zhuǎn)向和使燃氣渦輪變短。如圖2中所示，過渡件36相對于環(huán)狀樣式的燃燒筒34沿切向地成角度傾斜(在 X-Y平面內(nèi)，其中Z軸朝向圖2中的頁面內(nèi)的方向)。另外，過渡件在如圖3中所示的流向 (即，朝著渦輪動葉)上軸向地成角度傾斜(在Y-Z平面內(nèi)，其中X軸朝向圖3中的頁面內(nèi)的方向)。該角度被確定為實現(xiàn)合適的入射角度，以便從旋轉(zhuǎn)動葉獲取功。這些角度隨渦輪設(shè)計而改變。該結(jié)構(gòu)為燃氣渦輪的性能和構(gòu)造提供了益處。具體而言，可使凸緣至凸緣的長度變短，可大大降低跨過第一級噴嘴的壓力降，并且可大大減少第一級噴嘴冷卻流和泄漏流 (leakage flow)。燃燒器在切向方向上成角度傾斜允許該燃燒器提供通常用在渦輪的第一級噴嘴中的全部或部分轉(zhuǎn)向效果。結(jié)果，在使氣流轉(zhuǎn)向進入第一級動葉的過程中會出現(xiàn)低得多的壓力降。在還有另一示例性設(shè)置中，參見圖4，過渡件包括節(jié)流靜葉38。該節(jié)流靜葉可通過對過渡件的側(cè)面進行外形加工(contouring)形成。該節(jié)流靜葉可進一步使流加速和變平， 以讓空氣達到用以在第一級動葉中獲取功的理想條件。新近的空氣動力學(xué)分析顯示，可能不需要節(jié)流靜葉。在一個可選構(gòu)造中，參見圖5， 過渡件36的端部可被轉(zhuǎn)向可能高達30°或更大的角度，以產(chǎn)生所需的總體轉(zhuǎn)向。還出現(xiàn)了在熱負荷上的另一較大的降低，這是因為在轉(zhuǎn)向發(fā)生的地方具有更高的熱傳遞。在熱側(cè)具有有限的或沒有周向的轉(zhuǎn)向(現(xiàn)在在燃燒室之前進行)，結(jié)果導(dǎo)致在該熱側(cè)的更低熱傳遞。在空氣仍然較冷時使其轉(zhuǎn)向是該構(gòu)造的一個顯著優(yōu)點。另外，轉(zhuǎn)向/節(jié)流靜葉(如果需要)將比當(dāng)前的第一級噴嘴具有小得多的潤濕表面積。結(jié)果，將需要更少的熱傳遞來保持它們處于可接受的材料溫度內(nèi)。此外，通過將燃燒器過渡件與第一級轉(zhuǎn)向靜葉集成為一體，就有助于利用最終經(jīng)過燃燒器的空氣來冷卻噴嘴的機會。由于燃燒器過渡件將替代第一級噴嘴，因此將不會具有如在常規(guī)設(shè)計中會出現(xiàn)的在這兩個部件之間的干涉泄漏。雖然已經(jīng)結(jié)合被認為是目前最實際和優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的實施例，相反地，其意圖覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神與范圍內(nèi)的各種變型與等同設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種用于燃氣渦輪的燃燒段，所述燃氣渦輪包括旋轉(zhuǎn)動葉，所述旋轉(zhuǎn)動葉被來自所述燃燒段的燃燒產(chǎn)物驅(qū)動，所述燃燒段包括外殼(32)，其限定了室;多個燃燒筒(34)，其布置在所述外殼中并以環(huán)狀樣式定向；以及多個過渡件(36)，每個所述過渡件(36)與所述燃燒筒中的一個燃燒筒相連，并將來自所述燃燒筒的燃燒產(chǎn)物引導(dǎo)到與所述旋轉(zhuǎn)動葉接觸，其中，所述過渡件相對于軸向流動方向沿切向地成角度傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒段，其特征在于，所有的所述燃燒筒(34)與所述過渡件 (36)都相對于所述軸向流動方向?qū)?yīng)地沿切向地成角度傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒段，其特征在于，所述燃燒筒(34)和所述過渡件(36)成角度傾斜，以便實現(xiàn)合適的入射角度，用以利用所述旋轉(zhuǎn)動葉獲取功。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒段，其特征在于，所述多個過渡件(36)的端部是轉(zhuǎn)向的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒段，其特征在于，所述多個過渡件(36)的所述端部是高達30°轉(zhuǎn)向的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒段，其特征在于，所述多個過渡件(36)包括節(jié)流靜葉 (38)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒段，其特征在于，所述節(jié)流靜葉(38)通過對所述過渡件的側(cè)面進行外形加工形成。
8.一種用于燃氣渦輪的燃燒段，所述燃氣渦輪包括被來自所述燃燒段的燃燒產(chǎn)物驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)動葉，所述燃燒段包括外殼(32)，其限定了室;多個燃燒筒(34)，其布置在所述外殼中并以環(huán)狀樣式定向；以及多個過渡件(36)，每個所述過渡件(36)與所述燃燒筒中的一個燃燒筒相連，并將來自所述燃燒筒的燃燒產(chǎn)物引導(dǎo)到與所述旋轉(zhuǎn)動葉接觸，其中，各所述過渡件在兩個平面中成角度傾斜，以便實現(xiàn)所述燃燒產(chǎn)物的轉(zhuǎn)向和使所述燃氣渦輪變短。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒段，其特征在于，所述兩個平面包括周向平面和切向平
10.一種將燃燒產(chǎn)物引導(dǎo)到與燃氣渦輪的旋轉(zhuǎn)動葉接觸的方法，所述方法包括 在燃燒器外殼(3 中將多個燃燒筒(34)以環(huán)狀樣式定向；提供多個過渡件(36)，每個所述過渡件(36)與所述燃燒筒中的一個燃燒筒相連；以及使所述過渡件相對于軸向流動方向沿切向地成角度傾斜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述燃燒筒(34)與所述過渡件(36)都相對于所述軸向流動方向?qū)?yīng)地沿切向地成角度傾斜。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述成角度傾斜的步驟是這樣實施的 通過使所述過渡件(36)成角度傾斜，以便實現(xiàn)合適的入射角度，用以利用所述旋 轉(zhuǎn)動葉獲取功。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包括，使來自所述燃燒筒 (34)的燃燒產(chǎn)物流動通過所述過渡件而與所述旋轉(zhuǎn)動葉接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述流動步驟包括，使所述燃燒產(chǎn)物相對于所述環(huán)狀樣式沿切向方向轉(zhuǎn)向，并且使所述燃燒產(chǎn)物朝著所述旋轉(zhuǎn)動葉沿軸向方向轉(zhuǎn)向。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述成角度傾斜的步驟包括，將所述過渡件(36)與所述旋轉(zhuǎn)動葉的相應(yīng)轉(zhuǎn)向靜葉集成為一體。
全文摘要
本發(fā)明涉及切向燃燒器。具體而言，公開了一種用于燃氣渦輪的燃燒段，該燃燒段包括限定了室的外殼(32)，布置在該外殼中并以環(huán)狀樣式定向的多個燃燒筒(34)，以及多個過渡件(36)，每個過渡件(36)與其中一個燃燒筒相連。過渡件將來自燃燒筒的燃燒產(chǎn)物引導(dǎo)到與燃氣渦輪的旋轉(zhuǎn)動葉接觸。各過渡件在兩個平面上成角度傾斜，以便實現(xiàn)燃燒產(chǎn)物的轉(zhuǎn)向和使燃氣渦輪變短。
文檔編號F23R3/16GK102252345SQ20111011651
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者C·S·休曼楚克, D·R·約翰斯 申請人:通用電氣公司