專利名稱：用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒襯套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)電工業(yè)中的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其典型地包括壓縮機(jī)分段、燃燒器分段、以及渦輪分段。燃燒器分段典型地包括多個(gè)燃燒器，所述多個(gè)燃燒器圍繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的外周布置。
背景技術(shù)：
圖1示出了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)典型的燃燒器的一部分。燃燒器100包括外殼110，燃燒襯套定位在外殼110內(nèi)側(cè)。燃燒襯套能夠包括初級(jí)燃燒分段襯套120、文丘里管(venturi)分段130、以及次級(jí)燃燒分段襯套140。來(lái)自渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)分段的壓縮空氣沿形成在燃燒襯套與外殼110之間的環(huán)形空間行進(jìn)，如圖1中的箭頭所示的。壓縮空氣行進(jìn)至頭部端，壓縮空氣在頭部端處轉(zhuǎn)向180°，并且接著被導(dǎo)入定位在初級(jí)燃燒分段襯套120內(nèi)側(cè)的初級(jí)燃燒區(qū)域160中。燃料在初級(jí)燃燒分段160中與壓縮空氣混合?？諝馊剂匣旌衔镌诔跫?jí)燃燒分段160、或次級(jí)燃燒分段170中被點(diǎn)燃。燃料噴嘴150可以突起通過(guò)燃燒襯套的中心，以將更多的燃料、或者空氣與燃料的混合物輸送到就位于文丘里管分段130上游處的燃燒襯套的內(nèi)部中。如圖1中所示，多個(gè)冷卻孔122形成為通過(guò)初級(jí)燃燒襯套120，初級(jí)燃燒襯套120包繞初級(jí)燃燒分段160。冷卻孔122形成在圍繞燃燒襯套120的外周延伸的行中。冷卻孔122允許來(lái)自位于燃燒襯套120與外殼110之間的環(huán)形空間的壓縮空氣能夠進(jìn)入燃燒襯套120的內(nèi)部中。通過(guò)冷卻孔122的空氣流動(dòng)有助于對(duì)燃燒襯套120進(jìn)行冷卻，使得燃燒襯套120能夠承受與空氣/燃料混合物的燃燒相關(guān)的熱。有一種用于增強(qiáng)被允許通過(guò)冷卻孔進(jìn)入燃燒襯套的內(nèi)部中的冷卻空氣的冷卻效果的方法，是保證通入燃燒襯套中的空氣能夠在燃燒襯套的內(nèi)表面上形成膜。圖2示出了典型的現(xiàn)有技術(shù)燃燒襯套220，該燃燒襯套220已經(jīng)經(jīng)過(guò)改型，以有助于冷卻空氣在燃燒襯套220的內(nèi)表面上形成膜。如圖2中所示，多個(gè)遮板(louvers) 226緊鄰冷卻孔222安裝在燃燒襯套220的內(nèi)表面上。遮板226形成了圍繞燃燒襯套220的內(nèi)表面的環(huán)。當(dāng)冷卻空氣被允許通過(guò)冷卻孔222時(shí)，遮板226有助于沿燃燒襯套220的內(nèi)表面引導(dǎo)冷卻空氣流，以增強(qiáng)被允許通過(guò)冷卻孔222的空氣的冷卻性能。遺憾的是，存在與遮板226、還有與將遮板226附連至燃燒襯套220的內(nèi)部表面所需的制造過(guò)程相關(guān)的成本問(wèn)題。此外，用于將遮板226附連至燃燒襯套220的內(nèi)表面的釬焊接頭可能是相對(duì)較弱的。此外，遮板226的存在使得難于將熱障涂層應(yīng)用于燃燒襯套的內(nèi)表面。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明實(shí)施成一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器的大體圓柱形燃燒襯套，該大體圓柱形燃燒襯套包括多個(gè)波動(dòng)部(undulations)。每個(gè)波動(dòng)部都圍繞圓柱形襯套的圓周延伸。每個(gè)波動(dòng)部都包括朝向圓柱形襯套的中心縱向軸線向內(nèi)延伸的部分。沒(méi)有遮板或內(nèi)環(huán)安裝在圓柱形襯套的內(nèi)表面上。該襯套還包括多個(gè)冷卻孔，多個(gè)冷卻孔延伸貫穿圓柱形襯套，冷卻孔布置成多行，每行冷卻孔都設(shè)置在波動(dòng)部中的一個(gè)波動(dòng)部中。所述波動(dòng)部中的每一個(gè)波動(dòng)部都包括朝向所述圓柱形襯套的中心縱向軸線向內(nèi)延伸的圓形的向內(nèi)凸出部分。每行冷卻孔都相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向定位在圓形的向內(nèi)凸出部分的下游側(cè)上。所述波動(dòng)部中的每一個(gè)波動(dòng)部都包括向內(nèi)凸出部分，所述向內(nèi)凸出部分朝向所述中心縱向軸線向內(nèi)延伸；向外凸出部分，所述向外凸出部分向外延伸遠(yuǎn)離所述中心縱向軸線；以及傾斜部分，所述傾斜部分連接交替的向內(nèi)凸出部分和向外凸出部分。相比定位在每個(gè)向外凸出部分的下游側(cè)上的傾斜部分，相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向定位在每個(gè)向外凸出部分的上游側(cè)上的傾斜部分相對(duì)于所述中心縱向軸線以較大角度形成坡度。每行冷卻孔都相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向定位在這樣的傾斜部分中所述傾斜部分位于每個(gè)向外凸出部分的上游側(cè)上。所述燃燒襯套進(jìn)一步包括位于所述圓柱形襯套的內(nèi)表面上的熱障涂層。在第二方面中，本發(fā)明實(shí)施成一種形成用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒襯套的方法，該方法包括提供大體圓柱形襯套、以及在襯套中形成多個(gè)波動(dòng)部的步驟，每個(gè)波動(dòng)部都圍繞圓柱形襯套的圓周延伸。每個(gè)波動(dòng)部還包括朝向圓柱形襯套的中心縱向軸線向內(nèi)延伸的部分，并且沒(méi)有遮板或內(nèi)環(huán)安裝在圓柱形襯套的內(nèi)表面上。該方法還包括在襯套中形成多個(gè)冷卻孔的步驟，冷卻孔延伸貫穿圓柱形襯套，冷卻孔布置成多行，每行冷卻孔都設(shè)置在波動(dòng)部中的一個(gè)波動(dòng)部中。形成多個(gè)波動(dòng)部的步驟包括將所述圓柱形襯套的形狀修改成包括多個(gè)圓形的向內(nèi)凸出部分，所述多個(gè)圓形的向內(nèi)凸出部分朝向所述圓柱形襯套的中心縱向軸線向內(nèi)延伸。形成多個(gè)冷卻孔的步驟包括相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向?qū)⑺隼鋮s孔定位在所述圓形的向內(nèi)凸出部分的下游側(cè)上。形成多個(gè)波動(dòng)部的步驟包括將每個(gè)波動(dòng)部都形成為包括朝向所述中心縱向軸線向內(nèi)延伸的向內(nèi)凸出部分、向外延伸遠(yuǎn)離所述中心縱向軸線的向外凸出部分、以及結(jié)合交替的向內(nèi)凸出部分和向外凸出部分的傾斜部分。形成多個(gè)波動(dòng)部的步驟進(jìn)一步包括形成所述波動(dòng)部，使得相比定位在每個(gè)向外凸出部分的下游側(cè)上的傾斜部分，相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向定位在每個(gè)向外凸出部分的上游側(cè)上的傾斜部分相對(duì)于所述中心縱向軸線以較大角度形成坡度?；蛘撸纬啥鄠€(gè)冷卻孔的步驟包括相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向?qū)⒚啃欣鋮s孔都定位在這樣的傾斜部分上所述傾斜部分位于每個(gè)向外凸出部分的上游側(cè)上。形成多個(gè)波動(dòng)部的步驟進(jìn)一步包括形成所述波動(dòng)部，使得相比定位在每個(gè)向外凸出部分的下游側(cè)上的傾斜部分，定位在每個(gè)向外凸出部分的上游側(cè)上的傾斜部分相對(duì)于所述中心縱向軸線以較大角度形成坡度?；蛘?，形成多個(gè)冷卻孔的步驟包括相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向?qū)⒚啃欣鋮s孔都定位在這樣的傾斜部分上所述傾斜部分位于每個(gè)向外凸出部分的下游側(cè)上。形成多個(gè)波動(dòng)部的步驟進(jìn)一步包括形成所述波動(dòng)部，使得相比定位在每個(gè)向外凸出部分的下游側(cè)上的所述傾斜部分，定位在每個(gè)向外凸出部分的上游側(cè)上的傾斜部分相對(duì)于所述中心縱向軸線以較大角度形成坡度。
所述方法進(jìn)一步包括將熱障涂層應(yīng)用在所述圓柱形襯套的內(nèi)表面上。


圖1是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器的一部分的簡(jiǎn)圖；圖2示出了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒襯套的一部分；圖3示出了具有向內(nèi)凸出部分的燃燒襯套的一部分；圖4示出了包括向內(nèi)凸出部分和向外凸出部分的燃燒襯套的一部分；圖5示出了具有向內(nèi)凸出部分和向外凸出部分以及熱障涂層的燃燒襯套的一部分；圖6示出了具有向內(nèi)凸出部分和向外凸出部分的燃燒襯套的另一個(gè)實(shí)施例的一部分；以及圖7示出了包括向內(nèi)凸出部分和向外凸出部分的燃燒襯套的另一個(gè)實(shí)施例的一部分。附圖標(biāo)記列表 燃燒器100 平直分段321 外殼110 冷卻孔322 環(huán)形空間 115 凸出部分324 燃燒分段襯套120 燃燒襯套420 冷卻孔122 冷卻孔422 文丘里管分段130 向內(nèi)凸出部分 424 燃燒襯套 140 向外凸出部分 425 燃料噴嘴 150 傾斜部分427，429 燃燒分段 160 燃燒襯套520 次級(jí)燃燒分段170 冷卻孔522 燃燒襯套220 金屬層530 冷卻孔222 熱障涂層534 多個(gè)遮板 226 傾斜部分527 燃燒襯套 320 向外凸出部分 525 傾斜部分 627，629 傾斜部分 529 燃燒襯套720 燃燒襯套 620 冷卻孔722 冷卻孔622 向內(nèi)凸出部分 724 向內(nèi)凸出部分624 向外凸出部分 724 向外凸出部分625 傾斜部分727，729
具體實(shí)施例方式實(shí)施本發(fā)明的燃燒襯套的第一實(shí)施例示于圖3中。燃燒襯套320包括多個(gè)波動(dòng)部(undulations),所述多個(gè)波動(dòng)部由向內(nèi)凸出部分324形成。波動(dòng)部增加了圓柱形燃燒襯套320的剛度和強(qiáng)度。此外，成行的冷卻孔322形成為貫穿燃燒襯套320。每行冷卻孔322都沿波動(dòng)部中的一個(gè)波動(dòng)部形成，所述波動(dòng)部圍繞燃燒襯套的圓周延伸。圖3中的箭頭示出了沿位于燃燒襯套320與外殼110之間的環(huán)形空間115向下行進(jìn)的壓縮空氣流。箭頭還示出了定位在燃燒襯套320的內(nèi)部中的空氣燃料混合物的流動(dòng)路徑。箭頭進(jìn)一步示出了環(huán)形空間115中的壓縮空氣如何從環(huán)形空間115行進(jìn)通過(guò)冷卻孔322，并且進(jìn)入燃燒襯套320的內(nèi)部中。同樣如圖3中所示，冷卻孔322相對(duì)于燃燒襯套320的內(nèi)部中的空氣-燃料混合物的流動(dòng)方向設(shè)置在向內(nèi)凸出部分324的下游側(cè)上。燃燒襯套320包括多個(gè)相對(duì)平直分段321，所述多個(gè)相對(duì)平直分段321連接向內(nèi)凸出部分324中的每一個(gè)向內(nèi)凸出部分324。在燃燒襯套320的內(nèi)表面上，凹入部形成在向內(nèi)凸出部分324中相鄰的向內(nèi)凸出部分324之間。通過(guò)冷卻孔322進(jìn)入燃燒襯套320的內(nèi)部的冷卻空氣傾向于沿該凹入部行進(jìn)，并且因此沿燃燒襯套320的平直分段321的內(nèi)側(cè)行進(jìn)。這有助于形成冷卻空氣的膜，該冷卻空氣的膜用于降低燃燒襯套320的溫度。冷卻孔322在向內(nèi)凸出部分324的下游側(cè)上的定位和傾斜還有助于沿平直分段321的內(nèi)表面引導(dǎo)冷卻空氣。已經(jīng)進(jìn)入燃燒襯套320的內(nèi)部、并且已經(jīng)沿平直分段321行進(jìn)的冷卻空氣最終沖擊下一個(gè)下游的向內(nèi)凸出部分324，從而使冷卻空氣朝向燃燒襯套320的內(nèi)部偏轉(zhuǎn)。燃燒襯套420的第二實(shí)施例示于圖4中。在該實(shí)施例中，燃燒襯套420中的波動(dòng)部由向內(nèi)凸出部分424、向外凸出部分425、以及傾斜部分427、429形成，傾斜部分427、429連接向內(nèi)凸出部分424和向外凸出部分425。如圖4中所示，冷卻孔422定位在傾斜部分427上，傾斜部分427位于向內(nèi)凸出部分424中的每一個(gè)向內(nèi)凸出部分424的下游側(cè)上。此處同樣地，冷卻孔422的定位和傾斜有助于沿燃燒襯套的內(nèi)表面對(duì)進(jìn)入燃燒襯套420的內(nèi)部的冷卻空氣的流動(dòng)進(jìn)行引導(dǎo)。具體而言，冷卻空氣沿傾斜部分429的內(nèi)表面被引導(dǎo)，傾斜部分429定位在向外凸出部分425的下游側(cè)上。因此，冷卻孔422的定位和傾斜有助于沿燃燒襯套420的內(nèi)表面形成冷卻空氣的膜。同樣如圖4中所示，冷卻孔422的中心線相對(duì)于與燃燒襯套420的中心線平行的線形成角度9。角度9優(yōu)選地處于大約15°至大約75°的范圍內(nèi)。用于角度0的該相同的大體范圍適用于所有的所公開的實(shí)施例。用于電力產(chǎn)生領(lǐng)域中的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒襯套能夠具有這樣的冷卻孔422 :所述冷卻孔422所具有的直徑處于大約0.03英寸至0. 12英寸的范圍內(nèi)。該冷卻孔直徑范圍適用于所有的所公開的實(shí)施例。然而，根據(jù)燃燒襯套的總體尺寸，其它的冷卻孔直徑也可能是合適的。圖5示出了與剛剛結(jié)合圖4描述的一個(gè)實(shí)施例相似的另一個(gè)實(shí)施例。然而，在該實(shí)施例中，熱障涂層534應(yīng)用于燃燒襯套520的外部金屬層530的內(nèi)表面。熱障涂層534還有助于保護(hù)燃燒襯套不受燃燒襯套的內(nèi)部中的燃燒的熱的影響。如圖5中所示，冷卻孔522同時(shí)通過(guò)外部金屬層530和定位在金屬層530的內(nèi)表面上的熱障涂層534。在圖4和圖5中所示的實(shí)施例中，相比位于每個(gè)向外凸出部分425/525的下游側(cè)上的傾斜部分429/529，定位在每個(gè)向外凸出部分425/525的上游側(cè)上的傾斜部分427/527相對(duì)于燃燒襯套的中心縱向軸線以更大的角度形成坡度。冷卻孔422/522形成為貫穿坡度較大的傾斜部分427/527。圖6示出了與上文參照?qǐng)D4描述的一個(gè)實(shí)施例相似的燃燒襯套的另一個(gè)實(shí)施例。然而，在該實(shí)施例中，相比圖4中所示的實(shí)施例，傾斜部分627、629相對(duì)于中心縱向軸線具有較大的坡度或傾斜角度。這產(chǎn)生了較大的凹入部，以接收冷卻空氣。此外，冷卻孔能夠更大幅度地成角度，以沿定位在向外凸出部分625的下游側(cè)上的傾斜部分629的內(nèi)表面更好地引導(dǎo)冷卻空氣。圖7示出了與圖6中所示的一個(gè)實(shí)施例相似的燃燒襯套的另一個(gè)實(shí)施例。然而，在該實(shí)施例中，冷卻孔722定位在傾斜部分729上，傾斜部分729位于每個(gè)向外凸出部分725的下游側(cè)上。此外，多行冷卻孔722設(shè)置在每個(gè)波動(dòng)部中。通過(guò)冷卻孔722進(jìn)入燃燒襯套720的內(nèi)部中的空氣流在進(jìn)入之后接著轉(zhuǎn)向，使得冷卻空氣沿傾斜部分729的內(nèi)壁的剩余部分流動(dòng)。在該實(shí)施例中，由于冷卻孔722相對(duì)于環(huán)形空間115內(nèi)的初始流動(dòng)方向更好地定向，因此相比圖6中所示的實(shí)施例，可以使更大量的壓縮空氣流過(guò)冷卻孔722。盡管上文所討論的實(shí)施例用于包繞燃燒器的初級(jí)燃燒區(qū)域的燃燒襯套，但是相同的設(shè)計(jì)能夠應(yīng)用于包繞定位在文丘里管的下游處的次級(jí)燃燒區(qū)域的燃燒襯套。盡管已經(jīng)結(jié)合當(dāng)前被認(rèn)為是最可實(shí)踐并且優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，而是相反，期望覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種改型和等同布置。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器的燃燒襯套，所述燃燒襯套包括 大體圓柱形襯套，所述大體圓柱形襯套包括多個(gè)波動(dòng)部，每個(gè)波動(dòng)部都圍繞所述圓柱形襯套的圓周延伸，每個(gè)波動(dòng)部都包括朝向所述圓柱形襯套的中心縱向軸線向內(nèi)延伸的部分，并且其中沒(méi)有遮板或內(nèi)環(huán)安裝在所述圓柱形襯套的內(nèi)表面上；以及 多個(gè)冷卻孔，所述多個(gè)冷卻孔延伸貫穿所述圓柱形襯套，所述冷卻孔布置成多行，每行冷卻孔都設(shè)置在所述波動(dòng)部中的一個(gè)波動(dòng)部中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒襯套，其特征在于，所述波動(dòng)部中的每一個(gè)波動(dòng)部都包括朝向所述圓柱形襯套的中心縱向軸線向內(nèi)延伸的圓形的向內(nèi)凸出部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒襯套，其特征在于，每行冷卻孔都相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向定位在圓形的向內(nèi)凸出部分的下游側(cè)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒襯套，其特征在于，所述波動(dòng)部中的每一個(gè)波動(dòng)部都包括 向內(nèi)凸出部分，所述向內(nèi)凸出部分朝向所述中心縱向軸線向內(nèi)延伸； 向外凸出部分，所述向外凸出部分向外延伸遠(yuǎn)離所述中心縱向軸線；以及 傾斜部分，所述傾斜部分結(jié)合交替的向內(nèi)凸出部分和向外凸出部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒襯套，其特征在于，相比定位在每個(gè)向外凸出部分的下游側(cè)上的傾斜部分，相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向定位在每個(gè)向外凸出部分的上游側(cè)上的傾斜部分相對(duì)于所述中心縱向軸線以較大角度形成坡度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒襯套，其特征在于，每行冷卻孔都相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向定位在這樣的傾斜部分中所述傾斜部分位于每個(gè)向外凸出部分的上游側(cè)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒襯套，其特征在于，相比定位在每個(gè)向外凸出部分的下游側(cè)上的傾斜部分，定位在每個(gè)向外凸出部分的上游側(cè)上的傾斜部分相對(duì)于所述中心縱向軸線以較大角度形成坡度。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒襯套，其特征在于，每行冷卻孔都相對(duì)于通過(guò)所述燃燒襯套的內(nèi)部的氣體的流動(dòng)方向定位在這樣的傾斜部分中所述傾斜部分位于每個(gè)向外凸出部分的下游側(cè)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒襯套，其特征在于，相比定位在每個(gè)向外凸出部分的下游側(cè)上的所述傾斜部分，定位在每個(gè)向外凸出部分的上游側(cè)上的傾斜部分相對(duì)于所述中心縱向軸線以較大角度形成坡度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒襯套，其特征在于，所述燃燒襯套進(jìn)一步包括位于所述圓柱形襯套的內(nèi)表面上的熱障涂層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒襯套，該燃燒襯套包括圍繞燃燒襯套的外周延伸的多個(gè)波動(dòng)部。多行冷卻孔形成為貫穿燃燒襯套。每行冷卻孔都定位在所述波動(dòng)部中的一個(gè)波動(dòng)部中，波動(dòng)部圍繞所述燃燒襯套的外周延伸。冷卻孔允許冷卻空氣流入燃燒襯套的內(nèi)部中。冷卻孔定位和定向成有助于使冷卻空氣流沿燃燒襯套的內(nèi)表面形成膜。
文檔編號(hào)F23R3/00GK103032889SQ20121036610
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者K.卡利斯瓦蘭, S.K.弗 申請(qǐng)人:通用電氣公司