燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組的制作方法
【專利摘要】一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組(24)，包括具有上游法蘭(60、62）的預(yù)混管（42、44），上游法蘭使預(yù)混管相對于主進(jìn)料板(66)對正并坐在該主進(jìn)料板(66)上，主進(jìn)料板(66)附接至支撐環(huán)(48)的上游端。預(yù)混管在其長度的中間位置可具有中間法蘭(64)，該中間法蘭使預(yù)混管對正并坐在中間結(jié)構(gòu)框架(68)上，該中間結(jié)構(gòu)框架(68)在所述支撐環(huán)長度的中間位置附接至支撐環(huán)上。該燃燒室噴口蓋組(24)可具有多個(gè)預(yù)混管，包括一個(gè)具有上游法蘭(62)和中間法蘭(64)的中央預(yù)混管(44)和具有至少一個(gè)上游法蘭(64)的外預(yù)混管(44)的環(huán)形陣列。
【專利說明】燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組
[0001]本專利申請要求于2011年5月20日提交的編號為61/488，199的美國專利申請的權(quán)益，該專利申請通過引用結(jié)合在此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組中的燃料/空氣預(yù)混管的結(jié)構(gòu)特征。
【背景技術(shù)】
[0003]工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒系統(tǒng)可包括多個(gè)獨(dú)立的燃燒裝置組件，例如在美國專利5，274，991中所述的組件。這些燃燒裝置組件包含可由一組或多組燃料與氧化劑噴嘴混合腔構(gòu)成的燃料與氧化劑供給裝置。這些混合腔稱為預(yù)混管。預(yù)混管的主要作用是為燃燒提供精確計(jì)量和混合的燃料與氧化劑比率。預(yù)混管常常從主進(jìn)料結(jié)構(gòu)以懸臂方式支撐，并穿過稱為發(fā)散孔板的比較柔軟的隔網(wǎng)。已知的是，預(yù)混管容易在焊接接頭處脫開，導(dǎo)致嚴(yán)重的下游渦輪損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的預(yù)混管實(shí)施方式可結(jié)合有一種幾何構(gòu)造，該幾何構(gòu)造可減小焊縫應(yīng)力，并允許附加的焊縫位置，同時(shí)不會對預(yù)混管的形狀或功能造成不良影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]下面將參照附圖詳述本發(fā)明。在附圖中:
[0006]圖1是可包含本發(fā)明的實(shí)施方式的一種示例性燃?xì)廨啓C(jī)的示意圖。
[0007]圖2是可包含本發(fā)明的實(shí)施方式的一種示例性燃燒室噴口蓋組的下游端的透視圖。
[0008]圖3是圖2中所示的包含本發(fā)明的實(shí)施方式的燃燒室噴口蓋組的截面?zhèn)纫晥D。
[0009]圖4是根據(jù)本發(fā)明的特征實(shí)現(xiàn)的一種具有上游法蘭的示例性外預(yù)混管的透視圖。
[0010]圖5是根據(jù)本發(fā)明的特征實(shí)現(xiàn)的一種具有上游法蘭和中間法蘭的示例性中央預(yù)混管的透視圖。
[0011]圖6是根據(jù)本發(fā)明的特征實(shí)現(xiàn)的一種示例性中間結(jié)構(gòu)框架的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1是一種示例性燃?xì)廨啓C(jī)20的示意圖，該燃?xì)廨啓C(jī)20包括壓縮機(jī)22、燃料噴嘴組件(又名燃燒室噴口蓋組)24、燃燒室26、過渡氣道28、渦輪段30、以及發(fā)動(dòng)機(jī)軸32，渦輪30通過發(fā)動(dòng)機(jī)軸32驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)22。在環(huán)管燃燒室設(shè)計(jì)中，多個(gè)燃燒室組件24、26、28可按環(huán)形陣列布置。在一種示例性實(shí)施方式中，按環(huán)管燃燒室設(shè)計(jì)布置的燃燒室組件24、26、28是本領(lǐng)域技術(shù)人員知道的逆流燃燒室組件，但是本發(fā)明的實(shí)施方式可針對各種類型的燃燒室組件進(jìn)行改造。在工作時(shí)，壓縮機(jī)22吸入空氣33，通過擴(kuò)散器34和燃燒室增壓腔36向燃燒室入口 23提供壓縮空氣流37。此壓縮空氣37還作為燃燒室26和過渡氣道28的冷卻介質(zhì)。組件24內(nèi)的燃料噴嘴(未示出)把燃料與壓縮空氣混合。此混合物在燃燒室26中燃燒，產(chǎn)生高溫燃燒氣體38 (又稱工作氣體)，高溫燃燒氣體38穿過過渡氣道28，經(jīng)由過渡氣道的出口框架40和渦輪入口 29之間的密封連接進(jìn)入渦輪30。擴(kuò)散器34和增壓腔36可繞發(fā)動(dòng)機(jī)軸32以環(huán)形方式延伸。燃燒室增壓腔36中的壓縮氣流37的壓力比燃燒室26和過渡氣道28中的工作氣體38的壓力高。
[0013]圖2是一種示例性燃料噴嘴組件或燃燒室噴口蓋組24的下游端的透視圖，該組件具有環(huán)繞中央預(yù)混管44的外側(cè)燃料/空氣預(yù)混管42的環(huán)形陣列。在完全組裝好時(shí)，燃料噴嘴(未示出)安裝在這些管中。噴口蓋組24可具有主支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可包括由支架52互連的內(nèi)支撐環(huán)和外支撐環(huán)48、50。內(nèi)支撐環(huán)48的下游端可被發(fā)散孔板54封閉，發(fā)散孔板54圍繞但不封閉管42、44的下游端。發(fā)散孔板54可包括多個(gè)穿孔53，這些穿孔用于內(nèi)環(huán)48內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)行噴流冷卻，內(nèi)環(huán)48通過這些穿孔向燃燒室26內(nèi)排氣。環(huán)形彈簧密封圈56可環(huán)繞內(nèi)支撐環(huán)48的下游端，用于把燃燒室26的襯層連接至內(nèi)支撐環(huán)48。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的特征實(shí)現(xiàn)的一種燃燒室噴口蓋組24的截面?zhèn)纫晥D，該燃燒室噴口蓋組24可包括環(huán)繞示例性的中央預(yù)混管44的示例性外側(cè)燃料/空氣預(yù)混管42的環(huán)形陣列。圖中示出了燃料和燃燒空氣的流動(dòng)方向43，以表明本文中所述的"上游"或前向和"下游"或后向的含義。在完全組裝好時(shí)，燃料噴嘴(未示出)安裝在預(yù)混管42、44中。每個(gè)預(yù)混管42、44可分別用于隔離燃料噴射源，從而使燃料和氧化劑以調(diào)節(jié)好的比例混合。每個(gè)預(yù)混管42、44的下游端可滑入附于發(fā)散孔板54的彈簧密封圈58中。每個(gè)預(yù)混管42、44的上游端可固定附接到主進(jìn)料板66中，例如通過在承托和對位法蘭60、62周圍進(jìn)行焊接來固定。主進(jìn)料板66可以橫跨的方式附接在內(nèi)支撐環(huán)48的上游端。在內(nèi)支撐環(huán)48中可具有冷卻介質(zhì)入口孔67，使穿過發(fā)散孔板54中的穿孔的壓縮空氣37能夠流過。
[0015]本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)確定，某些預(yù)混管被容納在不具有對位和承托構(gòu)造的燃燒室噴口蓋組中，如果沒有這種構(gòu)造，過高的燃燒系統(tǒng)動(dòng)態(tài)激勵(lì)可能導(dǎo)致預(yù)混管脫開，因而導(dǎo)致下游燃燒系統(tǒng)和渦輪發(fā)生損壞。本發(fā)明的燃料預(yù)混管設(shè)計(jì)的實(shí)施方式通過一個(gè)或多個(gè)對位法蘭和/或承托構(gòu)造60、62、64提高了保持能力，從而提高了整個(gè)燃燒系統(tǒng)的耐用性。這些構(gòu)造能提高預(yù)混管與燃料源對位的效果，并減小由動(dòng)態(tài)激勵(lì)造成的過高焊縫應(yīng)力。這種方式提高了燃燒系統(tǒng)的強(qiáng)度儲備和自誘導(dǎo)燃燒系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)能力?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明的特征可包含到新制造的設(shè)備中和加入現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)中。
[0016]每個(gè)示例性預(yù)混管42、44的上游端可具有上游法蘭60、62，所述上游法蘭60、62用于相對于主進(jìn)料板66保持和對正相應(yīng)的預(yù)混管。各個(gè)管42、44可部分地延伸至主進(jìn)料板66中或穿過主進(jìn)料板66(如圖所示)，或者，每個(gè)管可終止于法蘭60、62處，而法蘭60、62對正其在板66上的相應(yīng)位置。另外，中央預(yù)混管44和/或其它預(yù)混管42可在管長度的中間位置具有中間對位法蘭64，用于相對于中間結(jié)構(gòu)框架68保持和對正相應(yīng)的管。中央管44或每個(gè)管42、44可附接至中間結(jié)構(gòu)框架68上，例如通過在中間法蘭64周圍焊接來附接至中間結(jié)構(gòu)框架68上。
[0017]在圖示的實(shí)施方式中，中央預(yù)混管44收納在中間結(jié)構(gòu)框架68的孔中，并具有坐在中間結(jié)構(gòu)框架68的周圍部分72上的中間對位法蘭64。外側(cè)預(yù)混管42無需固定至中間結(jié)構(gòu)框架68上，但可滑動(dòng)地接合在相應(yīng)的外側(cè)穩(wěn)定環(huán)70中或在中間結(jié)構(gòu)框架68的周圍部分中形成的孔中。這種滑動(dòng)接合限制了外管42的相對側(cè)向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)允許有差異的熱膨脹。
[0018]圖4是具有上游對位法蘭60的一種示例性外預(yù)混管42的透視圖。圖5是具有上游對位法蘭62和中間對位法蘭64的一種示例性中央預(yù)混管44的透視圖。
[0019]圖6是適合于與本發(fā)明的實(shí)施方式結(jié)合使用的一種示例性中間結(jié)構(gòu)框架68的透視圖。結(jié)構(gòu)框架68可由用于每個(gè)外預(yù)混管42的相應(yīng)穩(wěn)定環(huán)70和用于中央預(yù)混管44的中央穩(wěn)定環(huán)72構(gòu)成。結(jié)構(gòu)框架68可具有減輕重量并讓冷卻介質(zhì)37通過的孔74。在一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的穩(wěn)定環(huán)70的外緣上可形成有周圍突舌76，用于把結(jié)構(gòu)框架68附接到內(nèi)支撐環(huán)48的內(nèi)表面上。
[0020]雖然本發(fā)明在上文中是通過各種實(shí)施方式來展示和說明的，但顯而易見的是，這些實(shí)施方式僅是示例性的。在不脫離本發(fā)明的精神的前提下，能夠進(jìn)行無數(shù)的變更、更改和替換。因此，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求書的精神和范圍的限定。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，包括: 以橫跨的方式附接在支撐環(huán)的上游端的主進(jìn)料板； 位于支撐環(huán)內(nèi)的燃料預(yù)混管，所述預(yù)混管包括上游法蘭，該上游法蘭使預(yù)混管相對于主進(jìn)料板對正并坐在主進(jìn)料板上。
2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，其中， 上游法蘭環(huán)繞預(yù)混管的外表面延伸； 主進(jìn)料板包括第一孔，所述第一孔容納預(yù)混管直至上游法蘭的但不容納上游法蘭； 預(yù)混管布置在第一孔中；以及 上游法蘭坐在主進(jìn)料板上。
3.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，其中，預(yù)混管在第一孔周圍焊接至主進(jìn)料板上。
4.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，還包括: 中間法蘭，在預(yù)混管長度的中間位置位于預(yù)混管的外表面周圍；和 中間結(jié)構(gòu)框架，包括第二孔，所述第二孔容納預(yù)混管直至中間法蘭但不容納中間法蘭； 其中，預(yù)混管布置在第二孔中，中間法蘭坐在中間結(jié)構(gòu)框架上。
5.如權(quán)利要求4所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，其中，預(yù)混管在第二孔周圍焊接至中間結(jié)構(gòu)框架上。
6.如權(quán)利要求4所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，其中，預(yù)混管在第一和第二孔周圍焊接至主進(jìn)料板和中間結(jié)構(gòu)框架上。
7.如權(quán)利要求6所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，其中，所述預(yù)混管是中央預(yù)混管，并且所述噴口蓋組還包括圍繞中央預(yù)混管布置為環(huán)形陣列的多個(gè)外預(yù)混管，每個(gè)外預(yù)混管包括在主進(jìn)料板中的相應(yīng)孔周圍坐在主進(jìn)料板上的上游法蘭，其中，所述支撐環(huán)圍繞外預(yù)混管，主進(jìn)料板和中間結(jié)構(gòu)框架沿各自的周圍附接到支撐環(huán)上。
8.如權(quán)利要求7所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，其中，所述中間結(jié)構(gòu)框架還包括多個(gè)穩(wěn)定環(huán)，每個(gè)穩(wěn)定環(huán)以滑動(dòng)接合方式收納所述外預(yù)混管中的相應(yīng)一個(gè)，該滑動(dòng)接合方式限制外預(yù)混管的相對側(cè)向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)允許在其間有差異的熱膨脹。
9.如權(quán)利要求8所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，還包括: 在支撐環(huán)中形成的冷卻介質(zhì)入口孔，用于讓冷卻介質(zhì)流入該蓋組； 在中間結(jié)構(gòu)框架中形成的至少一個(gè)孔，用于減輕重量和讓冷卻介質(zhì)沿該蓋組流過；和與中央預(yù)混管和外預(yù)混管的下游端接合的發(fā)散孔板，該發(fā)散孔板包括用于從所述蓋組流出的冷卻介質(zhì)進(jìn)行有效的噴流冷卻的穿孔。
10.一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，包括: 預(yù)混管； 在預(yù)混管外表面周圍的上游法蘭； 主進(jìn)料板，包括第一孔，所述第一孔容納預(yù)混管直至上游法蘭但不容納上游法蘭， 其中，預(yù)混管布置在第一孔中，上游法蘭坐在主進(jìn)料板上； 中間法蘭，在預(yù)混管長度的中間位置位于預(yù)混管的外表面周圍；和 中間結(jié)構(gòu)框架，包括第二孔，所述第二孔容納預(yù)混管直至中間法蘭但不容納中間法蘭，其中，預(yù)混管布置在第二孔中，中間法蘭坐在中間結(jié)構(gòu)框架上；并且 主進(jìn)料板和中間結(jié)構(gòu)框架沿各自的周圍附接至環(huán)繞支撐環(huán)上。
11.如權(quán)利要求10所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，其中，預(yù)混管在第一孔周圍焊接至主進(jìn)料板上，并且預(yù)混管在第二孔周圍焊接至中間結(jié)構(gòu)框架上。
12.如權(quán)利要求10所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，其中，預(yù)混管在第一孔周圍焊接至主進(jìn)料板上，并且預(yù)混管布置為在第二孔周圍與中間結(jié)構(gòu)框架滑動(dòng)地接合。
13.如權(quán)利要求10所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，還包括: 在支撐環(huán)中形成的冷卻介質(zhì)入口孔，用于接納冷卻介質(zhì)； 在中間結(jié)構(gòu)框架中形成的至少一個(gè)孔，用于讓冷卻介質(zhì)沿預(yù)混管的外表面通過。
14.一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，包括: 中央預(yù)混管以及布置在該中央預(yù)混管周圍的外預(yù)混管的環(huán)形陣列； 支撐環(huán)，環(huán)繞外預(yù)混管的環(huán)形陣列； 中央預(yù)混管和外預(yù)混管中的每一個(gè)預(yù)混管包括把該預(yù)混管與附接至支撐環(huán)的上游端的主進(jìn)料板對正的相應(yīng)上游法蘭； 主進(jìn)料板包括與中央預(yù)混管 和外預(yù)混管中的每一個(gè)預(yù)混管對正、并讓流體從中通過的相應(yīng)孔；和 每個(gè)相應(yīng)的上游法蘭固定附接至主進(jìn)料板上。
15.如權(quán)利要求14所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，還包括: 中間法蘭，在中央預(yù)混管長度的中間位置位于中央預(yù)混管上；和 中間支撐框架，在支撐環(huán)長度的中間位置附接至支撐環(huán)上，并與中間法蘭接觸， 其中，中間支撐框架包括孔，所述孔容納中央預(yù)混管但不容納中間法蘭。
16.如權(quán)利要求15所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，其中，每個(gè)上游法蘭焊接至主進(jìn)料板上，中間法蘭焊接至中間支撐框架上。
17.如權(quán)利要求15所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，其中，中間支撐框架包括多個(gè)穩(wěn)定環(huán)，每個(gè)穩(wěn)定環(huán)以滑動(dòng)接合方式收納一個(gè)相應(yīng)的外預(yù)混管，該滑動(dòng)接合方式限制外預(yù)混管的相對側(cè)向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)允許在其間有差異的熱膨脹。
18.如權(quán)利要求14所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組，還包括: 中間支撐框架，在支撐環(huán)長度的中間位置附接至支撐環(huán)上，并與中間法蘭接觸， 其中，中間支撐框架包括多個(gè)孔，每個(gè)孔容納中央預(yù)混管和外預(yù)混管中的相應(yīng)的一個(gè)，以對其提供側(cè)向支撐。
【文檔編號】F23R3/60GK103562642SQ201280024476
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月20日
【發(fā)明者】F.莫爾勒, L.埃斯特拉達(dá), J.萊弗勒, M.科恩 申請人:西門子能量股份有限公司