用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組的結(jié)構(gòu)框架的制作方法
【專利摘要】一種中間支撐框架(68)，其在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組(24)的支撐環(huán)(48)的長度的中間位置橫跨該支撐環(huán)的內(nèi)徑。該中間支撐框架可具有收納燃燒室噴口蓋組的中央燃料預(yù)混管(44)的中央圍圈(72)，還可具有分別收納相應(yīng)的外預(yù)混管(42)的外穩(wěn)定環(huán)(70)的環(huán)形陣列。中央預(yù)混管可附接至中央圍圈(72)上，例如通過焊接來附接。外預(yù)混管可滑動地接合在外穩(wěn)定環(huán)(70)中，提供側(cè)向穩(wěn)定性，同時允許有差異的熱膨脹。該中間支撐框架可具有用于冷卻介質(zhì)通過的孔(74)和用于附接至支撐環(huán)(48)的周邊凸舌(76)。
【專利說明】用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組的結(jié)構(gòu)框架
[0001]本專利申請要求于2011年5月20日提交的編號為61/488，204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)明的燃燒室噴口蓋組內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架的實(shí)施方式在結(jié)構(gòu)上可使所有預(yù)混管彼此保持穩(wěn)定并相對于周圍支撐環(huán)保持穩(wěn)定。這種布置形式提高了噴口蓋組內(nèi)的穩(wěn)定性，從而防止管和支撐環(huán)之間發(fā)生過度的相對位移，因而減小預(yù)混管的有害動態(tài)位移以及在發(fā)散孔板上導(dǎo)致的負(fù)荷。本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架的實(shí)施方式提高了燃燒系統(tǒng)的強(qiáng)度儲備和燃燒系統(tǒng)的動態(tài)能力。
【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)的一種示例性中間結(jié)構(gòu)框架的透視圖。
[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的示例性外預(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)的具有上游法蘭和中間法蘭的一種示例性中央預(yù)混管的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明人已認(rèn)識到，由于預(yù)混管的動態(tài)響應(yīng)，現(xiàn)有技術(shù)的燃燒室噴口蓋組易受預(yù)混管和發(fā)散孔板之間傳遞的負(fù)荷的影響。而且，在各個預(yù)混管中可能發(fā)生由燃燒引起的振動，在預(yù)混管焊縫處產(chǎn)生有害的疲勞損壞，并可能使各個預(yù)混管脫開。[0013]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)動機(jī)軸32，渦輪30通過發(fā)動機(jī)軸32驅(qū)動壓縮機(jī)22。在環(huán)管燃燒室設(shè)計中，多個燃燒室組件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，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。
[0014]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，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。管42、44的下游端可環(huán)繞有發(fā)散孔板54，發(fā)散孔板54可為穿孔型，所述穿孔用于內(nèi)環(huán)48內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)行噴流冷卻，內(nèi)環(huán)48通過穿孔向燃燒室26排氣。環(huán)形彈簧密封圈56可圍繞內(nèi)支架環(huán)的下游端，用于把內(nèi)支架環(huán)48連接至燃燒室26的襯層。
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明的特征實(shí)現(xiàn)的一種實(shí)施方式中的燃燒室噴口蓋組24的截面?zhèn)纫晥D，該燃燒室噴口蓋組24可包括根據(jù)本發(fā)明的特征實(shí)現(xiàn)的環(huán)繞主預(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，燃料噴嘴(未示出)安裝在這些預(yù)混管42、44中。每個預(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。每個預(yù)混管42、44的上游端可附接至主進(jìn)料板66上，例如通過焊接來附接。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，使流出發(fā)散孔板54中的穿孔的壓縮空氣37能夠流過。
[0016]請參閱圖3。每個預(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42、44。中央預(yù)混管44和/或其它預(yù)混管42可在其長度的中間位置具有中間法蘭64，所述中間法蘭64相對于中間結(jié)構(gòu)框架68或加強(qiáng)環(huán)保持和對準(zhǔn)相應(yīng)預(yù)混管。中央預(yù)混管44或每個預(yù)混管42、44可附接至中間結(jié)構(gòu)框架68上，例如通過在法蘭64周圍焊接來附接。
[0017]在圖3所示的實(shí)施方式中，中央預(yù)混管44通過中間結(jié)構(gòu)框架68的圍圈72插入，而中間法蘭64坐在中間結(jié)構(gòu)框架68上。外側(cè)預(yù)混管42無需固定至中間結(jié)構(gòu)框架68上，但可滑動地接合在中間結(jié)構(gòu)框架68的相應(yīng)圍圈或穩(wěn)定環(huán)70的孔中。這種滑動接合限制了外管42的相對側(cè)向運(yùn)動，同時允許有差異的熱膨脹。
[0018]圖4是根據(jù)本發(fā)明的特征實(shí)現(xiàn)的一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室噴口蓋組的示例性支撐框架的透視圖，在此示例性實(shí)施方式中，大致平面的中間結(jié)構(gòu)框架68可包括用于每個外預(yù)混管42的相應(yīng)穩(wěn)定環(huán)或圍圈70以及用于中央預(yù)混管44的中央圍圈72。在中間結(jié)構(gòu)框架68的多個部分中可具有孔74，用于減輕重量，并作為冷卻介質(zhì)的通路?？蚣?8配置成附接至內(nèi)支撐環(huán)48上，從而在管42、44和支撐環(huán)48之間提供必要的機(jī)械互連。在圖中所示的實(shí)施方式中，在中間結(jié)構(gòu)框架68的周邊表面上形成有周邊凸舌76，用于把框架68附接至內(nèi)支撐環(huán)48的內(nèi)表面上。
[0019]所示的幾何構(gòu)造僅是具有形成用于每個預(yù)混管42、44的完整圍圈的相應(yīng)孔的示例性框架或板。其它實(shí)施方式可包括用于一個或多個管的一個或多個局部圍圈，因?yàn)椴恍枰獮槊總€管采用全360°支架，僅需沿垂直于流動方向43的平面的兩個移動軸線支撐好每個管。支撐程度優(yōu)選地足夠以有益的方式改變管和組件的動態(tài)響應(yīng)，從而減小峰值應(yīng)力并延長疲勞壽命。通常，支架的實(shí)施方式可包括外圍部分和內(nèi)部部分，所述外圍部分能夠附接至內(nèi)支撐環(huán)48 (在所示的實(shí)施方式中為凸舌76)上，而所述內(nèi)部部分附接至外圍部分上并在至少兩個點(diǎn)(在所示的實(shí)施方式中為圍圈70、72)與每個管接觸。一部分或全部燃燒室噴口蓋組冷卻介質(zhì)入口孔67 (圖3)可位于中間結(jié)構(gòu)框架68的上游。若是如此，則可能需要冷卻介質(zhì)通路孔74和/或其它流通空腔，以便為冷卻介質(zhì)37提供向發(fā)散孔板54流動的通路，特別是在如圖4所示的為每個管采用完整圍圈的實(shí)施方式中。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，與管的接觸范圍小于360°的圍圈在提供足夠的機(jī)械支撐的同時能使冷卻介質(zhì)37的流通面積增加。
[0020]圖5是具有上游法蘭60的一種示例性預(yù)混管42的透視圖。圖6是具有上游法蘭62和中間法蘭64的一種示例性預(yù)混管44的透視圖。
[0021]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】
1.一種用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組的支撐結(jié)構(gòu)，包括: 大致平面的框架； 中央圍圈，形成在該框架中，并配置成收納燃燒室噴口蓋組的中央預(yù)混管；和 形成在該框架中的外穩(wěn)定環(huán)的陣列，每個環(huán)配置成收納燃燒室噴口蓋組中的相應(yīng)外預(yù)混管。
2.如權(quán)利要求1所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，中央圍圈和穩(wěn)定環(huán)為每個相應(yīng)的管提供360°支撐。
3.如權(quán)利要求1所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，每個中央圍圈和穩(wěn)定環(huán)包括形成在所述框架中并用于收納一個相應(yīng)管的相應(yīng)孔。
4.如權(quán)利要求1所述的支撐結(jié)構(gòu)，還包括在中央圍圈和外穩(wěn)定環(huán)之間形成在所述框架中的冷卻介質(zhì)通路。
5.如權(quán)利要求1所述的支撐結(jié)構(gòu)，還包括在每個外穩(wěn)定環(huán)的周邊上形成的凸舌。
6.一種用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組的支撐結(jié)構(gòu)，包括: 外圍部分，配置成附接至燃燒室噴口蓋組的內(nèi)支撐環(huán)上；和 內(nèi)部部分，附接至所述外圍部分上，并包括用于與燃燒室噴口蓋組的多個預(yù)混管中的每一個接觸的多個圍圈。
7.如權(quán)利要求6所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，內(nèi)部部分還包括為所述多個預(yù)混管中的布置在中央的一個預(yù)混管提供全360°支撐的中央孔。
8.如權(quán)利要求7所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，內(nèi)部部分還包括布置在中央孔周圍并為多個外預(yù)混管的每一個提供全360°支撐的一系列孔。
9.如權(quán)利要求6所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，內(nèi)部部分還包括: 中央圍圈，用于為所述多個預(yù)混管中的布置在中央的一個預(yù)混管提供支撐；和 多個穩(wěn)定環(huán)，布置在中央圍圈周圍，用于為所述多個預(yù)混管中的外預(yù)混管提供支撐。
10.如權(quán)利要求9所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，外圍部分包括在每個穩(wěn)定環(huán)的周邊上形成的凸舌。
11.如權(quán)利要求10所述的支撐結(jié)構(gòu)，還包括形成在內(nèi)部部分中、用于讓冷卻介質(zhì)通過的孔。
12.如權(quán)利要求9所述的支撐結(jié)構(gòu)，其中，中央圍圈和所述多個穩(wěn)定環(huán)為每個相應(yīng)的管提供全360°支撐。
13.如權(quán)利要求12所述的支撐結(jié)構(gòu)，還包括形成在內(nèi)部部分中、用于讓冷卻介質(zhì)通過的孔。
14.一種包括如權(quán)利要求1所述的支撐結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組。
15.—種包括如權(quán)利要求6所述的支撐結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室噴口蓋組。
【文檔編號】F23R3/60GK103562643SQ201280024480
【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.科嫩 申請人:西門子能量股份有限公司