具有壓降優(yōu)化的襯墊冷卻的燃?xì)鉁u輪的燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有壓降優(yōu)化的襯墊冷卻的燃?xì)鉁u輪的燃燒器。公開了一種借助于對(duì)流冷卻來有效地冷卻燃?xì)鉁u輪燃燒器的襯墊(7)的設(shè)計(jì)。
【專利說明】具有壓降優(yōu)化的襯墊冷卻的燃?xì)鉁u輪的燃燒器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪，并且針對(duì)一種具有空氣冷卻燃燒器的燃?xì)鉁u輪。

【背景技術(shù)】
[0002]從市場(chǎng)上已知了具有空氣冷卻燃燒器的燃?xì)鉁u輪。例如， 申請(qǐng)人:成功地制作出以6X24/6X26為名的此類燃?xì)鉁u輪。圖1示出了穿過燃?xì)鉁u輪以24#126的示意性和簡(jiǎn)化的橫截面。
[0003]圖1中并未示出該燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子或旋轉(zhuǎn)軸線。這意味著圖1中所示的構(gòu)件中的一些具有環(huán)形幾何形狀。
[0004]從圖1中的左側(cè)開始，進(jìn)入焚燒器(沒有參考標(biāo)號(hào))中的壓縮空氣以參考標(biāo)號(hào)1標(biāo)示。壓縮空氣1給送到焚燒器中，其產(chǎn)生均一的貧燃料/空氣混合物。
[0005]燃料和空氣的該混合物在第一燃燒器2中焚燒，形成單個(gè)環(huán)形的火焰環(huán)。該火焰環(huán)具有內(nèi)循環(huán)區(qū)，其將自由空間中的火焰穩(wěn)定在燃燒區(qū)內(nèi)。
[0006]離開第一燃燒器2的熱排出氣體在進(jìn)入第二燃燒器5的第二焚燒器4之前移動(dòng)穿過高壓渦輪級(jí)。
[0007]請(qǐng)求得到專利保護(hù)的本發(fā)明針對(duì)第一燃燒器2和/或第二燃燒器5。
[0008]如可從圖1看到的那樣，燃燒器2和5沿徑向方向由襯墊7界定。這些襯墊7為燃燒器2和5的外壁，且經(jīng)歷由火焰引起的高溫。
[0009]襯墊7通過使用壓縮冷卻空氣的沖擊冷卻和對(duì)流冷卻來冷卻。冷卻空氣流過環(huán)形通道9。環(huán)形通道9由蓋板11 (在燃燒器5的情況下)或載體結(jié)構(gòu)(在燃燒器2的情況下)界定。
[0010]冷卻空氣從左向右流過圖1中的通道9。冷卻空氣由燃?xì)鉁u輪(未示出)的壓縮機(jī)輸送，燃?xì)鉂?rùn)輪還將壓縮空氣輸送至第一焚燒器1中。
[0011]由于壓縮空氣需要機(jī)械能，故目標(biāo)總是在于減小通道9中的冷卻空氣消耗和/或冷卻空氣的壓降，因?yàn)檫@會(huì)提高燃?xì)鉁u輪的效率和功率輸出。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)鉁u輪具有第一燃燒器2的通道9中相對(duì)于壓縮機(jī)端部壓力)大約2%到3%的壓降。
[0013]如前文所述，在圖1中，冷卻空氣流動(dòng)圖形從左到右。這意味著〃上游〃相當(dāng)于圖1 (和圖2到5)的〃左側(cè)上〃。用語(yǔ)〃下游〃涉及圖中的更右側(cè)部分?？傊?，用語(yǔ)〃上游〃和〃下游〃涉及冷卻空氣的流動(dòng)方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]請(qǐng)求得到專利保護(hù)的本發(fā)明的目的在于減小燃燒器的冷卻空氣的壓降，且/或減少冷卻燃?xì)鉁u輪的第一燃燒器和/或第二燃燒器所需的冷卻空氣的量。
[0015]該目的通過包括襯墊和蓋板的燃?xì)鉁u輪的燃燒器實(shí)現(xiàn)，其中襯墊和蓋板界定用于冷卻空氣的通道，且其中蓋板在其上游端處形成用于冷卻空氣的通道的起始處的噴嘴。
[0016]這樣，由通道的進(jìn)入口處的冷卻空氣的紊流引起的壓降減小。結(jié)果，冷卻空氣的壓降顯著地減小。
[0017]請(qǐng)求得到專利保護(hù)的噴嘴的幾何形狀可類似于拉瓦爾噴嘴的第一部分。其還可在縱向方向上為圓形或拋物線形。
[0018]出于冷卻空氣的甚至更好流動(dòng)和/或易于制造的原因，噴嘴的幾何形狀還可不同以上示例。
[0019]例如，有可能通過冷卻空氣流的1-04-0或3-0流動(dòng)模擬來優(yōu)化噴嘴的幾何形狀。
[0020]通過將蓋板的起始處(在通道的上游側(cè)處)設(shè)計(jì)為噴嘴，相比于從現(xiàn)有技術(shù)獲知的管狀或圓柱形蓋板，壓降可顯著減小。通過將噴嘴引至蓋板的起始處而預(yù)計(jì)相對(duì)于？,。最多0.5%的壓降減小。
[0021]還有可能通過在襯墊中鉆瀉流孔來減小壓降，且瀉流孔中的至少一個(gè)為襯墊的局部厚度的1.4倍以上。
[0022]這樣，有可能有效地冷卻襯墊的上游端，而沒有從現(xiàn)有技術(shù)已知的沖擊冷卻。沖擊冷卻對(duì)于減小襯墊的溫度很有效，但引起冷卻空氣的高壓降。因此，冷卻空氣必須壓縮到高壓，這減小了燃?xì)鉁u輪的總體效率。
[0023]通過避免襯墊的上游端處的沖擊冷卻，有可能進(jìn)一步顯著地減小壓縮空氣的壓降。沖擊冷卻使用相對(duì)于壓縮機(jī)端部壓力通常0.5%到1.5%的壓降。
[0024]請(qǐng)求得到專利保護(hù)的本發(fā)明的另一個(gè)重要方面在于提供很長(zhǎng)的瀉流孔。這意味著請(qǐng)求得到專利保護(hù)的燃燒器襯墊的瀉流孔中的至少一些大于15皿。
[0025]高達(dá)15臟的長(zhǎng)度允許借助于激光將瀉流孔制造到襯墊中。超過15臟的厚度不可借助于激光產(chǎn)生。
[0026]在請(qǐng)求得到專利保護(hù)的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，完成了超過15毫米的請(qǐng)求長(zhǎng)度，將請(qǐng)求瀉流孔中的至少一些由襯墊和覆蓋件中的凹槽部分地界定。
[0027]這些凹槽可覆蓋大于的瀉流孔的長(zhǎng)度。這些凹槽可與襯墊7的鑄造一起鑄造。為了完成這些很長(zhǎng)的瀉流孔，將請(qǐng)求由覆蓋件覆蓋這些凹槽。這導(dǎo)致瀉流孔大于15皿且可按需要設(shè)計(jì)。例如，瀉流孔可彎曲以優(yōu)化從襯墊到流過瀉流孔的冷卻空氣的熱傳遞。
[0028]請(qǐng)求得到專利保護(hù)的本發(fā)明的另一個(gè)方面在于在瀉流孔的區(qū)段上，瀉流孔的縱軸線平行于襯墊的至少一個(gè)表面。
[0029]這意味著瀉流孔很有效地冷卻襯墊的上游端處的某些區(qū)域。因此，不需要襯墊的該區(qū)域的沖擊冷卻。
[0030]在此情況下，如果瀉流孔的縱軸線平行于襯墊的縱軸線則優(yōu)選。
[0031]為了便于制造這些瀉流孔，將請(qǐng)求的是，在瀉流孔平行于襯墊的至少一個(gè)表面的區(qū)段中，襯墊具有大于襯墊的通道區(qū)段的厚度。該通道區(qū)段位于瀉流孔的下游。
[0032]這樣，有可能具有襯墊的上游端處的長(zhǎng)瀉流孔，且還有可能借助于激光產(chǎn)生前15皿的這些瀉流孔。瀉流孔的附加長(zhǎng)度例如可通過鉆孔來制作。還有可能鉆取瀉流孔的整個(gè)長(zhǎng)度。
[0033]在請(qǐng)求得到專利保護(hù)的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，蓋板且尤其是蓋板的噴嘴部分沿軸向方向在至少一列瀉流孔上延伸。
[0034]這意味著瀉流孔在襯墊的上游端處冷卻襯墊，且在襯墊的更下游部分中，其為流過供應(yīng)對(duì)流冷卻的通道的冷卻空氣。
[0035]在本發(fā)明的另一個(gè)有利實(shí)施例中，具有瀉流冷卻的區(qū)段和具有對(duì)流冷卻的區(qū)段沿軸向方向略微重疊。因此，襯墊的所有區(qū)域適當(dāng)?shù)乩鋮s，且沒有局部過熱出現(xiàn)。
[0036]如果在襯墊的上游端處，成列的瀉流孔沿襯墊的軸向方向延伸大于50111的長(zhǎng)度，優(yōu)選大于10(3111，或甚至大于15(3111，已經(jīng)證明是有利的。
[0037]有可能通過鑄造或通過選擇性激光熔化來產(chǎn)生襯墊。通過鑄造襯墊，例如，有可能將凹槽形成到鑄造模具中。這樣，瀉流孔的該部分的尺寸和幾何形狀幾乎無限制，且可設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)最佳的冷卻效果。
[0038]在襯墊由選擇性激光熔化產(chǎn)生的情況下，甚至有可能具有三維彎曲的瀉流孔。選擇性激光熔化的技術(shù)使得能夠就瀉流孔的尺寸和幾何形狀而言具有甚至更大的自由度。
[0039]附圖及其描述中公開了其它優(yōu)點(diǎn)和特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1示出了燃?xì)鉁u輪(現(xiàn)有技術(shù))的橫截面；
圖2示出了包括若干列瀉流孔的請(qǐng)求得到專利保護(hù)的本發(fā)明的第一實(shí)施例，以及圖3到5示出了瀉流孔的其它實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0041]從請(qǐng)求得到專利保護(hù)的第一實(shí)施例開始，可以看到蓋板11的上游端彎曲以形成噴嘴13。
[0042]在縱向截面中，噴嘴13可為圓形和/或拋物線形。其還可具有拉瓦爾噴嘴的進(jìn)入口的形狀。
[0043]冷卻空氣流由若干箭頭15示出。出于清楚的原因，不是所有這些箭頭都具有參考標(biāo)號(hào)15。
[0044]箭頭17在圖2到5中從左到右示出了冷卻空氣的總體流動(dòng)方向。換言之:箭頭17始于襯墊7的上游端或起始處，且指向襯墊7的下游端(未示出)。該箭頭17平行于襯墊7的縱向方向。
[0045]如可從圖2看到的那樣，該實(shí)施例包括在襯墊7的上游端處的若干列的瀉流孔19。
[0046]各列的瀉流孔19沿周向圍繞襯墊7布置。因此，從圖2中的各列，僅一個(gè)瀉流孔19在圖2中示出。
[0047]如可從圖2進(jìn)一步看到那樣，成列的瀉流孔19沿軸向方向從襯墊7的起始處朝襯墊7的下游端延伸。
[0048]這些成列的瀉流孔19的軸向延伸在圖2中借助于線21示出。
[0049]如由從襯墊7的起始處朝襯墊7的端部的線23所示，襯墊7由對(duì)流冷卻來冷卻。在襯墊7的上游起始處，對(duì)流冷卻通過成列的瀉流孔19實(shí)現(xiàn)。這些成列的瀉流孔比噴嘴13(的起始處)延伸至更下游。
[0050]進(jìn)一步在瀉流孔的下游，通道9中的冷卻空氣的對(duì)流冷卻由襯墊7的外表面上的紊流器25加強(qiáng)。該意味著紊流器25覆蓋通道9的壁的一部分。
[0051]由于瀉流孔19在與襯墊7的軸向方向(參看箭頭17)成大約30到45度的角下鉆取，故它們是襯墊7的局部厚度的約1.4倍。
[0052]瀉流孔19與襯墊7的軸向方向(參看參考標(biāo)號(hào)17)之間的角為影響瀉流孔的冷卻效應(yīng)的一個(gè)可能性。瀉流孔19越長(zhǎng)，則瀉流孔19內(nèi)的對(duì)流冷卻越強(qiáng)。
[0053]顯然，瀉流孔19的數(shù)目為影響本發(fā)明的對(duì)流冷卻的該部分的冷卻效應(yīng)和冷卻空氣需求的另一個(gè)可能性。
[0054]在對(duì)流冷卻的起始處，冷卻空氣15具有可為大約171^1的壓力？吣
[0055]由于通道9中的不可避免的壓降，故冷卻空氣15在通道9的端部處具有減小的壓力？比減八？。
[0056]由于噴嘴30減小這些壓力損失且完全沒有沖擊冷卻，故壓降八？顯著低于具有局部沖擊冷卻的現(xiàn)有技術(shù)。
[0057]根據(jù)該實(shí)施例的壓降八？為？的大約百分之1至百分之2。
[0058]在具有局部沖擊冷卻的常規(guī)冷卻系統(tǒng)中，壓降八？為？的大約百分之2-3。
[0059]如可從該實(shí)施例看到的那樣，通過仔細(xì)地設(shè)計(jì)噴嘴13和通過避免任何沖擊冷卻，壓降八？相比于具有局部沖擊冷卻的現(xiàn)有技術(shù)顯著地減小。
[0060]圖3示出了具有甚至更長(zhǎng)的瀉流孔19的請(qǐng)求得到專利保護(hù)的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，瀉流孔19在襯墊7的上游端處鉆取。在壁27的下游，瀉流孔19由凹槽29構(gòu)成，凹槽29可與襯墊7及其紊流器25 —起鑄造。這些凹槽29通過覆蓋件31閉合，導(dǎo)致通道狀的瀉流孔。覆蓋件31可通過螺釘、焊接或固定銷固定到襯墊7上。
[0061]通過鑄造凹槽29，有可能使灣流孔19的長(zhǎng)度延伸超過15111111。如果襯墊7由鋼或耐熱合金制成，則15皿為借助于激光鉆取瀉流孔19的極限。
[0062]另外，該實(shí)施例僅具有從襯墊7的起始處起的對(duì)流冷卻。在襯墊7的上游端處，存在各個(gè)瀉流孔19內(nèi)的對(duì)流冷卻。該實(shí)施例包括僅一列沿周向布置的瀉流孔19。這些瀉流孔19相比于襯墊7的厚度而很長(zhǎng)。由于將瀉流孔19的鉆取部分與瀉流孔的區(qū)段組合的可能性，故它們可為襯墊7的厚度的5到10倍，其中它們由凹槽29及其覆蓋件31構(gòu)成。
[0063]在圖4中，示出了請(qǐng)求得到專利保護(hù)的另一個(gè)實(shí)施例。另外，瀉流孔19相比于襯墊的厚度而很長(zhǎng)。在該實(shí)施例中，瀉流孔19為彎曲的，且它們還包括鉆取部分(其在襯墊7的上游端的左側(cè))，以及第二部分33，第二部分33又可通過鑄造凹槽且以覆蓋件來覆蓋這些凹槽從而制成。
[0064]還有可能的是通過選擇性激光熔化來連同瀉流孔19的區(qū)段33和紊流器25制造整個(gè)襯墊。該制造方法包括以一種方式局部地熔化金屬粉末，該方式使得具有其包括瀉流孔的復(fù)雜幾何形狀的襯墊7通過局部地熔化金屬粉末來產(chǎn)生。選擇性激光熔化為本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方法，且因此在本申請(qǐng)中不會(huì)詳細(xì)描述。
[0065]在該實(shí)施例中，區(qū)段33在噴嘴13的起始處沿縱向方向終止。還有可能伸長(zhǎng)區(qū)段33，直到其延伸到通道9中。
[0066]另外，僅存在襯墊7的對(duì)流冷卻，這導(dǎo)致減小的壓降八]3。
[0067]圖5示出了具有相比于襯墊7的局部厚度而很長(zhǎng)的瀉流孔19的另一個(gè)實(shí)施例。為了能夠制造或多或少平行于襯墊7的表面35的瀉流孔19，一些情況下需要增大發(fā)生瀉流的上部中的襯墊的厚度(圖3到5中的條21)。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)鉁u輪的燃燒器，包括襯墊(7)和蓋板(11)，其中所述襯墊(7)和所述蓋板(11)界定用于冷卻空氣的通道(9)，其特征在于，在所述通道(9)的上游起始處，所述蓋板(11)具有噴嘴(13)的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述襯墊(7)包括瀉流孔(19)，且所述瀉流孔(19)中的至少一個(gè)的長(zhǎng)度為所述襯墊(7)的局部厚度的1.4倍以上。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，所述瀉流孔(19)中的至少一個(gè)的長(zhǎng)度大于15_。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，所述瀉流孔(19)中的至少一些由所述襯墊(9)中的凹槽(29)和覆蓋件(31)部分地界定。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，在所述瀉流孔(19)的區(qū)段上，所述瀉流孔(19)的縱軸線平行于所述襯墊(7)的至少一個(gè)表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒器，其特征在于，在該區(qū)段中，所述襯墊(7)具有大于所述襯墊(7)的通道區(qū)段中的厚度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，所述蓋板(11)或所述噴嘴(13)沿軸向方向在至少一列瀉流孔(19)上延伸。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，所述成列的瀉流孔(19)沿所述襯墊(7)的軸向方向延伸大于5cm的長(zhǎng)度,優(yōu)選大于1cm,或大于15cm。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，所述襯墊(7)通過鑄造或通過選擇性激光熔化而制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃燒器，其特征在于，所述瀉流孔(19)在所述鑄造或所述選擇性激光熔化期間至少部分地生成。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，用于冷卻空氣的所述通道(9)為環(huán)形。
12.一種燃?xì)鉁u輪，包括至少一個(gè)壓縮機(jī)、至少一個(gè)燃燒器(2，5)、至少一個(gè)渦輪，其特征在于，所述至少一個(gè)燃燒器(2，5)為根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)的燃燒器。
【文檔編號(hào)】F23R3/00GK104373959SQ201410401042
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】M.T.莫勒, U.本茲, S.斯維亞特克, O.康拉德特, M.馬爾姆 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司