燃燒器前面板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪技術(shù)。更具體地說(shuō)，其涉及根據(jù)權(quán)利要求1的序言所述的用于燃燒器、尤其用于筒倉(cāng)燃燒器(Silo combustor)、筒形燃燒器或環(huán)形燃燒室的前面板或端壁。
【背景技術(shù)】
[0002]用于燃?xì)鉁u輪的燃燒器典型地設(shè)于包圍燃燒器的殼體中。燃燒器包括燃燒區(qū)域或燃燒室?？扇嫉目諝?燃料混合物在所述室中燃燒，以產(chǎn)生熱的燃燒氣體，其沿著流體路徑流向渦輪，在此處它們?cè)谏a(chǎn)動(dòng)能的條件下發(fā)生膨脹。在相對(duì)于流體路徑的上游方向上，所述室的末端典型地由前面板來(lái)限定，前面板承載了噴燃器單元、混合器等等。前面板因此是個(gè)分隔元件，其將燃燒器的冷側(cè)與熱側(cè)分隔開(kāi)。大體上，前面板是薄板，其從冷側(cè)受到托架結(jié)構(gòu)的支撐，托架結(jié)構(gòu)接收前面板并進(jìn)一步支撐噴燃器單元、混合器或點(diǎn)火器單元。因此剛性的托架結(jié)構(gòu)在冷側(cè)是相當(dāng)大塊的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于燃燒器，尤其用于筒倉(cāng)燃燒器、筒形燃燒器或環(huán)形燃燒器的前面板，其在操作期間具有增強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性。
[0004]這個(gè)目的通過(guò)具有根據(jù)權(quán)利要求1所述特征的前面板來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明提供了一種用于燃燒器，尤其用于筒倉(cāng)燃燒器、筒形燃燒器或和環(huán)形燃燒器的前面板，前面板限定了熱側(cè)和冷側(cè)，并包括至少一個(gè)適合于接收燃燒器部件的接收部(容器)。前面板具有雙壁設(shè)計(jì)，其具有熱側(cè)壁和冷側(cè)壁，熱側(cè)壁限定了前面板的熱側(cè)下游表面，并且冷側(cè)壁限定了前面板的冷側(cè)上游表面，其中熱側(cè)壁和冷側(cè)壁彼此沿軸向間隔開(kāi)，彼此平行延伸，并且彼此通過(guò)外側(cè)壁而連接在一起。
[0005]前面板典型地限定了燃?xì)鉁u輪的燃燒室的上游端。前面板典型地包括至少一個(gè)開(kāi)口，其中噴燃器可通過(guò)該開(kāi)口供給燃料氣體和氧化劑氣體，例如空氣。
[0006]詞語(yǔ)“上游”和“下游”指路徑或工作流體中的構(gòu)件的相對(duì)位置。詞語(yǔ)“軸向”指沿著工作流體的大體流動(dòng)方向的方向；詞語(yǔ)“側(cè)向”和“徑向”指與軸向方向垂直的方向。
[0007]詞語(yǔ)“燃燒器部件”指例如混合器、預(yù)混合器、點(diǎn)火器、噴燃器單元，尤其引燃噴燃器。
[0008]詞語(yǔ)“雙壁設(shè)計(jì)”指一種具有彼此連接在一起的基本平行的沿軸向間隔開(kāi)的壁的裝置。在壁之間的軸向間距可在2.5毫米至850毫米的范圍內(nèi)。
[0009]詞語(yǔ)“筒倉(cāng)燃燒器”指主要具有圓柱形狀的燃燒室，該室通過(guò)過(guò)渡導(dǎo)管連接在渦輪上。筒倉(cāng)燃燒器包括至少一個(gè)，優(yōu)選多個(gè)，尤其42個(gè)筒倉(cāng)燃燒器，其設(shè)置在渦輪的轉(zhuǎn)子軸線的周?chē)?，相?duì)轉(zhuǎn)子軸線具有7°至90°之間的角度定向。
[0010]前面板包括位于前面板的下游端的熱側(cè)壁。與熱側(cè)壁沿軸向間隔開(kāi)的是冷側(cè)壁，冷側(cè)壁提供了前面板的上游端。在某些實(shí)施例中，熱側(cè)壁和冷側(cè)壁優(yōu)選是彼此平行延伸的基本平直的板。在某些實(shí)施例中，熱側(cè)壁和冷側(cè)壁通過(guò)徑向外側(cè)壁和環(huán)形套筒而彼此連接在一起。環(huán)形套筒限定了穿過(guò)前面板的通道，并可提供用于接收燃燒器部件的輪緣器件，即它們形成了接收部。因此，這種接收部考慮了燃燒器部件的安裝和去除，并且前面板為燃燒器部件提供了剛性的結(jié)構(gòu)支撐。
[0011 ] 因此，在某些實(shí)施例中，這種接收部通過(guò)環(huán)形套筒來(lái)限定，環(huán)形套筒從熱側(cè)壁延伸至冷側(cè)壁，并且將它們連接起來(lái)，從而提供用于燃燒器部件，尤其用于燃燒器部件的底座。此外，這種接收部提供了穿過(guò)前面板的流體通道，使得流體可通過(guò)前面板傳送并注入到前面板下游的燃燒區(qū)域中。
[0012]在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，包括至少熱側(cè)壁和外側(cè)壁，優(yōu)選還包括冷側(cè)壁的雙壁結(jié)構(gòu)由單個(gè)零件制成，即雙壁結(jié)構(gòu)由單個(gè)零件鑄成和/或機(jī)械加工而成。環(huán)形套筒可固定在熱側(cè)壁和冷側(cè)壁上。
[0013]在某些實(shí)施例中可提供一個(gè)單個(gè)接收部，在其它實(shí)施例中可提供多個(gè)這種接收部，優(yōu)選四個(gè)沿周向均勻分布的接收部。這個(gè)通道大體可為例如圓形的，從而容許噴燃器端管至少部分地穿過(guò)它或位于其里面。然而，通道大體可具有備選的形狀，例如至少部分多邊形或弧形的形狀，從而與有待接收的元件的形狀互補(bǔ)。在特別的實(shí)施例中，接收部可配置為用于接收噴燃器或混合器，其用于注入預(yù)混合的燃料(空氣燃料混合器或預(yù)混合的噴嘴)。噴燃器可為Alstom EV或AEV噴燃器。
[0014]熱側(cè)壁具有第一材料厚度，并且冷側(cè)壁具有第二材料厚度。在某些實(shí)施例中，第二材料厚度小于第一材料厚度。冷側(cè)壁上的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力較小；因此通過(guò)制作比熱側(cè)壁更薄的冷側(cè)壁可節(jié)省材料。第一材料厚度優(yōu)選在1.5毫米至28毫米，優(yōu)選4毫米至15毫米的范圍內(nèi)，且更優(yōu)選為6毫米。第二材料厚度可優(yōu)選在第一材料厚度的20%至第一材料厚度的80%的范圍內(nèi)。
[0015]在熱側(cè)壁和冷側(cè)壁與外側(cè)壁之間限定了空腔。在某些實(shí)施例中，空腔的軸向高度可在第一材料厚度的150%至前面板的總高度減去熱側(cè)壁和冷側(cè)壁的材料厚度之和的差值之間的范圍內(nèi)。因此，依賴(lài)于具體的幾何形狀，軸向高度可在2.5毫米至850毫米的范圍內(nèi)。
[0016]在熱側(cè)壁和冷側(cè)壁之間的間距(即其之間的空腔的軸向高度)、第一材料厚度和第二材料厚度、以及外側(cè)壁在冷側(cè)壁的下游表面之上的突出(如果存在的話)經(jīng)過(guò)選擇，從而使前面板的總的軸向高度為8毫米至840毫米。
[0017]冷卻通道基本上沿軸向穿過(guò)前面板的冷側(cè)壁，從冷側(cè)壁的上游表面延伸至其下游表面，從而通過(guò)冷側(cè)壁提供了從冷側(cè)進(jìn)入到冷側(cè)壁和熱側(cè)壁之間的空腔中的流體連通性。關(guān)于冷卻和頻率控制方面，冷卻通道容許更好地控制穿過(guò)前面板的工作流體的流量，這最終增強(qiáng)了燃燒器的效率。
[0018]在某些實(shí)施例中，熱側(cè)壁可包括多個(gè)噴出通道，所述通道基本上穿過(guò)熱側(cè)壁，從而通過(guò)熱側(cè)壁提供了從空腔進(jìn)入到燃燒室中的流體連通性。噴出通道是通孔，并容許對(duì)燃燒室中的熱側(cè)表面進(jìn)行薄膜冷卻。
[0019]在某些實(shí)施例中，冷側(cè)壁可能被穿透多個(gè)通孔和切口，以控制對(duì)熱側(cè)壁的冷卻空氣通路，并控制前面板的固有頻率的調(diào)頻，固有頻率需要調(diào)制到某一限制之上。因此，冷側(cè)壁可用作更剛性的板，并有助于優(yōu)化前面板的機(jī)械特性、流體動(dòng)力學(xué)特性和熱特性。
[0020]在某些實(shí)施例中，外側(cè)壁可沿周向包圍熱側(cè)壁和冷側(cè)壁，并可為基本沿軸向延伸的壁。
[0021]在某些實(shí)施例中，外側(cè)壁的上游周邊邊緣，即在前面板的冷側(cè)可提供夾緊環(huán)。夾緊環(huán)沿側(cè)向向內(nèi)或向外定向。夾緊環(huán)優(yōu)選具有側(cè)向環(huán)形半徑和軸向高度，其中側(cè)向環(huán)形半徑在2毫米至25毫米的范圍內(nèi)，并且軸向高度在2毫米至25毫米的范圍內(nèi)。通過(guò)這個(gè)夾緊環(huán)，前面板可固定到燃燒器裝置的其它部件上。
[0022]在某些實(shí)施例中，下游周邊邊緣，即在前面板的熱側(cè)或上游周邊邊緣的反面，外側(cè)壁可為圓形的。
[0023]外側(cè)壁優(yōu)選與熱側(cè)下游表面是齊平的。另外或在備選例中，外側(cè)壁伸出或突出到冷側(cè)壁的下游表面之上。
[0024]因此，在某些實(shí)施例中，前面板的徑向外側(cè)部分在橫截面圖中具有鵝頸形剖面，其具有基本在側(cè)向(相對(duì)于流動(dòng)方向)或徑向(相對(duì)于前面板)方向上延伸，從而形成夾緊環(huán)的自由端。
[0025]此外，在某些優(yōu)選的實(shí)施例中，外側(cè)壁可具有至少一個(gè)結(jié)構(gòu)化的中間段。因此，夕卜側(cè)壁可具有至少一個(gè)第一中間部分，其具有比外側(cè)壁的第二部分的材料厚度更小的材料厚度。另外或在備選例中，前面板可具有至少一個(gè)外側(cè)壁的第一中間部分，其相對(duì)于外側(cè)壁的第二部分沿側(cè)向移動(dòng)，從而為外側(cè)壁提供了一種結(jié)構(gòu)。因此在橫截面圖中，外側(cè)壁可能具有紐結(jié)和/或波動(dòng)和/或階梯等形狀，這使其是不平坦的。非平坦的結(jié)構(gòu)可額外地或備選地通過(guò)增加凹部，即通過(guò)改變結(jié)構(gòu)化的外側(cè)壁的中間部分的材料厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，中間段可額外地或備選地是波狀的。
[0026]在優(yōu)選的實(shí)施例中，外側(cè)壁的第一中間部分的材料厚度是外側(cè)壁的第二部分的材料厚度的50%至80%。
[0027]外側(cè)壁的第一中間部分相對(duì)于外側(cè)壁的第二部分的側(cè)向移位優(yōu)選是第二部分的材料厚度的30%至100%。
[0028]如上所述，結(jié)構(gòu)化的外側(cè)壁具有超越平直的或平坦的外側(cè)壁的好處，因?yàn)槠街钡幕蚱教沟耐鈧?cè)壁長(zhǎng)期忍受由于溫度梯度和壓力波動(dòng)而引起的極大的負(fù)載，而沒(méi)有獲得由于類(lèi)似圓柱或圓錐形狀所產(chǎn)生的機(jī)械剛性的好處。
[0029]大體上，前面板的任何或所有元件，尤其熱側(cè)壁的下游表面(熱側(cè)壁暴露于火焰?zhèn)?可被耐熱層覆蓋，例如熱屏蔽涂層，從而改善前面板的耐熱性。
[0030]前面板可憑借其周邊邊緣利用螺栓、鉤子等等而夾緊到燃燒器裝置或燃?xì)鉁u輪的托架結(jié)構(gòu)上?；蛘?，前面板可被夾緊到燃燒器部件上，尤其中心引燃噴燃器或一個(gè)或多個(gè)混合器器件上。因此，本發(fā)明還涉及具有上述前面板的燃燒器裝置或燃?xì)鉁u輪。
[0031]前面板將燃燒器部件和燃燒器裝置的外輪緣之間的側(cè)向間隙橋接起來(lái)。此外，前面板可被夾緊到中心引燃噴燃器或一個(gè)或多個(gè)混合器器件上(在這種情況下，中心引燃噴燃器必須固定在前面板上)。
【附圖說(shuō)明】
[0032]以下將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其用于舉例說(shuō)明本發(fā)明的目前優(yōu)選實(shí)施例的目的，而非用于限制它的目的。圖中:
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的前面板的橫截面圖； 圖2顯示了根據(jù)圖1的前面板的俯視圖；
圖3顯示了根據(jù)圖1的前面板的徑向外側(cè)壁的放大的橫截面圖；
圖4顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施例的放大的橫截面圖，其具有不同結(jié)構(gòu)的徑向外側(cè)壁；
以及
圖5顯示了本發(fā)明的第三實(shí)施例的放大的橫截面圖，其具有另一不同結(jié)構(gòu)的徑向外側(cè)壁。
【具體實(shí)施方式