專利名稱:用于燃氣渦輪機燃燒器的罩帽中的熱控制的系統(tǒng)和方法
技術領域:
本文公開的主題涉及用于燃氣渦輪機燃燒器的罩帽中的熱控制的系統(tǒng)和方法。
背景技術:
燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機、燃燒器和渦輪。燃燒器隨燃料一起接收來自壓縮機 的壓縮空氣,并燃燒燃料_空氣混合物以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。熱氣體流過渦輪,從而驅動渦 輪葉片。如可理解的,燃燒器產(chǎn)生大量的熱。不幸的是,此熱會導致不同部件的熱膨脹,沒 有合適的冷卻或緩解,這又會導致熱裂紋和其它問題。例如,在燃燒器的頭端,熱可能導致 罩帽組件中顯著的熱膨脹。
發(fā)明內(nèi)容
以下簡述了與最初要求保護的發(fā)明的范圍相稱的某些實施例。這些實施例不意在 限制所要求保護的發(fā)明的范圍,而是這些實施例僅意圖提供本發(fā)明可能形式的簡要概述。 實際上,本發(fā)明可包括與下文所述實施例相似或相異的多種形式。在第一實施例中,一種系統(tǒng)包括渦輪發(fā)動機,該系統(tǒng)包括燃燒器,燃燒器具有頭 端,設置在頭端中的后板,以及聯(lián)接到該后板上的燃燒器罩帽,其中該后板和燃燒器罩帽包 括燃料噴嘴承座,該燃燒器罩帽包括在該燃料噴嘴承座周圍設置的多個節(jié)段,且各節(jié)段包 括多個空氣噴口。在第二實施例中,一種系統(tǒng)包括渦輪機燃燒器罩帽,該燃燒器罩帽包括多個節(jié)段, 其中該多個節(jié)段的每個節(jié)段均具有鄰接至少兩個燃料噴嘴承座而不完全環(huán)繞任何一個燃 料噴嘴承座的邊緣。在第三實施例中,一種系統(tǒng)包括渦輪機燃燒器罩帽,該燃燒器罩帽包括多個節(jié)段, 各節(jié)段均包括正面、背面以及邊緣,其中該多個燃料噴嘴的邊緣設置在燃料噴嘴承座周圍, 且各節(jié)段均包括從背面延伸穿過該節(jié)段并從正面離開的多個空氣噴口。
當參照附圖閱讀以下具體實施方式
時,本發(fā)明的這些和其它特征、方面以及優(yōu)點 將變得更好理解,附圖中貫穿多個圖形相似的標號代表相似的部分,其中圖1是具有根據(jù)本技術的一個實施例的聯(lián)接到燃燒器上的燃料噴嘴的渦輪機系 統(tǒng)的方塊圖;圖2是如圖1中所示的燃燒器的剖切側視圖,且根據(jù)本技術的一個實施例多個燃 料噴嘴聯(lián)接到端蓋上;圖3是根據(jù)本技術的一個實施例的燃燒器罩帽組件的前視圖;圖4是如圖3的線4-4內(nèi)所示的根據(jù)本技術的一個實施例的圖3的燃燒器罩帽組 件的細節(jié)視圖;圖5是根據(jù)本技術的一個實施例沿圖3的線5-5的橫截面;
圖6是根據(jù)本技術的一個實施例如圖3中所示的燃燒器罩帽組件的分解后透視 圖;圖7是根據(jù)本技術的一個實施例如圖3中所示的燃燒器罩帽組件的分解前透視 圖;圖8是根據(jù)本技術的一個實施例如圖7的線8-8內(nèi)所示的圖7的后板組件的部分 前視圖;圖9是根據(jù)本技術的一個實施例具有相關聯(lián)的后板組件的燃燒器罩帽組件的透 視圖;圖10是根據(jù)本技術的一個實施例如圖3和圖9的線10-10內(nèi)所示的燃燒器罩帽 組件的透視圖;圖11是根據(jù)本技術的一個實施例如圖3和圖9的線10-10內(nèi)所示的燃燒器罩帽 組件的透視圖。元件列表10渦輪機系統(tǒng)12燃料噴嘴14燃料源16燃燒器18 箭頭20 渦輪22 軸24壓縮機26 負載27空氣源28空氣進口29 箭頭30排氣出口32 頭端34 端蓋36燃燒器罩帽組件38燃燒室40流套筒42燃燒襯里44中空環(huán)形空間46過渡件48方向線49瀉流板50瀉流板節(jié)段52瀉流板節(jié)段54瀉流板節(jié)段
56面
58直徑
60正面
62邊緣
63噴嘴噴燒管
64燃料噴嘴承座
66瀉流口
68帶狀連接
70空氣間隙
71軸向方向
72后板
74樁柱
76螺母
77冷卻室
78墊圈
79背面
80冷卻口
81徑向方向
82燃燒器罩帽組件
83周向方向
84罩帽節(jié)段
85長度
86罩帽節(jié)段
88樁柱
90樁柱承座
92節(jié)段
94中間室
96邊緣出口
98冷卻射流
100箭頭
102分隔件
104 出口
106面板
具體實施例方式
以下將描述本發(fā)明的一個或多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡要描述, 在說明書中不一定描述實際實施方式的全部特征。應該理解的是,在任何此類實際實施方 式的開發(fā)中,如在任何工程或設計項目中,必須做出大量實施方式特定的決策,以達成開發(fā) 者的具體目標,例如遵循系統(tǒng)相關和業(yè)務相關的限制,這可從一個實施方式到另一個實施方式而不同。此外,應該理解的是,此類開發(fā)努力可能是復雜而耗時的,但對于受益于本發(fā) 明公開的那些本領域技術人員而言仍然是設計、制造和生產(chǎn)中的日常事務。當介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時,用詞“一 ”、“ 一個”、“該,,和“所述,,意在指 存在一個或多個該元件。用語“包括”、“包含”和“具有”意在為包括性的,并意味著除了所 列舉的元件還可有另外的元件。如以下詳細討論的,渦輪機燃燒器罩帽的實施例可包括構造成降低與燃氣渦輪機 燃燒器中發(fā)熱相關聯(lián)的熱應力的多個節(jié)段。例如,多個節(jié)段可包括每燃料噴嘴多個節(jié)段。在 一些實施例中,各燃料噴嘴由2,3,4,5或更多節(jié)段環(huán)繞,而不是環(huán)繞該燃料噴嘴的周圍的 一個連續(xù)結構。該多個節(jié)段一起限定具有一個或多個燃料噴嘴承座的盤狀幾何形狀。例如, 各燃料噴嘴承座可由渦輪機燃燒器罩帽的兩個或更多節(jié)段的弓形邊緣限定,從而共同限定 用于該燃料噴嘴的圓形開口。在某些實施例中,節(jié)段可在彼此之間形成空氣間隙,以促進空氣冷卻,同時還允許 一定程度的熱膨脹。同樣地,節(jié)段可在燃料噴嘴附近形成空氣間隙以促進冷卻,同時還允許 相對于該燃料噴嘴一定程度的熱膨脹。此外,節(jié)段的實施例可包括使得能夠例如在徑向和 /或周向方向上移動的機構,以便緩解熱膨脹。因此,空氣間隙和機構可極大地降低渦輪機 燃燒器罩帽中熱應力和開裂的可能性。所公開的實施例還可包括聯(lián)接到多個節(jié)段上的后板,其中該后板對著節(jié)段的背面 引導空氣流。例如,節(jié)段可軸向地偏離該后板以限定中間冷卻室。該后板可包括構造成對 著節(jié)段的背面引導空氣射流的空氣端口,以提供節(jié)段的沖擊冷卻。在某些實施例中,節(jié)段可 經(jīng)由樁柱聯(lián)接到該后板上,其中樁柱穿過在徑向方向上定向的狹縫設置。樁柱與狹縫的接 合可使得節(jié)段能夠相對于該后板移動(例如,徑向和/或周向),從而提供對如上所述的熱 膨脹的緩解。在某些實施例中,節(jié)段可包括開口(例如,穿孔)以促進瀉流冷卻(effusion cooling)。例如,該開口可軸向地從背面到正面穿過節(jié)段。該開口可相對于正面以各種角 度定向,例如,20度到90度。在某些實施例中,開口可以以會聚的方式向燃料噴嘴引導空氣 流。然而,開口的任何合適構造都在所公開實施例的范圍內(nèi)。現(xiàn)在轉向附圖且首先參考圖1,圖示了渦輪機系統(tǒng)10的一個實施例的方塊圖。該 圖解包括燃料噴嘴12、燃料源14以及燃燒器16。如圖所繪,燃料源14將液體燃料或氣體 燃料(諸如天然氣)導向渦輪機系統(tǒng)10,通過燃料噴嘴12進入燃燒器16。在與加壓空氣 混合后,如箭頭18所示,在燃燒器16中發(fā)生點火,并且產(chǎn)生的排氣導致渦輪20內(nèi)的葉片旋 轉。如圖所示,渦輪20中的葉片與軸22之間的聯(lián)接導致軸22的旋轉,軸22還聯(lián)接到遍及 渦輪機系統(tǒng)10的若干部件上。例如,圖示的軸22驅動地聯(lián)接到壓縮機24和負載26上。如 可理解的,負載26可為可通過渦輪機系統(tǒng)10的旋轉輸出產(chǎn)生動力的任何合適的裝置,諸如 發(fā)電設備或交通工具??諝庠?7可通過導管將空氣導向空氣進口 28,其然后將該空氣導入壓縮機24。壓 縮機24包括驅動地聯(lián)接到軸22上的多個葉片,從而壓縮來自空氣進口 28的空氣,并將其 導向燃料噴嘴12和燃燒器16,如箭頭29所示。燃料噴嘴12然后可混合加壓空氣和燃料 (如數(shù)字18所示),以產(chǎn)生用于燃燒的最優(yōu)混合比,例如,導致燃料更完全地燃燒以便不浪 費燃料或導致過度排放的燃燒。在通過渦輪20后,排氣在排放出口 30處離開該系統(tǒng)。如以下詳細討論的,燃燒器16的一個實施例包括圍繞各燃料噴嘴12成節(jié)段的燃燒器罩帽組 件,從而提供對燃燒器16中的熱膨脹的緩解。圖2顯示了具有多個燃料噴嘴12的燃燒器16的一個實施例的剖切側視圖。在某 些實施例中,燃燒器16的頭端32包括端蓋34。此外,燃燒器16的頭端32可包括燃燒器罩 帽組件36,其封閉燃燒室38并容納燃料噴嘴12。燃料噴嘴12將燃料、空氣以及其它流體 導向燃燒器16。在該圖解中,多個燃料噴嘴12附接到端蓋34上,靠近燃燒器16的基部, 并穿過燃燒器罩帽組件36。例如,燃燒器罩帽組件36接收一個或多個燃料噴嘴12,并形成 對燃燒的邊界。各燃料噴嘴促進加壓空氣和燃料的混合,并引導混合物通過燃燒器罩帽組 件36進入燃燒器16的燃燒室38??諝馊剂匣旌衔锶缓罂稍谌紵?8中燃燒,從而產(chǎn)生熱 的加壓排放氣體。這些加壓排放氣體驅動渦輪20內(nèi)的葉片的轉動。燃燒器16包括形成燃 燒室38的流套筒40和燃燒器襯里42。在某些實施例中,流套筒40和襯里42彼此同軸或 同心,以限定中空的環(huán)狀空間44,其可使得用于冷卻的空氣能夠通過,并進入燃燒區(qū)38(例 如,通過襯里42和/或燃料噴嘴12中的穿孔)。襯里42的設計提供燃料空氣混合物沿指 向渦輪20的方向線48到過渡件46(例如,會聚部分)的最優(yōu)流動。例如,燃料噴嘴12可 將加壓的空氣燃料混合物分配到燃燒室38中,其中發(fā)生該混合物的燃燒。得到的排放氣體 沿指向渦輪20的方向線48流過過渡件46,導致渦輪20的葉片與軸22 —起旋轉。在此過程中,當發(fā)生燃燒時燃燒器罩帽組件36會經(jīng)歷壓力。特別是,加壓空氣可 處在650-1300° F左右的溫度下,這導致燃燒器罩帽組件36的熱膨脹。燃料可在50到 350° F左右,從而導致相對于燃燒器罩帽組件36的熱膨脹而言具有較低量值的噴嘴12的 熱膨脹。噴嘴12和燃燒器罩帽組件36可由相似或不同的材料構成,例如不銹鋼、合金或其 它合適的材料。此外,燃燒可使燃燒器罩帽組件36暴露于從大約2000° F到3000° F或 更高的溫度而變化的溫度。由于暴露于這些不同的溫度下,燃燒器罩帽組件36可經(jīng)歷相當 大的熱應力。如以下詳細討論的,燃燒器罩帽組件36的節(jié)段化可提供應力緩解,應力可能 由例如燃燒器罩帽組件36的不同部件的熱膨脹而引起。圖3圖示了燃燒器罩帽組件36的一個實施例的前視圖。燃燒器罩帽組件36可包 括多個瀉流板(effusion plate)節(jié)段50,52和54。節(jié)段50,52和54可組合成可重復的圖 案,以形成燃燒器罩帽組件36的面56。燃燒器罩帽組件36的面56的形狀例如可為圓形 的,具有大約12到28英寸之間的直徑58。多個節(jié)段50,52和54的每一個均可包括正面60、背面以及多個邊緣62。多個節(jié) 段50,52和54的多個邊緣62的每一個邊緣均可鄰接環(huán)繞燃料噴嘴承座64的噴嘴噴燒管 63。噴嘴噴燒管63例如可在燃料噴嘴承座64和燃料噴嘴12之間產(chǎn)生穿過例如承座64的 計量的流體流,以阻塞流體泄漏。如圖所示,節(jié)段50可包括三個邊緣62,每個邊緣均鄰接單獨的燃料噴嘴承座64, 節(jié)段52可包括兩個邊緣62,每個邊緣均鄰接單獨的燃料噴嘴承座64,而節(jié)段54可包括五 個邊緣62,每個邊緣均鄰接單獨的燃料噴嘴承座64。以這種方式,各節(jié)段50,52和54均包 括鄰接至少兩個燃料噴嘴承座64而不完全環(huán)繞任何一個燃料噴嘴承座64的邊緣62。換句 話說,各燃料噴嘴12均由多個節(jié)段而不是一個連續(xù)的結構環(huán)繞。因此,燃燒器罩帽36可包 括沿渦輪機燃燒器罩帽的外周邊設置的第一組罩帽節(jié)段50和52,以及圍繞渦輪機燃燒器 罩帽的中心區(qū)域設置的第二組罩帽節(jié)段54,其中該第一組罩帽節(jié)段完全包圍第二組罩帽節(jié)
7段。此外,節(jié)段50和52可以以可重復的圖案沿燃燒器罩帽組件36的外面56的外周 邊設置,從而節(jié)段50和52鄰近彼此放置在交替的周向位置上。另外,節(jié)段54可圍繞中心 區(qū)域在徑向向內(nèi)方向上從燃燒器罩帽36的外面56偏移而可重復地設置,鄰近上述重復的 節(jié)段50和52。節(jié)段50,52和54中的每一個均允許諸如空氣的流體經(jīng)由瀉流口 66 (圖4)穿過節(jié) 段50,52和54的面。以這種方式,節(jié)段50,52和54可組合以形成瀉流板49,S卩,允許流體 流穿過板中的端口的板。圖4圖示了通過弓形線4-4的節(jié)段50,52和54中的任何一個的 面60的部分頂視圖。如圖4中所示,正面60包括多個瀉流口 66,例如,大約100至5000個端口 66。節(jié) 段50,52和54中的每一個均可包括大約10到500個瀉流口 66。例如,節(jié)段50,52和54中 的每一個均可包括至少大約50、100、150、200、250、300、350或400個瀉流口 66。在一個實 施例中,總共可有大約1000個瀉流口 66穿過燃燒器組件36的瀉流板49。此外,各瀉流口 66可具有在大約4到100千分之一英寸之間、10到100千分之一英寸之間、20到40千分之 一英寸之間、20到80千分之一英寸之間、20到35千分之一英寸之間或50到60千分之一 英寸之間的直徑。例如,各瀉流口 66在直徑上可為至少小于大約20千分之一英寸、30千分 之一英寸、40千分之一英寸、50千分之一英寸、60千分之一英寸、70千分之一英寸、80千分 之一英寸、90千分之一英寸或100千分之一英寸。在一個實施例中,各節(jié)段50,52和54均 可包括至少大約100個瀉流口,此處各瀉流口在直徑上至少小于大約100千分之一英寸。如上所述,瀉流口 66可允許流體通過節(jié)段50,52和54以協(xié)助節(jié)段50,52和54的 冷卻。因此,空氣瀉流口 66可從背面軸向地通過相應的節(jié)段50,52和54而延伸,并伸出燃 燒器組件36的瀉流板49。此外,瀉流口 66可相對于節(jié)段50,52和54的每一個的正面60 成角度。例如,瀉流口 66可使流體以相對于節(jié)段50,52和54的每一個的正面60大約90, 80,70,60,50,40,30和/或20度的角度離開瀉流口 66。在另一個實施例中,瀉流口 66可 相對于節(jié)段50,52和54的每一個的正面60以大致小于大約45度的角度定位。備選地,各 空氣瀉流口 66可相對于節(jié)段50,52和54的每一個的正面60以在大約20到70度之間的 角度定位。此外,瀉流口 66可為平行的或者不平行的,會聚的,或者發(fā)散的。在一個實施例 中,瀉流口 66可向燃料噴嘴12會聚。瀉流口 66還可散布成隨機的圖案或者有序的圖案。返回圖3,節(jié)段50,52和54可各包括鄰接單獨的燃料噴嘴承座64的邊緣62。此 外,節(jié)段50,52和54還可包括多個帶狀連接68。這些帶狀連接68可為彼此鄰接的節(jié)段50, 52和54的區(qū)域。例如,節(jié)段50可包括四個帶狀連接68 (到兩個節(jié)段52的每一個上有一個 帶狀連接68,且到兩個節(jié)段54的每一個上有一個帶狀連接68),而節(jié)段52可包括三個帶狀 連接68 (到兩個節(jié)段52的每一個上有一個帶狀連接68,且到單個節(jié)段54上有一個帶狀連 接68)。類似地,節(jié)段54可包括五個帶狀連接68 (到兩個節(jié)段50的每一個上有一個帶狀連 接68,到單個節(jié)段52上有一個帶狀連接68,且到兩個節(jié)段54的每一個上有一個帶狀連接 68)。帶狀連接68可各包括空氣間隙70。因而,節(jié)段50,52和54可各由空氣間隙70分 開。關于圖5可更清楚地看到此空氣間隙,其圖示了沿圖3的線5-5的燃燒器組件36的橫 截面??諝忾g隙70寬度上可為例如大約0.03到0.3英寸。如圖所示,空氣間隙70也可允許節(jié)段52和54之間沿由軸向箭頭71所示的軸向路徑的空氣流。大體上參考圖3和圖5, 瀉流板49經(jīng)由多個緊固件(例如螺紋樁柱或螺栓74和螺母76)聯(lián)接到后板72上。在圖 示的實施例中,各樁柱74可包括間隔件,例如軸向地位于樁柱74和后板72之間的一個或 多個墊圈78。特別地,瀉流板49 (例如節(jié)段50,52和54)經(jīng)由間隔件69從后板72軸向地 偏離,以限定中間冷卻室77,從而促進瀉流板49的背面79的沖擊冷卻。因此,中間冷卻室 77可位于后板72和多個節(jié)段50,52和54之間,使得后板72包括指向多個節(jié)段50,52和 54的每一個節(jié)段的背(內(nèi))面79的沖擊通道。后板72還包括一個或多個空氣通道,即沖擊冷卻口 80,其構造成將空氣射流引入 中間冷卻室77,并直接對著瀉流板49的節(jié)段50,52和54的背面79。以這種方式,后板72 與瀉流板49協(xié)作以提供單個節(jié)段50,52和54的沖擊冷卻??諝饬饔挚梢越?jīng)由瀉流口 66 沿軸向方向71穿過節(jié)段50,52和54,并經(jīng)由空氣間隙70在相鄰節(jié)段50,52和54之間穿 過。空氣流還可在節(jié)段50,52和54以及燃料噴嘴12之間經(jīng)過??傮w上,經(jīng)過口 66的瀉流 冷卻、經(jīng)過空氣間隙70的中間冷卻以及經(jīng)過端口 80的沖擊冷卻大體上冷卻了燃燒器罩帽 組件36,同時節(jié)段化(例如,節(jié)段50,52和54)通過允許一定程度的無限制的熱膨脹而降低 了熱應力??諝忾g隙70和帶狀連接68可允許任何指定節(jié)段50,52和54的熱膨脹。換句話 說,某些噴嘴12可以以比燃燒器16中其它噴嘴12更快的速度加熱,導致靠近較熱的噴嘴 12的燃料噴嘴承座64的節(jié)段50,52和54的任何邊緣62在由箭頭81所示的徑向方向上 以比其余節(jié)段50,52和54更快的速度熱膨脹。通過在節(jié)段50,52和54之間提供空氣間隙 70,暴露于此較高密度的熱的任何節(jié)段50,52和54可熱膨脹而不會撞擊在任何相鄰的節(jié)段 50,52和54上。這可導致總體上減少的力被加于燃燒器罩帽組件36上,因為節(jié)段50,52 和54可徑向地81熱膨脹而不會彼此接觸,這否則可能會通過節(jié)段50,52和54之間的接觸 應力導致例如節(jié)段的開裂。例如,當空氣間隙暴露于熱應力條件下時可能收縮大約40%, 50%,60%,70%,80% 或 90%。圖6是燃燒器罩帽組件36的一個實施例的分解后視圖,而圖7是燃燒器罩帽組件 36的一個實施例的分解前視圖。大體上參照圖6和圖7,瀉流板49經(jīng)由多個樁柱74和螺 母76聯(lián)接到后板72上。如上所述,后板72與瀉流板49協(xié)作以提供單個節(jié)段50,52和54 的沖擊冷卻。如圖6和圖7中進一步圖示,后板72可構造成允許節(jié)段50,52和54在徑向方向 81和/或周向方向83上的移動。例如,樁柱74可軸向地71穿過后板72中的徑向81和/ 或周向83狹縫,以提供節(jié)段50,52和54相對于后板72的軸向保持,同時允許節(jié)段50,52 和54相對于后板72的一定程度的徑向和/或周向移動。這些狹縫還可相對于圖8進行描 述,圖8圖示了圖7的后板組件的部分頂視圖,如圖7的線8-8內(nèi)所示。在一個實施例中,后板72可包括至少一個圓形樁柱承座73和至少一個延長的樁 柱承座75。例如,后板72可包括位于各節(jié)段50,52和54的中心區(qū)域處的圓形樁柱承座73, 使得樁柱74大體上使相應的節(jié)段大約在樁柱承座73處定中心。因此,圓形的樁柱承座73 可尺寸設置成具有關于樁柱74相對緊密的公差,以便阻礙節(jié)段50,52或54在中心樁柱74 處的移動。相反,后板72可在遠離各節(jié)段50,52和54的中心區(qū)域的周邊位置包括多個延 長的樁柱承座75,使得各樁柱74可以沿其相應的延長的樁柱承座75的長度85移動,以便提供對熱膨脹的緩解。在某些實施例中,延長的樁柱承座75可僅沿徑向81方向定向。然 而,一些實施例可包括沿徑向81方向和周向83方向定向,或者僅沿周向方向定向的延長的 樁柱承座75。如以上所討論的,各樁柱74與相應的螺母76配合,以軸向地將節(jié)段50,52和 54緊固到后板72上。在某些實施例中,設置在圓形樁柱承座73中的中心樁柱74上的螺母 76可完全擰緊以限制中心樁柱74的移動,而設置在延長的樁柱承座75中的周邊樁柱74上 的螺母76可不完全擰緊,以便于各節(jié)段50,52或54的周邊熱膨脹。備選地,周邊樁柱74 可包括軸向間隔件(例如,套筒)以限制節(jié)段50,52和54與后板72之間的軸向壓縮。因 此,中心樁柱74可固定地安裝到后板72上,以使節(jié)段50,52和54定中心,而徑向內(nèi)部和外 部樁柱74安裝在后板72上帶有一定幅度的移動,以使得能夠實現(xiàn)相對于中心樁柱74的熱 膨脹。還應該指出的是周邊樁柱74形狀上可以是延長的,以匹配延長的樁柱承座75,從而 允許周邊樁柱74沿各延長的樁柱承座75的長度85移動。圖9是燃燒器罩帽組件36的另一個實施例的分解前透視圖。同樣,該燃燒器罩帽 組件包括如上關于圖3,5,6和7所描述的外面56、直徑58,正面60,邊緣62,燃料噴嘴承座 64,帶狀連接68以及空氣間隙70。然而,在該示出的實施例中,與圖3,4和5的節(jié)段50,52 和54相比,瀉流板49具有一組不同的節(jié)段84和86。此外,節(jié)段84和86可以以可重復的圖案沿燃燒器罩帽組件82的外面56的外圓 周設置,從而節(jié)段84和86鄰近彼此放置在交錯的位置上。如圖所示,節(jié)段84從外面56向 中心燃料噴嘴承座64周圍的燃燒器罩帽組件36的中心區(qū)域延伸。節(jié)段86從外面56僅部 分地向燃燒器罩帽組件36的中心區(qū)域延伸,使得節(jié)段86不到達中心燃料噴嘴承座64。在 圖示的實施例中,瀉流板49由成交替對稱圖案的四個節(jié)段84和四個節(jié)段86限定。以這種 方式,節(jié)段84和86組合以覆蓋燃燒器罩帽組件36的整個外面56。因此,燃燒器罩帽組件 36可包括僅沿燃燒器罩帽36的外圓周設置的第一組罩帽節(jié)段86,以及沿渦輪機燃燒器罩 帽的中心區(qū)域并沿渦輪機燃燒器罩帽的外圓周兩者設置的第二組罩帽節(jié)段84。和節(jié)段50,52和54類似,節(jié)段84和86包括多個帶螺紋的樁柱或螺栓88,其構造 成與后板72中的樁柱承座90配合。如上所討論的,樁柱承座90可包括與圖8中所示的那 些承座類似的圓形樁柱承座73和延長的樁柱承座75。圓形樁柱承座73可構造成固定相應 的節(jié)段84和86,而延長的樁柱承座75可構造成允許節(jié)段84和86的徑向81和/或周向 83的移動。例如,圓形樁柱承座73可指向各節(jié)段84和86的中心位置,使得中心樁柱88的 保持(例如,經(jīng)由螺母)在熱膨脹或收縮期間大體上保持節(jié)段84和86的居中位置。相反, 延長的樁柱承座75允許樁柱88沿延長的樁柱承座75的長度的移動,從而提供對熱膨脹或 收縮的緩解。另外,燃燒器罩帽組件36包括便于冷卻和熱膨脹的多種通道和空隙。例如,圖5 的瀉流板49包括帶狀連接68和空氣間隙70。空氣間隙70使得相鄰節(jié)段84和86之間沿 帶狀連接68的熱膨脹和冷卻空氣流都成為可能。例如,節(jié)段84和86可具有與燃料噴嘴12 或燃燒器罩帽組件36中的其它部件不同的熱膨脹系數(shù)。因此,部件可以以不同的速度膨脹 或收縮。空氣間隙70允許用于此幾何形狀改變的一些空間,同時還使得冷卻空氣能夠直接 冷卻節(jié)段84和86的邊緣62。在圖10和11中圖示了流體流進入空氣間隙70以冷卻節(jié)段 84和86的邊緣62的示例。圖10是如圖3和圖9的弓形線10-10內(nèi)所示的燃燒器罩帽36的一個實施例的部分透視圖。圖10圖示了兩個燃料噴嘴承座64、空氣間隙70、后板72以及節(jié)段92。如可理 解的,節(jié)段92可包括如圖3、6和7中所示的其中一個節(jié)段50,52或54,或者如圖9中所示 的其中一個節(jié)段84和86。節(jié)段92安裝到后板72上,以限定用于冷卻劑流(例如,空氣流) 的中空空間或中間室94,其可類似于圖5的中間冷卻室77。中間室94例如可在寬度上小 于大約0.04到0.2英寸。如以上所討論的,冷卻劑流(例如,空氣)可通過后板72中的通 道80(例如,圖5)進入中間室94,并直接沖擊在節(jié)段92的后表面79上。以這種方式,空氣 流提供對節(jié)段92的沖擊冷卻。另外,節(jié)段92可包括瀉流口 66,以使得節(jié)段92的瀉流冷卻 成為可能。然而,如下所述,也可利用沒有任何瀉流口 66的節(jié)段92,從而全部的空氣都通過 一個或多個邊緣出口 96。節(jié)段92包括一個或多個邊緣出口 96,(例如,冷卻射流出口),其可沿由箭頭100 所示的方向輸送一個或多個冷卻射流98。各出口 96可包括為節(jié)段92的出口面93的面積 的至少大約 10%, 20 %, 30%, 40 %, 50 %, 60%, 70 %, 80%, 90 %^; 100% 的開口。此外,出 口 96可包括可分隔冷卻射流98的分隔件102??衫梅指艏?02來將冷卻射流98的流引 入空氣間隙70,用于沿相鄰節(jié)段92之間的空氣間隙70進行冷卻。在某些實施例中,分隔件 102可以以發(fā)散的方式向外朝相對的燃料噴嘴承座64分流并引導空氣流。圖11是如圖3和圖9的弓形線10-10內(nèi)所示的燃燒器罩帽36的一個實施例的部 分透視圖。和圖10的實施例類似,圖11的圖示實施例包括兩個燃料噴嘴承座64、空氣間隙 70、后板72以及節(jié)段92。如可理解的,節(jié)段92可包括如圖3、6和7中所示的其中一個節(jié)段 50,52或54,或者如圖9中所示的其中一個節(jié)段84和86。節(jié)段92安裝到后板72上,以限 定中間室94 (圖10),其接收來自通道80 (例如,圖5)的沖擊冷卻劑流(例如,空氣流),并 通過瀉流口 66排出冷卻劑流。此外,如下所述,還可利用沒有任何瀉流口 66的節(jié)段92,從 而全部的空氣均通過一個或多個邊緣出口 104。另外,圖11的節(jié)段92包括一個或多個邊緣出口 104,(例如,冷卻射流出口),其可 沿由箭頭100所示的方向輸送一個或多個冷卻射流98。可為面板106中的開口的出口 104 尺寸可設置成為面板106的高度的至少大約5%,10%,20%,30%,40%,50%,60%,70% 或80%。可利用面板106來將冷卻射流98的流引入空氣間隙70,用于沿相鄰節(jié)段92之間 的空氣間隙進行冷卻。以這種方式,出口 104大體上以如上關于圖10描述的出口 96相同 的方式運行。實際上,出口 104可或者結合出口 96或者替代出口 96進行利用,而適用于相 鄰節(jié)段92之間的冷卻。本書面說明書使用示例來公開本發(fā)明,包括最佳模式,并且還使得本領域技術人 員能夠實踐本發(fā)明,包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)或者實施任何結合的方法。本發(fā)明可 授予專利的范圍由權利要求書限定,并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果此 類其它示例具有無異于權利要求書的字面語言的結構性元件,或者如果它們包括具有與權 利要求書的字面語言非實質性差異的等同結構性元件,則這些其它示例意在處于權利要求 書的范圍之內(nèi)。
權利要求
一種系統(tǒng),包括渦輪發(fā)動機(10),包括具有頭端(32)的燃燒器(16);設置在所述頭端(32)中的后板(72);以及聯(lián)接到所述后板(72)上的燃燒器罩帽(36),其中所述后板(72)和所述燃燒器罩帽(36)包括燃料噴嘴承座(64),所述燃燒器罩帽(36)包括設置在所述燃料噴嘴承座(64)周圍的多個節(jié)段(50,52,54),且各節(jié)段(50,52,54)均包括多個空氣瀉流口(66)。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述多個節(jié)段(50,52,54)包括沿所述燃燒 器罩帽(36)的外圓周設置的第一組罩帽節(jié)段(86),以及設置在所述燃燒器罩帽(36)的中 心區(qū)域的第二組罩帽節(jié)段(84)。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,各節(jié)段(50,52,54)均包括面向所述后板 (72)的中空內(nèi)部。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)(10),其特征在于,各節(jié)段(50,52,54)均包括聯(lián)接到所述 后板(72)上的多個樁柱(74)。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)(10),其特征在于,各節(jié)段(50,52,54)上的所述多個樁柱 (74)包括中心樁柱、內(nèi)徑向樁柱以及外徑向樁柱,其中所述中心樁柱固定地安裝到所述后 板(72)上,以對所述節(jié)段(50,52,54)定中心,而所述內(nèi)徑向樁柱和所述外徑向樁柱安裝到 所述后板(72)上,具有一定程度的移動,以使得能夠相對于所述中心樁柱進行熱膨脹。
6.如權利要求1所述的系統(tǒng)(10),其特征在于,所述系統(tǒng)包括在所述多個節(jié)段(50,52, 54)中的相鄰節(jié)段(52,54)之間的空氣間隙(70),其中所述空氣間隙(70)構造成使得能夠 進行空氣冷卻流動。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)(10),其特征在于,所述系統(tǒng)在所述后板(72)和所述多 個節(jié)段(50,52,54)之間包括中間冷卻室(94),其中所述后板(72)包括指向所述多個節(jié)段 (50,52,54)的各節(jié)段(50,52,54)的內(nèi)面(79)的沖擊通道。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)(10),其特征在于,各節(jié)段(50,52,54)包括至少大約100 個空氣瀉流口(66),并且各瀉流口(66)在直徑上至少小于80千分之一英寸。
9.如權利要求1的系統(tǒng)(10),其特征在于,所述多個節(jié)段(50,52,54)各包括正面 (60)、背面(79)以及邊緣(62),其中多個燃料噴嘴(12)的所述邊緣(62)設置在所述燃料 噴嘴承座(66)的周圍,并且所述多個節(jié)段(50,52,54)的每一個節(jié)段均包括從背面(79)延 伸、穿過所述多個節(jié)段(50,52,54)的每一個節(jié)段并離開所述正面(60)的多個空氣瀉流口 (66)。
10.如權利要求9所述的系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)在所述多個節(jié)段(50,52,54)中的 相鄰節(jié)段(52,54)之間包括空氣間隙(70),其中所述空氣間隙(70)尺寸設置成允許兩個節(jié) 段(50,52)的每個節(jié)段的熱膨脹而不會彼此接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃氣渦輪機燃燒器的罩帽中的熱控制的系統(tǒng)和方法,具體而言,一種系統(tǒng)包括渦輪發(fā)動機(10),渦輪發(fā)動機(10)包括燃燒器(16),燃燒器(16)具有頭端(32),設置在該頭端(32)中的后板(72),以及聯(lián)接到該后板(72)上的燃燒器罩帽(36),其中后板(72)和燃燒器罩帽(36)包括燃料噴嘴承座(64)。另外,燃燒器罩帽(36)包括設置在燃料噴嘴承座(64)周圍的多個節(jié)段(50,52,54),且各節(jié)段(50,52,54)均包括多個空氣瀉流口(66)。
文檔編號F02C7/12GK101922355SQ20101020034
公開日2010年12月22日 申請日期2010年6月1日 優(yōu)先權日2009年6月2日
發(fā)明者J·D·貝里, K·J·愛德華茲, K·W·麥馬漢, T·E·約翰遜 申請人:通用電氣公司