專利名稱：把冷壓力通風(fēng)系統(tǒng)接到熱燃燒室的連接管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及渦輪機(jī)的元件，尤其涉及把工作流體從一個(gè)元件傳送到另一個(gè)元件的裝置。
本發(fā)明的背景在各種各樣的發(fā)動(dòng)機(jī)中，經(jīng)常需要把氣體或者其它流體從一個(gè)元件傳送到另一個(gè)元件中的輸送管。例如，在氣體渦輪機(jī)中，從壓縮器中流出的空氣集結(jié)在壓力通風(fēng)系統(tǒng)中并與燃料混合。然后，這種空氣-燃料混合物流過文氏管或者其它的輸送管，從而進(jìn)入燃燒室，在此這些混合物點(diǎn)火燃燒從而形成熱的氣體。由于加熱后絕大多數(shù)的工程材料會(huì)膨脹，因此熱氣體的產(chǎn)生會(huì)引起燃燒室的擴(kuò)張。沒有暴露給熱燃燒氣體的壓力通風(fēng)系統(tǒng)不能承受熱增加到燃燒室所能承受的程度。
在諸如已授權(quán)給Mowill的美國專利No.5572862(簡(jiǎn)稱“’862專利”)所公開的氣體渦輪機(jī)模型中，理想的噴管一室的形狀是這樣的噴管以基本上是相切的方式進(jìn)入到燃燒室內(nèi)。此外，為了有效地起到輸送管的作用，因此噴管基本上固定在壓力通風(fēng)系統(tǒng)端和燃燒室端這兩端上。在這種布置中，燃燒室的熱增加基本上比壓力通風(fēng)系統(tǒng)的大，因此噴管很可能承受較大的軸向應(yīng)力和彎曲應(yīng)力及相應(yīng)的變形。想要防止由作用在燃燒室中的壓力所引起的噴管變形損壞燃燒室的襯層，那么在噴管與燃燒室和噴管與壓力通風(fēng)系統(tǒng)之間的接觸面理論上需要提供間隙。但是，這種間隙必然地引起空氣泄漏，因此降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。因此，需要一種把一個(gè)元件連接到另一元件上的輸送管，而該輸送管設(shè)計(jì)得可適應(yīng)于在這兩個(gè)元件之間的熱增加的較大差異，同時(shí)保持接觸面之間的密封良好。
本發(fā)明的概述根據(jù)本發(fā)明的原理，噴管或類似的輸送管包括適合于插入壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口或其它元件內(nèi)的第一端口和適合插入熱燃燒室開口或其它元件內(nèi)的第二端口。為了適應(yīng)由這兩個(gè)元件之間的不同熱膨脹所引起的彎曲力、軸向力和扭力，因此噴管的各開口的結(jié)構(gòu)形狀構(gòu)成為在每個(gè)相應(yīng)的端口內(nèi)具有很大的自由度，但同時(shí)保持開口一端口的密封良好。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一端口的進(jìn)入平面可以是或不是垂直布置的，該第一端口包括固定元件，如一個(gè)抬高的并環(huán)繞該端口的整個(gè)圓周，而且適合于配裝在結(jié)合在壓力通風(fēng)系統(tǒng)的開口內(nèi)的從而形成下文所表示的球形滑動(dòng)連接的圓柱形體襯套的外表面。第一端口外表面的形狀允許第一端口在平行于第一端口的縱向軸線上進(jìn)行自由滑動(dòng)，也允許第一端口繞著第一端口的縱向軸線和第一端口外表面的橫向軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。第二噴管開口的出口平面可以是或不是垂直布置，第二噴管開口適合于繞著橫向軸線可旋轉(zhuǎn)地與燃燒室開口結(jié)合，從而形成下文所表示的偏心球形連接。安裝在噴管外表面上的是固定元件，如搖臂，該搖臂適合于與另一個(gè)固定元件，如安裝在燃燒室外表面上的樞軸結(jié)合或者與燃燒室外表面本身結(jié)合。搖臂結(jié)合允許第二端口繞著第二端口的橫向軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并同時(shí)約束噴管的軸向運(yùn)動(dòng)，因此防止了第二端口從燃燒室開口脫出。換句話說，第二端口包括帶有固定元件如凸形部分和凹形部分的外表面，而這些凸形部分和凹形部分適合于旋轉(zhuǎn)地與相應(yīng)的固定元件如燃燒室開口表面所具有的凹形部分和凸形部分結(jié)合。第二端口外表面的形狀允許第二端口繞第二端口的橫向軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)約束噴管的軸向運(yùn)動(dòng)，因此防止了第二端口從燃燒室開口脫出。
重要的是應(yīng)注意到本發(fā)明原理的應(yīng)用不局限于’862專利所公開的發(fā)動(dòng)機(jī)模型。任何存在一個(gè)元件相對(duì)于另一個(gè)元件存在膨脹差的燃燒型發(fā)動(dòng)機(jī)都可采用本發(fā)明。
附圖的簡(jiǎn)要說明結(jié)合附圖來閱讀下面的詳細(xì)說明可以更好地理解本發(fā)明，附圖中的相同標(biāo)號(hào)用來表示相同的元件，在附圖中

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的、把壓力通風(fēng)系統(tǒng)連接到環(huán)形燃燒室上的噴管的側(cè)視圖；圖2是包括有本發(fā)明特征的噴管的側(cè)視圖；圖3是包括有本發(fā)明特征的、噴管和壓力通風(fēng)系統(tǒng)之間的接觸面的橫剖面圖4是包括有本發(fā)明特征的、噴管和環(huán)形燃燒室之間的接觸面的橫剖面圖；及圖5是噴管和環(huán)形燃燒室之間的接觸面的另一個(gè)實(shí)施例的橫剖視圖。
詳細(xì)說明各附圖用來圖解各結(jié)構(gòu)的總體樣式但沒有按比例制圖。在說明書和權(quán)利要求書中，左、右、前和后及類似術(shù)語是出于描述目的用的。但是，應(yīng)當(dāng)明白這里所描述的本發(fā)明的實(shí)施例除所示出的外也可以其它的方向工作，并且所使用這些術(shù)語僅僅是出于描述相對(duì)位置的目的，并且在合適的情況下是可互換的。
總的來說，圖1表示許多燃燒型發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中常用到的流體噴射系統(tǒng)，尤其是如’862專利所設(shè)想采用的環(huán)形燃燒室系統(tǒng)。在提供這種環(huán)形燃燒室系統(tǒng)的燃汽輪機(jī)上，離開壓縮器的空氣集結(jié)在壓力通風(fēng)系統(tǒng)或者其它的上游元件10內(nèi)并與燃料混合。然后，混合好的空氣-燃料混合物流過噴管20并進(jìn)入到燃燒室30，在此混合物被點(diǎn)燃從而形成熱的氣體。噴管20的每端被固定并基本上沿相切方式進(jìn)入燃燒室30內(nèi)。如在’862專利中所進(jìn)行的更充分論述的一樣，這種切線進(jìn)入的目的是在燃燒室30內(nèi)產(chǎn)生空氣-燃料混合氣的徑向渦流，從而提高混合氣在燃燒室內(nèi)的最大滯留時(shí)間，因此產(chǎn)生最大量的混合氣燃燒，從而降低了排放。在燃燒室30內(nèi)產(chǎn)生的熱氣體引起燃燒室30擴(kuò)大。不能暴露在熱的點(diǎn)燃?xì)怏w下的壓力通風(fēng)系統(tǒng)10不能承受熱量增加到燃燒室30所能承受的程度。相對(duì)于壓力通風(fēng)系統(tǒng)10而言，燃燒室30的相關(guān)增大運(yùn)動(dòng)給噴管20施加明顯的軸向應(yīng)力和彎曲應(yīng)力及變形，這些又轉(zhuǎn)過來損壞壓力通風(fēng)系統(tǒng)10和/或燃燒室30。
圖2表示具有本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的特征的中空噴管40。噴管40具有外表面51和內(nèi)表面(未示出)。噴管40包括第一端口60和第二端口70，每個(gè)開口由各自的圓周限制出，而圓周在噴管40的每端上從外表面51上形成并形成外表面51的一部分。進(jìn)入平面垂直布置的第一端口60包括縱向軸線52和環(huán)繞第一端口60的整個(gè)圓周并抬高的外表面90。第二端口70包括縱向軸線50和具有表面部分100A和100B的外表面100。根據(jù)特定的實(shí)施例，表面100的外形可以是直紋或者彎曲的。第二端口70的出口平面71適合于與燃燒室的環(huán)形表面相一致。搖臂接頭80形成于外表面51。搖臂接頭80的功能在下文中將作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖3圖解了噴管40和壓力通風(fēng)系統(tǒng)10之間的連接，其中所示出的第一端口60插入壓力通風(fēng)系統(tǒng)的開口110內(nèi)從而形成了這里所表示的球形滑動(dòng)連接。外表面90適合于可滑動(dòng)地與圓柱形體殼120的內(nèi)表面119結(jié)合，而該內(nèi)表面119插入壓力通風(fēng)系統(tǒng)的開口110內(nèi)。為了適應(yīng)傳遞到噴管40上的軸向力、彎曲力及扭力，外表面90是這樣與圓柱形體殼120結(jié)合的，以致端口60在平行于縱向的端口軸線52的方向上可以自由滑動(dòng)、端口60繞垂直于端口軸線52的任何軸線(該軸線通過由表面90所限制出的直徑122中心)可旋轉(zhuǎn)且繞縱向端口軸線52可旋轉(zhuǎn)。
圖4圖解了噴管40和燃燒室30之間的連接，其中所示出的第二端口70與燃燒室開口71進(jìn)行流體連通。與噴管外表面51形成一體的第二端口的外表面100A、100B與燃燒室開口表面130A、130B可旋轉(zhuǎn)地結(jié)合在一起，而該燃燒室開口表面130A、130B是由燃燒室的外表面131上形成并形成燃燒室的外表面131的一部分。表面部分100A、100B與燃燒室開口表面部分130A、130B的結(jié)合使噴管40繞著與第二端口70不同心的軸線200可自由地旋轉(zhuǎn)。最接近軸線200的表面部分100A是凹入的，從而與相應(yīng)的凸形表面部分130A結(jié)合。在軸線200的遠(yuǎn)側(cè)處的表面部分100B凸出來從而結(jié)合相應(yīng)的凹形表面部分130B。借助于形成具有彎曲外形的表面部分100A、100B和130A、130B，通過首先與上表面部分130A、100A結(jié)合并使噴管40繞著軸線200向下旋轉(zhuǎn)直到表面部分100B、130B結(jié)合為止，從而把噴管40只結(jié)合到燃燒室30上。一旦結(jié)合上了，象受到表面部分100A、100B、130A、130B約束的一樣，噴管40就不得不繞著軸線200旋轉(zhuǎn)，但是不會(huì)從開口71中脫出。這種形式的連接在下文中表示為偏心球面連接。
圖5表示噴管40和燃燒室30之間的另一種偏心球面連接，其中所示的第二端口70與燃燒室開口71進(jìn)行流體連通。第二端口直紋外表面100與噴管外部表面51成一整體并可滑動(dòng)地與燃燒室開口直紋表面130結(jié)合，該燃燒室開口直紋表面130具有表面部分130A和130B，并且該直紋表面130從燃燒室的外表面131上形成并形成燃燒室的外表面131的一部分。表面100和130在軸向上沒有完全約束住噴管40。相應(yīng)地，沿著外表面51所形成的至少一個(gè)搖臂接頭80就可以偏壓地與燃燒室的外表面131本身結(jié)合，或者如所示出的實(shí)施例一樣，該接頭80與形成于燃燒室的外表面131上的旋轉(zhuǎn)接頭140結(jié)合。最好，搖臂接頭80和旋轉(zhuǎn)接頭140的結(jié)合表面是彎曲形的，但也可以是正方形、矩形或者其它幾何形狀。為了適應(yīng)作用到噴管40上的彎曲力的作用，搖臂接頭80通過旋轉(zhuǎn)接頭140進(jìn)行這樣結(jié)合，以致可以防止端口70從開口表面130上脫出。搖臂接頭80與旋轉(zhuǎn)接頭40的結(jié)合也可以使端口70繞軸線旋轉(zhuǎn)，該軸線垂直于由燃燒室30施加到噴管40上的徑向力矢量所限制出的軸線。在某種程度上講，它們與直紋表面100、300所提供的約束無關(guān)。在本發(fā)明的任何實(shí)施例中，若需要，可用輔助密封裝置來減少第二端口70和燃燒室開口71的接觸面處的泄漏。
盡管根據(jù)圖解的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是在沒有脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)或范圍內(nèi)對(duì)圖解的實(shí)施例進(jìn)行各種改變和改進(jìn)對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講是顯而易見的。本發(fā)明的范圍不以任何方式局限于所示出的和所描述的圖解實(shí)施例中，而是只能通過所附的權(quán)利要求書來限制。
權(quán)利要求
1.一種用來把具有壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)連接到具有燃燒室開口的室上的流體噴射裝置，該裝置包括輸送管，該輸送管具有外表面、由所述外表面形成的圓周所限制出的第一端口和由所述外表面形成的圓周所限制出的第二端口，其中第一端口適合于插入壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口并與壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口進(jìn)行流體連通，而第二端口適合于與燃燒室開口進(jìn)行工作連接并與燃燒室開口流體連通；所述第一端口具有適合與壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口結(jié)合的局部球形表面；及所述第二端口的結(jié)構(gòu)構(gòu)成便于與該室的外表面結(jié)合，從而可繞所述輸送管的橫向偏心軸線旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一端口包括球形滑動(dòng)連接，該球形滑動(dòng)連接的結(jié)構(gòu)構(gòu)成便于在所述第一端口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)平行于所述輸送管的縱向軸線方向進(jìn)行自由滑動(dòng)、可以沿垂直于壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口的任何平面在所述第一端口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并可繞所述縱向軸線在所述第一端口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第二端口還包括搖臂接頭，所述的搖臂接頭的結(jié)構(gòu)構(gòu)成便于與燃燒室的外表面進(jìn)行偏心結(jié)合。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第二端口包括最接近所述橫向偏心軸線的凹形表面和遠(yuǎn)離所述橫向偏心軸線的凸形表面。
5.把壓力通風(fēng)系統(tǒng)連接到一燃燒室上的流體噴射裝置，該裝置包括基本中空的圓柱形管，該管具有限制出第一端口的外表面，所述第一端口適合于插入壓力通風(fēng)系統(tǒng)并與壓力通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行流體連通，所述的外表面還限制出第二端口，該第二端口適合于與燃燒室進(jìn)行工作連接并進(jìn)行流體連通；所述第一端口，該第一端口具有縱向軸線并包括一個(gè)抬高的、環(huán)繞著所述第一端口外表面的外表面，該外表面適合于插入壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口，所述的外表面的結(jié)構(gòu)構(gòu)成便于在所述第一端口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)平行于所述縱向軸線進(jìn)行自由滑動(dòng)，所述外表面的結(jié)構(gòu)構(gòu)成便于沿垂直于壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口的任何平面在所述第一端口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述外表面的結(jié)構(gòu)構(gòu)成便于繞所述縱向軸線在所述第一端口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；及搖臂接頭，該搖臂接頭沿著最接近所述第二端口的所述外表面布置，所述搖臂接頭與燃燒室的外表面結(jié)合，從而防止所述第二端口從燃燒室的開口中脫出。
6.一種用來接受和燃燒形成于壓力通風(fēng)系統(tǒng)的流體混合物的裝置，該裝置包括一燃燒室，該燃燒室具有一個(gè)外表面，至少一個(gè)開口形成于所述外表面上，至少一個(gè)第一固定元件形成于所述外表面上；至少一個(gè)輸送管，該輸送管具有一外表面，一第一端口由形成于所述外表面上的圓周限制出，該第一端口適合于插入壓力通風(fēng)系統(tǒng)并與壓力通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行流體連通，一第二端口由形成于所述外表面上的圓周限制出并與所述燃燒室開口進(jìn)行流體連通；所述第一端口具有一縱向軸線并包括一第二固定元件，該第二固定元件適合于插入壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)并在該壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)具有很大的自由度；及一第三固定元件，該第三固定元件形成于所述輸送管的外表面，所述第三固定元件可繞樞軸旋轉(zhuǎn)地與所述第一固定元件連接，因此防止了所述第二端口從所述燃燒室開口中脫出。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述第一固定元件包括旋轉(zhuǎn)接頭。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述第一固定元件包括燃一燒室開口外表面。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述第二固定元件的結(jié)構(gòu)構(gòu)成便于在所述第一端口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)沿著平行于所述縱向軸線方向自由滑動(dòng)；所述第二固定元件的結(jié)構(gòu)構(gòu)成便于沿著垂直于壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口的任何平面在所述第一端口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；及所述第二固定元件的結(jié)構(gòu)構(gòu)成便于繞所述縱向軸線在所述第一端口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述第二固定元件還包括所述第一端口的外表面，所述第一端口外表面是抬高的并環(huán)繞整個(gè)所述第一端口的圓周。
全文摘要
一種用來把壓力通風(fēng)系統(tǒng)連接到燃燒室的噴管,其包括:一第一端口,該第一端口具有縱向軸線并適合于插入冷的壓力通風(fēng)系統(tǒng)開口或其它元件內(nèi):一第二端口,該第二端口具有縱向軸線并適合于插入熱的燃燒室開口或其它元件內(nèi)。為了適應(yīng)由這兩個(gè)元件之間的不同熱膨脹所引起的彎曲力、軸向力和扭力,因此噴管的這些端口的結(jié)構(gòu)構(gòu)成便于在每個(gè)相應(yīng)的開口內(nèi)具有很大的自由度,同時(shí)保持開口一端口密封良好。在圖解的實(shí)施例中,第一端口外表面的形狀允許第一端口在平行于第一端口的縱向軸線上自由滑動(dòng),也允許第一端口繞第一端口的縱向軸線和第一端口的外表面橫向軸線這兩者旋轉(zhuǎn)。安裝在噴管的外表面上的搖臂適合于與安裝在燃燒室外表面上的樞軸結(jié)合,或適合于與燃燒室的外表面本身結(jié)合。搖臂結(jié)合允許第二端口繞第二端口的橫向軸線旋轉(zhuǎn),同時(shí)約束噴管的軸向運(yùn)動(dòng),因此防止了第二端口從燃燒室開口中脫出。
文檔編號(hào)F01D9/00GK1252119SQ98803937
公開日2000年5月3日 申請(qǐng)日期1998年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月17日
發(fā)明者J·L·哈德, K·A·勞倫斯 申請(qǐng)人:聯(lián)合訊號(hào)公司