專利名稱：用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器襯套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器襯套。
背景技術(shù)：
用于動(dòng)力生成(例如，發(fā)電)工業(yè)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括由多個(gè)燃燒器圍繞的壓縮機(jī)區(qū)段。這些燃燒器圍繞壓縮機(jī)的外部布置成同心環(huán)。來(lái)自壓縮機(jī)區(qū)段的壓縮空氣進(jìn)給到燃燒器中，在此其與燃料相混合。燃料_空氣混合物然后在燃燒器中燃燒，且熱的燃燒氣體引入發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪區(qū)段中，用以提供使渦輪運(yùn)行的原動(dòng)力。典型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器可包括燃燒器襯套，該襯套環(huán)繞燃料_空氣混合物在其中燃燒的燃燒區(qū)域。一些類型的燃燒器包括在燃燒器襯套內(nèi)的文丘里管(venturi)，該文丘里管基本上是燃燒器襯套內(nèi)部的直徑減小部分。燃燒器襯套的形成文丘里管的直徑減小部分通常需要專門冷卻以防止構(gòu)成文丘里管的材料被熱燃燒氣體損壞。這通常通過(guò)設(shè)置雙壁式結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在雙壁式結(jié)構(gòu)中，冷卻空氣流經(jīng)文丘里管區(qū)段的內(nèi)壁和外壁之間的環(huán)形空間以冷卻該文丘里管區(qū)段。遺憾的是， 這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且對(duì)于制造而言可能很困難和昂貴。另外，雙壁式文丘里管區(qū)段的復(fù)雜性通常導(dǎo)致空氣泄漏，這會(huì)降低渦輪的總體效率，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生不希望的燃燒副產(chǎn)物。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明體現(xiàn)在一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的燃燒器襯套，其中，燃燒器襯套由從頭端延伸到尾端的單壁式的大致圓柱形襯套所形成。燃燒器襯套包括形成在襯套內(nèi)部的位于頭端和尾端之間的文丘里管。文丘里管由單壁式襯套的第一傾斜部分和單壁式襯套的第二傾斜部分所形成，其中，第一傾斜部分在向尾端方向(aft direction)上延伸時(shí)直徑減小，而第二傾斜部分在向尾端方向上延伸時(shí)直徑增大。第一傾斜部分的尾端連結(jié)到第二傾斜部分的頭端上。另一方面，本發(fā)明體現(xiàn)在一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的燃燒器襯套，其中，燃燒器襯套由從頭端延伸到尾端的單壁式襯套所形成。在單壁式襯套內(nèi)位于頭端和尾端之間形成直徑減小部分，該直徑減小部分在襯套的內(nèi)部形成文丘里管?？諝馄珜?dǎo)器(deflector)安裝在單壁式襯套的外部以便在空氣偏導(dǎo)器的內(nèi)部和襯套的外部之間具有環(huán)形空間。空氣偏導(dǎo)器將沿著襯套的外部從尾端向頭端流過(guò)的部分空氣流偏轉(zhuǎn)到襯套直徑減小部分的外部上。


圖1是包括燃燒器襯套的典型燃燒器的截面圖，該燃燒器襯套具有雙壁式文丘里管；圖2是包括單壁式燃燒器襯套的燃燒器截面圖，該單壁式燃燒器襯套具有文丘里管；
圖3是單壁式燃燒器襯套的一個(gè)實(shí)施例的一部分的截面圖，該單壁式燃燒器襯套包括空氣偏導(dǎo)器；圖4是單壁式燃燒器襯套的另一個(gè)實(shí)施例的一部分的截面圖，該單壁式燃燒器襯套包括空氣偏導(dǎo)器；圖5是單壁式燃燒器襯套的另一個(gè)實(shí)施例的一部分的截面圖，該單壁式燃燒器襯套包括空氣偏導(dǎo)器；圖6是單壁式燃燒器襯套的又一個(gè)實(shí)施例的一部分的截面圖，該單壁式燃燒器襯套包括空氣偏導(dǎo)器；以及圖7是單壁式燃燒器襯套的一部分的截面圖，該單壁式燃燒器襯套包括文丘里管。零件清單過(guò)渡部件10壓縮機(jī)區(qū)段12燃燒器襯套20外壁21，22直徑減小部分22空氣孔23內(nèi)壁24文丘里管的環(huán)形空間 25文丘里管區(qū)段26尾端27流動(dòng)套筒30燃燒器外殼40主燃料噴嘴50輔助燃料噴嘴60偏導(dǎo)器70偏導(dǎo)器內(nèi)的環(huán)形空間72稀釋孔74擾流器環(huán)76燃燒區(qū)域9具體實(shí)施方式
圖1示出了用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的典型燃燒器的截面圖。燃燒器定位成鄰近渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)區(qū)段12。燃燒器包括過(guò)渡部件10，該過(guò)渡部件通向發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪區(qū)段。燃燒器襯套20連接到過(guò)渡部件10上。燃燒器襯套20環(huán)繞燃料-空氣混合物在其中燃燒的燃燒區(qū)域95。在燃燒器的頭端，多個(gè)主燃料噴嘴50圍繞燃燒器的周邊以環(huán)形模式定位。燃燒器還可包括位于燃燒器中央的輔助噴嘴60。燃料通過(guò)噴嘴50、60輸送至燃燒器襯套20的內(nèi)部。
流動(dòng)套筒30圍繞燃燒器襯套20的外部定位。燃燒器外殼40環(huán)繞流動(dòng)套筒30的外部。在燃燒器襯套20的外部和流動(dòng)套筒30的內(nèi)部之間形成環(huán)形空間。如圖1中箭頭所示，來(lái)自渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)區(qū)段12的壓縮空氣流入并通過(guò)該環(huán)形空間。壓縮空氣進(jìn)入燃燒器襯套20和流動(dòng)套筒30之間的環(huán)形空間的尾端，且然后向燃燒器的頭端行進(jìn)。當(dāng)壓縮空氣到達(dá)頭端時(shí)，它轉(zhuǎn)向180°且然后進(jìn)入燃燒器襯套20的內(nèi)部。 壓縮空氣然后與通過(guò)燃料噴嘴50、60所輸送的燃料相混合，且燃料_空氣混合物在燃燒區(qū)域95中進(jìn)行燃燒。如圖1所示，文丘里管26位于 燃燒器襯套20的內(nèi)部。文丘里管26由包括內(nèi)壁24 和成角式外壁21、22的雙壁式結(jié)構(gòu)所形成?？諝饪?3形成在成角式外壁21/22中從而允許流過(guò)燃燒器襯套20和流動(dòng)套筒30之間的環(huán)形空間的空氣流過(guò)孔23并進(jìn)入形成在文丘里管26的成角式外壁21/22和內(nèi)壁24之間的空間內(nèi)。文丘里管的雙壁式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為用以幫助冷卻文丘里管26，從而防止文丘里管過(guò)熱和受到損壞。如圖1中箭頭所示，流過(guò)成角式外壁21/22中的孔23的空氣沿文丘里管的內(nèi)壁和外壁之間的環(huán)形空間流動(dòng)，且該空氣最終在文丘里管內(nèi)壁24的尾端27排出且加入在燃燒器襯套20內(nèi)部中燃燒的燃料_空氣混合物。結(jié)果，文丘里管的成角式外壁21/22中的孔23最終允許空氣進(jìn)入燃燒器襯套20的內(nèi)部。如上所述，為文丘里管設(shè)置這種雙壁式結(jié)構(gòu)較為昂貴。雙壁式結(jié)構(gòu)很難制造，且由于用來(lái)形成這種雙壁式文丘里管的多個(gè)角度和部件，故會(huì)存在各個(gè)零件的泄漏和損壞。圖2示出了用于包括文丘里管的燃燒器襯套的一種備選結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，包括文丘里管的整個(gè)燃燒器襯套由單壁式結(jié)構(gòu)形成，該單壁式結(jié)構(gòu)從燃燒器的頭端延伸到尾端。如圖2所示，燃燒器襯套20仍然由流動(dòng)套筒30所環(huán)繞，且來(lái)自壓縮機(jī)區(qū)段12的壓縮空氣仍然流經(jīng)燃燒器襯套20和流動(dòng)套筒30之間的環(huán)形空間。在圖2所示的燃燒器襯套20中，文丘里管22由兩個(gè)成角式壁形成，這兩個(gè)成角式壁沿單壁式燃燒器襯套20的長(zhǎng)度形成直徑減小部分28。沿燃燒器襯套20和流動(dòng)套筒30 之間的環(huán)形空間流動(dòng)的壓縮空氣將冷卻燃燒器襯套20的外部，該燃燒器襯套20包括形成文丘里管的直徑減小部分28。為了確?？諝饬鹘?jīng)引導(dǎo)向下到達(dá)直徑減小部分28的外部，燃燒器可包括空氣偏導(dǎo)器70。在圖2所示的實(shí)施例中，空氣偏導(dǎo)器70包括兩個(gè)成角式壁，該兩個(gè)成角式壁與形成燃燒器襯套20直徑減小部分28的兩個(gè)成角式壁大致平行且對(duì)準(zhǔn)?？諝馄珜?dǎo)器偏轉(zhuǎn)流過(guò)燃燒器襯套20和流動(dòng)套筒30之間的環(huán)形空間的部分空氣向下進(jìn)入直徑減小部分以冷卻單壁式燃燒器襯套20的文丘里管部分的外壁。如上所述，并回來(lái)參看附圖1，雙壁式文丘里管結(jié)構(gòu)最終導(dǎo)致來(lái)自壓縮機(jī)區(qū)段的部分空氣恰在文丘里管內(nèi)壁24尾端27下游的位置處被輸送到圖1中所示實(shí)施例的燃燒區(qū)域 95。為了在該位置處提供類似的空氣流入，在圖2所示的實(shí)施例中，穿過(guò)單壁式燃燒器襯套 20可形成多個(gè)稀釋孔74。在圖2所示的實(shí)施例中，稀釋孔74圍繞燃燒器襯套20的外部形成環(huán)狀。這允許空氣在一定位置處從燃燒器襯套20和流動(dòng)套筒30之間的環(huán)形空間流入到燃燒器襯套20 的內(nèi)部中，該一定位置與用于冷卻圖1所示實(shí)施例中的文丘里管的冷卻空氣將已輸送的位置大致類似。這樣，包括在圖2所示實(shí)施例中的稀釋孔74導(dǎo)致如在圖1所示實(shí)施例中將呈現(xiàn)出那樣的大致類 似的燃燒參數(shù)。用于向下偏轉(zhuǎn)冷卻空氣到單壁式燃燒器襯套20的直徑減小部分28外部上的空氣偏導(dǎo)器70可采用多種不同的形式。圖3示出了一個(gè)實(shí)施例，其中，空氣偏導(dǎo)器70形成為彼此成角度的兩個(gè)直區(qū)段，且其中，這兩個(gè)直區(qū)段大致平行于構(gòu)成文丘里管的單壁式燃燒器襯套20直徑減小部分的成角式區(qū)段73、75，該實(shí)施例大致與圖2所示的實(shí)施例相似。圖3所示的燃燒器襯套還包括多個(gè)擾流器環(huán)76。擾流器環(huán)76為形成在單壁式燃燒器襯套20的外表面上的凸起。擾流器環(huán)76圍繞燃燒器襯套20的外部延伸。如圖3所示，多個(gè)此種擾流器環(huán)76可沿燃燒器襯套20的尾端部分彼此間隔開。擾流器環(huán)用于促使流過(guò)燃燒器襯套20和流動(dòng)套筒30之間的環(huán)形空間的壓縮空氣形成湍流空氣流。湍流空氣流有助于增強(qiáng)由該空氣提供的冷卻效果，從而降低燃燒器襯套 20的總體溫度。雖然圖3所示的實(shí)施例包括沿燃燒器襯套20的尾端部分均勻間隔開的五個(gè)擾流器環(huán)，但也可設(shè)置不同數(shù)量的擾流器環(huán)，且它們可以不同地間隔開。而且，代替在燃燒器襯套的外部上設(shè)置凸起，還將有可能的是，在燃燒器襯套20的表面中切槽以產(chǎn)生湍流空氣流從而增強(qiáng)冷卻效果。在一些實(shí)施例中，可采用槽與凸起的組合來(lái)產(chǎn)生湍流空氣流。更進(jìn)一步的是，不同于設(shè)置同心環(huán)，無(wú)論是凸起還是凹陷，還可以設(shè)置圍繞燃燒器襯套的外部并不形成環(huán)的多個(gè)離散的凸起或凹陷。圖4所示的實(shí)施例與圖3所示的實(shí)施例相似。然而，在圖4所示的實(shí)施例中，空氣偏導(dǎo)器70包括彎曲部分，而不是直的成角式部分。如圖4所示那樣彎曲空氣偏導(dǎo)器可有助于壓縮空氣的流動(dòng)，或降低流動(dòng)阻力。另外，在圖4所示的實(shí)施例中，空氣偏導(dǎo)器70的尾端和頭端延伸超出形成文丘里管的成角式壁73/75的尾端和頭端。還將可能的是，改變所公開的實(shí)施例的任何其它部分， 使得空氣偏導(dǎo)器的端部延伸超出文丘里管的頭端和尾端。在圖5所示的實(shí)施例中，空氣偏導(dǎo)器70由設(shè)置在文丘里管尾端處的單一直區(qū)段所形成。沿燃燒器襯套20和流動(dòng)套筒30之間的環(huán)形空間流動(dòng)的空氣在圖5提供的視圖中將向左流動(dòng)。這樣，圖5中的空氣偏導(dǎo)器70將用來(lái)通過(guò)文丘里管的成角式部分73和75向下偏轉(zhuǎn)部分空氣流進(jìn)入到形成在燃燒器襯套20外部上的凹陷內(nèi)。一旦空氣以這種方式向下偏轉(zhuǎn)，則將會(huì)實(shí)現(xiàn)通過(guò)偏轉(zhuǎn)的空氣流所提供的大部分冷卻效果。這樣，可能沒必要設(shè)置多于圖5中所示的小空氣偏導(dǎo)器70的任何物件以達(dá)到燃燒器襯套20直徑減小部分的良好冷卻。圖6示出了與圖5所示相似的另一個(gè)實(shí)施例。然而，在圖6所示的實(shí)施例中，空氣偏導(dǎo)器70的尾端比文丘里管的后壁75進(jìn)一步在向尾端方向上延伸。另外，空氣偏導(dǎo)器70 的頭端并未如文丘里管的尾端成角式壁75那樣在向頭端方向上一直延伸。而且，圖6中所示的空氣偏導(dǎo)器稍微彎曲以幫助引導(dǎo)部分空氣流以預(yù)期的方向到燃燒器襯套20的直徑減小部分上。圖7示出了單壁式燃燒器襯套20的又一個(gè)實(shí)施例，該單壁式燃燒器襯套20包括由兩個(gè)成角式壁73、75所形成的文丘里管。在該實(shí)施例中，沒有設(shè)置空氣偏導(dǎo)器。沿燃燒器襯套外部的空氣流足以冷卻即使是由該兩個(gè)成角式壁73、75所形成的直徑減小部分。這對(duì)于在直徑減小部分的尾端處設(shè)置擾流器環(huán)76 (或其它相似結(jié)構(gòu))以在該位置產(chǎn)生湍流空氣流可能是有利的。在該位置產(chǎn)生湍流空氣流可有助于使得部分空氣流被向下偏轉(zhuǎn)到由文丘里管的成角式壁73、75所形成的直徑減小部分上。
盡管本發(fā)明已結(jié)合目前認(rèn)為是最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解， 本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，而是與此相反，本發(fā)明旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的燃燒器襯套，包括從頭端延伸到尾端的單壁式的大致圓柱形襯套；形成在所述襯套的內(nèi)部位于所述頭端和所述尾端之間的文丘里管，所述文丘里管由如下部分構(gòu)成所述單壁式襯套的第一傾斜部分，其在向尾端方向上延伸時(shí)直徑減?。灰约八鰡伪谑揭r套的第二傾斜部分，其在向尾端方向上延伸時(shí)直徑增加，其中，所述第一傾斜部分的尾端連結(jié)到所述第二傾斜部分的頭端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器襯套，其特征在于，所述大致圓柱形襯套包括連結(jié)到所述第二傾斜部分的尾端上的尾端圓柱形部分，以及其中，在所述尾端圓柱形部分中形成多個(gè)稀釋孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒器襯套，其特征在于，所述多個(gè)稀釋孔布置成圍繞所述尾端圓柱形部分的圓周延伸的環(huán)，以及其中，由稀釋孔形成的環(huán)在向尾端方向上遠(yuǎn)離所述第二傾斜部分的尾端間隔開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器襯套，其特征在于，所述大致圓柱形襯套包括連結(jié)到所述第二傾斜部分的尾端上的尾端圓柱形部分，以及其中，至少一個(gè)擾流器環(huán)位于所述尾端圓柱形部分上，各至少一個(gè)擾流器環(huán)均從所述尾端圓柱形部分的外部凸出且圍繞所述尾端圓柱形部分的圓周延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器襯套，其特征在于，所述至少一個(gè)擾流器環(huán)包括沿所述尾端圓柱形部分彼此間隔開的多個(gè)擾流器環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器襯套，其特征在于，所述燃燒器襯套還包括安裝在所述單壁式的大致圓柱形襯套的外部上的空氣偏導(dǎo)器，使得在所述空氣偏導(dǎo)器和所述大致圓柱形襯套之間具有環(huán)形空間，其中，所述空氣偏導(dǎo)器構(gòu)造成用以將沿著所述圓柱形襯套的外部從所述尾端向所述頭端流過(guò)的部分空氣流偏轉(zhuǎn)到由所述第一傾斜部分和所述第二傾斜部分所形成在所述襯套的外部上的環(huán)形凹陷上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒器襯套，其特征在于，所述空氣偏導(dǎo)器包括第一傾斜部分，其在向尾端方向上延伸時(shí)直徑減小，其中，所述空氣偏導(dǎo)器的第一傾斜部分與所述襯套的第一傾斜部分對(duì)準(zhǔn)；以及第二傾斜部分，其在在向尾端方向上延伸時(shí)直徑增加，其中，所述空氣偏導(dǎo)器的第一傾斜部分的尾端連結(jié)到所述空氣偏導(dǎo)器的第二傾斜部分的頭端上，以及其中，所述空氣偏導(dǎo)器的第二傾斜部分與所述襯套的第二傾斜部分對(duì)準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒器襯套，其特征在于，所述空氣偏導(dǎo)器的第一傾斜部分的頭端在向頭端方向上延伸超出所述圓柱形襯套的第一傾斜部分的頭端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器襯套，其特征在于，所述空氣偏導(dǎo)器的第二傾斜部分的尾端在向尾端方向上延伸超出所述圓柱形襯套的第二傾斜部分的尾端。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒器襯套，其特征在于，所述空氣偏導(dǎo)器的第二傾斜部分的尾端在向尾端方向上延伸超出所述圓柱形襯套的第二傾斜部分的尾端。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器襯套。具體而言，一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的燃燒器襯套，包括單壁式的大致圓柱形襯套(20)，其從頭端延伸到尾端；文丘里管(26)，其形成在襯套的內(nèi)部位于頭端和尾端之間，該文丘里管由單壁式襯套的第一傾斜部分(73)和單壁式襯套的第二傾斜部分(75)形成，該單壁式襯套的第一傾斜部分在向尾端方向上延伸時(shí)直徑減小，該單壁式襯套的第二傾斜部分在向尾端方向上延伸時(shí)直徑增加，其中，第一傾斜部分的尾端連結(jié)到第二傾斜部分的頭端上。
文檔編號(hào)F23D14/46GK102213425SQ201110087119
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月19日
發(fā)明者D·T·萊蒙, R·J·奇爾拉 申請(qǐng)人:通用電氣公司