專利名稱：燃燒器的旋流器裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于向燃氣輪機的燃燒器供應壓縮空氣的旋流器裝置。
背景技術：
燃氣輪機包括向燃燒器供應壓縮空氣的壓氣機，其中這些空氣里與燃料混合并被點燃以產生熱的燃氣。這些氣體向下游流到一個或幾個渦輪，這些渦輪從該氣體獲得能量以驅動壓氣機并提供有用功，例如用于推動飛機飛行。在航空發(fā)動機所用的燃燒器中，燃料通常是通過位于燃燒區(qū)一端的多個燃料噴嘴進入燃燒器。而空氣是通過稱為旋流器裝置的環(huán)繞裝置而提供，這些環(huán)繞裝置使空氣產生渦旋運動，從而使空氣與燃料能充分混合。該旋流器裝置安裝在連接于該燃燒器內套和外套的上游端的拱形板上，每個燃料噴嘴的頭部安放在對應的一個旋流器上。
傳統(tǒng)的旋流器裝置是一個分成三部分的裝置，包括一個主旋流器，一個輔助旋流器和一個固定器。該主旋流器有多個在圓周上間隔布置的旋流葉片或空氣通道。這些葉片或空氣通道相對于旋流器裝置的軸向中心線之間有一個角度，使空氣流可以產生渦旋運動。該輔助旋流器，也有多個圓周上間隔布置的旋流葉片或空氣通道，它布置在主旋流器的下游，緊靠著主旋流器。輔助旋流器的葉片或通道也有一個角度，以產生與主旋流器相反方向旋轉的空氣渦旋從而進一步促進了燃料-空氣的混合。該固定器裝配在主旋流器上并焊接到輔助旋流器上以使得兩個旋流器互相結合。
經過該主旋流器的葉片或通道的空氣流產生一個反作用力，這個力趨向于使該主旋流器相對于該輔助旋流器及燃料噴嘴而旋轉。但是，如果允許它旋轉的話，該主旋流器就不能使空氣的渦旋運動達到必要的程度，因此該空氣與燃料也不能實現有效的混合。另外，該主旋流器的旋轉會造成燃料噴嘴頭部的過份磨耗。因此，在傳統(tǒng)的旋流器裝置上，利用主旋流器上一個向外延伸的突起來防止主旋流器的旋轉，在這里該突起與支柱接合以限制該旋流器的相對轉動。
但是，該燃燒器結構對于振動是很靈敏的并且在燃氣輪機運轉期間也確實存在著部件的熱膨脹。結果，在該突起與該支柱之間存在著相對移動，造成明顯磨損，最終需要修理并增加了維修費用。這個修理過程是相當困難的，因為需要拆下永久性焊接上的那個固定器。也存在著這樣的可能性，即磨損的突起和/或支柱會斷裂而使渦輪機的下游部分損壞。另外，在運轉期間這個固定器對于裂紋是很敏感的，需要經常更換。
因此，需要有一個改進了的旋流器裝置，它能夠并且優(yōu)先防止該主旋流器相對于該輔助旋流器之間的轉動，以避免頻繁的修理，并且在現場很容易組裝和拆卸。
發(fā)明概述本發(fā)明提出了一個旋流器裝置，它包括一個套環(huán)體，該套環(huán)體包括1)一個具有一個上表面和一個下表面、具有相對的第一和第二側邊，以及具有一個中央定位的孔的方形基座，2)一個從該上表面和中央孔延伸的套環(huán)以及3)多個沿每個側邊的該上表面的突起；以及一個整體旋流器體，它包括1)一個具有多個傾斜朝向通道的第一旋流體部分，2)一個包括一文丘里管和多個成相反角度朝向的通道的第二旋流體部分，這些通道繞該文丘里管同軸配置，以及3)一對軌道，每個軌道包括一個向內延伸的凸緣，每個凸緣在該文丘里管的相對兩側邊上形成，其中這兩個軌道沿該套環(huán)體的相對兩側緣與這些突起相接合，以限制套環(huán)體與整體旋流器體分離。
附圖簡述被認為是本發(fā)明的主題在本說明書的結論部分中被專門指出并明確地提出權利要求。但是本發(fā)明可以通過參考以下的敘述，結合附圖而被清楚地了解，在各個圖中同樣的零部件采用相同的標號。


圖1是具有一個本發(fā)明的旋流器裝置的燃燒器的前部的一個軸向斷面視圖。
圖2是本發(fā)明的該旋流器裝置的一個套環(huán)體的透視圖。
圖3是本發(fā)明的該旋流器裝置的整體旋流器體的透視圖。
圖4是本發(fā)明的一個組裝好的旋流器裝置的透視圖。
發(fā)明詳述參看各圖，圖1顯示了適用于燃氣輪機的那種類型的燃燒器10的前端，該燃燒器還包括了一個空心體12，它確定了燃燒室14的位置。該空心體12大致是環(huán)狀的，并由一個外套16和內套18所確定?？招捏w12的上游端實際上被一個罩20所封閉，該罩被一個第一緊固器22連接到外套16上，并被一個第二緊固器24連接到內套18上。在該罩20上至少形成一個孔26以引入燃料和壓縮空氣。該壓縮空氣從一個壓氣機(圖中未顯示)一般以圖1中箭頭A所指示的方向引入該燃燒器10內。該壓縮空氣主要流經孔26以支持燃燒并部分地進入空心體12周圍區(qū)域，在那里它被用來冷卻內外套18，16以及更下游的渦輪機部分。
配置在該內套和外套18，16之間并把它們在靠近上游端互相連接起來的是一個環(huán)狀的拱形板28。多個在圓周方向間隔配置的旋流器裝置30(在圖1中顯示了1個)安裝在拱形板28上。每一個旋流器裝置30包括一個具有套環(huán)48的套環(huán)體34，套環(huán)48有一個中央孔42，它被同軸地安裝了燃料噴嘴44，以及一個整體旋流器體50。該整體旋流器體50被牢固地安裝在拱形板28內。
該整體旋流器體50包括一個主旋流器部分36，它具有多個在圓周方向間隔布置的主旋流葉片40，它們形成了多個傾斜朝向的主通道38。該主通道38相對于該旋流器裝置30的軸向中心線32有一個角度，使得以與中心線32相切的主方向流動的空氣產生渦旋運動。這個整體旋流器體50另外還包括一個輔助旋流器部分56，它具有一個文丘里管54，以及多個在圓周方向間隔布置的旋流葉片60，這些葉片限定了多個成相反角度的并朝向的輔助通道58，該通道同軸繞該文丘里管54配置。該主旋流器部分36和輔助旋流器部分56通過中間部分64剛性地連接到一個單元體內部，以消除兩部分之間的運動。該文丘里管54和套環(huán)48的中央孔42在軸向上是與旋流器裝置30的軸向中心線32對齊的。
從孔26出來的一部分空氣流入并經過該主通道38。該渦旋空氣從主通道38出來與從燃料噴嘴44噴射出的燃料互相作用，當它們進入并通過文丘里管54時與這些燃料相混合。輔助通道58引導從孔26出來的另外一部分空氣使產生相對于中心線32以相反的切線方向的渦旋運動，這部分空氣與離開文丘里管54的燃料/空氣混合物互相作用，使該燃料/空氣混合物進一步霧化，并使這些混合物在燃燒室14內準備燃燒。
應該指出雖然圖1顯示了在一個單個環(huán)狀燃燒器內的本發(fā)明的旋流器裝置，但是本發(fā)明同樣可以應用于其他形式的燃燒器，包括多個環(huán)狀燃燒器。
在圖2中，套環(huán)體34有一個基座62，顯示出是一個平的部件，有一個上表面63和一個下表面65，它們形成了一個周邊和外側邊，包括相對的側邊46和47。該套環(huán)體34還包括一個套環(huán)48，它形成在基座62的上表面63上并具有一個中央孔42?；?2的形狀通常是方形的，套環(huán)48位于中央。套環(huán)體34通常相對于通過套環(huán)48的中心線32，并且通過主軸X或副軸Y的一個平面是對稱的。當旋流器裝置30正確地放置于燃燒室10內時，套環(huán)48從那里延伸的基座62的主表面面向上游。多個升高的突起70占據了沿基座62的周邊的外側邊緣的一部分，并且通常是位于基座62的上表面63上，沿著套環(huán)48的相對的兩個側邊46和47。更加典型的是，這些突起70以實際上相同的形式和安排位于每個側邊45，46，47和49的一部分上。圖2中的具體實例顯示了位于基座62的每個角88上，并從每個角向內延伸，延伸距離為每個側邊長度的一部分的突起70。
在圖3中，主旋流器部分36包括一個基座74，它也是一個平的部件，形成了周邊或圍繞一個中央孔52的外邊緣。當旋流器裝置組裝好以后，該基座74具有一個上游表面，它面對套環(huán)體34的下表面65(見圖2)。多個主旋流葉片40形成了多個主通道38，該主通道在圓周方向圍繞孔52。這些旋流器葉片40把基座74的下游表面和中間部分64連接起來。這中間部分64具有一個中間孔，該孔的范圍是被形成一個文丘里管54的內邊所確定的。該文丘里管54從中間部分64的內邊向下游軸向延伸(相對于旋流器裝置30的軸向中心線32)。整體旋流器體50的一個輔助旋流器部分56包括輔助通道58，它是由多個繞文丘里管54同軸布置的在圓周上間隔布置的輔助旋流葉片60所形成的。
一對固定器軌道76從基座74的上游表面向外軸向延伸。每個固定器軌道76位于沿基座74的外側邊緣，在孔52的相對兩側互相平行地布置。每個固定器軌道76包括一個向內的(即朝向旋流器裝置30的中心線32)凸緣78，用于接合套環(huán)體34的基座62上的突起70的上表面72。該凸緣78距基座74的上表面的距離足以為套環(huán)體34提供空間以插入就位。套環(huán)體34相對于通過套環(huán)48的中心線32，以及通過主軸X或副軸Y的一個平面的對稱性，見于圖4，這個對稱性使得套環(huán)體34能正確地插入整體旋流器體50內，而與其方向無關。
整體旋流器體50還包括一個擋塊82，它形成于基座74的外邊緣上并從那里的主表面向外軸向延伸。擋塊的結構是利用整體旋流器體50把套環(huán)體34限制在組裝好的位置上。在圖中擋塊82是位于基座74外邊緣上的一個平面，它垂直于固定器軌道76而延伸。一個焊接的突起84也形成于基座74的外緣上，但是從那里徑向向外延伸。通常情況下焊接突出部84與整體旋流器體50的基座74處在同一個平面上，使得套環(huán)體34的基座62能在軌道72下方滑動并進入面對基座74的位置。該焊接的突起84位于文丘里管54的相對于擋塊82的對側邊上，并在結構上與一個點焊焊接點86相配合(見圖4)，以用整體旋流器體50把套環(huán)體34限制在組裝好的位置上。
套環(huán)體34的基座62和74及整體旋流器體50各自具有實質上相同的形狀，但是整體旋流器體50的基座74稍微大一些。如圖4所示，旋流器裝置30是靠把套環(huán)體34插入與整體旋流器體50接合而組裝的，使得基座62和74以實質上同在一個平面內的形式互相面對。
另外，這個固定器軌道可以面對套環(huán)體34的基座62的相對的側邊46，47以防止套環(huán)體34相對于整體旋流器體50做相對轉動。沿側邊46，47的突起70的上表面72也被固定器軌道凸緣78所約束以便在軸向把套環(huán)體34和整體旋流器體50保持在一起。固定器軌道76還限制套環(huán)體34相對于整體旋流器體50沿主軸的側向移動，這個軸在圖4中標為X軸，位于基座62和74所確定的平面內。即兩個固定器軌道76在X方向間隔得足夠遠以允許套環(huán)體34具有相對于整體旋流器體50的有限制的側向移動。同樣，擋塊82及在套環(huán)體34和整體旋流器體50組裝好以后焊在焊接突起84上的點焊焊接點86，用來限制套環(huán)體34沿一個副軸的側向移動，這個副軸在圖4中為Y軸，這Y軸也在基座62和74所確定的垂直于X軸的平面內。在這情況下，擋塊82及點焊焊接點86在Y方向上有足夠的間距，使得套環(huán)體34相對于整體旋流器體50可以有受到限制的側向移動。這樣的安排使得套環(huán)體34能浮動或側向移動而使得套環(huán)48能夠與燃料噴嘴44同軸對齊，并接納它，但是另一方面，當旋流器裝置30在被安裝到燃燒室10內時，可以防止套環(huán)體34和整體旋流器體50分離。
凸緣78具有扇貝形的端部，如同在這里作為參考的美國專利6427435中所敘述的。如圖3所示，凸緣78的端部形成一個切口80，它降低了焊接連接和彎曲應力，這些應力是由于懸臂凸緣78的強迫振動而產生的。曲線形的切口80還降低了凸緣的角處的應力集中系數，在傳統(tǒng)的固定器上，這是大多數裂紋開始產生的地點。
一旦把旋流器裝置30安裝在燃燒室10內，燃料噴嘴44使套環(huán)體34對中在兩個固定器軌道76之間的位置并把它固定好。這樣，當旋流器裝置30安裝在燃燒室10內時，固定器軌道的凸緣78、擋塊82及平的焊接塊86一般不具有其他功能。
另外，在燃氣輪機運轉期間，從壓氣機出來的空氣把套環(huán)體34壓緊在整體旋流器體50上。
本發(fā)明的兩部分裝置降低了成本還便于制造，因為不再需要固定和就位以把套環(huán)的單獨的固定裝置焊接到旋流器上。旋流器裝置的修理也是比較容易的，因為在現場修理時，要拆下套環(huán)體34只需要簡單地拆下小的點焊焊接點86而不需要象以前那樣，拆下永久焊接的固定裝置。突起70與固定器軌道76的凸緣78的接觸面積明顯較小，這就把可能存在磨損的區(qū)域限制在突起70上，這樣，就可更好地控制磨損的區(qū)域并便于修理。突起70的上表面減少了的接觸面積還明顯地減少了套環(huán)體34與軌道76及整體旋流器體50的凸緣78之間的摩擦力，并在燃氣輪機運轉期間改進了套環(huán)體34在裝置內的移動自如性。
雖然已經介紹了本發(fā)明的具體實例，對于業(yè)內人士來說，顯然在不背離所附權利要求書中所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出各種改進。
權利要求
1.一個旋流器裝置(30)，它包括一個套環(huán)體(34)，包括1)一個基座(62)，具有一個上表面(63)及一個下表面(65)，有相對的第一邊(46)和第二邊(47)，還有在其內形成的中央定位的孔(42)，2)一個套環(huán)(48)，從上表面(63)和中央孔(42)延伸，及3)多個沿每邊緣(46，47)的上表面(63)的突起(70)，及一個整體旋流器體(50)，包括1)一個第一旋流部分(36)，具有多個成角度朝向的主通道(38)2)一個第二旋流部分(56)，包括一個文丘里管(54)和多個相反角度朝向的第二通道(58)同軸地圍繞文丘里管(54)配量，以及3)一對軌道(76)，每個包括一個向內延伸的凸緣(78)，每個凸緣在文丘里管(56)的相對兩側邊上形成，其中軌道(76)沿套環(huán)體(34)的相對兩側緣(46，47)與突起(70)相接合，以限制套環(huán)體與整體旋流器體(50)分離。
2.按權利要求1的旋流器裝置(30)，其特征在于還包括在整體旋流器體(50)上形成的一個擋塊(82)。
3.按權利要求2的旋流器裝置(30)，其特征在于擋塊(82)在該整體旋流器體的外邊緣上形成。
4.按權利要求3的旋流器裝置(30)，其特征在于擋塊(82)限定了一個垂直于軌道(76)的平的表面。
5.按權利要求3的旋流器裝置，其特征在于還包括一個被焊在整體旋流器體(50)上的點焊焊接點(86)，該點焊焊接點(86)與擋塊(82)相間隔，以允許套環(huán)體(34)相對于整體旋流器體(50)有限的側向移動。
6.按權利要求5的旋流器裝置(30)其特征在于還包括一個在整體旋流器體(50)上形成的焊接突起(84)，其中該點焊焊接點(86)安排在該焊接突出部(84)上。
7.按權利要求1的旋流器裝置(30)，其特征在于該對軌道(76)是互相平行的。
8.按權利要求1的旋流器裝置(30)，其特征在于該對軌道(76)是互相隔開的，以允許套環(huán)體(34)相對于整體旋流器體(50)有限的側向移動。
9.按權利要求1的旋流器裝置(30)，其特征在于套環(huán)體(34)相對于通過該套環(huán)體(34)中心線(32)并通過第一軸線X或第二軸線Y的一個平面基本上是對稱的。
全文摘要
一個具有延長了的工作壽命的整體旋流器裝置(30)，具有一個套環(huán)體(34)和一個整體旋流器體(50)。該整體旋流器體(50)具有相反朝向的主旋流器通道(38)和副旋流器通道(58)。在整體旋流器體(50)上形成的一對軌道(76)，與套環(huán)體(34)接合以限制套環(huán)體(34)和整體旋流器體(50)的相對移動，并防止相對轉動。
文檔編號F23C7/00GK1584403SQ20041005785
公開日2005年2月23日 申請日期2004年8月19日 優(yōu)先權日2003年8月19日
發(fā)明者T·A·利恩, M·阿爾-羅布, J·R·斯塔克 申請人:通用電氣公司