專利名稱：沖擊冷卻的聯(lián)焰管組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃氣渦輪機燃燒器，且更具體而言，涉及在布置在繞著燃氣渦輪機 的軸向中心線的圓中的相鄰的燃燒室(“罐")之間延伸的聯(lián)焰管(crossfiretube)構(gòu)造。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的燃氣渦輪機典型地包括布置在渦輪機的軸向中心線周圍的圓中的若干個 燃燒室(也稱為“罐”)。除了在相鄰的罐之間的聯(lián)焰管連接之外，燃燒罐彼此隔離。 聯(lián)焰管基本上為開口的管狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)起在起動期間在相應(yīng)的罐之間的壓差的影響下 在相鄰的罐之間傳播熱氣體和火焰的作用。典型地，罐中的一個或者兩個結(jié)合了點火裝 置(例如，火花塞)，而另外的罐由來自毗鄰的點燃的罐的、穿過聯(lián)焰管的火焰來點燃。 此外，聯(lián)焰管還可在從預(yù)混合模式轉(zhuǎn)變到貧(燃料)_貧(燃料)模式期間將火焰從燃燒罐 的點燃的(預(yù)混合區(qū))傳送到未點燃的預(yù)混合區(qū)。大體上，聯(lián)焰管的具體功能，不管是 在預(yù)混合區(qū)的點火期間還是重新點燃期間，都僅僅是傳送來自毗鄰的燃燒罐的火焰。該 過程大體發(fā)生在幾秒左右。在燃氣渦輪機操作的所有其它時間時，聯(lián)焰管不執(zhí)行具體功 能。
理論上，一旦所有的燃燒罐被點燃，它們的壓力就會均衡，且通過聯(lián)焰管的火 焰和氣體流將停止。然而，在實際的燃氣渦輪發(fā)動機中，相鄰的燃燒罐之間的幾何結(jié) 構(gòu)、空氣流量和燃料計量的不同可促進通過聯(lián)焰管的持續(xù)的氣體和火焰流。雖然通過 聯(lián)焰管的少量的流不會影響燃氣渦輪發(fā)動機的操作且有助于平衡來自燃燒罐的壓力和流 動，但是熱氣體的持續(xù)的交聯(lián)流動可由于將金屬加熱到其熔點而永久地損壞燃燒罐襯套 或聯(lián)焰管。
一種用于阻礙聯(lián)焰管中的持續(xù)的氣體流動的已知的方法采用通過聯(lián)焰管的排放 孔。加壓的吹掃空氣(來自壓縮機)向內(nèi)流動通過排放孔，且既冷卻在聯(lián)焰管中流動的 任何氣體，又抵消沿著其長度的壓差。吹掃空氣流將在給定的壓力差以下防止交聯(lián)火焰 氣體流動。此外，流動通過排放孔的空氣傾向于冷卻聯(lián)焰管壁，以降低其溫度。例如， 對美國專利No.5,896,742和No.6,334,294進行了參照。
美國專利Νο.5,001,896描述了結(jié)合了沖擊套管的聯(lián)焰管組件，在沖擊套管中居中 地設(shè)置有聯(lián)焰管。套管包括冷卻孔陣列，該冷卻孔陣列將冷卻空氣引導(dǎo)到聯(lián)焰管上。沖 擊套管和聯(lián)焰管之間的空間形成了流動通道，沖擊空氣在被引導(dǎo)到燃燒罐的內(nèi)部中之前 沿軸向方向沿著該流動通道流動。
設(shè)計成通過將加壓的吹掃空氣通過排放孔噴射到管腔體中來防止持續(xù)的交聯(lián)火 焰的傳統(tǒng)的聯(lián)焰管是不利的，因為吹掃空氣會繞過燃燒罐的頭端，且因而對于供應(yīng)到燃 燒罐的空氣和燃料的預(yù)混合而言不可用，從而導(dǎo)致效率降低及排放增大。這個不利的方 面也適用于以上論述的美國5,001,896專利的沖擊套管構(gòu)造，因為沖擊空氣最終直接排到 燃燒罐中而不在頭端處與燃料混合。
因而，工業(yè)上將受益于這樣的用于冷卻聯(lián)焰管的健壯的且有效的系統(tǒng)該系統(tǒng)4不會降低可用于在燃燒罐的頭端處與燃料預(yù)混合的燃燒空氣的量。

發(fā)明內(nèi)容
在以下描述中將部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點，或者本發(fā)明的各方面和優(yōu) 點根據(jù)該描述可顯而易見，或者可通過實踐本發(fā)明來學(xué)習(xí)本發(fā)明的各方面和優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明的各方面，第一實施例(中)，提供了一種用于連接燃氣渦輪機中的 相鄰的燃燒罐的聯(lián)焰管組件。該組件包括具有第一端和相對的凹端的第一管段。第二管 段具有第一端和相對的凸端，該相對的凸端同心地裝配在第一管段的凹端內(nèi)，使得在凹 端和凸端之間限定了交迭區(qū)。相應(yīng)的第一管段和第二管段的第一端構(gòu)造成固定到相應(yīng)的 燃燒罐的襯套上。第一沖擊套管從第一管段的凹端延伸到第一管段的第一端，且第二沖 擊套管沿相反的方向從第一管段的凹端延伸到第二管段的第一端。沖擊套管具有限定于 其中的多個計量孔(meteringhole)。利用以上所闡述的構(gòu)造，燃燒冷卻空氣被引導(dǎo)通過沖擊套管且沿軸向沿著分別 限定于第一沖擊套管和第二沖擊套管與第一管段和第二管段之間的同心腔體流動。燃燒 冷卻空氣從腔體中排放，例如通過限定于管段的端處的環(huán)形凸脊中的計量孔排放，且流 到燃燒罐襯套和相應(yīng)的燃燒罐套管之間的軸向燃燒空氣流束中。因而，聯(lián)焰管冷卻空氣 并未損失，且在燃燒罐的頭端處可用于與燃料預(yù)混合。本發(fā)明還包括用于冷卻連接燃氣渦輪機中的相鄰的燃燒罐的聯(lián)焰管的方法。該 方法包括將第一管段的凸端連接到第二管段的凹端中，使得在凸端和凹端之間形成交迭 區(qū)。管段的相對端連接到相鄰的燃燒罐的相應(yīng)的襯套上。沖擊套管構(gòu)造在第一管段和第 二管段中的各個周圍，以便在第一管段和第二管段與相應(yīng)的沖擊套管之間限定沿軸向延 伸的腔體。燃燒冷卻空氣被引導(dǎo)通過沖擊套管，并且被引入第一管段和第二管段中的各 個周圍的腔體。燃燒冷卻空氣沿相反的方向在交迭區(qū)的兩側(cè)上被引導(dǎo)，使得該燃燒冷卻 空氣在各個腔體中遠離交迭區(qū)朝向燃燒罐襯套沿軸向流動。冷卻空氣從腔體中排放，并 且與流向燃燒罐的頭端的、燃燒罐襯套和相應(yīng)的燃燒罐套管之間的軸向燃燒空氣流束匯
I=I O參照以下描述和所附的權(quán)利要求書，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將 得到更好的理解。結(jié)合在說明書中且構(gòu)成該說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施 例，并且與描述一起起到闡述本發(fā)明的原理的作用。


在說明書中闡述了針對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言本發(fā)明的完整的且能夠?qū)崿F(xiàn)的 公開，包括其最佳模式，說明書對附圖進行了參照，在附圖中圖1是傳統(tǒng)的燃燒器的剖視透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的各方面的聯(lián)焰管構(gòu)造的截面圖；圖3是來自圖2的聯(lián)焰管構(gòu)造的實施例的管段的透視圖；圖4是來自圖2的聯(lián)焰管構(gòu)造的實施例的不同的管段的透視圖；且圖5是處于相連接的構(gòu)造的圖3和圖4的管段的透視圖。部件列表
權(quán)利要求
1.一種用于連接燃氣渦輪機中的相鄰的燃燒罐(12)的聯(lián)焰管組件(22)，包括具有第一端(26)和相對的凹端(28)的第一管段(24)；具有第一端(32)和相對的凸端(34)的第二管段(30)，該相對的凸端(34)同心地裝 配在所述凹端內(nèi)而在所述凹端和所述凸端之間有交迭區(qū)(36)；所述第一管段和第二管段的所述第一端中的各個構(gòu)造成固定到相應(yīng)的燃燒罐的襯套 (20)上；從所述凹端延伸到所述第一管段的所述第一端的第一沖擊套管(44)，以及沿著相反 的方向從所述凹端延伸到所述第二管段的所述第一端的第二沖擊套管(50)，所述沖擊套 管具有限定于其中的多個計量孔(56)；分別限定在所述第一沖擊套管和第二沖擊套管與所述第一管段和第二管段之間的同 心腔體(58)；并且其中，燃燒冷卻空氣被引導(dǎo)通過所述沖擊套管，并且沿著所述同心腔體沿軸向流 動，所述燃燒冷卻空氣從所述腔體排入相應(yīng)的燃燒罐襯套和套管之間的軸向燃燒空氣流 束中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)焰管組件(22)，其特征在于，所述第一管段和第二管段 (24，30)在所述相應(yīng)的第一端(26，32)處包括環(huán)形凸脊(38)，所述環(huán)形凸脊包括限定于 該環(huán)形凸脊中的多個軸向地定向的計量孔(42)，燃燒冷卻空氣通過計量孔(42)從所述腔 體中排放。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聯(lián)焰管組件，其特征在于，所述沖擊套管(44，50)脫離并 且在所述第一管段和第二管段(24，30)的所述相應(yīng)的環(huán)形凸脊(38)上浮動。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聯(lián)焰管組件(22)，其特征在于，所述第一管段和第二管段 (24，30)的所述第一端(26，32)包括用于附連到相應(yīng)的燃燒罐襯套(20)上的肩部區(qū)段 (40)，所述環(huán)形凸脊(38)中的所述計量孔(42)設(shè)置在高于所述肩部的高度處，使得離開 所述計量孔的燃燒冷卻空氣沿著燃燒罐襯套流動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的聯(lián)焰管組件(22)，其特征在于，所述凹端(28) 進一步包括在所述交迭區(qū)(36)周圍限定于該凹端(28)中的多個計量孔(60)，且所述凸端 (34)包括與所述凹端(28)中的所述計量孔(60)以及與所述第二管段(30)周圍的所述同 心腔體(58)連通的排放通路(62)，由此燃燒冷卻空氣還被引導(dǎo)通過所述交迭區(qū)周圍的所 述凹端中的所述計量孔，并且沿著所述凸端中的所述排放通路沿軸向流動，并且流入所 述第二管段周圍的所述同心腔體中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聯(lián)焰管組件(22)，其特征在于，所述排放通路(62)包括限 定在所述凸端(34)中、越過所述交迭區(qū)(36)而通向所述同心腔體(58)的環(huán)形凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的聯(lián)焰管組件(22)，其特征在于，所述第一沖擊 套管和第二沖擊套管(44，50)是在所述交迭區(qū)(36)處分開地附連到所述凹端(28)上的 分開的構(gòu)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)焰管組件(22)，其特征在于，所述沖擊套管(44，50)具 有在所述交迭區(qū)(36)處附連到所述凹端(28)上的第一端(46，52)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聯(lián)焰管組件(22)，其特征在于，所述沖擊套管(44，50)的 所述第一端(46，52)在所述凹端(28)上沿軸向間隔開，所述凹端(28)中的所述計量孔(60)限定在所述沖擊套管的所述第一端之間。
10.一種用于冷卻連接燃氣渦輪機中的相鄰的燃燒罐的聯(lián)焰管的方法，包括將第一管段的凸端連接到第二管段的凹端中，使得在所述凸端和凹端之間形成交迭區(qū)；將相連接的管段的相對端連接到相鄰的燃燒罐的相應(yīng)的襯套上； 在第一管段和第二管段周圍構(gòu)造沖擊套管，以便在第一管段和第二管段與相應(yīng)的沖 擊套管之間限定沿軸向延伸的腔體；將燃燒冷卻空氣引導(dǎo)通過沖擊套管并且引入所述第一管段和第二管段中的各個周圍 的腔體；在交迭區(qū)的兩側(cè)上沿相反的方向引導(dǎo)所述燃燒冷卻空氣，使得所述燃燒冷卻空氣在 各個所述腔體中遠離所述交迭區(qū)朝向燃燒罐襯套沿軸向流動；以及從所述腔體中排放所述燃燒冷卻空氣，使得所述冷卻燃燒空氣與燃燒罐襯套和相應(yīng) 的燃燒罐套管之間的軸向燃燒空氣流束匯合。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括引導(dǎo)燃燒冷卻空 氣通過交迭區(qū)中的凹端，并且沿著所述交迭區(qū)中的凸端沿軸向引導(dǎo)，以便與所述第一管 段周圍的腔體中的燃燒冷卻空氣匯合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，包括通過形成于所述第一管段和第二 管段的相對的相應(yīng)端處的環(huán)形凸脊中的計量孔從所述第一管段和第二管段周圍的腔體中 排放空氣，所述計量孔設(shè)置在管段端與燃燒罐襯套的附連點的徑向外部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種沖擊冷卻的聯(lián)焰管組件。聯(lián)焰管組件構(gòu)造成用于連接燃氣渦輪機中的相鄰的燃燒罐，且包括具有第一端和相對的凹端的第一管段。第二管段具有第一端和相對的凸端，該相對的凸端同心地裝配在凹端內(nèi)而使得在凹端和凸端之間有交迭區(qū)。管段的各個第一端構(gòu)造成用于固定到相應(yīng)的燃燒罐的襯套上。相對地定向的第一沖擊套管和第二沖擊套管從第一管段的凹端延伸到管段的相應(yīng)的第一端。燃燒冷卻空氣被引導(dǎo)通過沖擊套管中的計量孔，并且沿著限定在沖擊套管與第一管段和第二管段之間的同心腔體沿軸向流動。燃燒冷卻空氣從腔體排放到相應(yīng)的燃燒罐襯套和套管之間的軸向燃燒空氣流束中。
文檔編號F23R3/48GK102022752SQ20101029857
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者S·K·維德納 申請人:通用電氣公司