專利名稱：在燃燒室流動(dòng)套筒中的成角度的葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及燃?xì)鉁u輪燃燒室(gas turbine combustor)技術(shù)，且涉及一種空氣流動(dòng)布置，其通過(guò)在燃燒室襯套0與周圍流動(dòng)套筒之間的軸向延伸的環(huán)形通路將壓縮機(jī)排放空氣重新導(dǎo)向至燃燒室的燃燒器(combustor burner)，對(duì)燃燒室襯套有增強(qiáng)的冷卻和減小壓降。
背景技術(shù)：
在一些燃?xì)鉁u輪燃燒室中，在包圍燃燒室襯套的流動(dòng)套筒處提供多個(gè)開口以通過(guò)流動(dòng)套筒將空氣在大體上徑向噴射到流動(dòng)套筒與燃燒室襯套之間徑向的環(huán)形通路內(nèi)以沖擊冷卻該襯套?？諝馔ǔ４怪庇跊_擊冷卻空氣的自由流在徑向噴射，沖擊冷卻空氣的自由流在流動(dòng)套筒內(nèi)流動(dòng)，源于在過(guò)渡管(其將燃燒氣體從燃燒室襯套運(yùn)送到渦輪第一級(jí))與周圍沖擊套筒之間的類似的軸向連接的環(huán)形通路。這重新導(dǎo)向的壓縮機(jī)排放空氣與燃料在燃燒室的后端混合且燃料/空氣混合物然后在襯套內(nèi)燃燒。沖擊冷卻空氣通過(guò)流動(dòng)套筒開口在徑向噴射且到自由流內(nèi)，這沖擊冷卻空氣與軸向流動(dòng)的空氣進(jìn)行動(dòng)量交換且必須被軸向流動(dòng)的自由流空氣加速直到交叉流動(dòng)的空氣到達(dá)自由流速度。這個(gè)過(guò)程造成到燃燒室的流動(dòng)中的不合需要的壓降。為了減小壓降，更改空氣供應(yīng)配置以在與已在該流中流動(dòng)的空氣相同的軸向?qū)嚎s機(jī)排放空氣引入到該通路內(nèi)。 但這種布置導(dǎo)致噴射流動(dòng)傾向于吸到該通路的外壁(即，流動(dòng)套筒的內(nèi)壁)上，所謂的科安達(dá)效應(yīng)的表現(xiàn)，其降低冷卻效率。因此，需要在非徑向?qū)⒖諝鈬娚涞搅鲃?dòng)套筒通路內(nèi)，但以此方式排除或至少最小化科安達(dá)效應(yīng)并增強(qiáng)對(duì)襯套的冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一示范性但非限制性方面，提供一種渦輪燃燒室襯套組件，其包括 燃燒室襯套，其具有上游端和下游端；過(guò)渡管，其附連到燃燒室襯套的下游端；流動(dòng)套筒， 其包圍燃燒室襯套且在燃燒室襯套與流動(dòng)套筒之間在徑向形成第一環(huán)形流動(dòng)通路；以及， 在所述流動(dòng)套筒的后端的到所述第一環(huán)形流動(dòng)通路的第一環(huán)形入口，所述第一環(huán)形入口具備繞第一環(huán)形流動(dòng)通路在周向(circumferentialIy)布置的多個(gè)第一流動(dòng)葉片以使進(jìn)入第一環(huán)形入口的空氣繞燃燒室襯套渦旋(swirl)。在另一示范性但非限制性方面，本發(fā)明提供一種渦輪燃燒室襯套組件，其包括燃燒室襯套，其具有上游端和下游端；過(guò)渡管，其附連到襯套的下游端；第一流動(dòng)套筒，其包圍燃燒室襯套，且在它們之間具有第一徑向流動(dòng)通路；在流動(dòng)套筒的后端的到第一徑向流動(dòng)通路的第一環(huán)形入口，其具備多個(gè)在周向間隔開的成角度的流動(dòng)葉片，這些流動(dòng)葉片被布置成使經(jīng)由第一環(huán)形入口進(jìn)入第一徑向流動(dòng)通路的空氣渦旋；沖擊套筒，其包圍過(guò)渡管， 在過(guò)渡管與沖擊套筒之間在徑向形成第二環(huán)形流動(dòng)通路且第二環(huán)形流動(dòng)通路與第一環(huán)形流動(dòng)通路連通；到第一環(huán)形流動(dòng)通路的第二環(huán)形入口，其相對(duì)于流動(dòng)方向在第一環(huán)形入口的上游；第二環(huán)形入口具備多個(gè)第二流動(dòng)葉片，這些流動(dòng)葉片繞燃燒室襯套在周向布置以使通過(guò)第二環(huán)形入口進(jìn)入第一環(huán)形流動(dòng)通路的空氣渦旋，多個(gè)第二流動(dòng)葉片在燃燒室襯套與沖擊套筒之間在徑向延伸。在本發(fā)明的又一示范性但非限制性方面，提供一種渦輪燃燒室襯套組件，其包括 燃燒室襯套，其具有上游端和下游端；過(guò)渡管，其附連到襯套的下游端；第一流動(dòng)套筒，其包圍燃燒室襯套，且在它們之間具有第一徑向流動(dòng)通路；在流動(dòng)套筒的后端的到第一徑向流動(dòng)通路的第一環(huán)形入口，其具備多個(gè)在周向間隔開的成角度的流動(dòng)葉片，這些流動(dòng)葉片被布置成使經(jīng)由第一環(huán)形入口進(jìn)入第一徑向流動(dòng)通路的空氣渦旋；沖擊套筒，其包圍過(guò)渡管，在過(guò)渡管與沖擊套筒之間在徑向形成第二環(huán)形流動(dòng)通路且第二環(huán)形流動(dòng)通路與第一環(huán)形流動(dòng)通路連通；到第一環(huán)形流動(dòng)通路的第二環(huán)形入口，其相對(duì)于流動(dòng)方向在第一環(huán)形入口的上游；第二環(huán)形入口具備多個(gè)第二流動(dòng)葉片，這些流動(dòng)葉片繞第一環(huán)形流動(dòng)通路在周向布置以使通過(guò)第二環(huán)形入口進(jìn)入第一環(huán)形流動(dòng)通路的空氣渦旋；其中，多個(gè)第一流動(dòng)葉片在流動(dòng)套筒與環(huán)形聯(lián)接件之間在徑向延伸且與流動(dòng)套筒和環(huán)形聯(lián)接件接合，環(huán)形聯(lián)接件使流動(dòng)套筒附連到?jīng)_擊套筒上，沖擊套筒包圍過(guò)渡管；多個(gè)第二流動(dòng)葉片在燃燒室襯套與沖擊套筒之間在徑向延伸；以及，其中多個(gè)第一流動(dòng)葉片和多個(gè)第二流動(dòng)葉片中的每一個(gè)包括前端部和尾端部，前端部相對(duì)于進(jìn)入到第一環(huán)形流動(dòng)通路的流動(dòng)方向位于尾端部的上游?，F(xiàn)將結(jié)合下文所指出的附圖來(lái)描述本發(fā)明。


圖1是渦輪燃燒室襯套與過(guò)渡管組件的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性但非限制性的實(shí)施例的部分剖視的燃燒室襯套的透視圖且示出在流動(dòng)套筒與軸向相鄰的過(guò)渡件沖擊套筒之間的界面(interface)；圖3是從圖2所取得的放大細(xì)節(jié)圖；圖4是在圖2和圖3的流動(dòng)套筒/沖擊套筒界面處利用的葉片的平面截面；以及圖5是類似于圖3的細(xì)節(jié)，但示出替代但非限制性實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)參看圖1，其示出用于燃?xì)鉁u輪的燃燒室10。燃燒室10包括在燃燒室后端的燃燒器12、燃燒室襯套14和周圍流動(dòng)套筒16。過(guò)渡件或管18連接到襯套后端，且沖擊套筒 20包圍過(guò)渡件且連接到流動(dòng)套筒。應(yīng)了解包圍流動(dòng)套筒14和沖擊套筒20的區(qū)域被供應(yīng)壓縮機(jī)排放空氣，而壓縮機(jī)排放空氣流動(dòng)通過(guò)沖擊套筒20中的開口(未圖示)和流動(dòng)套筒中的開口 22，其中，壓縮機(jī)排放空氣在大體上軸向流動(dòng)方向被重新導(dǎo)向或反向流動(dòng)朝向軸向連接的環(huán)形通路26、28內(nèi)的燃燒室的后端。所供應(yīng)的空氣與燃燒器12中的燃料混合，且燃料/空氣混合物在襯套16內(nèi)燃燒。燃燒氣體流動(dòng)通過(guò)過(guò)渡件18到渦輪的第一級(jí)(未圖示)°如圖1所示，由箭頭對(duì)所示的壓縮機(jī)排放空氣在大體上徑向向內(nèi)的方向通過(guò)開口 22供應(yīng)。應(yīng)了解開口 22繞流動(dòng)套筒以在軸向和在周向間隔開的間隔設(shè)置。徑向噴射的空氣與通路觀中軸向流動(dòng)的流動(dòng)交叉。雖然徑向噴射的空氣向襯套提供沖擊冷卻，但交叉流動(dòng)導(dǎo)致能量?jī)魮p失。在另一布置(未圖示)中，提供空氣入口布置，其在大體上平行于環(huán)形通路中空氣流動(dòng)的方向?qū)⒖諝庖氲江h(huán)形通路觀內(nèi)。如已所提到的那樣，這種布置導(dǎo)致噴射流動(dòng)傾向于吸到通路的外壁(即，到流動(dòng)套筒的內(nèi)表面)上，所謂的科安達(dá)效應(yīng)的不合需要的表現(xiàn)， 這會(huì)不利地影響襯套14的沖擊冷卻?，F(xiàn)參看圖2，根據(jù)本發(fā)明的示范性但非限制性實(shí)施例的燃燒室30包括燃燒室襯套 32，燃燒室襯套32具有外表面，任選地具備多個(gè)湍流器，湍流器可呈淺肋狀物34的軸向間隔開的行的形式(示意性地示出)，如在圖3中更清楚地看出的那樣。襯套的后端36具備常規(guī)呼啦圈密封(hula seal)組件36，襯套由呼啦圈密封組件36與過(guò)渡件或過(guò)渡管40密封地接合，類似于圖1所示的過(guò)渡件18。燃燒室襯套32由流動(dòng)套筒38 (且在流動(dòng)套筒16中無(wú)冷卻孔)包圍且過(guò)渡件40 由沖擊套筒42包圍。流動(dòng)套筒38與沖擊套筒42由環(huán)形聯(lián)接件44連接，在圖3中最佳地看出。聯(lián)接件44在其后端具有鉤部46，鈞部46適于接合在沖擊套筒42上的徑向凸緣48。 聯(lián)接件44的相對(duì)端或前端50以下文所述的方式聯(lián)結(jié)到流動(dòng)套筒38的后端52。聯(lián)接件44的前端50由多個(gè)在周向間隔開的支柱M附連到流動(dòng)套筒的后端52，在示范性但非限制性實(shí)施例中，支柱M形成為空氣流動(dòng)葉片，空氣流動(dòng)葉片具有圖4所示的形狀(以平面圖)。葉片M被布置成使得其前端部陽(yáng)朝向如圖3所示的流動(dòng)，且尾端部 57在流動(dòng)的下游。在此示范性實(shí)施例中，尾端部57相對(duì)于襯套的軸向中心線以大約10° 與大約80°之間的角度延伸。對(duì)于此布置，在流動(dòng)套筒38和沖擊套筒42外部的壓縮機(jī)排放空氣經(jīng)由在流動(dòng)套筒的后端52與聯(lián)接件44的前端58之間的徑向空間自由流動(dòng)到燃燒室襯套32與流動(dòng)套筒38之間的通路56內(nèi)。但進(jìn)入此位置的空氣由成角度的葉片M迫使轉(zhuǎn)彎，導(dǎo)致空氣繞襯套渦旋。同時(shí)，類似配置的葉片60 (也示意性地示出)插置于沖擊套筒42的前端62與呼啦圈密封36附近的燃燒室襯套之間。這些葉片具有類似形狀且因此對(duì)在軸向流入到?jīng)_擊套筒42與過(guò)渡件40之間的通路內(nèi)的空氣具有渦旋作用。在這些情形下，在聯(lián)接件44與流動(dòng)套筒38之間的所有支承支柱實(shí)際上為流動(dòng)葉片M，流動(dòng)葉片是固定的(例如焊接)，且無(wú)個(gè)別調(diào)整能力。但在流動(dòng)葉片與固定徑向支柱組合(例如，交替)的那樣的情形下，可繞徑向延伸的樞軸銷64個(gè)別地或一起地調(diào)整流動(dòng)葉片54，如在圖3的虛線所示。通過(guò)使流動(dòng)葉片可調(diào)整，可根據(jù)需要改變渦旋程度。對(duì)于在沖擊套筒42與過(guò)渡件40之間延伸的流動(dòng)葉片60也能有這種相同的布置。還應(yīng)了解在襯套中的燃燒氣體將在給定方向中渦旋，根據(jù)氣體流動(dòng)在襯套壁中形成熱點(diǎn)。對(duì)于本發(fā)明，可調(diào)整的流動(dòng)葉片M允許冷卻空氣在與襯套內(nèi)氣體的渦旋方向相反的渦旋反向中成角度地流動(dòng)，從而促進(jìn)傳熱同時(shí)冷卻熱點(diǎn)。進(jìn)一步參看圖3，聯(lián)接件44可根據(jù)需要修改以(例如)相對(duì)于流動(dòng)套筒38的后端 52調(diào)整該聯(lián)接器的前端的徑向位置。如虛線所示，前端可偏移以增加或減小開口大小和因此的經(jīng)過(guò)葉片M且流到環(huán)形空間56的空氣體積。如圖5所示，聯(lián)接件68被配置成利用離散的在周向間隔開的管或傳遞元件72而使壓縮機(jī)排放空氣進(jìn)入環(huán)形空間70，經(jīng)過(guò)葉片54。這種布置允許通過(guò)改變繞襯套74圓周的管或傳遞元件71的大小(直徑)和數(shù)量而更好地控制進(jìn)入通路70的空氣體積。若需要，傳遞元件或管72可成角度以基本上匹配葉片M的尾端部57。 雖然結(jié)合目前被認(rèn)為是最實(shí)用且優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)了解本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，而是本發(fā)明預(yù)期涵蓋包括于所附權(quán)利要求的精神和范疇內(nèi)的各種修改和等效布置。
權(quán)利要求
1.一種渦輪燃燒室襯套組件，包括燃燒室襯套(32)，其具有上游端和下游端；過(guò)渡管(40)，其附連到所述燃燒室襯套(3 的下游端；流動(dòng)套筒(38)，其包圍所述燃燒室襯套(32)，且在所述燃燒室襯套(3 與所述流動(dòng)套筒(38)之間在徑向形成第一環(huán)形流動(dòng)通路；以及在所述流動(dòng)套筒(38)的后端的到所述第一環(huán)形流動(dòng)通路的第一環(huán)形入口，所述第一環(huán)形入口具備多個(gè)第一流動(dòng)葉片(M)，所述多個(gè)第一流動(dòng)葉片(54)繞所述第一環(huán)形流動(dòng)通路在周向布置以使進(jìn)入所述環(huán)形入口的空氣繞所述燃燒室襯套(3 渦旋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室襯套組件，其特征在于，所述多個(gè)第一流動(dòng)葉片(54) 在所述流動(dòng)套筒(38)與環(huán)形聯(lián)接件G4)之間在徑向延伸且與所述流動(dòng)套筒(38)和環(huán)形聯(lián)接件G4)接合，所述環(huán)形聯(lián)接件G4)將所述流動(dòng)套筒(38)附連到?jīng)_擊套筒(42)，所述沖擊套筒0 包圍所述過(guò)渡管GO)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室襯套組件，其特征在于，所述多個(gè)第一流動(dòng)葉片(54) 中的每一個(gè)包括前端部(5 和尾端部(57)，所述前端部(5 相對(duì)于進(jìn)入到所述第一環(huán)形入口的流動(dòng)方向位于所述尾端部(57)的上游。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室襯套組件，其特征在于，所述多個(gè)第一流動(dòng)葉片(54) 中的至少一些可繞相應(yīng)的徑向定向的樞軸線(64)調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室襯套，其特征在于還包括沖擊套筒(42)，所述沖擊套筒0 包圍所述過(guò)渡管(40)，在所述過(guò)渡管00)與所述沖擊套筒0 之間形成第二環(huán)形流動(dòng)通路，且所述第二環(huán)形流動(dòng)通路與所述第一環(huán)形流動(dòng)通路連通；到所述第一環(huán)形流動(dòng)通路的第二環(huán)形入口，所述第二環(huán)形入口相對(duì)于流動(dòng)方向在所述第一環(huán)形入口的上游；所述第二環(huán)形入口具備多個(gè)第二流動(dòng)葉片(60)，所述多個(gè)第二流動(dòng)葉片(60)繞所述燃燒室襯套(3 在周向布置，被布置成使通過(guò)所述第二環(huán)形入口進(jìn)入所述第一環(huán)形流動(dòng)通路的空氣渦旋。
6.一種渦輪燃燒室襯套組件，包括燃燒室襯套(32)，其具有上游端和下游端；過(guò)渡管(40)，其附連到所述襯套的下游端；第一流動(dòng)套筒(38)，其包圍所述燃燒室襯套(32)，且在所述第一流動(dòng)套筒(38)與所述燃燒室襯套(3 之間有第一徑向流動(dòng)通路；在所述流動(dòng)套筒(38)的后端的到所述第一徑向流動(dòng)通路的第一環(huán)形入口，所述第一環(huán)形入口具備多個(gè)在周向間隔開的成角度的流動(dòng)葉片(M)，所述成角度的流動(dòng)葉片(54) 被布置成使經(jīng)由所述第一環(huán)形入口進(jìn)入所述第一徑向流動(dòng)通路的空氣渦旋；沖擊套筒(42)，其包圍所述過(guò)渡管(40)，在所述過(guò)渡管00)與所述沖擊套筒G2)之間在徑向形成第二環(huán)形流動(dòng)通路，且所述第二環(huán)形流動(dòng)通路與所述第一環(huán)形流動(dòng)通路連通；到所述第一環(huán)形流動(dòng)通路的第二環(huán)形入口，所述第二環(huán)形入口相對(duì)于流動(dòng)方向在所述第一環(huán)形入口的上游；所述第二環(huán)形入口具備多個(gè)第二流動(dòng)葉片(60)，所述多個(gè)第二流動(dòng)葉片(60)繞所述燃燒室襯套(3 在周向布置以使通過(guò)所述第二環(huán)形入口進(jìn)入所述第一環(huán)形流動(dòng)通路的空氣渦旋，所述多個(gè)第二流動(dòng)葉片(60)在所述燃燒室襯套(3 與所述沖擊套筒G2)之間在徑向延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪燃燒室襯套組件，其特征在于，所述多個(gè)第一流動(dòng)葉片(54)在所述流動(dòng)套筒(38)與環(huán)形聯(lián)接件G4)之間在徑向延伸且與所述流動(dòng)套筒(38)和環(huán)形聯(lián)接件G4)接合，所述環(huán)形聯(lián)接件G4)將所述流動(dòng)套筒(38)附連到?jīng)_擊套筒(42)， 所述沖擊套筒0 包圍所述過(guò)渡管GO)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪燃燒室襯套組件，其特征在于，所述多個(gè)第一流動(dòng)葉片和多個(gè)第二流動(dòng)葉片(54，60)中的每一個(gè)包括前端部(5 和尾端部(57)，所述前端部(55)相對(duì)于進(jìn)入到所述第一環(huán)形流動(dòng)通路的流動(dòng)方向位于所述尾端部(57)的上游。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪燃燒室襯套組件，其特征在于，所述多個(gè)第一流動(dòng)葉片 (54)中的至少一些可繞相應(yīng)的徑向定向的樞軸線(64)調(diào)整。
10.一種渦輪燃燒室襯套組件，包括 燃燒室襯套(32)，其具有上游端和下游端； 過(guò)渡管(40)，其附連到所述襯套的下游端；第一流動(dòng)套筒(38)，其包圍所述燃燒室襯套(32)，且在所述第一流動(dòng)套筒(38)與所述燃燒室襯套(3 之間有第一徑向流動(dòng)通路；在所述流動(dòng)套筒(38)的后端的到所述第一徑向流動(dòng)通路的第一環(huán)形入口，所述第一環(huán)形入口具備多個(gè)在周向間隔開的成角度的流動(dòng)葉片(M)，所述成角度的流動(dòng)葉片(54) 被布置成使經(jīng)由所述第一環(huán)形入口進(jìn)入所述第一徑向流動(dòng)通路的空氣渦旋；沖擊套筒(42)，其包圍所述過(guò)渡管(40)，在所述過(guò)渡管00)與所述沖擊套筒G2)之間在徑向形成第二環(huán)形流動(dòng)通路，且所述第二環(huán)形流動(dòng)通路與所述第一環(huán)形流動(dòng)通路連通；到所述第一環(huán)形流動(dòng)通路的第二環(huán)形入口，所述第二環(huán)形入口相對(duì)于流動(dòng)方向在所述第一環(huán)形入口的上游；所述第二環(huán)形入口具備多個(gè)第二流動(dòng)葉片(60)，所述多個(gè)第二流動(dòng)葉片(60)繞所述第一環(huán)形流動(dòng)通路在周向布置以使通過(guò)所述第二環(huán)形入口進(jìn)入所述第一環(huán)形通路的空氣渦旋；其中，所述多個(gè)第一流動(dòng)葉片(54)在所述流動(dòng)套筒(38)與環(huán)形聯(lián)接件04)之間在徑向延伸且與所述流動(dòng)套筒(38)和環(huán)形聯(lián)接件G4)接合，所述環(huán)形聯(lián)接件G4)將所述流動(dòng)套筒(38)附連到?jīng)_擊套筒(42)，所述沖擊套筒0 包圍所述過(guò)渡管GO)；所述多個(gè)第二流動(dòng)葉片(60)在所述燃燒室襯套(3 與所述沖擊套筒0 之間在徑向延伸；并且所述多個(gè)第一流動(dòng)葉片和多個(gè)第二流動(dòng)葉片(54，60)中的每一個(gè)包括前端部和尾端部，所述前端部相對(duì)于進(jìn)入到所述第一環(huán)形流動(dòng)通路的流動(dòng)方向位于所述尾端部的上游。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及在燃燒室流動(dòng)套筒中的成角度的葉片。其中，一種渦輪燃燒室襯套組件包括燃燒室襯套(32)，其具有上游端和下游端；過(guò)渡管(40)，其附連到燃燒室襯套(32)的上游端；第一流動(dòng)套筒(38)，其包圍燃燒室襯套(32)，且在第一流動(dòng)套筒(38)與燃燒室襯套(32)之間有第一徑向流動(dòng)通路；以及，在流動(dòng)套筒(38)的后端的第一環(huán)形入口，該入口具備多個(gè)在周向間隔開的成角度的流動(dòng)葉片(54)，該成角度的流動(dòng)葉片(54)被布置成使經(jīng)由環(huán)形入口進(jìn)入第一徑向流動(dòng)通路的空氣渦旋。
文檔編號(hào)F23R3/58GK102192525SQ20111005965
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者S·富爾赫爾, 陳偉 申請(qǐng)人:通用電氣公司