燃燒器冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于旋轉(zhuǎn)機(jī)器(優(yōu)選燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī))的內(nèi)部冷卻燃燒器渦輪界面。
[0002]本發(fā)明基本上涉及燃?xì)鉁u輪的燃燒器的過渡件，其包括沖擊冷卻區(qū)、具有至少一個冷卻布置的連續(xù)設(shè)置的襯套、相對于連續(xù)設(shè)置的襯套的閉合板，其中連續(xù)設(shè)置的襯套具有冷卻通道結(jié)構(gòu)，其中冷卻通道結(jié)構(gòu)形成閉環(huán)冷卻方案或準(zhǔn)閉環(huán)冷卻方案，并且其中冷卻通道結(jié)構(gòu)操作性地連接于冷卻介質(zhì)以冷卻連續(xù)設(shè)置的襯套的至少一部分。
【背景技術(shù)】
[0003]對于選定的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)構(gòu)件(尤其是燃燒器渦輪界面中的)的已知慣例在于通過來自壓縮機(jī)排出口的放氣供應(yīng)冷卻內(nèi)部空氣。需要此類冷卻將燃燒器構(gòu)件溫度保持在它們由其構(gòu)成的材料的工作范圍內(nèi)。
[0004]參照EP2230456A2的圖1和2，典型的燃?xì)鉁u輪包括過渡件，通過該過渡件，來自由燃燒器襯套代表的上游燃燒器的熱燃燒氣體傳至以標(biāo)號14代表的渦輪的第一級。來自燃?xì)鉁u輪壓縮機(jī)的流離開軸向擴(kuò)散器，并且進(jìn)入到壓縮機(jī)排放箱中。大約50%的壓縮機(jī)排放空氣穿過沿且繞著過渡件沖擊套筒形成的孔口，用于在過渡件與徑向外過渡件沖擊套筒之間的環(huán)形區(qū)或環(huán)帶(或第二流動環(huán)帶)中流動。剩下的大約50%的壓縮機(jī)排放流進(jìn)入上游燃燒襯套冷卻套筒的流動套筒孔中，并且進(jìn)入冷卻套筒與襯套之間的環(huán)帶中，并且最終與環(huán)帶中的空氣混合。該組合的空氣最終與燃燒室中的燃?xì)鉁u輪燃料混合。
[0005]根據(jù)EP2230456A2的圖4，各個樁(stub)可包括大致環(huán)繞冷卻孔設(shè)置的一個或多個冷卻通路。冷卻通路優(yōu)選在對應(yīng)于穿過襯套的熱氣流方向(由箭頭標(biāo)號56代表)的方向上關(guān)于冷卻孔的軸線(由箭頭標(biāo)號54代表)成角度[α]定向。即，如圖4中所示，冷卻通路關(guān)于冷卻孔的軸線成角，以使穿過冷卻通路的冷卻空氣在與穿過襯套的熱氣流方向相同的方向上至少具有方向分量。利用成角的冷卻通路，優(yōu)選的是包括穿過樁的兩排成角通路，以將熱氣體推離襯套壁。角可為高達(dá)大約30°的任何角，超過該任何角，流過冷卻通路的空氣可具有將熱氣體推離襯套壁的困難。
[0006]大體上，較高的發(fā)動機(jī)氣體溫度導(dǎo)致提高的冷卻放氣要求，導(dǎo)致降低的循環(huán)效率和增大的排放水平。迄今為止，有可能以相對低的成本改進(jìn)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計以最小化冷卻流。在未來，發(fā)動機(jī)溫度將升高到需要具有復(fù)雜的冷卻特征以保持少冷卻流的水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)閉環(huán)冷卻方案或準(zhǔn)閉環(huán)冷卻，以冷卻燃燒渦輪界面的至少一個燃燒器。
[0008]本發(fā)明的基本設(shè)想包括以下事實:圍繞燃燒過程旁通的任何空氣從燃?xì)鉁u輪排放觀點來看是危險的。渦輪入口溫度為發(fā)動機(jī)性能的驅(qū)動溫度。未參與燃燒過程的泄漏和冷卻空氣必須由較高火焰溫度補(bǔ)償以實現(xiàn)相同的渦輪入口溫度。
[0009]典型地，在過渡件與渦輪入口之間的渦輪界面處的冷卻構(gòu)想使用冷卻空氣，該冷卻空氣直接地噴射到熱氣體路徑中。因此，此類冷卻構(gòu)想的排放相比于閉環(huán)冷卻構(gòu)想是較高的。在燃燒器與渦輪入口之間的渦輪界面處實現(xiàn)閉環(huán)冷卻構(gòu)想涉及根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明步驟。
[0010]基本上，發(fā)明的構(gòu)想包括以下特征:近壁冷卻通道在如圖1中指示的畫框的界面(也稱為閉合板)處施加于過渡件的壁中。冷卻通道可鉆取或侵蝕，或者冷卻路徑可通過SLM(選擇性激光熔化)來產(chǎn)生，或可通過在界面處硬釬焊在一起的多層設(shè)計來實現(xiàn)。提出的冷卻路徑通過產(chǎn)生至外燃燒器空氣倉室的這些近壁冷卻通道的開口和至沖擊室內(nèi)的空間的開口來實現(xiàn)。以蛇形方式延伸的獨立冷卻通道經(jīng)由在閉合板中鉆取的槽口連接。利用該布置，關(guān)于冷卻通道的驅(qū)動壓降可產(chǎn)生以驅(qū)動(多種)冷卻介質(zhì)，而不如以下示出的附圖中指示地直接泄漏到燃燒室中。
[0011]本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于冷卻過程采用自動恢復(fù)特性的事實。在渦輪燃燒器的過渡件與閉合板之間的接結(jié)失去的情況下，冷卻介質(zhì)將噴到燃燒室中。構(gòu)件的壽命將不受到危及或自我危及，因為冷卻系統(tǒng)將不停下來。對于獨立開口的局部堵塞也同樣如此，因為閉合板中的槽口將允許系統(tǒng)將一些冷卻介質(zhì)再分配到相鄰的通道中。
[0012]在閉合板的一側(cè)上，通道在彼此之間再分配冷卻，主動地連接于環(huán)形空間(可選地形成為凹口)，并且凹口可選包括沿周向方向的至少一個腔。
[0013]使得有可能的是，提到的腔還包括至少一個孔口，通過該至少一個孔口檢查凹口的內(nèi)部?？卓谝匀缦路绞酱_定大小使得其同時形成用于容納在冷卻介質(zhì)中的灰塵或污垢顆粒的灰塵排出孔口?！ɑ覊m排出孔口 〃在這里理解為構(gòu)件的壁中的孔口，借助于其，夾帶在冷卻介質(zhì)中的顆粒由于它們的慣性從構(gòu)件的內(nèi)部露出。因此，灰塵排出孔口必須不可避免地布置在指引冷卻介質(zhì)的環(huán)形空間的偏轉(zhuǎn)處，或在對應(yīng)偏轉(zhuǎn)處從該環(huán)形空間分叉的灰塵腔的端部處。此類灰塵排出孔口已經(jīng)在流動機(jī)器的構(gòu)件中使用，以便防止之前的冷卻通道路徑的堵塞。與冷卻空氣一起進(jìn)入的顆粒由于冷卻力而直接沿直線徑向地傳送至該腔和該灰塵排出孔口或孔，而幾乎無污垢的空氣可毫無問題地進(jìn)入其它蛇形通道。因此，灰塵顆粒通過該灰塵排出孔口或該灰塵孔指引出腔，以使冷卻空氣開孔不可由灰塵顆粒阻塞?；覊m孔可滿足灰塵排出孔口的功能，或者該灰塵排出孔口通過適當(dāng)確定大小(特別是擴(kuò)大)可用作檢查進(jìn)入孔口?；覊m排出孔口這里在尺寸和位置兩者上設(shè)計成使得灰塵被有利地排出，并且另外，具有足夠直徑的孔口形成，以便能夠通過該孔口引入開孔范圍(bore-scope)。為了能夠檢查這些布置，甚至在機(jī)器的嵌入狀態(tài)中，如果檢查工具將引入在燃?xì)鉁u輪的熱氣體路徑中，則這些檢查和灰塵排出孔口將近似平行于機(jī)器軸線布置。如果檢查工具將沿徑向引入到機(jī)器中，則布置末端處的位置更有利，其中檢查和灰塵排出孔口沿機(jī)器軸線的徑向延伸。通過同一個孔口中的灰塵排出和檢查功能的根據(jù)本發(fā)明的組合，避免了不必要的孔口，該不必要的孔口可導(dǎo)致冷卻介質(zhì)的非期望損失，并且因此帶來了效率損失。
[0014]冷卻介質(zhì)的到?jīng)_擊冷卻過程中的以上提到的最終引入對于渦輪的整體冷卻構(gòu)想是有利的:來自冷卻通道的廣泛的熱消耗或準(zhǔn)消耗冷卻空氣還可用于增大由于橫向動量而產(chǎn)生的沖擊冷卻的效果。
[0015]有利的沖擊冷卻包括用于壁部分的擋板冷卻，其中首先，橫穿射流方向的冷卻介質(zhì)的溢流不削弱射流效果。這借助于許多擋板管來實現(xiàn)，該許多擋板管與它們的入口一起布置在平面上的區(qū)域之上或彎曲載體之上，并且定向成它們的出口朝向待冷卻的壁部分，載體布置成離壁部分一距離。第二，通過該區(qū)中的冷卻介質(zhì)的軸向入流，實現(xiàn)了在撞擊之后偏轉(zhuǎn)的擋板射流現(xiàn)在可在擋板管出口與位于對應(yīng)于擋板管的長度的距離處的載體之間的自由空隙中無阻地溢流。
[0016]本規(guī)定的優(yōu)點尤其在以下中看到:現(xiàn)在實現(xiàn)了具有最小可能的量的冷卻介質(zhì)和具有低壓降的強(qiáng)冷卻。這繼而給予了實施具有擴(kuò)大的膜區(qū)域的經(jīng)典擋板膜布置的可能性。接著，膜孔排在循環(huán)流動(flow-round)構(gòu)件的情況中可布置在具有較低外部壓力的位置處。
[0017]此外，如果冷卻介質(zhì)在閉合回路中循環(huán)，則可帶來較高的冷卻壓力，結(jié)果在于可增大熱傳遞系數(shù)。在蒸汽用作冷卻介質(zhì)時，尤其是這樣的情況，這在組合裝置(installat1n)中變得可能。其優(yōu)點在于，冷卻介質(zhì)的較高壓力接著在給送泵(替代壓縮機(jī))的能量方面有利地生成。
[0018]通過基于通道中的冷卻空氣流的方向引入隙透冷卻，上述閉環(huán)冷卻可按需要轉(zhuǎn)變成半閉環(huán)冷卻。
[0019]布置包括使來自焚燒器壁外側(cè)的冷卻空氣流過焚燒器壁中的隙透孔而進(jìn)入燃燒室的內(nèi)部中。此外，在焚燒器壁外側(cè)上的冷卻空氣可借助于偏轉(zhuǎn)元件沿其流動方向偏轉(zhuǎn)。
[0020]因此，冷卻空氣以定向方式借助于偏轉(zhuǎn)元件在焚燒器壁外側(cè)上沿其流動方向偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)元件在通道旁邊的分布式布置中。結(jié)果，隙透冷卻可實際上〃定制"，以便加強(qiáng)燃燒室的指定區(qū)域中的其效果。偏轉(zhuǎn)元件的使用實現(xiàn)了所噴的隙透冷卻空氣的方向的極大改進(jìn)的調(diào)整。結(jié)果，燃燒室內(nèi)的流動狀態(tài)優(yōu)化，這在考慮反