熱自由襯套固持機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及一種用于改進(jìn)燃燒襯套安裝系統(tǒng)中的機(jī)械和熱應(yīng)力的系統(tǒng)及方法。更具體而言，提供了安裝系統(tǒng)中的改進(jìn)，其補(bǔ)償定位在燃燒區(qū)附近的安裝系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了減少來自氣體供能的渦輪的污染排放量，政府機(jī)構(gòu)頒布了要求減少氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的量的許多法規(guī)。較低的燃燒排放通?？蓺w因于更有效的燃燒過程，具體關(guān)于燃料噴射器的位置和混合有效性。
[0003]早期的燃燒系統(tǒng)使用燃燒區(qū)近側(cè)的擴(kuò)散類型的噴嘴，其中燃料與燃料噴嘴外的空氣通過擴(kuò)散混合。由于燃料和空氣在高溫下化學(xué)計(jì)量地焚燒來保持足夠的燃燒器穩(wěn)定性和低燃燒動(dòng)力的事實(shí)，故擴(kuò)散類型的噴嘴產(chǎn)生高排放。
[0004]燃燒技術(shù)中的增強(qiáng)在于使用預(yù)混，使得燃料和空氣在燃燒之前混合來形成均勻混合物，其在低于擴(kuò)散類型的火焰的溫度下焚燒，并且產(chǎn)生較低的NOx排放。預(yù)混可在燃料噴嘴內(nèi)或其外發(fā)生，只要其在燃燒區(qū)的上游。圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)混燃燒器中使用的燃燒襯套的實(shí)例。燃燒襯套100大體上為圓筒形，并且包括入口端102和相對的出口端104。多個(gè)燃料噴嘴(未示出)定位在入口端102處，用于將燃料噴射到燃燒襯套100中以與壓縮空氣混合，并且形成燃料空氣預(yù)混物。該預(yù)混物接著點(diǎn)燃并且焚燒來形成用于接著驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪的熱燃燒氣體，并且提供用于推進(jìn)功率的推力或用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的機(jī)械能。
[0005]用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)可帶來多種構(gòu)造。大體上，為了論述的目的，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括低排放燃燒器，如本文中公開的那些，并且可布置成圍繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的筒環(huán)形構(gòu)造。一種類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，重型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī))可典型地設(shè)有但不限于六到八獨(dú)立的燃燒器，燃燒器中的各個(gè)具有殼體、流動(dòng)套筒、燃燒襯套、燃料噴嘴和端蓋。
[0006]為了調(diào)節(jié)提供至低排放燃燒器的空氣量，流動(dòng)套筒110定位成圍繞燃燒襯套100，如圖2中的局部截面中所示。更具體而言，燃燒襯套100沿徑向定位在流動(dòng)套筒110內(nèi)，而流動(dòng)套筒110沿徑向定位在燃燒器殼體112內(nèi)。流動(dòng)套筒110通過前凸緣114裝固在殼體112內(nèi)的軸向位置，前凸緣114位于殼體凸緣116內(nèi)。然而，類似于流動(dòng)套筒110，燃燒襯套100也必須裝固在適當(dāng)?shù)妮S向位置，使得燃料噴嘴和其它匹配硬件(未示出)適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉谌細(xì)獾溳喨紵鲀?nèi)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)的燃燒系統(tǒng)試圖以多種方式將燃燒襯套100定位和裝固就位。例如，參照圖1-3，裝固流動(dòng)套筒中的燃燒襯套的常用技術(shù)用于襯套，以包括多個(gè)T形凸片118，其從燃燒襯套100沿徑向向外延伸，并且收納在對應(yīng)的流動(dòng)套筒柱120的槽口內(nèi)。然而，如可在圖3中看到的，該技術(shù)包括裝固于燃燒襯套100的外壁的厚的T形襯套凸片118，并且此類厚凸片設(shè)計(jì)由于其幾何形狀、各個(gè)凸片上的負(fù)載量，以及施加用于凸片與燃燒襯套之間的連結(jié)的焊接技術(shù)而導(dǎo)致高熱和機(jī)械應(yīng)力。類似的T形類型的襯套凸片118顯示在圖4中的備選燃燒襯套的外表面上。
[0008]圖5和圖6中繪出了用于裝固流動(dòng)套筒中的燃燒襯套的備選現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)。在圖5中，現(xiàn)有技術(shù)的燃燒襯套500以透視圖示出，并且包括四個(gè)等距間隔開的襯套凸片502。在該燃燒系統(tǒng)中，由于燃料空氣混合和燃燒的構(gòu)造，故襯套凸片502由于襯套凸片502位于燃燒區(qū)的徑向外側(cè)而經(jīng)受高操作溫度和高熱應(yīng)力。襯套凸片502在圖6中更詳細(xì)示出。襯套凸片502具有大體上草叉形狀，包括倒轉(zhuǎn)的大體上U形部分504和凸片延伸部506。大體上U形部分504沿接頭508焊接于燃燒襯套500。如上文參照圖1_4所述，該現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)試圖從燃燒襯套除去厚的襯套凸片部分。然而，不管這些設(shè)計(jì)變化，接頭508經(jīng)歷燃燒襯套500中的最高操作應(yīng)力中的一些。此類高應(yīng)力至少部分地由于襯套凸片502的剛度。
[0009]因此，必要的是識(shí)別設(shè)計(jì)備選方案，其滿足燃燒襯套和流動(dòng)套筒界面的機(jī)械和熱負(fù)載狀態(tài)，使得燃燒襯套可裝固在其適當(dāng)位置并且不經(jīng)受故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明公開了一種具有用于將燃燒襯套裝固在燃?xì)鉁u輪燃燒器內(nèi)的改進(jìn)的器件的燃燒襯套。本文中公開的裝固器件導(dǎo)致了燃燒襯套的較低操作應(yīng)力和提高的耐久性。
[0011]在本發(fā)明的實(shí)施例中，公開了一種大體上圓筒形的燃燒襯套，其具有內(nèi)壁、外壁、入口端和相對的出口端，以及圍繞外壁定位的多個(gè)支承凸片組件。支承凸片組件中的各個(gè)包括從燃燒襯套的外壁沿徑向向外延伸的兩個(gè)平行的襯套凸片。
[0012]在本發(fā)明的備選實(shí)施例中，公開了一種用于將燃燒襯套裝固在燃?xì)鉁u輪燃燒器中的支承系統(tǒng)。支承系統(tǒng)包括從燃燒襯套的外壁沿徑向向外延伸的多個(gè)襯套凸片對。襯套凸片裝固于襯套外壁，并且通過襯套凸片間隔開，并且定位成離燃燒襯套入口沿軸向有一距離，使得襯套凸片在燃燒襯套中的燃燒區(qū)的徑向外側(cè)。
[0013]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，公開了一種減小燃燒襯套與其襯套支承組件之間的界面處的熱應(yīng)力的方法。該方法提供了將多個(gè)襯套支承組件裝固于燃燒襯套的外壁的方式，其中各個(gè)襯套支承組件包括從燃燒襯套沿徑向向外延伸且間隔開一距離的兩個(gè)平行的襯套凸片。
[0014]本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)和特征將在以下描述中部分地闡明，并且將在本領(lǐng)域技術(shù)人員查閱下文時(shí)部分地變得顯而易見，或者可從本發(fā)明的實(shí)踐學(xué)習(xí)。現(xiàn)在將具體參照附圖來描述本發(fā)明。
【附圖說明】
[0015]下文參照附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明，在附圖中:
圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃燒襯套的透視圖。
[0016]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)鉁u輪燃燒器的局部截面視圖。
[0017]圖3為現(xiàn)有技術(shù)的圖2的燃?xì)鉁u輪燃燒器的備選視圖。
[0018]圖4為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的備選實(shí)施例的燃燒襯套的透視圖。
[0019]圖5為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的又一個(gè)備選實(shí)施例的燃燒襯套的透視圖。
[0020]圖6為圖5的現(xiàn)有技術(shù)的燃燒襯套的一部分的詳細(xì)透視圖。
[0021]圖7為其中使用了本發(fā)明的實(shí)施例的低排放燃?xì)鉁u輪燃燒器的截面視圖。
[0022]圖8為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的穿過圖7的燃?xì)鉁u輪燃燒器截取的截面。
[0023]圖9為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖8的一部分的詳細(xì)截面視圖。
[0024]圖10為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的燃燒襯套的透視圖。
[0025]圖11為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖10的燃燒襯套的一部分的詳細(xì)透視圖。
[0026]圖12為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖10的燃燒襯套的一部分的詳細(xì)俯視立面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]通過參照，本申請并入了美國專利號(hào)6，935，116,6, 986，254,7, 137，256、7，237，384,7, 513，115,7, 677，025 和 7，308，793 的主題。
[0028]現(xiàn)在將具體參照圖7-12來詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例?，F(xiàn)在參照圖7，繪出了用于低排放燃?xì)鉁u輪燃燒器750的燃燒襯套700。參照圖10，燃燒襯套700大體上為圓筒形，并且具有內(nèi)壁702、通過襯套壁厚與內(nèi)壁702分開的外壁704。為了補(bǔ)償燃燒襯套的升高的操作溫度，內(nèi)壁702的一部分可涂覆有大體上包括聯(lián)結(jié)涂層和陶瓷頂部涂層的熱障涂層O
[0029]燃燒襯套700還具有入口端706和相對的出口端708。多個(gè)突出的表面710沿燃燒襯套的外壁704定位，并且沿徑向向外延伸。在圖10-12中更詳細(xì)示出的突出表面710提供了外壁704的增大的總表面面積，以便提高可用于由沿外壁704經(jīng)過的壓縮空氣冷卻的燃燒襯套的可用表面面積。能夠冷卻的總表面面積的增大改進(jìn)了橫跨燃燒襯套700的厚度的熱傳遞。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的，突出的表面710還用于〃阻擋〃經(jīng)過的空氣流或干擾空氣流型，以便改進(jìn)冷卻效率。突出表面710的尺寸和形狀可取決于燃燒襯套700的冷卻要求來變化。對于圖10-12中所示的本發(fā)明的實(shí)施例，突出表面710大體上為三角形，使得突出表面710的徑向最外點(diǎn)具有大于外壁704的直徑。然而，突出表面710可具有包括圓形、正方形或矩形的備選形狀。突出表面沿需要最大冷卻效率的燃燒襯套700的長度延伸。
[0030]燃燒襯套700還包括多個(gè)支承凸片組件712。在圖8中更詳細(xì)示出的支承凸片組件712圍繞燃燒襯套700的外壁704定位。支承凸片組件中的各個(gè)包括兩個(gè)平行的襯套凸片714，其間隔開一切向距離，裝固于外壁704，并且從外壁704沿徑向向外延伸。作為優(yōu)選，三個(gè)支承凸片組件712圍繞燃燒襯套700的外壁704間隔大約120度的間距。
[0031]如圖10中所繪，多個(gè)突出的表面710沿燃燒襯套700的大部分軸向距離延伸。然而，如圖11和12中所示，在支承凸片組件712的燃燒襯套700的區(qū)域中，多個(gè)突出的表面中斷來產(chǎn)生外壁704的光滑區(qū)705，或沒有突出表面710的燃燒襯套外壁的區(qū)。
[0032]燃燒襯套提