CN100520185C - 具有自由浮动旋流器的燃气涡轮发动机的燃烧器拱顶组件 - Google Patents

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Abstract

一种具有穿过它的纵向中心轴线(12)的燃气涡轮发动机的燃烧器拱顶组件(10)，它包括：一个在其上形成的具有一个内部分(30)、一个外部分(32)、一个前表面(34)和多个沿圆周间隔的孔(36)的环形拱顶板(20)，其中，在每一个相邻的孔(36)之间形成一个径向区(37)；与所述拱顶板(20)的所述外部分(32)连接的一个环形外罩(38)；与所述的拱顶板(20)的所述内部分(30)连接的一个环形内罩(44)；和设置在所述拱顶板(20)的所述前表面(34)和所述内罩和外罩(44，38)之间的，基本上与所述拱顶板(20)的每一个所述孔(36)对准的旋流器(26)；所述旋流器(26)包括一个前部分(50)和一个后部分(52)；其中，将每一个所述旋流器(26)，还包括一个前部分(50)和一个后部分(52)，并且由位于其上游的至少一个接片件(54/5856/60)保持，可在径向和轴向方向移动。

Description

具有自由浮动旋流器的燃气涡轮发动机的燃烧器拱顶组件
技术领域
本发明总的涉及一种燃气涡轮机的燃烧器拱顶组件，尤其涉及一种具有多个自由浮动的旋流器的燃烧器拱顶组件。该旋流器保持在拱顶板和内罩与外罩之间的位置上，使每一个旋流器都可容纳一个燃料喷嘴，并可以和该喷嘴一起在径向和轴向移动。
背景技术
在燃气涡轮机的燃烧器技术中众所周知，拱顶部分与内外衬里结合，用于形成燃烧室的边界。燃料和空气的混合物在这种燃烧室中点火和燃烧，使其产物对涡轮的叶片作用，并通过一个或多个轴产生功。环形的燃烧器拱顶可将多个混合器安置在圆周上，使燃料/空气混合物进入该燃烧室中。
燃气涡轮燃烧器一般需要一个浮动的套圈或第一级的旋流器，以防止空气泄漏至燃烧器中，和使燃烧器，燃烧壳体和燃料喷嘴的热量增加。这个要求可通过将一个次级旋流器或垫片铜焊在该拱顶中，并使用一个焊接的座圈将该浮动套圈或第一级旋流器保持在规定位置来实现。这种零件的位置对燃烧器的性能和功能是关键性的。这种结构的例子公布在Patterson等人的美国专利6427435号和Howell等人的美国专利6314739号中。
虽然，通常的燃烧器结构在旋流器罩之间有足够的空间可安装零件，以增强该双环板结构(例如，加入肋，冷却孔等)，但目前的燃烧器设计仍有一些几何形状限制，这些燃烧器结构以稀薄燃烧运转以减少排放量。如Pritchard Jr.等人的美国专利6381964号所述，一个特殊的燃料/空气混合器结构包括一个内部包含一个前置混合器的燃料喷嘴。该燃料喷嘴放在一个主混合器内。因此，该燃料喷嘴和它所带的相应的旋流器组件的尺寸比先前使用的结构大大增加，从而减小了相邻的旋流器盖之间的距离。使用直径较大的环形的拱顶板会增加发动机的重量，并要求改造与它接合的零件。这样，要增大拱顶板中的孔，从而减小相邻的孔之间的圆周距离。
考虑上述问题，希望开发一种可使相邻的旋流器盖之间的间隔距离为最小的燃烧器拱顶组件。还希望能简化这种燃料室拱顶组件的结构，减小保持其功能所需的零件数量，同样希望改善其生产性能，维修性能和工作性能。
发明概述
在本发明的第一个示例性实施例中，公开了一种具有穿过它的纵向中心轴线的燃气涡轮机的燃烧器拱顶组件。该燃烧器拱顶组件包括：
一个在其上形成的具有一个内部分，一个外部分，一个前表面和多个沿圆周间隔的孔的环形拱顶板，其中，在每一个相邻的孔之间形成一个径向区；还包括：
与所述拱顶板的所述外部分连接的一个环形外罩；
与所述的拱顶板的所述内部分连接的一个环形内罩；和
设置在所述拱顶板的所述前表面和所述内罩和外罩之间的，基本与所述拱顶板中的每一个所述孔对准的旋流器；所述旋流器包括一个前部分和一个后部分；
每一个所述旋流器还包括一个前部分和一个后部分，并且由设置在其上游的至少一个接片件保持，以便沿径向和轴向可移动。
在本发明的第二个示例性实施例中提供了一种具有穿过它的纵向中心轴线的燃气涡轮机燃烧器的环形罩，所述燃烧器包括：一个在其上形成的具有一个内部分，一个外部分，一个前表面和多个沿圆周间隔的孔的环形拱顶板；包括：
与所述拱顶板的所述内、外部分中的一个部分连接的一个下游端；
处于所述拱顶板的所述前表面的上游的一个上游端；和
多个沿圆周间隔的，从所述上游端的一个内表面延伸的接片件；
其中，所述接片件用于将相应的旋流器以自由浮动方式保持在所述罩和所述拱顶板之间，同时保持基本上与所述拱顶板中的所述孔中的一个孔对准。
附图简述
图1为包括本发明的一个燃烧器拱顶组件的燃气涡轮机燃烧器的横截面图；
图2为图1所示的燃烧器拱顶组件的放大的部分横截面图；
图3为图1和图2所示的燃烧器拱顶组件的内外罩的放大的部分后视图；
图4为图1和图2所示的燃烧器拱顶组件的旋流器和内外罩的放大的部分后视图；
图5为图1和图2所示的燃烧器拱顶组件的拱顶板的放大的部分后视图；
图6为本发明的燃烧器拱顶组件的另一个实施例的放大的部分横截面图。
发明详述
现详细地参照附图，其中附图中相同的零件用相同的符号表示。图1表示纵向中心轴线12穿过它的一个示例性燃气涡轮机的燃烧器10。燃烧器10包括一个由外衬里16，内衬里18和位于上游端的一个拱顶板20构成的燃烧室14。在该拱顶板20内，在圆周上有多个燃料/空气混合器22彼此隔开配置，以便将燃料和空气的混合物送入该燃烧室14中。该混合物在该燃烧室中内一个点火器(没有示出)点火，并形成燃烧气体，用于驱动在下游的一个或多个涡轮。更具体地说，每一个空气/燃料混合器22包括一个燃料喷嘴24，一个旋流器26和一个偏转板28。
更具体地说，拱顶板20是圆形的，并包括一个内部分30，一个外部分32，一个向前的表面34和多个沿圆周间隔的孔36(见图5)。因此，在该拱顶板20上每一个相邻的孔36之间形成一个径向区37。在下游端39，一个环形的外罩38利用多个连接装置40(例如螺钉和螺母)固定该拱顶板20的外部分32上，以及外衬里16上。同样，在下游端45，利用多个连接装置46(螺钉和螺母)，将一个环形的内罩44固定在拱顶板20的内部分30以及内衬里18上。
每一个旋流器26分别放在该拱顶板20的前表面34和外罩38和内罩44的上游端47和49之间，基本上与拱顶板20的孔36对准。另外，每一个旋流器26包括一个前部分50和一个后部分52。旋流器26不固定或连接在空气/燃料混合器22的任何其他零件上，但可以在径向和轴向方向上，相对于通过每一个孔36的中心轴线53自由浮动。每一个旋流器26包括叶片48，其排列方向可以在相对于中心轴线53的基本上径向方向上形成旋涡。
希望旋流器26保持在该拱顶板20和罩的上游端47和49之间的位置上，以便可以容纳燃料喷嘴24。因此，在每一个旋流器26的上游设有至少一个接片件，以便将该旋流器的径向和轴向移动限制至预先确定的量。最好，第一个接片件54和第二个接片件56位于每一个旋流器26的上游，分别在近似的径向外部位置和径向内部位置上。从图1～4可看出，第一个接片件54与一个外罩38的表面35相对应。同样，第二个接片件56与内罩44的表面43相对应。在这种情况下，第一和第二个接片件54和56可以与其相应的罩连接(例如，通过铜焊等)，和/或与它们作成一个整体(通过锻造和机械加工)。接片件54和56及其间的间隔的存在起到分别使罩38和44失谐的作用，从而改善其频率范围。
从图2和图3可清楚地看出，第一个接片件54和第二个接片件56分别包括一个轴向表面62和64，用于容纳由旋流器的前部分50引起的一个预定量的径向增大和移动。第一和第二个接片件54和56还分别包括与拱顶板相应的和与拱顶板的前表面34隔开一个预先确定的量的径向表面66和68，用于容纳由旋流器26引起的轴向增大和移动。该轴向移动的量受限制，以防止旋流器26楔入与其相应的拱顶板孔36不对准的位置中。这样，旋流器的前部分50最好包括一个径向法兰70，该法兰可在第一和第二个接片54和56的轴向表面62和64之间移动，并与径向表面66和68接合。旋流器的前部分50还包括一个轴向部分72，它的内表面73上可容纳燃料喷嘴24。
另外，从图6可看出，单独的接片件58可以通过连接器40与拱顶板的外部分32，外衬里16和外罩的下游端39连接。同样，接片件60可以通过连接器46与拱顶板的内部分30，内衬里18和内罩下游端45连接。如上所述，接片件58和60中的每一个接片件，相对于接片件54和56，分别包括一个轴向表面59和61，以及一个径向表面63和65。
旋流器的后部分52包括一个法兰74，该法兰可以沿着拱顶板的前表面34的凸台部分75在径向滑动。唇部76与法兰74连接，并且基本上与法兰74垂直，使它基本上与中心轴线53平行。该唇部76向着该拱顶板的前表面34的后面延伸，与偏转板28接合，以限制该旋流器的后部分52的径向移动。
燃料喷嘴24为在Pritchard Jr.等人的美国专利6381964号中所述的形式，这里引用该专利供参考。燃料喷嘴24比一般的燃料喷嘴大，因此要求该拱顶板20中的孔较大。自由浮动的旋流器26的一个特点是，在燃气涡轮机工作过程中，可以与燃料喷嘴24一起移动。另外，当插入燃料喷嘴24时，可以调整旋流器26。为此，接片件54和56与燃料喷嘴24有一定间隙。
本发明的燃烧器拱顶组件还有其他的优点。例如，由于在每一个旋流器中取消了铜焊和焊接工序，因此燃烧器拱顶组件的生产性改善。另外，加强了偏转板28与拱顶板20的铜焊连接的检查。由于在燃烧器拱顶组件中的零件数量减少，因此，旋流器26的维修性能改善。因为通过连接器40和46，拧开罩38或44中的一个罩就可简单地取下旋流器26，因此，进行维修等工作所需的时间和努力可以减少。
已经说明了本发明的优选实施例，在不偏离本发明的范围下，普通技术人员可通过适当的改进来完成对该燃烧器和其拱顶的修改。
零件清单
10   燃气涡轮机燃烧器(一般地说)，
12   纵向中心轴线，
14   燃烧室，
16   外衬里，
18   内衬里，
20   拱顶板，
22   燃料/空气混合器，
24   燃料喷嘴，
26   旋流器，
28   偏转板，
30   拱顶板的内部分，
32   拱顶板的外部分，
34   拱顶板前表面，
35   外罩的表面，
36   拱顶板上的孔，
37   相邻孔之间的拱顶板的径向部分，
38   外罩，
39   外罩的下游端，
40   外连接，
43   内罩的表面，
44   内罩，
45   内罩的下游端，
46   内连接，
47   外罩的上游端，
48   旋流器中的叶片，
49   内罩的上游端，
50   旋流器的前部分，
52   旋流器的后部分，
53   通过拱顶板中的孔的中心轴线，
54   第一个(外)接片件，
56   第二个(内)接片件，
58   外接片件(另一种结构)，
59   外接片件的轴向表面(另一种结构)，
60   内接片件(另一种结构)，
61   内接片件的轴向表面(另一种结构)，
62   外接片件的轴向表面，
63   外接片件的径向表面(另一种结构)，
64   内接片件的轴向表面，
65   内接片件的径向表面(另一种结构)，
66   外接片件的径向表面，
68   内接片件的径向表面，
70   旋流器的前部分的径向部分，
72   旋流器的前部分的轴向部分，
73   旋流器前部分的轴向部分的内表面，
74   旋流器后部分的法兰，
75   拱顶板前表面的凸台部分，
76   旋流器后部分的唇部。

Claims (10)

1.一种具有穿过其间的纵向中心轴线(12)的燃气涡轮发动机的燃烧器拱顶组件(10)，包括：
(a)一个在其上形成的具有一个内部分(30)、一个外部分(32)、一个前表面(34)和多个沿圆周间隔的孔(36)的环形拱顶板(20)，其中，在每一个相邻的孔(36)之间形成一个径向区(37)；
(b)与所述拱顶板(20)的所述外部分(32)连接的一个环形外罩(38)；
(c)与所述的拱顶板(20)的所述内部分(30)连接的一个环形内罩(44)；和
(d)设置在所述拱顶板(20)的所述前表面(34)和所述内罩和外罩(44，38)之间的，基本上与所述拱顶板(20)的每一个所述孔(36)对准的旋流器(26)；所述旋流器(26)包括一个前部分(50)和一个后部分(52)；
其中，将每一个所述旋流器(26)，保持成这样的方式，使其能沿径向和轴向移动。
2.如权利要求1所述的燃烧器拱顶组件(10)，其特征为，还包括设置在每一个所述的旋流器(26)的上游，用于相对于所述拱顶板(20)保持所述旋流器(26)的至少一个接片(54/58，56/60)。
3.如权利要求1所述的燃烧器拱顶组件(10)，其特征为，还包括每一个所述旋流器(26)上游，用于相对于所述拱顶板(20)保持所述旋流器(26)的第一个接片(54/58)和第二个接片(56/60)。
4.如权利要求3所述的燃烧器拱顶组件(10)，其特征为，所述第一个接片(54/58)与所述外罩(38)连接，所述第二个接片(56/60)与所述内罩(44)连接。
5.如权利要求3所述的燃烧器拱顶组件(10)，其特征为，所述第一和第二个接片(54/58，56/60)中的每一个接片包括一个与其相应的轴向表面(62/59，64/61)，用于容纳由其间的每一个所述旋流器的前部分(50)引起的预定量的径向增大和移动。
6.如权利要求3所述的燃烧器拱顶组件(10)，其特征为，所述第一和第二个接片(54/58，56/60)中的每一个接片与其相应的和与所述拱顶板前表面(34)隔开的一个径向表面(66/63，68/65)，用于容纳每一个所述旋流器(26)引起的预定量的轴向增大和移动。
7.如权利要求1所述的燃烧器拱顶组件(10)，其特征为，所述旋流器的后部分(52)包括一个法兰(74)，该法兰可沿所述拱顶板(20)的所述前表面(24)沿径向移动。
8.如权利要求3所述的燃烧器拱顶组件(10)，其特征为，所述旋流器的前部分(50)包括一个可在所述第一和第二个接片(54/58，56/60)之间移动的径向区(70)，和用于容纳一个燃料喷嘴(24)的轴向区(72)。
9.一种具有穿过其间的纵向中心轴线(12)的燃气涡轮机燃烧器(10)的环形罩(44/38)，所述燃烧器(10)包括一个在其上形成的具有一个内部分(30)、一个外部分(32)、一个前表面(34)和多个沿圆周间隔的孔(36)的环形拱顶板(20)；包括：
(a)与所述拱顶板(20)的所述内、外部分(30/32)中的一个部分连接的一个下游端(45/39)；
(b)处于所述拱顶板20的所述前表面(34)的上游的一个上游端(49/47)；和
(c)多个沿圆周间隔的，从所述上游端(49/47)的一个内表面(43/35)延伸的接片件(56/54)；
其中，所述接片件(56/54)用于将相应的旋流器(46)以自由浮动方式保持在所述罩(44/38)和所述拱顶板(20)之间，同时保持基本上与所述拱顶板(20)中的所述孔(36)中的一个孔对准。
10.如权利要求9所述的罩(44/38)，其特征为，每一个所述的接片件(56/54)还包括：
(a)用于限制旋流器(26)的径向增大和移动的一个轴向表面(64/62)；和
(b)与所述拱顶板前表面(34)隔开一个预定量，用于限制该旋流器(26)的轴向增大和移动的一个径向表面(68/66)。
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