CN101413677A - 燃烧器支架组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃烧器支架组件，具体而言，一种支架组件用来将过渡节(58)紧固到燃气涡轮发动机的燃烧衬套(62)上，该支架组件包括安装到过渡节(58)上的至少一个法兰(78)。该至少一个法兰(78)包括从过渡节(58)轴向地延伸的通道(94)。该支架组件还包括相对于燃气涡轮发动机固定地安装的支架(66)。支架(66)包括细长部(68)，该细长部(68)具有至少一个端部(74)，通道(94)容纳该端部(74)以形成轴向浮动界面，该轴向浮动界面将过渡节(58)紧固到燃烧衬套(62)上。

Description

燃烧器支架组件
技术领域
[0001]本发明涉及燃气涡轮发动机技术，并且更具体地，涉及将过渡节紧固到燃气涡轮发动机中的燃烧衬套的组件。
背景技术
[0002]燃气涡轮发动机燃烧器包括限定燃烧室的燃烧衬套。过渡节在燃烧衬套和涡轮机第一级之间延伸。将过渡节紧固到燃烧衬套的传统组件包括牛角形紧固件(bullhorn)。该牛角形紧固件包括多个牛角形紧固件指状物。牛角形紧固件指状物从牛角形紧固件向外轴向地延伸并结合紧固在过渡节上的相应的H形导向块。牛角形紧固件指状物布置在低于和高于截面条的H形块内。通过此布置，过渡节通过轴向浮动界面紧固到燃烧衬套上。该浮动界面允许过渡节因为暴露于在运行的涡轮机中存在的高温热条件下而轴向地伸长和缩短。不幸的是，浮动界面对牛角形紧固件指状物施加压力。随着时间的推移，牛角形紧固件指状物失效，而燃气涡轮发动机必须停机修理。
发明内容
[0003]根据本发明的一个方面，提供了用于将过渡节紧固到燃气涡轮发动机的燃烧衬套上的支架组件。该支架组件包括安装到过渡节上的至少一个法兰。该至少一个法兰包括从过渡节轴向地延伸的通道。该支架组件还包括相对于燃气涡轮发动机固定地安装的支架。该支架包括细长部，该细长部具有至少一个端部，该端部由通道容纳来形成轴向浮动界面，该轴向浮动界面将过渡节紧固到燃烧衬套上。
[0004]根据本发明的另一个方面，提供了支架。该支架包括具有相对端的细长部。该支架还包括第一弯曲部和第二弯曲部，这些弯曲部从细长部的相对端的相应端延伸。该支架还包括第一端部和第二端部，这些端部从第一弯曲部和第二弯曲部的相应弯曲部的端部延伸。第一端部和第二端部中的每一个端部相对于细长部都成角度。该支架适于形成轴向浮动界面，该界面将燃气涡轮发动机的过渡节紧固到燃烧衬套上。
[0005]在这里应当理解的是，本发明提供了坚固的附件机构来将过渡节紧固到燃气涡轮发动机机中的燃烧衬套上。该支架的设计明显地提高了高周疲劳(HCF)寿命和可靠性，并且减少了与由支架故障导致的发动机停机有关的维护费用。而且，已经发现如上述进行构造的支架能承受高于现有技术构造大约35％的负载。无论如何，本发明的各个方面的附加目的、特征和优势在结合附图时从下列详细描述中将变得更容易显而易见，其中在若干视图中相似的标号表示相应的部件。
附图说明
[0006]图1为根据现有技术，示出了传统燃气涡轮发动机燃烧器的侧正视图；
[0007]图2为沿线2-2所取的图1的燃气涡轮发动机燃烧器的部分截面图；
[0008]图3为根据现有技术，示出了导向块和与之配合的导向指的分解图；
[0009]图4为根据本发明的一个方面，示出了包括燃烧器支架组件的燃气涡轮发动机燃烧器的侧正视图；
[0010]图5为沿线6-6所取的图4的燃气涡轮发动机燃烧器的部分横截面图；以及
[0011]图6为图5的燃烧器支架组件的支架的立体图。
部件清单
燃烧器组件                10
燃料喷嘴                  12
燃烧室                    14
过渡节                    16
涡轮机第一级              18
燃烧衬套                  20
导流套筒                  22
喷嘴端(20)                25
前支撑件                  24
臂                        26
臂                        28
导向指元件                30
导向指元件                32
实心主体部分              38
指状物                    40
指状物                    42
H形导向块                 43
平行细长部                44
平行细长部                46
横跨部分                  48
法兰                      50
燃烧器组件                52
燃料喷嘴                  54
燃烧室                    56
过渡节                    58
涡轮机第一级              60
燃烧衬套                  62
导流套筒                  64
径向空间                65
法兰                    78
支撑件                  80
H形导向块               84
平行细长部              86
平行细长部              86
横跨部分                90
法兰                    92
支架                    66
细长部                  68
第一弯曲部              70
第二弯曲部              72
端部                    74
端部                    76
通道                    94
安装孔                  104
磨损套                  96
开口                    98
耐磨损涂层              105
具体实施方式
[0012]首先参照图1，多燃烧器燃气涡轮发动机(未示出)的燃烧器组件10包括燃料喷嘴12(一些燃气涡轮机在各燃烧器中采用多个喷嘴)，燃烧室14和在燃烧室14和涡轮机第一级18之间延伸的过渡节16。燃烧室14由大体上圆柱形的燃烧衬套20限定，该燃烧衬套20又由大体上圆柱形的导流套筒22包围。导流套筒22和衬套20之间的径向空间提供了气流通道(未单独标记)，该气流通道允许压缩机排气倒流向上游或衬套20的喷嘴端25并且然后引入燃烧室14来与燃料混合。
[0013]参照图2和3，过渡节16通过轴向浮动界面紧固到燃烧衬套20上，即，允许过渡节16由于暴露在与运行的燃气涡轮发动机有关的高温热条件下而轴向地延伸。一对向外并向上延伸到过渡节16的两侧的臂26和28限定燃烧器10的前支撑件24。前支撑件24的每个臂26、28都包括相应的轴向延伸的导向指元件30、32。由于各导向指元件30、32是相同的，基于导向指元件32也是同样构造的理解，关于导向指元件30以下将给出详细描述。导向指元件30由钢构造，并且如图3中所示，包括实心主体部分38和一对轴向地延伸、横向地隔开的指状物40和42。指状物40和42从实心主体部分38轴向地向外延伸。在使用中，如图1所示，指状物40和42在向上游的方向上轴向地延伸，即向着燃烧器10并平行于燃烧器10的纵轴线。前支撑件24与臂26、28以及导向指元件30、32一起统称为牛角形紧固件。指状物40、42通常称为牛角形紧固件指状物。导向指元件30的牛角形紧固件指状物40和42滑动地结合H形导向块43。如图所示，H形导向块43包括平行的细长部44和46，它们由横跨部分48相互连接。如图2所示，细长部44和46焊接在过渡节16的法兰50内，相对紧密地邻近上游或上游的燃烧器端。如图2所示，H形导向块43定位成使得细长部44和46与过渡节16相切。这里应当理解的是，如上所述，多个牛角形紧固件和相配合的H形块提供界面，该界面将过渡节16紧固到燃烧衬套20上。
[0014]现在将参考图4-5来描述本发明的示范性实施例。多燃烧器燃气涡轮发动机的燃烧器组件52包括燃料喷嘴54(一些燃气涡轮机在各燃烧器中采用多喷嘴)，燃烧室56和过渡节58。以类似于上述的方式，过渡节58在燃烧室56和涡轮机第一级60之间延伸。燃烧室56由大体上圆柱形的燃烧衬套62限定，该燃烧衬套62又由大体上圆柱形的导流套筒64包围。导流套筒64和衬套62之间的径向空间65提供气流通道(未单独标记)，该气流通道允许压缩机排气倒流至上游或衬套62的喷嘴端66并导入燃烧室56与燃料混合。
[0015]如图所示，过渡节58通过轴向浮动界面紧固到燃烧衬套62上，即，允许过渡节58由于暴露在与运行的燃气涡轮发动机有关的高温热条件下而轴向地伸长和缩短。燃烧器组件52包括法兰78，该法兰78具有安装在其上并向过渡节58延伸的支撑件80。支撑件80包括一对穿过其中延伸的安装孔(未示出)，用于将支撑件80紧固到法兰78上。H形导向块84具有一对通常平行的细长部86和88，它们由横跨部分90相互连接，H形导向块84焊接在提供在过渡节58上的法兰92内。法兰92定位成相对紧密地邻近过渡节58的上游或燃烧器端(未单独标记)。H形导向块84定位成使得细长部86和88从过渡节58径向向外地延伸。以此方式，细长部86和88限定至少一个通道94，其目的在下面将变得更加显而易见。这里应当理解的是，虽然在图5中仅示出了两个H形导向块84和相关的法兰92，但为了清楚起见，图中没有示出具有多H形导向块84和相应法兰92的过渡节。无论如何，支架6都6将过渡节58紧固到支撑80上并提供轴向浮动界面，其将在下面更充分地讨论。
[0016]如图6中最好地示出，支架66形成为通常细长的U形，该U形由具有相对端(未单独标记)的中心细长部68限定。支架66还包括第一弯曲部70和第二弯曲部72，它们从细长部68的相对端的相应端延伸并分别终止于向内延伸的端部74和76。端部74和76包括足够的宽度和长度来紧固地定位在相应H形块84的通道94内。根据本发明的一个方面，支架66由单独的钢板构造，该单独的钢板弯曲形成所有前述部分。根据本发明的一个方面，支架66由304不锈钢形成，然而应当理解的是，也可采用各种其它材料。无论如何，各弯曲部70、72都包括向上的弯曲，该弯曲具有开始于细长部68相对端的相应端的缓坡，并在分别终止于端部74和76之前延续至陡坡。如图所示，端部74和76相对于细长部68向上并向内弯曲。
[0017]支架66具有一对安装孔102和104，它们离细长部68的中心部分(未单独标记)等距地布置。更具体地，支架66上的安装孔102和104与支撑件80上提供的相应开口(未示出)对齐。以此方式，机械紧固件(未示出)穿过安装孔102和104并与支撑件80上提供的开口(未示出)接合。各种类型的机械紧固件，例如螺栓、螺纹杆等，均可用来将支架66紧固到支撑件80上。无论如何，支架66紧固到支撑件80上且端部74和76由相应通道94容纳在各自的H形块84中。通过这种布置，支架66用来限制过渡节58在向涡轮机第一级60的方向上的移动，同时还允许过渡节58由于暴露在运行的燃气涡轮发动机的高温热条件下而轴向地伸长和/或收缩。
[0018]在支架66和相应的H形块84之间的界面处通过利用更硬、更耐磨的钴基合金提供改进的磨损特性。即，根据本发明的一个方面，H形块84由合金形成，该合金含有大约28.5％到30.5％之间的铬和大约52％的钴。更具体地，H形块84由合金形成，该合金的成分为：10.5％重量的镍、2.0％重量的铁、29.5％重量的铬、7％重量的钨、1％重量的硅、1％重量的锰、0.25％重量的碳，其余为钴，例如FSX-414。
[0019]根据本发明的另一个方面，通过使用在支架66的各端部74和76上提供的磨损套96来进一步改善磨损特性。如图6中所示，磨损套96由板材形成，该板材通常构造成矩形并具有开口98。以此方式，开口98例如容纳端部74。磨损套96优选地由高温耐磨钴基合金构造。优选地，磨损套由合金形成，该合金含有大约0.05/0.15％重量的碳、1.00/2.00％重量的锰、0.040％重量的硅、0.030％重量的磷、0.3％重量的硫、19.00/21.00％重量的铬、9.00/11.00％重量的镍、14.00/16.00％重量的钨和3.00％重量的铁，其余为钴，例如L-605。使用具有高重量百分比的钴的合金给否则会相对软的端部74和76提供了增高的耐磨损性。已发现FSX-414和L-605的组合有利地在H形块84和支架66之间形成弹性界面。而且，通过上述用于支架66和H形块84的材料，已经发现相比于过渡节58和相关H形块84，在较软材料如L-605上形成更容易置换/修理并且成本更低的磨损痕迹。
[0020]根据本发明的另一个方面，通过使用第一磨损套和第二磨损套提高了磨损特性，该第一磨损套的形式为应用于支架66的端部74和76的相应端的耐磨损涂层104，该第二磨损套的形式为应用于H形块84的通道94的耐磨损涂层105，如图5中所示。耐磨损涂层104和105由钴基合金形成，该钴基合金包含大约1.1％重量的碳、66.9％重量的钴、28％重量的铬和4％重量的钨，例如钨铬钴合金-6。钨铬钴合金-6可轻松地应用于两个端部74、76和通道94来提供容易修理和维护的耐磨界面。
[0021]在备选布置中，支架66可全部由高温耐磨合金形成，例如上述L-605合金。将会理解的是，根据本发明也可使用具有类似特性的其它耐磨合金。无论如何，支架66明显地提高了高周疲劳(HCF)寿命和可靠性，并降低了与由支架故障引起的发动机停机时间相关的维护费用。而且，已经发现如上构造的支架能够承受高于现有技术构造大约35％的负载。
[0022]尽管已经示出并描述了优选的实施例，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可对本发明进行各种变更和替换。例如，用于形成支架的特定材料可在不脱离本发明范围的情况下改变。另外，应当理解的是，H形块可由具有与FSX-414类似特性的各种材料形成，包括钴基合金和非钴基合金，磨损套也可由具有与L-605类似磨损特性的各种材料形成，包括钴基合金和非钴基合金，并且具有与钨铬钴合金-6类似属性的各种材料可用于形成磨损涂层。应当很容易理解的是，上述材料不应被认为代表本发明的各种组件和组件部分的可接受材料的穷尽性列表。通常，本发明仅意图由所附权利要求的范围限定。

Claims (10)

1.一种支架组件，用于将过渡节(58)紧固到燃气涡轮发动机的燃烧衬套(62)上，所述支架组件包括：
安装到所述过渡节(58)上的至少一个法兰(78)，所述至少一个法兰(78)包括从所述过渡节(58)轴向地延伸的通道(94)；以及
相对于所述燃气涡轮发动机固定地安装的支架(66)，所述支架(66)包括细长部(68)，所述细长部(68)具有至少一个端部(74)，所述通道(94)容纳所述端部(74)，以形成将所述过渡节(58)紧固到所述燃烧衬套(62)上的轴向浮动界面。
2.根据权利要求1所述的支架组件，其特征在于，所述至少一个法兰(78)包括第一法兰和第二法兰(92)，所述第一法兰和第二法兰(92)各自具有第一通道和第二通道(94)，并且所述至少一个端部(74)包括延伸进入所述第一通道和第二通道(94)中的相应通道的第一端部和第二端部(74，76)。
3.根据权利要求2所述的支架组件，其特征在于，所述支架(66)还包括在所述细长部(68)，以及所述第一端部和第二端部(74，76)中的相应端部之间延伸的第一弯曲部和第二弯曲部(70，72)。
4.根据权利要求1所述的支架组件，其特征在于，所述支架组件还包括：布置在所述支架(66)的所述至少一个端部(74)上的至少一个磨损套(96)，所述磨损套(94)由耐磨损合金形成。
5.根据权利要求4所述的支架组件，其特征在于，所述至少一个磨损套(94)包括第一耐磨损涂层和第二耐磨损涂层(104，105)，所述第一耐磨损涂层(104)应用于所述至少一个端部(74)，而所述第二耐磨损涂层(105)应用于所述至少一个通道(94)。
6.根据权利要求4所述的支架组件，其特征在于，所述耐磨损合金包含钴。
7.根据权利要求4所述的支架组件，其特征在于，所述耐磨损合金为包括大约20％的铬和大约53％的钴的钴基合金。
8.根据权利要求2所述的支架组件，其特征在于，所述支架组件还包括：安装在所述至少一个法兰(78)中的H形块(84)，所述H形块(84)包括通常平行的第一细长部和第二细长部(86，88)，该细长部(86，88)由限定所述通道(94)的横跨部分(90)相互连接。
9.根据权利要求8所述的支架组件，其特征在于，所述H形块(84)由耐磨损钴合金形成。
10.根据权利要求1所述的支架组件，其特征在于，所述支架(66)由钢形成。
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