CN101551119A - 用于燃烧调节的可替换孔口及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃烧调节的可替换孔口及相关方法。一种具有过渡连接件和该过渡连接件中的至少一个孔口组件的燃烧器组件，孔口组件包括：具有外周边和内周边的凸台件，内周边包括环形底座和形成有环形的、面向内侧的保持环槽的直立凸缘，凸台件固定在过渡连接件中的开口内；具有适于接收于环形底座上的底面的孔板；以及定位于保持环槽中并且至少部分地与孔板相接合的保持环。

Description

用于燃烧调节的可替换孔口及相关方法
技术领域
本发明涉及燃气轮机燃烧技术，更具体地说，涉及有助于使用用于调节进入过渡连接件的空气流量的可更换孔板的、用于过渡连接件空气稀释孔的嵌件。
背景技术
当前的干燥低NOx燃烧系统需要进行调节，以获得正确的燃烧器温度。在一些情况下，这是通过设置在于涡轮机和第一燃烧器级之间延伸的过渡连接件上的空气稀释孔来实现的。流过该孔的空气用作旁路及稀释空气，但在本领域中，该空气偶尔需要在涡轮机起动后进行调整。采用简单稀释孔的现有设计需要长的高成本的停机时间，以使得能够移除该过渡连接件及调整其大小。特别地，该过渡连接件必须剥离它们的热屏蔽涂层、进行补焊、进行机加工以增加新孔、进行热处理以及重新涂覆热屏蔽涂层。在本发明的受让人拥有的美国专利No.6,499,993中，提供了能够从外部接近燃烧室的机械设置，该机械设置有助于燃烧器稀释孔区域的改变，以调节NOx水平而无须拆卸该燃烧器。更具体地说，该组件设有凸台件(boss)、孔板和保持环。该保持环是渐缩的，并且与在环槽中的匹配渐缩相结合，提供了一种用于将孔板紧紧地保持就位的楔固方法。然而，该凸台件设计不具有可导致凸台件孔和孔板尺寸的不合乎需要的变形的柔性焊接变形公差特征。
发明内容
在本发明的一个示例性且非限定性的方面，本发明提供了一种具有过渡连接件和位于该过渡连接件中的至少一个孔口组件的燃烧器组件，该孔口组件包括：具有外周边和内周边的凸台件，该内周边包括环形底座和形成有环形的、面向内侧的保持环槽的直立凸缘，该凸台件固定在过渡连接件中的开口内；具有适于被接收于环形底座上的底面的孔板；以及定位于保持环槽中并且至少部分地与孔板相接合的保持环。
在另一方面，本发明涉及凸台件和包括适于固定在形成于燃烧器部件中的孔中的环形凸台件的孔板组件，该凸台件形成有支承可替换孔板的环形底座和邻近该底座的环形保持环槽，该底座径向地向该环形保持环槽内侧延伸；并且涉及位于该槽中并且至少部分地且弹性地在该槽的表面和孔板的表面之间接合的波状弹簧。
在又一个方面，对涡轮机燃烧器部件中的稀释空气孔的大小进行调节的方法，其包括：(a)将凸台件插入到具有第一直径的稀释空气孔中并将该凸台件焊接就位；(b)将孔板设置在形成于凸台件中的环形底座上，孔板具有形成有小于第一直径的第二直径的中心孔；以及(c)将保持环固定在凸台件中的槽中，与孔板成交叠且至少部分地接合的关系，其中保持环弹性地支撑孔板使其贴靠底座。
现在结合下面说明的附图对本发明进行描述。
附图说明
图1为根据本发明的非限定性示例性实施例的、具有可替换孔板的涡轮机过渡连接件的透视图；
图2为在图1中采用的、用以保持可替换孔板的凸台件的透视图；
图3为贯穿图2中的但安装有孔板和保持环的凸台件的截面图；
图4为贯穿根据另一非限定性示例性实施例的凸台件而获得的截面图；
图5为贯穿根据又一非限定性示例性实施例的凸台件的截面图；以及
图6是图2中所示的、安装在过渡连接件中的凸台件的更详细的透视图。
具体实施方式
参考图1，燃气轮机过渡连接件10设计成在上游端12处连接到涡轮机燃烧器(未显示出)且在相对的下游端14处连接到第一涡轮级(未显示出)。在沿着过渡连接件10的各个预定位置处设有稀释流动孔，以用于在燃烧器调节过程中使压缩机排出空气流入燃烧系统中以获得正确的燃烧器温度。为了本公开的目的，由参考标号16和18表示的两个位置已被指定为新孔板凸台件20可以被焊接就位以便于该调节过程的位置。然而，不应将此解释为仅存在这些稀释孔，或者新孔板凸台件仅能够在这些位置中使用。
图2、图3和图6显示了优选地由尼孟合金263合金材料构成的环形凸台件20。该凸台件的基座部分22限定了大体上平行的OD表面(或外周边)24和ID表面(内周边)26。将图2和图3用作用于定向目的的参考，表面24和26大体上是竖直的，其中表面24在相对的端部28、30处倒角。倒角30连接到部分地由与ID表面26相连的向上渐缩的表面34形成的下基面32。
上倒角28连接到沿径向向内渐缩的环形表面(或槽)36上，环形表面36又连接到环形圆角38上，直立的、大体圆柱形的壁40从圆角38向上延伸，在环形平坦的顶面42处终止。内壁44形成有上倒角46、环形保持环槽48和径向地向内延伸的与ID表面26连接的肩部或底座50。
底座50适于接收和支承预先形成有限定了稀释孔的新直径的中心孔54的环形孔板52。板52可以由具有0.125英寸的示例性且非限定性实施例厚度的Hastalloy X材料(或其它适合材料)构成。
环形孔板52由环形的波浪形保持环58保持就位，例如，该环形成为在周边或圆周方向上具有波浪的波状弹簧。结合孔板52的选定厚度，槽48的尺寸设置为使得当保持环被压向槽48时，它在孔板52上施加例如足以在涡轮机运行期间使该板保持就位的35lbs的向下的力。注意，在这方面，保持环58比孔板具有更大的直径，且因此槽48具有比底座50更大的直径。
与此同时，槽48和底座52在凸台件的直立中心部分中的设置大体上使槽的形状和尺寸免受变形的影响，否则将可能由于将凸台件焊接到例如过渡连接件中的孔16的稀释孔中而产生该变形。换句话说，在焊接期间，凸台件的直立部分能够弯曲而没有永久变形，且因此，槽48和底座52的焊后加工不是必需的。
在上述凸台件设计的变型中，OD表面24可以制造成沿着其整个高度大体上是竖直的(类似于图5中的OD表面76，消除了倒角28、30)，而代之以在限定TP孔的表面上形成了倒角。可以理解的是，在凸台件的OD表面上或备选地在过渡连接件中的孔的边缘上的倒角有助于使用全熔透焊缝来将凸台件固定到过渡连接件上。在这种情况下，凸台件的基座部分的厚度将会超出过渡连接件的厚度。这有助于过渡连接件形成复杂的形状，并且较厚的凸台件可以在焊接后加工成与TP表面平滑地混成，没有留下可提高多余应力的“凹陷”边缘。
图4显示了类似凸台件20的、但是具有实心中心部分62的凸台件60。由于保持环槽64被加工到凸台件的竖直部分66中，该凸台件可以在TP中的稀释孔中焊接就位。因此，实心中心部分沿着圆形虚线68被去除，从而留下用于孔板的底座70。在焊接期间使中心部分62保留就位有助于保持槽64和所产生的底座70的正确的圆形定向。
图5显示了意图更进一步使保持环槽和孔板底座免受焊接应力影响的备选凸台件设计。在该实施例中，凸台件72包括具有分别连接到顶面78和底面80上的大体上竖直的OD表面或边缘76的基座部分74。顶面78与向内且向下成角度的表面(或槽)82相接，而下表面80连接到与水平底面86相连接的向内且向上成角度的表面84上。
大体上倒置的U形环88连接到基座部分74上。特别地，第一外竖直壁90自基座部分74向上延伸，且经由水平顶面94，反转方向以形成自顶面94向下延伸到径向地向内弯折的自由端98的内部竖直壁96。壁96的径向内侧加工成包括用于支承孔板(在图5中未显示出)的肩部或底座100，以及在某种意义上类似于以上结合图3和图4所述的保持环槽的保持环槽102。然而，此处倒置环88用于进一步使止动环槽102和孔板底座100免受焊接变形的影响。
虽然已经结合目前被认为是最实用的且优选的实施例对本发明进行了描述，但是将理解的是本发明不限于公开的实施例，而是相反，本发明意图覆盖包括在所附的权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (10)

1.一种具有过渡连接件(10)和所述过渡连接件中的至少一个孔口组件的燃烧器组件，所述孔口组件包括：
具有外周边(24)和内周边(26)的凸台件(20)，所述内周边(26)包括环形底座(50)和形成有环形的、面向内侧的保持环槽(48)的直立凸缘(40)，所述凸台件(20)固定在所述过渡连接件中的开口内；
具有适于接收于所述环形底座(50)上的底面的孔板(52)；以及
位于所述保持环槽(48)中并且至少部分地与所述孔板(52)相接合的保持环(58)。
2.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述外周边(26)包括在相对的端部(28)，(30)处倒角的大体上竖直的表面。
3.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述环形保持环槽(48)具有比所述底座(50)的直径更大的直径。
4.根据权利要求2所述的燃烧器组件，其特征在于，环形槽(36)在所述直立凸缘(40)和所述大体上竖直的表面(24)之间径向地延伸。
5.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述孔板(52)形成有中心孔(54)。
6.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述保持环(58)包括具有波浪形周边表面的波状弹簧。
7.根据权利要求6所述的燃烧器组件，其特征在于，所述波状弹簧(58)使所述孔板(52)偏置成贴靠所述底座(50)。
8.一种对涡轮机燃烧器部件中的稀释空气孔的大小进行调节的方法，包括：
(a)将凸台件(20)插入到具有第一直径的稀释空气孔中并将所述凸台件(20)焊接就位；
(b)将孔板(52)定位在形成于所述凸台件中的环形底座(50)上，所述孔板具有中心孔(54)，所述中心孔形成有小于所述第一直径的第二直径；以及
(c)将保持环(58)固定在所述凸台件(20)中的槽(48)中，与所述孔板(52)成交叠且至少部分地接合的关系，其中所述保持环(58)弹性地支撑所述孔板(52)使其贴靠所述底座(50)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括大体上使所述环形底座(50)和所述槽(48)隔绝由于将所述凸台件(20)焊接在所述稀释空气孔内而引起的应力。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(a)之前或之后在所述凸台件中切割中心孔。
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Granted publication date: 20131204

Termination date: 20140330