CN101660755A - 用于组装燃气涡轮发动机的方法及设备 - Google Patents

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CN101660755A CN200910171600A CN200910171600A CN101660755A CN 101660755 A CN101660755 A CN 101660755A CN 200910171600 A CN200910171600 A CN 200910171600A CN 200910171600 A CN200910171600 A CN 200910171600A CN 101660755 A CN101660755 A CN 101660755A
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P·波波维克
陈伟
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Abstract

本发明涉及用于组装燃气涡轮发动机的方法及设备。具体而言，提供了一种用于涡轮发动机(100)的燃烧器组件(104)。该燃烧器组件包括流动连通地与过渡件(118)相联接的燃烧器衬套(106)，以及流动装置，该流动装置包括尺寸形成为至少部分地围绕燃烧器衬套延伸的第一部分(122)，以及联接到流动装置第一部分上且自其延伸的第二部分(124)，流动装置第二部分至少部分地围绕过渡件的至少一部分延伸，其中，流动装置第二部分包括勺状件(125)，其与过渡件相配合来限定包括整体式勺形开口(148，248)的整体式冷却空气通路(126)，使得勺状件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引至过渡件。

Description

用于组装燃气涡轮发动机的方法及设备
技术领域
[0001]本文所公开的主题大体上涉及燃气涡轮机发动机，并且更具体地涉及结合燃气涡轮发动机使用的流动套筒。
背景技术
[0002]至少一些公知的燃气涡轮发动机包含有在燃烧器组件与涡轮喷嘴组件之间延伸的过渡件。该过渡件将燃烧气体从燃烧器组件引导至涡轮喷嘴组件。为了控制过渡件的工作温度，至少一些公知的发动机将来自于压缩机的冷却空气引向过渡件。更具体而言，至少在一些公知的燃气涡轮发动机中，冷却空气从压缩机引导至限定过渡件的至少一部分的气室(plenum)中。当冷却空气流过气室时，过渡件得到冷却。然后将部分用过的冷却空气从气室引导到冷却通路中，该冷却通路限定在从过渡件上游联接的燃烧器衬套与围绕该燃烧器衬套延伸的流动套筒之间。进入冷却通路的冷却空气朝向燃烧器组件引导。
[0003]为了增强对过渡件的冷却，至少一些公知的过渡件包括从过渡件外表面向外延伸的湍流促进肋或湍流器。其它公知的过渡件包括冲击套筒，其包括围绕过渡件延伸的多个冲击通路。一些公知的冲击套筒包括勺(scoop)状装置，其使空气能够进入冲击通路中。尽管这些冷却器件增强了对部分过渡件的冷却，但过渡件在所有工作条件下的工作温度分布可能并非是完全可预测的，并且过渡件的有些部分可能需要额外地冷却。利用替换包含这些冷却器件的过渡件来改造现有的燃气涡轮发动机可能较为昂贵、耗时，且可能需要延长燃气涡轮发动机的离线时间。此外，这些冷却器件可增大过渡件中的热应力，该热应力随着时间的推移可能会缩短过渡件的使用寿命。因此，期望有助于对过渡件进行均匀冷却的方法和/或设备。
发明内容
[0004]在一个方面，提供了一种用于组装燃气涡轮发动机的方法。该方法包括将过渡件联接在燃烧器衬套与喷嘴组件之间。该方法还包括使流动套筒的第一部分从过渡件围绕燃烧器套筒的至少一部分延伸。该方法还包括将流动套筒的第二部分联接到流动套筒的第一部分上，使得流动套筒第二部分从流动套筒第一部分延伸，且至少部分地围绕过渡件的至少一部分延伸。流动套筒第二部分包括勺状件，其与过渡件相配合来至少部分地限定整体式冷却空气通路，该通路包括整体式勺形开口。该勺状件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引至过渡件。
[0005]在另一个方面，提供了一种结合涡轮发动机使用的燃烧器组件。该燃烧器组件包括流动连通地与过渡件相联接的燃烧器衬套。燃烧器组件还包括流动装置。流动装置包括尺寸形成为至少部分地围绕燃烧器衬套延伸的第一部分。流动装置还包括联接到第一部分上且从该第一部分延伸的第二部分。流动装置第二部分至少部分地围绕过渡件的至少一部分延伸。流动装置第二部分包括勺状件，其与过渡件相配合来限定整体式冷却空气通路，该通路包括整体式勺形开口，使得该勺状件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引至过渡件。
[0006]在又一方面，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括流动连通地在燃烧器衬套与喷嘴组件之间延伸的过渡件。发动机还包括流动装置。流动装置包括尺寸形成为至少部分地围绕燃烧器衬套延伸的第一部分。流动装置还包括联接到第一部分上且从该第一部分延伸的第二部分。流动装置第二部分至少部分地围绕过渡件的至少一部分延伸。流动装置第二部分包括勺状件，其与过渡件相配合来限定整体式冷却空气通路，该通路包括整体式勺形开口，使得该勺状件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引至过渡件。
[0007]用于组装本文所述的燃气涡轮发动机的方法及设备有助于此类燃气涡轮机的工作。具体而言，如下文更为详细地描述，使具有预定形状、构造和/或定向的流动套筒围绕过渡件延伸有助于使定向且均匀的冷却空气流至过渡件的预定部分。此外，将流动套筒延伸部分安装到现有的流动套筒上减少了硬件购置和安装活动，从而降低了与现有燃气涡轮发动机改造相关联的资金和劳动成本。
附图说明
[0008]图1为示例性燃气涡轮发动机的示意性截面图；
[0009]图2为可结合图1中所示的燃气涡轮发动机使用的示例性燃烧器组件的截面图；
[0010]图3为可结合图2中所示的燃烧器组件使用的示例性流动套筒的透视图；
[0011]图4为可结合图2中所示的燃烧器组件使用的备选流动套筒的截面图；以及
[0012]图5为图4中所示的且联接到可结合图2中所示的燃烧器组件使用的示例性过渡件上的流动套筒的截面图。
零件清单
100燃气涡轮发动机
102压缩机
104燃烧器组件
106燃烧器衬套
107外侧部分
108燃烧室
110流动套筒
111气室
112燃烧器外壳
113发动机外壳
114涡轮组件
116喷嘴组件
118过渡件
120压缩机/涡轮转子
122流动套筒第一部分
124流动套筒第二部分
125勺状件
126冷却空气流通路
127顶点
128周向联接面
130附接环
132轴向
134周向
136顶部
138多个侧部
140热气体出口
148勺形开口
150第一部分
152第二部分
210流动套筒
222第一部分
224第二部分
225勺状件
228周向联接面
229周向联接面
231周向平滑接触面
232轴向
233牛角形座架
234周向
235铰链安装座架
242勺形开口
250第一部分
252第二部分
具体实施方式
[0013]用于组装本文所述的燃气涡轮发动机的方法及设备有助于此类燃气涡轮机的工作。具体而言，如下文更为详细地描述，使具有预定形状、构造和/或定向的流动套筒围绕过渡件延伸有助于冷却过渡件的预定部分。更具体而言，流动套筒有助于将冷却空气流引导至相关过渡件的顶部。这些冷却空气流有助于降低过渡件的工作温度，并从而通过减小过渡件中所产生的热应力来延长过渡件的使用寿命期限。还有，如本文所述，流动套筒的形状、构造和/或定向可形成为有助于将冷却空气引导至过渡件和/或流动套筒附近的其它发动机构件上，例如举例来说，构架安装座架。此外，将流动套筒延伸部分安装到现有的流动套筒上有助于减少硬件购置和安装活动，从而降低了与改造现有燃气涡轮发动机相关联的资金和劳动成本。此外，使流动套筒围绕过渡件延伸有助于容易地进行制造，以及有助于围绕燃气涡轮发动机内的各过渡件产生更多可再供给的气流。
[0014]图1为示例性燃气涡轮发动机100的简图。在示例性实施例中，发动机100包括压缩机组件102和燃烧器组件104。燃烧器组件104包括燃烧器衬套106，其至少部分地限定燃烧室108和轴向外侧部分107。燃烧器组件104还包括流动套筒110，其至少部分地围绕燃烧器衬套106延伸。燃烧器组件104还包括燃烧器外壳112，其至少部分地围绕流动套筒110延伸。在示例性实施例中，发动机100包括多个燃烧器组件104。燃烧器组件104，且更具体地说是燃烧室108，经由气室111从压缩机组件102的下游且流动连通地与其相联接，其中，气室111至少部分地由发动机外壳113所限定。
[0015]发动机100还包括涡轮组件114。涡轮组件114包括喷嘴组件116，其经由过渡件118流动连通地与腔室108相联接。过渡件118联接到燃烧器衬套106和喷嘴组件116上，且在其间延伸。发动机100还包括压缩机/涡轮转子120。涡轮114可旋转地联接到转子120上且驱动该转子120。压缩机102也可旋转地联接到轴120上。
[0016]在工作中，空气流过压缩机102，且大量的压缩空气经由气室111供送到燃烧器组件104。组件104还与燃料源(图1中未示出)流动连通，且将燃料和空气引导到燃烧室108中。在示例性实施例中，燃烧器组件104点燃且燃烧燃料如燃烧室108内的合成气体(合成气)，并且产生大约1316℃至1593℃(2400F°(华氏度)至2900°F)的高温燃烧气流(图1中未示出)。作为备选，组件104燃烧包括但不限于天然气和/或燃料油的气体。过渡件118将燃烧气流引导至涡轮114的喷嘴组件116，在该处，气流的热能转变成机械旋转能，并促使转子120旋转。
[0017]图2为燃烧器组件104的截面图。在示例性实施例中，流动套筒110包括第一部分122和第二部分或延伸部分124。第一部分122完全周向地围绕衬套106延伸，而部分124包括勺状件125(下文进一步描述)。流动套筒110与燃烧器衬套106和过渡件118相配合，以限定从过渡件118延伸至燃烧器组件外部107的整体式冷却空气流通路126。
[0018]图3为可结合燃烧器组件104使用的流动套筒110的透视图。在示例性实施例中，流动套筒延伸部分124具有成形的或勺状的轮廓，其采用具有顶点127的勺状件125形式。还有，在示例性实施例中，流动套筒第一部分122包括周向联接面128，而流动套筒第二部分124包括大致为圆形的附接环130。环130的尺寸形成为用以使环130能够消除与燃烧器104的任何其它内部构件的任何干涉，这些内部构件包括但不限于包括牛角形座架(图3中也未示出)的后构架安装座架。在示例性实施例中，通过将附接环130焊接到联接面128上，部分124联接到部分122上。作为备选，部分122和124可使用有助于将部分124固定到部分122上的任何联接方法彼此相联，这些方法例如但不限于铜焊和保持硬件。当部分122固定到部分124上时，限定了周向平滑的接触面(未示出)。
[0019]过渡件118包括顶部136。过渡件118还包括多个侧部138，其与顶部136相配合以部分地限定热气体出口140。流动套筒第二部分124在顶部136上大致轴向132和周向134地延伸。此外，部分124轴向132和周向134地围绕能使流动套筒110起到如本文所述作用的过渡件118的任何部分延伸。
[0020]在示例性实施例中，整体式冷却空气流通路126在顶部136与第二部分124之间轴向132和周向134地延伸。此外，冷却空气流通路126从由过渡件118和第二部分124所限定的整体式勺形开口148延伸至燃烧器组件的轴向外侧部分107(图1和图2中所示)。开口148定位成与气室111流动连通。
[0021]提供了一种组装燃气涡轮发动机100的示例性方法。该方法包括将过渡件118联接在燃烧器衬套106与喷嘴组件116之间。该方法还包括使流动套筒110的第一部分122从过渡件118起围绕燃烧器套筒106的至少一部分延伸。该方法还包括将流动套筒110的第二部分124联接到流动套筒110的第一部分122上，使得流动套筒第二部分124从流动套筒第一部分122延伸，且至少部分地围绕过渡件118的至少一部分延伸。流动套筒第二部分124包括勺状件125，其与过渡件118相配合来至少部分地限定整体式冷却空气通路126，该通路126包括整体式勺形开口148。勺状件125定向成用以将大致均匀的冷却空气流152引至过渡件118。
[0022]在工作期间，压缩空气从压缩机102(图1中所示)引导到气室111中。这些压缩空气的第一部分150从气室111引导到通路126中，其中，大多数此类空气并不接触过渡件118。此外，引自压缩机102的这些冷却空气的第二部分152从气室111引导到开口148中。空气的第二部分152然后从开口148引导到由过渡件118的顶部136和流动套筒延伸部分124所形成的通路126中，且之后紧接着引导到由第一部分122和衬套106所形成的一部分通路126中。
[0023]形成具有预定形状、构造和/或围绕过渡件118定向的流动套筒110有助于将冷却空气的第二部分152引导至过渡件118的预定部分，以及有助于将冷却空气流引向过渡件118的顶部136。该冷却空气流的第二部分152有助于降低顶部136的工作温度，且由此通过减小过渡件118所产生的热应力来延长过渡件118的使用寿命期限。流动套筒110的形状、构造和/或定向可形成为用以将冷却空气引导至过渡件118的其它部分，和/或引导至过渡件118和/或流动套筒110附近的其它发动机构件。此外，将流动套筒延伸部分124安装到现有的流动套筒部分122上有助于减少硬件购置和安装，且因此降低了与改造现有燃气涡轮发动机100相关联的资金和劳动成本。此外，使流动套筒110围绕过渡件118延伸有助于容易地进行制造，以及有助于围绕燃气涡轮发动机100内的各过渡件118产生更多可再供给的气流。
[0024]图4为可结合图2中所示的燃烧器组件104使用的备选流动套筒210的截面图。在该示例性实施例中，流动套筒210包括第一部分222和第二部分224，其中，第一部分222大致类似于第一部分122(图2和图3中所示)。此外，第二部分或延伸部分224形成为具有成形的或勺形的轮廓，其大致类似于流动套筒延伸部分124(图2和图3中所示)的形状。此外，第一部分222包括周向联接面228，其大致类似于表面128(图3中所示)。
[0025]在该示例性实施例中，不同于流动套筒110(图3中所示)，流动套筒210的延伸部分224并不包括附接环130。确切而言，延伸部分224包括周向联接面229，其使延伸部分224能够经由对焊面228至联接面229而联接到部分222上。作为备选，部分222和延伸部分224可使用例如但不限于铜焊和/或保持硬件的联接方法而联接到一起。当部分222联接到延伸部分224上时，周向平滑的接触面231连同大约180°至200°的弧一起进行限定。作为备选，接触面231可具有使流动套筒210能够起到本文所述作用的任何尺寸和形状。
[0026]延伸部分224的尺寸和形状形成为用以确保延伸部分224不与燃烧器104的其它内部构件接触或干涉，这些内部构件包括但不限于后构架安装座架，如牛角形座架233。延伸部分224还包括类似于勺状件125(图3中所示)的勺状件225。此外，流动套筒210与燃烧器衬套106和过渡件118(图2和图3中均示出)相配合，以限定冷却空气流通路126。类似于延伸部分124(图2和图3中所示)，延伸部分224从第一部分222轴向232和周向234地延伸至铰链安装座架235。座架235使过渡件118(图2和图3中所示)能够联接到喷嘴组件116(图2和图3中所示)上。作为备选，延伸部分224可具有使流动套筒210能够起到如本文所述作用的任何尺寸或形状。压缩空气的第一部分250和第二部分252将在下文进一步论述。
[0027]图5为结合燃烧器组件104使用的围绕过渡件118延伸的流动套筒210的截面图。如图5中所示，在示例性实施例中，延伸部分224至少部分地围绕过渡件118延伸。此外，延伸部分224轴向232和周向234地延伸在过渡件顶部136上，且从第一部分222起轴向地延伸至铰链安装座架235。作为备选，延伸部分224可具有使流动套筒210能够起到如本文所述作用的任何尺寸或形状。此外，在示例性实施例中，勺状件225与过渡件顶部136相配合以形成整体式勺形开口248，其类似于开口148(图3中所示)，而流动套筒210与燃烧器衬套106和过渡件118(图2中均示出)相配合，以限定冷却空气流通路126。
[0028]在工作期间，压缩空气从压缩机102(图1中所示)引导到气室111。该压缩空气的第一部分250从气室111引导到通路126。空气的该第一部分250中的大多数并不接触过渡件118。该压缩空气的第二部分252从气室111引导至开口248，且朝向过渡件顶部136引导。然后，将空气的第二部分252从开口248引导到通路126中。此类操作的效果大致类似于上述流动套筒延伸部分124(图2和图3中所示)的那些效果。
[0029]用于组装本文所述的燃气涡轮发动机的上述方法及设备有助于此类燃气涡轮机的工作。具体而言，如下文更为详细地描述，使具有预定形状、构造和/或定向的流动套筒围绕过渡件延伸有助于冷却过渡件的预定部分。更具体而言，流动套筒有助于将冷却空气流引导至相关过渡件的顶部。这些冷却空气流有助于降低过渡件的工作温度，且由此通过减小过渡件中产生的热应力来延长过渡件的使用寿命期限。此外，如本文所述，流动套筒的形状、构造和/或定向可形成为用以有助于将冷却空气引导至过渡件和/或流动套筒附近的其它发动机构件上，例如举例来说，构架安装座架。此外，将流动套筒延伸部分安装到现有的流动套筒上有助于减少硬件购置和安装，从而降低与改造现有燃气涡轮发动机相关联的资金和劳动成本。此外，使流动套筒围绕过渡件延伸有助于容易地进行制造，以及有助于围绕燃气涡轮发动机内的各过渡件产生更多可再供给的气流。
[0030]上文详细地描述了用于组装燃气涡轮发动机和操作此类燃气涡轮发动机的方法及设备的示例性实施例。该方法及系统不限于本文所述的特定实施例，而是相反，该系统和设备的构件和/或该方法的步骤可独立地且与本文所述的其它构件和/或步骤分开地使用。例如，该方法还可结合其它发动机和方法来使用，且不限于只利用如本文所述的燃气涡轮发动机来实施。确切而言，示例性实施例可结合许多其它发动机应用来执行和使用。
[0031]尽管已根据各种具体实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到，本发明可利用在权利要求的精神和范围内进行的修改来实施。
[0032]本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例与权利要求中的书面语言并无不同，或者如果这些其它实例包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件，则将意味着这样的其它实例落在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于涡轮发动机(100)的燃烧器组件(104)，所述燃烧器组件包括：
流动连通地与过渡件(118)相联接的燃烧器衬套(106)；以及
流动装置，其包括：
尺寸形成为至少部分地围绕所述燃烧器衬套延伸的第一部分(122)；以及
联接到所述流动装置第一部分上且从所述流动装置第一部分延伸的第二部分(124)，所述流动装置第二部分至少部分地围绕所述过渡件的至少一部分延伸，其中，所述流动装置第二部分包括勺状件(125)，其与所述过渡件相配合以限定包括整体式勺形开口(148，248)的整体式冷却空气通路(126)，使得所述勺状件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引导至所述过渡件。
2.根据权利要求1所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述流动装置第一部分(122)的至少一部分焊接到所述流动装置第二部分(124)的至少一部分上。
3.根据权利要求2所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述流动装置第二部分(124)包括附接环(130)。
4.根据权利要求3所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述附接环(130)的至少一部分焊接到所述流动装置第一部分(122)的至少一部分上。
5.根据权利要求1所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述流动装置从所述燃烧器衬套(106)的一部分延伸至燃气涡轮发动机(100)的喷嘴组件(116)。
6.根据权利要求1所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述过渡件(118)包括顶部(136)，以及所述整体式冷却空气通路(126)和所述整体式勺形开口(148)定向成延伸在所述过渡件顶部上。
7.根据权利要求1所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述勺状件(125)流动连通地与冷却空气源相联接。
8.一种燃气涡轮发动机(100)，包括：
在燃烧器衬套(106)与喷嘴组件(116)之间流动连通地延伸的过渡件(118)；以及
流动套筒(110)，其包括：
尺寸形成为至少部分地围绕所述燃烧器衬套延伸的第一部分(122)；以及
联接到所述流动装置第一部分上且从所述流动装置第一部分延伸的第二部分(124)，所述流动装置第二部分至少部分地围绕所述过渡件的至少一部分延伸，其中，所述流动装置第二部分包括勺状件(125)，其与所述过渡件相配合以限定包括整体式勺形开口(148，248)的整体式冷却空气通路(126)，使得所述勺状件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引导至所述过渡件。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机(100)，其特征在于，所述流动装置第一部分(122)的至少一部分焊接到所述流动装置第二部分(124)的至少一部分上。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机(100)，其特征在于，所述流动装置第二部分包括附接环(130)。
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