CN101865469A - 具有成形的泻流冷却孔的燃烧器帽盖 - Google Patents

具有成形的泻流冷却孔的燃烧器帽盖 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有成形的泻流冷却孔的燃烧器帽盖。具体而言，一种用于燃气轮机的燃烧器帽盖组件包括多个泻流冷却开孔(26)，该冷却开孔容许空气传送经过其用以冷却燃烧器帽盖组件。冷却开孔(26)的内径沿着开孔总体长度的至少一部分扩张，使得传送经过冷却开孔的冷却空气将随着其接近出口(54)而减慢。

Description

具有成形的泻流冷却孔的燃烧器帽盖
技术领域
本发明涉及用于燃气轮机燃烧器的燃烧器帽盖，且更具体地涉及形成在燃烧器帽盖中的泻流冷却孔。
背景技术
燃烧器帽盖组件多年来已从单个的燃料喷嘴构造发展到具有双燃烧区性能的多喷嘴干式低NOx构造。
帽盖的一次喷嘴杯组件的功能是用来将燃料和空气从燃料喷嘴和端盖组件输送至燃烧器的一次区。空气和燃料沿轴向传送经过各个一次喷嘴杯。空气沿径向向内的方向传送经过各一次杯的侧壁，提供对杯壁的冷却。空气还传送经过帽盖冲击板中的多个开孔，从而冷却冲击板和补充总的帽盖空气流。
发明内容
在一个方面，本发明可采用用于燃气轮机的燃烧器帽盖而予以实施，该燃烧器帽盖包括外部套筒和安装在外部套筒中的冲击板，其中，多个冷却开孔形成在冲击板中，且其中，对于其中的至少一些冷却开孔而言，冷却开孔的入口面积小于冷却开孔的出口面积。
在另一方面，本发明可采用形成用于轮机的燃烧器帽盖的方法而予以实施，该方法包括以下步骤：在冲击板中形成多个冷却开孔，其中，对于其中的至少一些冷却开孔而言，冷却开孔的入口面积小于冷却开孔的出口面积；以及在外部套筒中安装冲击板。
附图说明
图1是燃烧器帽盖组件的侧截面图；
图2是图1中显示的截面图的一部分的放大详图；
图3是图1中显示的燃烧器帽盖组件的后视图；
图4是图1中显示的燃烧器帽盖组件的局部前视图；
图5是示出了形成在喷嘴杯或燃烧器帽盖组件的冲击板中的冷却开孔的轮廓的截面图；
图6是示出了冷却开孔的备选实施例的轮廓的截面图；
图7是示出了冷却开孔的又一实施例的轮廓的截面图；
图8是示出了冷却开孔的另一实施例的轮廓的截面图；
图9是示出了冷却开孔的另一实施例的轮廓的截面图；
图10是示出了冷却开孔的另一实施例的轮廓的截面图；
图11是示出了冷却开孔的另一实施例的轮廓的截面图；
图12是示出了冷却开孔的另一实施例的轮廓的截面图；
图13A是示出了形成在燃烧器帽盖组件的一部分中的冷却开孔的俯视图；
图13B是示出了形成在燃烧器帽盖组件中的冷却开孔的仰视图；以及
图13C是示出了显示在图13A和图13B中的冷却开孔的轮廓的截面透视图。
零件清单
10    燃烧器帽盖组件
12    端部敞开的帽盖套筒
14    冲击板
16    内部环形圈
18    一次燃料喷嘴开口
20    二次燃料喷嘴开口
22    渐缩形部分
24    外部环形圈
25        通向喷嘴杯的进口
26        冷却开孔
28        喷嘴杯
30        喷嘴杯的上游端
32        喷嘴开口的进口
34        进入部件的端部
36        重训练件的角部
38        保持件
40        重训练件
50        表面
52        入口
54        出口
56a/56b   中间点
具体实施方式
参考附图，尤其是图1和图2，燃烧器帽盖组件10包括大体圆柱形的端部敞开的帽盖套筒12，其适于通过任何适合的器件(如螺栓)而连接到燃烧器外壳组件(未示出)上。
帽盖套筒12在其前部的敞开端部内接收冲击板14，该冲击板14包括向前延伸的外部环形圈部分，该环形圈部分适于摩擦地接合且焊接在套筒12的内部表面上。在示例性实施例中，冲击板还包括六个一次燃料喷嘴开口18，以及单个的居中定位的二次燃料喷嘴开20，如在图3中最佳所示。圆形开口18布置成绕中心轴线A和绕圆形二次喷嘴开口20的圆形阵列。对于各开口或孔18而言，存在向内且向后延伸的倾斜或渐缩形板部分22，其限定了开口18。冲击板中心孔20具有焊接于此、向后或远离燃烧区延伸的内部环形圈24。
尽管图1-4中显示的实施例包括六个一次燃料喷嘴开口18和一个中央的二次燃料喷嘴开口20，但在备选实施例中，可提供不同数目和布置的一次和二次燃料喷嘴开口。此外，在一些实施例中，可没有二次燃料喷嘴开口。
冲击冷却板14，包括渐缩形部分22和处于各一次燃料喷嘴开口18(但除开内部环形圈16和外部环形圈24)之间的所有区域，形成有大致在其整个表面上延伸的冷却开孔26的阵列。流经冲击板14的空气用来冷却该板和补充用于燃烧过程的总的帽盖组件空气流。
在优选的实施例中，冷却开孔26大致形成在冲击板的整个表面上。然而，在备选实施例中，冷却开孔可形成在冲击板的仅选定部分上。例如，在一些实施例中，冷却开孔可仅提供在冲击板的经受高工作温度的区域中。
冷却开孔26’还提供在喷嘴杯28中，如图1和图2中所示。这些冷却开孔26’可具有与冲击板中的冷却开孔相同的构造，或不同构造，这取决于具体燃烧器帽盖组件的设计。而且，冷却开孔26’可形成在喷嘴杯28的所有部分上，或仅在选定位置处，这取决于设计考虑因素。
冷却开孔的形状和轮廓可根据在燃烧器帽盖组件上的位置与位置之间而有所变化。冷却开孔的形状和轮廓可选择性地在不同位置处有所改变，用以提供最优的冷却和空气流动性能。
图5显示了形成在燃烧器帽盖组件的一部分中的冷却开孔的轮廓的一个实施例。如图5中所示，冷却开孔的中央纵向轴线以一定角度穿过燃烧器帽盖组件的壁。由于中央纵向轴线相对于表面成一定角度，故离开冷却开孔的冷却空气将趋于沿着环绕开孔出口54的表面的邻近下游部分流动。在冷却空气和燃烧器帽盖组件的表面之间的这种加长的接触容许更多的热从燃烧器帽盖组件的表面传递至冷却空气。此外，冷却开孔的方向可有助于沿特定的期望方向引导空气流动。
此外，冷却开孔的侧壁沿着开孔的长度成渐缩形。结果，定位在入口52处的冷却开孔的直径D1小于冷却开孔的出口54的直径D2。由于冷却开孔的内径从入口52至出口54变得更大，故行进经过冷却开孔的空气速度将随着空气传送经过开孔而减慢。由于空气在出口处流动较慢，相比于如果以更高速度离开冷却开孔的冷却空气，冷却空气将趋于保持接触邻近出口54的燃烧器帽盖组件的表面达更长时段。因此，冷却空气的减慢还有助于从燃烧器帽盖组件传递更多的热至冷却空气。
在图5所示的实施例中，冷却开孔的内壁沿着冷却开孔的整个长度基本上是直的。然而，壁从入口52至出口54彼此远离成一定角度。
在备选实施例中，如图6中所示，冷却开孔的内壁沿着冷却开孔的第一长度基本上彼此平行。然后，内壁开始沿着冷却开孔的长度在中间点56处相互发散。在此再次的是，由于冷却开孔的内径从中间点56至冷却开孔的出口54变宽，故传送经过冷却开孔的空气将随着其接近出口54而减慢。这提供了上述的所有益处。
图7示出了冷却开孔的另一备选实施例。在该实施例中，冷却开孔的壁从入口52至中间点56基本上彼此平行。在中间点处，冷却开孔的内壁相互发散，以确保传送经过冷却开孔的空气开始从中间点至出口54减慢。
注意的是，在图6显示的实施例中，冷却开孔的一侧沿着其整个长度基本上是直的，而相对的侧壁则开始在中间点56处发散。在图7所示的实施例中，冷却开孔的内壁围绕在中间点56处开始的冷却开孔的整个圆周开始向外扩张。
图8显示了类似于在图6中显示的冷却开孔的另一实施例。然而，在图8所示的实施例中，冷却开孔的内壁的下游侧沿其整个长度都是直的，但上游侧在中间点56处开始发散。
在图5-8显示的实施例中，冷却开孔的中央纵向轴线相对于冲击板的表面成一定角度。如上所述，使开孔成一定角度可通过确保在出口处离开冷却开孔的空气保持接触环绕出口的冲击板的表面达更长时段而有助于改善冷却效率。该角度还可有助于沿特定的期望方向引导离开的空气流。
在备选实施例中，如图9中所示，冷却开孔的中央纵向轴线可基本上垂直于燃烧器帽盖组件的环绕表面。该种类型的冷却开孔可能是期望的，用以确保当冷却空气离开冷却开孔时沿期望的方向引导其流动，在这种情况下与离开表面相垂直。在图9所示的实施例中，冷却开孔的内径仍然从入口52至出口54扩张。如上文所注意到的是，这将导致冷却空气随着其接近出口54而减慢。
在另一备选实施例中，如图10中所示，冷却开孔的内壁沿着冷却开孔的第一部分基本上垂直于环绕入口52的燃烧器帽盖组件的表面延伸。然而，在中间点56处，开孔的一个侧壁开始向外扩张。相对的侧壁在冷却开孔的整个长度上保持基本上垂直。
图11显示了又一实施例，其中，冷却开孔的一个内壁相对于环绕入口52的燃烧器帽盖组件的表面成一定角度，而相对的侧壁则垂直于该表面。在中间点56处，其中的一个侧壁相对于燃烧器帽盖组件的表面开始成一定角度。
图12显示了又一实施例，其中，冷却开孔的内壁基本上垂直于环绕入口52的燃烧器帽盖组件的表面。然而，在中间点56a和56b处，冷却开孔的内壁相对于冲击板的外表面成一定角度。此外，从中间点，冷却开孔的内部表面开始相互发散。
在图5-12中显示的各个实施例旨在表明，冷却开孔的内部轮廓可以多种不同的方式进行构造。然而，在各个不同的实施例中，冷却开孔的最终轮廓起到扩散器的作用，用以当冷却空气接近冷却开孔的出口时使其减慢。
图13A-13C显示了冷却开孔的又一特性或特征。在该实施例中，冷却开孔的入口和出口为大致卵形。图13A表示具有冷却开孔的入口52的燃烧器帽盖组件的一部分的视图。图13B显示了燃烧器帽盖组件的该部分的视图，示出了冷却开孔的出口54。入口52和出口54二者都为卵形。而且，冷却开孔的内部侧壁从入口至出口成一定角度。图13C示出了显示卵形冷却开孔的截面透视图。
在一些实施例中，冷却开孔可成形为使得入口和出口为圆形，而在其它的实施例中，入口和出口可为卵形的。在其它的实施例中，入口和出口，以及冷却开孔的中间部分可具有备选形状。进一步而言，入口可具有第一形状，而出口可具有不同的形状。重要的一点在于，冷却开孔的内径从入口至出口扩张。而且，如上文所述，可能有优势的是使冷却开孔的中央纵向轴线成一定角度，以便冷却空气保持接触环绕出口的燃烧器帽盖组件的表面达更长时段。
此外，在一些实施例中，冷却开孔在燃烧器帽盖组件上的一些位置处可具有固定的内径，而在其它的位置处，冷却开孔具有其中内径从入口至出口变得更大的轮廓。换言之，以上所述的成形的冷却开孔可能仅在燃烧器帽盖组件的要求最大程度冷却的部分上形成。
尽管本发明已结合目前认为是最实用和优选的实施例进行了描述，但将应理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种变型和等同布置。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机的燃烧器帽盖，包括：
外部套筒；以及
安装在所述外部套筒中的冲击板，其中，多个冷却开孔形成在所述冲击板中，且其中，对于所述冷却开孔中的至少一些而言，所述冷却开孔的入口的面积小于所述冷却开孔的出口的面积。
2.根据权利要求1所述的燃烧器帽盖，其特征在于，对于所述冷却开孔中的至少一些而言，所述开孔的直径从所述入口至所述出口变得逐渐地更大。
3.根据权利要求1所述的燃烧器帽盖，其特征在于，对于所述冷却开孔中的至少一些而言，所述开孔的直径沿着所述开孔的长度从所述入口至中间点基本上相同，且其中，所述开孔的直径从所述中间点至所述出口变得更大。
4.根据权利要求3所述的燃烧器帽盖，其特征在于，所述开孔的直径从所述中间点至所述出口变得逐渐地更大。
5.根据权利要求3所述的燃烧器帽盖，其特征在于，对于所述冷却开孔中的至少一些而言，所述开孔的内壁的第一部分从所述入口至所述出口为直的，且其中，沿着所述开孔的内壁的第二部分在所述中间点处形成一定角度。
6.根据权利要求1所述的燃烧器帽盖，其特征在于，对于所述冷却开孔中的至少一些而言，所述入口和所述出口为卵形。
7.根据权利要求6所述的燃烧器帽盖，其特征在于，对于所述冷却开孔中的至少一些而言，所述开孔的直径沿着所述冷却开孔的总体长度的一定部分变得逐渐地更大。
8.根据权利要求1所述的燃烧器帽盖，其特征在于，对于所述冷却开孔中的一些至少而言，所述开孔的纵向轴线相对于所述冲击板的表面形成锐角。
9.根据权利要求8所述的燃烧器帽盖，其特征在于，对于所述冷却开孔中的至少一些而言，所述开孔的直径沿着所述冷却开孔的总体长度的至少一部分变得逐渐地更大。
10.根据权利要求8所述的燃烧器帽盖，其特征在于，对于所述冷却开孔中的至少一些而言，所述开孔的直径沿着所述开孔的长度从所述入口至中间点基本上相同，且其中，所述开孔的直径从所述中间点至所述出口变得逐渐地更大。
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