CN102620318A - 燃烧器及维修燃烧器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃烧器及维修燃烧器的方法，具体而言，涉及一种包括端盖(18)的燃烧器(10)，端盖具有穿过该端盖(18)的钻孔(30)。燃烧器(10)还包括该端盖(18)中的钻孔(30)中的插入件(34)以及穿过该端盖(18)以及该插入件(34)的至少一个连续的通道(32)。环(40)通过该环(40)和插入件(34)之间的密封件(44)而固定地连接到端盖(18)上。一种用于维修(40)燃烧器(10)的方法，包括将环(40)固定地连接到端盖(18)上并将替代插入件(34)安装在该端盖(18)中。该方法还包括将密封件(44)安装在环(40)和替代插入件(34)之间。

Description

燃烧器及维修燃烧器的方法
技术领域
本发明总体涉及燃烧器及用于维修燃烧器的方法。尤其是，本发明的各种实施例提供了用于更改或维修燃烧器中的端盖的系统或方法。
背景技术
本领域已知燃烧器用于点燃燃料与空气以产生具有高温和高压的燃烧气体。例如，燃气涡轮机系统，航空发动机以及多种其他基于燃烧的系统可包括一个或更多燃烧器，这些燃烧器将诸如空气的工作流体与燃料混合并点燃该混合物以产生高温和高压燃烧气体。燃烧气体然后可用于使涡轮旋转，提供推力，或执行多种其他形式的工作。
各燃烧器通常包括端盖以及包围并限定燃烧室的衬里，且工作流体可沿衬里的外侧流动以便在通过一个或更多喷嘴流入燃烧室之前从衬里去除热量。喷嘴可径向地布置在端盖中或连接到端盖上，并且燃料可供应给穿过端盖的喷嘴以喷入该燃烧室。例如，穿过端盖的通道可连接到喷嘴中的互补通道上，以提供穿过端盖和喷嘴到燃烧室的流体连通。端盖和各喷嘴之间的插入件可使得单个端盖设计能够容纳若干不同的通道从而将空气、燃料和/或其他流体供应给燃料喷嘴。插入件可通过螺栓、钎焊或焊接接头附接到端盖上，且各喷嘴然后可栓接或以其他方式附接到插入件上和/或端盖上以完成穿过端盖、插入件和各喷嘴的流体通路。
与燃烧器相关的温度变化可产生端盖和插入件之间不均匀的膨胀。随着时间流逝，端盖和插入件之间的钎焊或焊接接头可能碎裂或失效，有可能造成端盖和/或插入件中各种通道之间的内部泄漏。对于一些端盖设计，钎焊或焊接接头可能被去除并由端盖和密封件之间的一个或更多密封件替代，如被转让给本发明的相同受让人的美国专利7,134,287中所公开的那样。然而，在一些端盖设计中几何形状上的约束排除了用于更换密封件的足够的支持面。因此，一种允许更换或修理端盖中的一个或更多钎焊或焊接接头的新型燃烧器设计将是有用的。
发明内容
本发明的多个方面和优点在以下描述中进行了陈述，或者可从该描述而显而易见，或者可通过本发明的实践而获悉。
本发明的一个实施例是一种包括端盖的燃烧器，端盖具有穿过该端盖的钻孔。燃烧器还包括该端盖中的钻孔中的插入件以及穿过该端盖以及该插入件的至少一个连续的通道。环通过该环和插入件之间的密封件而固定地连接到端盖上。
本发明的另一个实施例是一种包括端盖和连接到该端盖上的喷嘴的燃烧器。燃烧器还包括该端盖和喷嘴之间的钻孔中的插入件以及穿过该端盖以及该插入件的至少一个连续的通道。环通过该环和插入件之间的密封件而固定地连接到端盖上。
本发明还包括一种用于维修燃烧器的方法。该方法包括固定地将环连接到端盖上并在端盖中安装替代插入件。该方法还包括在该环和该替代插入件之间安装密封件。
本领域技术人员在查看本说明书之后将更好地理解此类实施例的特征和方面以及其他。
附图说明
在本说明书的剩余部分，包括对附图的引用，更具体地陈述了对本领域技术人员而言本发明的完整及能够实施的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的燃烧器的简化横截面视图；
图2是图1中所示的端盖的一部分的放大横截面视图；
图3是图2中所示的端盖的放大横截面视图，且插入件被大体上去除；
图4是图3中所示的端盖的放大横截面视图，且根据本发明的一个实施例的替代插入件被安装在该端盖中；
图5是根据本发明的一个实施例的图4中所示的密封件的放大横截面视图；而
图6是根据本发明的一个备选实施例的图4中所示的密封件的放大横截面视图。
零部件列表
10  燃烧器
12  壳体
14  喷嘴
16  顶盖
18  端盖
20  衬里
22  燃烧室
24  流套筒
26  流动孔
28  环形通道
30  钻孔
32  通道
34  插入件
36  钎焊接头
38
40  环
42  替代插入件
44  密封件
具体实施方式
现在将对本发明的当前实施例进行详细引用，其一个或多个示例在附图中进行了图解。详细描述使用数值和字母标号指代图中的特征。图和描述中相同或相似的标号用于指本发明的相同或相似部件。
各示例都作为本发明的解释而非本发明的限制提供。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是在可在本发明中做出多种改型和变型而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可用在另一个实施例上以产生又另一个实施例。因此，其意图在于本发明覆盖落在所附权利要求及其等价物范围内的此类改型和变型。
图1显示了根据本发明的一个实施例的燃烧器10的简化横截面视图。壳体12可包围燃烧器10以包含流向燃烧器10的空气或工作流体。如图所示，燃烧器10可包括径向地布置在顶盖16中的一个或更多喷嘴14。端盖18和衬里20总体包围位于喷嘴14下游的燃烧室22。具有流动孔26的流套筒24可包围衬里20以限定流套筒24和衬里20之间的环形通道28。空气或工作流体可通过流套筒24中的流动孔26以沿着衬里20的外侧流动从而向衬里20提供薄膜或对流冷却。空气或工作流体然后反转方向以流过该一个或更多喷嘴14，在这里其与燃料相混合，之后在燃烧室22中点燃以产生具有高温和高压的燃烧气体。
图2显示了在包括在本发明的各种实施例中的改善之前图1中所示的端盖18的一部分的放大横截面视图。如图所示，端盖18可包括延伸通过端盖18的一个或更多钻孔30以及连续通道32。钻孔30和连续通道32提供穿过端盖18的流体连通，以允许燃料、稀释剂、惰性气体或其他流体流过端盖18到达喷嘴14。如图2中所示，在特定实施例中，钻孔30可沿轴向方向成阶梯状，从而导致穿过端盖18钻孔30的不同直径，其为端盖18和插入件34之间提供了方便的支持面。插入件34可安装在钻孔30中并通过螺栓或一个或更多钎焊36或焊接接头连接到端盖18上，且喷嘴14可连接到端盖18和/或插入件34下游的插入件34上，使得插入件34位于端盖18和喷嘴14中间。以此方式，钻孔30和/或通道32中的流体可穿过插入件34流向喷嘴14，并且插入件34和端盖18之间的钎焊36或焊接接头可提供适当的边界，以防止钻孔30和/或通道32中流体的多根并合(co-mingling)或混合。
在瞬态或长期操作期间，端盖18和插入件34之间的温度梯度可能弱化或损坏端盖18和插入件34之间的钎焊36或焊接接头。结果，在钻孔30和通道32之间可能形成泄漏，从而允许钻孔30和/或通道32中的流体的多根并合或混合。尽管燃烧器10可以在钻孔30和各种通道32之间的一定量泄漏的情况下继续操作，但任何泄漏均可能通过改变穿过喷嘴14的设计流体流量而危害燃烧器操作。弱化或损坏的钎焊36或焊接接头可能难以检查和探测，并且一旦被探测到，钻孔30内的空间或几何形状上的限制可能使得不更换整个端盖18而进行方便的维修是困难或不实际的。本发明的各种实施例提供了用于改变新的或现有端盖18的系统和方法，其用环40替代或维修一个或更多现有钎焊36或焊接接头。环40典型地具有比原插入件34更低的硬度，从而导致环40与端盖18之间更低的张应力。此外，由于一个或更多钎焊36或焊接接头的去除或维修，环40对于如果必要的后续检查和维修可以更容易接近。结果，端盖18可进行更改或维修以便将端盖18联接到喷嘴14上而不需要重新设计或更换端盖18，从而产生维修或替代成本上的极大节省。
图3提供了图2中所示的端盖18的放大横截面视图，且原插入件34被去除。原插入件34和任何弱化或损坏的钎焊36或焊接接头可例如通过研磨或机加工而大体上从钻孔30去除，从而从仍然起作用的原插入件34和相关钎焊36或焊接接头在原位留下一个或更多环40。备选地，如图3中所示，原插入件34和所有相关的钎焊36或焊接接头均可完全去除并用固定地连接到端盖18上的一个或更多环40替代。各环40不管是从原插入件34残留的或者是新部件，均可包括如之前一样包括钎焊或焊接到端盖18上的箍。各环40的减少的质量或开口几何形状降低了各环40的硬度，从而导致各环40和端盖18之间张应力的对应降低。此外，各环40提供了方便的表面来与替代插入件42匹配，同时还保留了穿过端盖18以及替代插入件42的连续通道32。
图4提供了图3中所示的端盖18的放大横截面视图，且根据本发明的一个实施例的替代插入件42被安装在该端盖18中。如图4中所示，比替代端盖18成本低得多的替代插入件42可插入到钻孔30中。各环40和替代插入件42之间的密封件44提供合适的边界，以防止钻孔30和/或通道32中流体的多根并合或混合。密封件44可包括具有大体W形或C形横截面的环形金属环，其允许密封件44响应于替代插入件42和相关环40之间的相对移动而轻易弯曲。喷嘴14再次可连接到替代插入件42下游的端盖18和/或替代插入件42上，使得替代插入件42位于端盖18与喷嘴14之间。以此方式，钻孔30和/或通道32中的流体如之前可穿过插入件42流向喷嘴14，并且替代插入件42和端盖18之间的环40和密封件44的组合提供了适当的边界，以防止钻孔30和/或通道32中流体的多根并合或混合。
图5和图6提供了根据本发明的各种实施例的图4中所示的密封件44的放大横截面。如图5和图6中所示，密封件44在相邻表面的膨胀或收缩期间防止跨越密封件44的流体流动。具体地，图5显示了环40和替代插入件42之间的W形密封件44，其允许环40和替代插入件42在操作期间膨胀或收缩而不允许跨越密封件44的流体流动。类似地，图6显示了可替代端盖18和替代插入件42之间现有钎焊或焊接接头的C形密封件44。
此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且也使得本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可获专利的范围由权利要求限定，并可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例包括无异于权利要求的字面语言的结构要件，或如果它们包括的等价性结构要件与权利要求的字面语言没有实质性的差异，则此类其他示例意在属于权利要求的范围之内。

Claims (13)

1.一种燃烧器(10)，包括：
a.端盖(18)；
b.穿过所述端盖(18)的钻孔(30)；
c.所述端盖(18)中的所述钻孔(30)中的插入件(34)；
d.穿过所述端盖(18)和所述插入件(34)的至少一个连续的通道(32)；
e.固定地连接到所述端盖(18)上的环(40)；以及
f.所述环(40)和所述插入件(34)之间的密封件(44)。
2.如权利要求1所述的燃烧器(10)，其特征在于，穿过所述端盖(18)的所述钻孔(30)沿轴向方向成阶梯状。
3.如任意前述权利要求所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述环(40)被至少钎焊或焊接至所述端盖(18)。
4.如任意前述权利要求所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述燃烧器还包括穿过所述端盖(18)和所述插入件(34)的多个连续的通道(32)。
5.如任意前述权利要求所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述燃烧器还包括连接到所述插入件(34)下游的所述端盖(18)上的喷嘴(14)。
6.如任意前述权利要求所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述燃烧器还包括固定地连接到所述端盖(18)上的多个环(40)。
7.如权利要求6所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述燃烧器还包括所述多个环(40)的每一个和所述插入件(34)之间的密封件(44)。
8.一种用于维修燃烧器(10)的方法，包括：
a.固定地将环(40)连接到端盖(18)上；
b.将替代插入件(34)安装在所述端盖(18)中；以及
c.将密封件(44)安装在所述环(40)和所述替代插入件(34)之间。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述端盖(18)去除原插入件(34)的至少一部分。
10.如权利要求8或9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述环(40)钎焊或焊接到所述端盖(18)上。
11.如权利要求8-10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将喷嘴(14)连接到所述替代插入件(34)下游的所述端盖(18)上。
12.如权利要求8-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将多个环(40)固定地连接到所述端盖(18)上。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将密封件(44)安装在所述多个环(40)的每一个和所述替代插入件(34)之间。
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