CN102808949A - 带有优先冷却的呼啦密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有优先冷却的呼啦密封件。一种在联接的燃烧器构件之间使用的环形密封件(62)，包括分段的环形实心边缘部分和从实心边缘部分延伸并围绕实心边缘部分的周边布置的多个交替的弹簧夹(66,68,72)和缝隙(70)，其中，多个弹簧夹中的一个或更多或者多个直的且成角度的缝隙中的一个或更多具有不一致的宽度尺寸。

Description

带有优先冷却的呼啦密封件

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机内的内部冷却，并且更加特定地涉及还增强了密封区域内的冷却的用在燃烧器构件之间的密封件。

背景技术

空气管理是燃烧器设计中的重要考虑。空气流提供用于燃烧过程的氧化剂，并且还向燃烧器的热气路径构件提供冷却。密封件典型地设在燃烧器的各种构件之间，以防止热的燃烧气体从燃烧器泄漏。那些密封件的密封配置和功能在燃烧器中是独特的。例如，提供从一个区域到另一个区域的流动的完全密封的密封件可能是不期望的，然而导致少量的冷却空气“泄漏”的密封件可能是优选的。在燃烧区内，冷却必须适当地设计成为热气路径构件提供充分的冷却，同时仅仅最小地干扰燃烧点火和稳定性。

密封件典型地用在例如燃气涡轮燃烧器衬套和将热的燃烧气体携带至燃气涡轮的第一级的过渡件或导管之间。它们典型地包括C形环、弹簧夹(spring-finger)或者“呼啦(hula)”环、织物密封件(cloth seal)等，所有这些都经受高温和高压，以及越过密封件的压力和温度的高梯度。

仍然需要，例如通过对准沿着燃烧器衬套和过渡件或导管的热侧的热条纹(hot streak)用于优先冷却，从而增强在高燃烧温度下具有最小压力损失的积极冷却的水平。

发明内容

因此，在一个示例性的但是非限制性的实施例中，本发明提供了用于在联接的燃烧器构件之间使用的环形密封件，该环形密封件包括分段的环形实心边缘部分和从所述实心边缘部分延伸并围绕所述实心边缘部分的周边布置的多个交替的弹簧夹和缝隙，其中，所述多个弹簧夹中的一个或更多或者所述多个缝隙中的一个或更多具有不一致的宽度尺寸。

在另一示例性的但是非限制性的实施例中，本发明提供了燃气涡轮燃烧器组件，其包括：在前端处固定至支撑一个或更多喷嘴的端盖的大体圆筒形的燃烧器衬套；过渡件，其具有可伸缩地容纳在所述燃烧器衬套的后端之上的前端，所述过渡件的后端适于附接至涡轮第一级；以及环形密封件，其在径向上设置在所述燃烧器衬套的所述后端和所述过渡件的所述前端之间，所述环形密封件包括分段的环形实心边缘部分和从所述实心边缘部分延伸并围绕所述实心边缘部分的周边布置的多个弹簧夹，所述弹簧夹被相邻的缝隙分离，并且其中，所述多个弹簧夹中的至少一些布置成相对于通过环形密封件的中线轴线成角度。

在又一示例性的但是非限制性的实施例中，本发明提供了优先冷却涡轮燃烧器中的区域的方法，在该区域，燃烧器衬套接合到过渡件，并且环形弹簧夹密封件在径向上位于所述燃烧器衬套的后端和所述过渡件的前端之间，并且其中，所述环形弹簧夹密封件包括从分段的环形实心边缘延伸的多个弹簧夹，该方法包括使在一个方向上流动到燃烧器的空气的一部分转向而在相反的方向上流动通过所述环形密封件；以及按宽度或者角度定向布置所述多个弹簧夹，以将流动通过所述环形密封件的空气引导至燃烧器衬套或过渡件的一个或更多目标区域，在目标区域，与燃烧器衬套或过渡件的其它区域相比，已经确认了有差别地更高的温度。

现在，将结合下面确认的附图详细地描述本发明。

附图说明

图1是燃气涡轮燃烧器的简化的示意横截面图；

图2是从图1移除的燃烧器衬套和过渡件构件之间的界面的放大的局部横截面图；

图3是在燃烧器衬套和过渡件之间的界面处使用的常规的弹簧夹或呼啦密封件的透视图；

图4是根据示例性的但是非限制性的实施例的在燃烧器衬套和过渡件之间的界面处使用的弹簧夹或呼啦密封件的透视图；以及

图5是根据另一示例性的但是非限制性的实施例的在燃烧器衬套和过渡件之间的界面处使用的弹簧夹或呼啦密封件的透视图。

 

构件列表：

10           燃气涡轮

12           压缩机

14           燃烧器

16           涡轮

18           转子轴

20           过渡件

22           上游端

24           燃烧器衬套

26           下游端

28           后框

30           燃烧器套筒

32           流动通道

34           燃烧器盖

36           上游端

38           喷嘴

40           燃烧室

42           冲击套筒

44           流动通道

46           排出流

48           扩散器

50           冲击孔

52           弹簧夹密封件

54           后端

56 、76         弹簧夹

58           实心端或边缘

60、70、78  缝隙

62、74         呼啦密封件

64           弹簧夹组

66、68         弹簧夹

72           密封部分

具体实施方式

图1中显示了燃气涡轮10。燃气涡轮10包括压缩机12，其向燃烧器14提供压缩流体。燃料被注入燃烧器14中，与压缩空气混合并且被点燃。燃烧的热气产物流动到涡轮16，该涡轮从热气抽取功以驱动转子轴18，该转子轴继而驱动压缩机12。过渡件20在上游端22在燃烧器衬套24处联接至燃烧器14，并且在下游端26联接至涡轮16的后框28。过渡件20将热气流从燃烧器衬套24携带到涡轮16。燃烧器14包括燃烧器套筒30，其与燃烧器衬套24在径向上向外间隔开，在它们之间限定了燃烧器流动通道32。燃烧器盖34联接至燃烧器衬套24的上游端36，并且包括设置在其中且延伸至由燃烧器盖34和燃烧器衬套24限定的燃烧室40中的至少一个喷嘴38。冲击套筒42联接至燃烧器套筒30，并且与过渡件20在径向上间隔开，在它们之间限定了过渡流动通道44。

在运转期间，排出流46从压缩机12通过扩散器48流动到冲击套筒42。排出流46前进通过冲击套筒42中的多个冲击孔50，并且在过渡流动通道44中向着燃烧器14前进。排出流46从过渡流动通道44并通过燃烧器流动通道32前进，直到它最终通过至少一个喷嘴38被引入至燃烧器衬套24。除了向燃烧器14提供空气用于燃烧过程之外，相对较凉的排出流46还将非常需要的冷却提供给暴露至热的燃烧气体的构件，例如燃烧器衬套24和过渡件20。

在过渡件和燃烧器衬套之间的界面处，存在着伸缩式配合，在此，燃烧器衬套的后端被容纳在过渡件的前端内。参照图2，环形弹簧夹密封件52，也称为呼啦密封件，在径向上位于衬套24的后端54和过渡件20的前端22之间。典型地，如在图3中最好地见到的，弹簧夹56具有一致的宽度，并且在轴向方向上从密封件的实心端或边缘58延伸，围绕密封件边缘的周边一致地间隔开，由缝隙60分离。应当意识到，实心边缘58可以在弹簧夹的上游或者下游端上。如在本领域中很好理解的，密封件包括两个或更多拱形的段，当组装好时，其形成完整的360°环形密封件。

在本发明的示例性的但是非限制性的实施例中，呼啦密封件重新配置成将冷却空气引导至衬套和/或过渡件的具体的高温区域，其被确认为具有与燃料/空气比(FAR)和燃烧旋涡角度相关的“热条纹”。在图4中，例如，环形呼啦密封件62形成有各自在围绕密封件的周边的间隔开的位置处的两个轴向定向的弹簧夹66、68的分立的组64。虽然组之间的间距显示为是大体一致的，但是将会意识到，该间距可以基于确认的热条纹的位置而以不对称的方式变化。换而言之，弹簧夹组64以及同样重要地弹簧夹之间的缝隙70的组，可以定位并布置成以便优先地冷却衬套的后端和/或过渡件的前端的任何期望的区域。组64之间的密封部分72事实上包括宽度大大地大于弹簧夹66、68的弹簧夹。这样，宽度更大的弹簧夹还可以用于/布置成使冷却空气转向而向着热的区域离开衬套或过渡件的确认的更凉的区域，以在不需要额外的冷却空气的情况下促进冷却一致性。

图5显示环形呼啦密封件74的又一示例实施例，其中，弹簧夹76和缝隙78围绕密封件的周边一致地间隔开，但是相对于通过密封件的中线轴线CL成角度，以使穿过密封件的冷却空气旋动。将会意识到，图4和图5所示的实施例能够结合，使得弹簧夹和相关联的缝隙的分立的组沿着相同或不同的方向成角度，以不仅使冷却空气旋动，而且还优先地冷却某些衬套和/或过渡件区域。在此，弹簧夹和弹簧夹之间的缝隙又能够具有相同或不同的宽度尺寸。

通过优先地对准相邻构件的具体区域，(不管热的或冷的)通过独特的密封件设计，利用最小的空气流提供了更加高效的冷却。减少冷却流继而减少了排放并增加了构件的使用寿命。

虽然已经结合当前认为是最实用的且优选的实施例描述了本发明，但是将会懂得，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反，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同布置。

Claims (15)

1.一种用于在联接的燃烧器构件之间使用的环形密封件(62)，所述环形密封件包括分段的环形实心边缘部分(58)和从所述实心边缘部分延伸并围绕所述实心边缘部分的周边布置的多个交替的弹簧夹(66, 68, 72)和缝隙(70)，其中，所述多个弹簧夹中的一个或更多或者所述多个缝隙中的一个或更多具有不一致的宽度尺寸。

2.根据权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述多个弹簧夹(66, 68, 72, 76)相对于通过所述密封件的中线轴线大体一致地成角度。

3.根据权利要求2所述的环形密封件，其特征在于，所述多个弹簧夹(76)具有大体一致的宽度。

4.根据权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述多个缝隙(78)具有大体一致的宽度。

5.根据权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述多个弹簧夹布置成多个分立的弹簧夹组(64)，其具有比所述多个弹簧夹(72)中的剩余的弹簧夹的宽度尺寸更小的大体相等的宽度尺寸。

6.根据权利要求5所述的环形密封件，其特征在于，所述多个分立的组(64)中的每一个具有相等数量的弹簧夹(66, 68)。

7.根据权利要求5所述的环形密封件，其特征在于，所述分立的多个组(64)中的至少一些具有与所述分立的组中的其它不同数量的弹簧夹。

8.根据权利要求1所述的环形密封件，其特征在于，所述多个弹簧夹(66, 68, 72, 76)相对于所述中线轴线不一致地成角度。

9.根据权利要求5所述的环形密封件，其特征在于，所述多个弹簧夹(76)相对于通过所述密封件的中线轴线大体一致地成角度。

10.一种燃气涡轮燃烧器组件，包括：

大体圆筒形的燃烧器衬套(24)，其在前端处固定至支撑一个或更多喷嘴(38)的端盖(34)；

过渡件(20)，其具有可伸缩地容纳在所述燃烧器衬套(24)的后端之上的前端，所述过渡件的后端适于附接至涡轮第一级；以及

环形密封件(62)，其在径向上设置在所述燃烧器衬套的所述后端和所述过渡件的所述前端之间，所述环形密封件包括分段的环形实心边缘部分(58)和从所述实心边缘部分延伸并围绕所述实心边缘部分的周边布置的多个弹簧夹(66, 68, 72, 76)，所述弹簧夹被相邻的缝隙(70)分离，并且其中，所述多个弹簧夹(76)中的至少一些布置成相对于通过所述环形密封件的中线轴线成角度。

11.根据权利要求10所述的环形密封件，其特征在于，所有所述多个弹簧夹(66, 68, 72, 76)相对于通过所述密封件的所述中线轴线大体一致地成角度。

12.根据权利要求11所述的环形密封件，其特征在于，所述多个弹簧夹(76)具有大体一致的宽度。

13.根据权利要求10所述的环形密封件，其特征在于，所述缝隙(78)具有大体一致的宽度。

14.根据权利要求11所述的环形密封件，其特征在于，所述多个弹簧夹(68, 72)中的至少一些具有不一致的宽度。

15.一种优先冷却涡轮燃烧器中的区域的方法，在该区域，燃烧器衬套(24)接合到过渡件(20)，并且环形弹簧夹密封件(62)在径向上位于所述燃烧器衬套的后端和所述过渡件(20)的前端之间，并且其中，所述环形弹簧夹密封件包括从分段的实心环形边缘(58)延伸的多个弹簧夹(66, 68, 72)，所述方法包括：

使在一个方向上流动到所述燃烧器的空气的一部分转向而沿着相反的方向流动通过所述环形密封件(62)；以及

按宽度或角度定向布置所述多个弹簧夹，以将流动通过所述环形密封件(62)的空气引导至所述燃烧器衬套(24)或所述过渡件(20)的一个或更多目标区域，在所述目标区域，与所述燃烧器衬套或过渡件的其它区域相比，已经确认了有差别地更高的温度。

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