CN108006696B - 燃烧器组件和燃烧器 - Google Patents

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CN108006696B CN201711022293.3A CN201711022293A CN108006696B CN 108006696 B CN108006696 B CN 108006696B CN 201711022293 A CN201711022293 A CN 201711022293A CN 108006696 B CN108006696 B CN 108006696B
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Abstract

本发明涉及一种燃烧器组件。该燃烧器组件包括：限定第一径向开口的燃烧衬管；至少部分地环绕所述燃烧衬管的外部套筒，其中，所述外部套筒限定第二径向开口。具有护套部分和法兰部分的安装主体环绕所述第一径向开口，且从所述燃烧衬管的外表面朝向所述外部套筒径向朝外延伸。所述法兰部分至少部分设置在所述第二径向开口内。辅助部件在所述护套部分内径向延伸且包括法兰部分。所述辅助部件的所述法兰部分经由第一紧固件连接到所述安装主体的所述法兰部分，且所述辅助部件的所述法兰部分经由第二紧固件连接到所述外部套筒。

Description

燃烧器组件和燃烧器
技术领域
本发明大体上涉及燃烧器组件。更确切地说，本发明涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。燃烧区段通常包括至少一个燃烧器，该燃烧器包括安置在燃烧器壳内的燃烧衬管。燃烧衬管可由例如冲击套筒和/或流动套筒等套筒周向地环绕。套筒与燃烧衬管径向间隔开，并且气体流动或冷却通路限定在所述套筒与燃烧衬管之间。
在特定配置中，轴向分级的燃料喷射器径向延伸穿过在燃料喷嘴下游的套筒和燃烧衬管。在燃烧器的操作期间，衬管和套筒会在燃烧器在各种热状况中循环时以不同速率扩展和收缩，因此，这些部件之间存在相对运动。另外，燃烧衬管、套筒和轴向分级的燃料喷射器之间存在相对移动。这些相对运动可能导致在环绕套筒和/或流动通路的高压气室与限定在燃烧衬管内的热气体路径之间引发泄漏，和/或可能在轴向分级的燃料喷射器与套筒和燃烧衬管中的至少一个之间引起不合需要的机械应力。
发明内容
各方面和优点将在下文描述中进行阐述，或者是通过说明书的描述可以显而易见的，或者是可以通过实施本发明而获得。
本发明的一个实施例是一种燃烧器组件(combustor assembly)。所述燃烧器组件包括限定第一径向开口的燃烧衬管，和至少部分地环绕所述燃烧衬管且限定第二径向开口的外部套筒。具有护套部分和法兰部分的安装主体(mounting body)环绕所述第一径向开口，且从所述燃烧衬管的外表面朝向所述外部套筒径向朝外延伸。所述安装主体的所述法兰部分至少部分设置在所述第二径向开口内。辅助部件在所述护套部分内径向延伸且包括法兰部分。所述辅助部件的所述法兰部分经由第一紧固件连接到所述安装主体的所述法兰部分，且所述辅助部件的所述法兰部分经由第二紧固件连接到所述外部套筒。
其中，所述外部套筒与所述燃烧衬管径向间隔开且在其间限定流动通路，其中，所述安装主体的所述护套部分设置在所述流动通路内。
其中，所述辅助部件为燃料喷射器。
其中，在所述安装主体的所述法兰部分的周边壁与所述外部套筒的所述第二径向开口之间限定间隙。
其中，所述燃烧器组件进一步包括沿着所述外部套筒的内表面设置的凸台，其中，将所述辅助部件的所述法兰部分连接到所述外部套筒的所述第二紧固件旋拧到所述凸台中。
其中，所述辅助部件的所述法兰部分抵靠所述外部套筒的外表面形成密封。
其中，所述外部套筒包括流动套筒和冲击套筒中的至少一个。
其中，所述辅助部件、所述外部套筒和所述燃烧衬管稳固地连接在一起。
其中，所述外部套筒在前轴向方向和后轴向方向上都轴向地不受限制。
本发明的另一实施例是一种燃烧器(combustor)。所述燃烧器包括连接到外壳的端盖。燃料喷嘴在所述端盖的下游轴向地延伸。所述燃烧器还包括燃烧衬管，所述燃烧衬管在所述燃料喷嘴的下游限定燃烧区，且限定与所述燃料喷嘴轴向地偏移的第一径向开口。外部套筒至少部分地环绕所述燃烧衬管。所述外部套筒限定第二径向开口。所述燃烧器还包括具有护套部分和法兰部分的安装主体。所述护套部分环绕所述第一径向开口，且从所述燃烧衬管的外表面朝向所述外部套筒径向朝外延伸。所述安装主体的法兰部分至少部分设置在所述第二径向开口内。在所述护套部分内径向延伸的辅助部件包括法兰部分。所述辅助部件的所述法兰部分经由第一紧固件连接到所述安装主体的所述法兰部分，且所述辅助部件的所述法兰部分经由第二紧固件连接到所述外部套筒。
其中，所述外部套筒与所述燃烧衬管径向间隔开且在其间限定流动通路，其中，所述安装主体的所述护套部分设置在所述流动通路内。
其中，所述辅助部件包括燃料喷射器。
其中，所述辅助部件包括火花点火器。
其中，所述辅助部件包括传感器或探针。
其中，在所述安装主体的所述法兰部分的周边壁与所述外部套筒的所述第二径向开口之间限定间隙。
其中，其特征在于进一步包括沿着所述外部套筒的内表面设置的凸台，其中，将所述辅助部件的所述法兰部分连接到所述外部套筒的所述第二紧固件旋拧到所述凸台中。
其中，所述辅助部件的所述法兰部分抵靠所述外部套筒的外表面形成密封。
其中，所述外部套筒包括流动套筒和冲击套筒中的至少一个。
其中，所述辅助部件、所述外部套筒和所述燃烧衬管稳固地连接在一起。
其中，所述外部套筒轴向地不受限制。
通过阅读说明书，所属领域的普通技术人员将更好地理解这些实施例和其它实施例的特征和方面。
附图说明
在说明书的其余部分中并参考附图更具体地阐述各种实施例的完全和充分的公开内容，包括其对于所属领域的技术人员来说的最佳模式，在附图中：
图1是可以包括本发明的各种实施例的示范性燃气涡轮的功能框图；
图2是可以包括本发明的各种实施例的示范性燃烧器的简化截面侧视图；
图3是根据本发明的至少一个实施例的示范性燃烧器的一部分的透视图；
图4是根据本发明的至少一个实施例的如图3中所示出的燃烧器的一部分的透视图；
图5是根据本发明的至少一个实施例的安装到燃烧器的安装主体和外部套筒的示范性辅助部件的透视图；
图6提供沿着如图5中所示出的剖面线A-A截取的截面正视图，且示出根据本发明的一个实施例的连接到安装主体的如图5所示的辅助部件；以及
图7提供沿着如图5中所示出的剖面线B-B截取的截面正视图，且示出根据本发明的一个实施例的连接到外部套筒的如图5所示的辅助部件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其中的一个或多个实例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。在附图和描述中相同或相似的标号用于指代本发明的相同或相似的部分。
如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，而非希望表示个别部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通道中的流体流的相对方向。举例来说，“上游”是指流体从其流出的方向，而“下游”是指流体流到的方向。术语“径向地”是指大体上垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向，术语“轴向地”是指大体上平行于和/或同轴地对齐于特定部件的轴向中心线的相对方向，而术语“周向地”是指围绕特定部件的轴向中心线延伸的相对方向。
本文中所使用的术语仅用来描述特定实施例，而不希望进行限制。如本文中所使用，单数形式“一(a/an)”和“所述”也希望包括复数形式，除非上下文明确表示不是这样。还应了解，当在本说明书中使用时，术语“包括”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或增加。
每个实例通过进行说明而不是限制的方式提供。实际上，在不偏离本发明的范围或精神的情况下对本发明进行多种修改和变化，对于所属领域的技术人员来说是显而易见的。例如，作为一个实施例的部分示出或描述的特征能够结合另一实施例，从而产生又一实施例。因此，本发明应涵盖所有属于所附权利要求书和其等效物的范围内的修改和变化。虽然本发明的示范性实施例将出于说明目的而大体上在陆基发电燃气涡轮燃烧器的上下文中进行描述，但所属领域的普通技术人员将容易了解，本发明的实施例可以应用于任何样式或类型的涡轮机燃烧器，并且不限于用于陆基发电燃气涡轮的燃烧器或燃烧系统，除非权利要求书中特别地叙述。
现在参考附图，图1示出一个示范性的燃气涡轮10的示意图。燃气涡轮10大体上包括压缩机12、设置在压缩机12下游的至少一个燃烧器14，以及设置在燃烧器14下游的涡轮16。另外，燃气涡轮10可包括将压缩机12连接到涡轮16的一个或多个轴18。
在操作期间，空气20流入压缩机12，空气20在所述压缩机中经过逐步压缩，从而提供压缩空气或增压空气22到燃烧器14。压缩空气22的至少一部分与燃料24在燃烧器14内混合并进行燃烧以产生燃烧气体26。燃烧气体26从燃烧器14流入涡轮16，其中能量(动能和/或热能)从燃烧气体26传递到转子叶片(未示出)，从而促使轴18旋转。机械旋转能接着可用于各种目的，例如对压缩机12供电和/或产生电力。燃烧气体26接着可从燃气涡轮10排出。
图2提供可以包括本发明的各种实施例的一个示范性的燃烧器的截面侧视图。如图2中所示，燃烧器14可由例如压缩机排气壳等外壳28至少部分地环绕。外壳28可至少部分地限定高压气室30，所述高压气室至少部分地环绕燃烧器14的各种部件。高压气室30可与压缩机12(图1)流体连通以便从所述压缩机接收压缩空气22的一部分。端盖32可连接到外壳28。一个或多个燃料喷嘴34可在端盖32的下游轴向地延伸。
一个或多个燃烧衬管或管道36可在一个或多个燃料喷嘴34下游至少部分地限定燃烧腔室或燃烧区38，和/或可至少部分地限定穿过燃烧器14的热气体路径(hot gaspath)40，以用于朝着入口42方向将燃烧气体26(图1)引导到涡轮16。在特定实施例中，燃烧衬管36可由单个主体或单体形成，其中燃烧衬管36的上游或前端44大体上为圆柱形或圆形。燃烧衬管36接着可在接近于燃烧衬管36的下游或后端46处转变成非圆形或大体上矩形横截面形状。
在特定实施例中，燃烧衬管36的后端46可在后框架48处终止。后框架48可用于将燃烧衬管36安装到外壳28或其它支撑连接件上，借此固定或轴向地限制燃烧衬管36的后端46。因而，燃烧衬管36的前端44可在燃烧器14在各种热状况中转变时朝向一个或多个燃料喷嘴34轴向地伸展和收缩。
在特定实施例中，燃烧衬管36至少部分地被外部套筒50周向环绕。外部套筒50可由单个部件形成，或由例如流动套筒52和冲击套筒54等多个套筒段形成。冲击套筒54与流动套筒52可滑动地接合，以实现二者之间的轴向相对移动。外部套筒50与燃烧衬管36径向间隔开，以便在其间限定冷却流动通路(cooling flow passage)56。外部套筒50可限定多个入口或孔(未示出)，所述入口或孔在冷却流动通路56与高压气室30之间提供流体连通。在特定实施例中，外部套筒50可在相对于燃烧器14的轴向中心线的轴向方向上大体上或实质上不受限制。因而，外部套筒50可在燃烧器14在各种热状况中转变时朝向一个或多个燃料喷嘴34和/或朝向后框架48轴向地扩展和收缩。
在各种实施例中，如图2中所示出，燃烧器14包括与燃料喷嘴34轴向地偏移且设置在所述燃料喷嘴下游的至少一个辅助穿透件或部件58。辅助部件58可包括具有如下主体的任何部件：所述主体径向延伸穿过外部套筒50、冷却流动通路56且至少部分地穿过燃烧衬管36。举例来说，辅助部件58可包括火花点火器、传感器、探针或其它燃烧连接件装置。在特定实施例中，辅助部件58包括与燃料喷嘴34轴向地偏移且设置在所述燃料喷嘴下游的燃料喷射器60。在特定实施例中，燃烧器14包括围绕燃烧衬管36和外部套筒50环状地布置的多个燃料喷射器60。每一燃料喷射器60径向延伸穿过外部套筒50、冷却流动通路56且至少部分地穿过燃烧衬管36。每一燃料喷射器60将二次燃料与空气的混合物提供到在燃料喷嘴34和/或燃烧区38的下游限定在燃烧衬管36内的热气体路径。
图3提供根据本发明的至少一个实施例的燃烧器14的一部分的透视图，其中为了清楚起见移除了外部套筒50，图3包括燃烧衬管36的一部分和与燃烧衬管36相分解远离的示范性辅助部件58或燃料喷射器60。图4提供根据本发明的至少一个实施例的包括外部套筒50的如图3中所示出的燃烧器14的一部分的透视图。如图3和图4中所共同示出，安装主体62从燃烧衬管36的外表面64径向朝外延伸，且穿过限定在外部套筒50中和/或由所述外部套筒限定的第二径向开口66。在各种实施例中，如图3中所示出，安装主体62包括护套或套筒部分68和法兰部分70。护套部分68的第一端72固定地连接到燃烧衬管36或形成为所述燃烧衬管的部分。护套部分68周向地环绕限定在燃烧衬管36中和/或由所述燃烧衬管限定的第一径向开口74(图2)。在特定实施例中，护套部分68围绕燃烧衬管36的第一径向开口74形成密封。如图2中所示出，护套部分68从燃烧衬管36径向朝外延伸，且至少部分地穿过冷却流动通路56。
如图4中所示出，安装主体62的法兰部分70延伸穿过外部套筒50的第二径向开口66。可以设定第二径向开口66的大小，使得能在法兰部分70的外周边或周边壁(theperimeter wall)76与第二径向开口66之间限定间隙或空隙。在各种实施例中，如图4中所示出，法兰部分70限定沿着法兰部分70的外表面80设置的多个紧固件开口78。紧固件开口78可以带螺纹(threaded)或可包括带螺纹插入件(未示出)。外部套筒50限定多个孔82。在特定实施例中，孔82的位置可以在周边壁76的外侧。
图5提供根据本发明的至少一个实施例的安装到安装主体(未示出)和外部套筒50的示范性辅助部件58或燃料喷射器60的透视图。图6提供沿着如图5中所示出的剖面线A-A截取的截面正视图，且示出根据本发明的一个实施例的连接到安装主体62的辅助部件58或燃料喷射器60。图7提供沿着如图5中所示出的剖面线B-B截取的截面正视图，且示出根据本发明的一个实施例的连接到外部套筒50的辅助部件58或燃料喷射器60。
如图6中所示出，至少一个紧固件84延伸穿过辅助部件58或燃料喷射器60的法兰部分86，且延伸到安装主体62的法兰部分70的对应紧固件开口78中，借此将辅助部件58或燃料喷射器60固定地连接到安装主体62且因此也将其连接到燃烧衬管36。在特定实施例中，如图6中所示出，辅助部件58或燃料喷射器60的法兰部分86可朝向外部套筒50的外表面88径向朝内延伸，且在特定实施例中，还可与外表面88接触或抵靠所述外表面形成密封。在特定实施例中，如图6中所示出，辅助部件58或燃料喷射器60的径向延伸部分90在护套部分68内从安装主体62的法兰部分70朝向热气体路径40(图2)径向朝内延伸。
如图7中所示出，至少一个紧固件92延伸穿过由辅助部件58或燃料喷射器60的法兰部分86限定的槽形或细长开口或孔94，且穿过外部套筒50的对应孔96。紧固件92可旋拧到沿着外部套筒50的内表面100设置的对应凸台98中，借此将辅助部件58或燃料喷射器60固定地连接到外部套筒50。紧固件92可以此方式拧紧，以确保将辅助部件58或燃料喷射器60固定到外部套筒50。
如此以来，外部套筒50可从辅助部件58或燃料喷射器60开始在朝向燃料喷嘴34的前轴向方向和朝向后框架48的后轴向方向上变热。在特定实施例中，紧固件92可以此方式拧紧，以在辅助部件58或燃料喷射器60的法兰部分86与外部套筒50的外表面88之间形成至少部分密封，借此防止或减少辅助部件58或燃料喷射器60周围的空气泄漏到冷却流动通路56中。这样的组合件体现了相对于现有技术的改进。
本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求书所限定，并且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果其它此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例的等效结构要素与权利要求书的字面意义无显著差别，则此类实例也属于本发明权利要求书的范围。

Claims (18)

1.一种燃烧器组件，包括：
燃烧衬管，其限定第一径向开口；
外部套筒，其至少部分地环绕所述燃烧衬管，所述外部套筒限定第二径向开口；
安装主体，其具有护套部分和法兰部分，其中所述护套部分环绕所述第一径向开口，且从所述燃烧衬管的外表面朝向所述外部套筒径向朝外延伸，其中所述法兰部分至少部分设置在所述第二径向开口内；以及
辅助部件，其在所述护套部分内径向延伸，所述辅助部件具有法兰部分，其中所述辅助部件的所述法兰部分经由第一紧固件连接到所述安装主体的所述法兰部分，且其中所述辅助部件的所述法兰部分经由第二紧固件连接到所述外部套筒，且其中在所述安装主体的所述法兰部分的周边壁与所述外部套筒的所述第二径向开口之间限定间隙。
2.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于：所述外部套筒与所述燃烧衬管径向间隔开且在其间限定流动通路，且其中，所述安装主体的所述护套部分设置在所述流动通路内。
3.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于：所述辅助部件为燃料喷射器。
4.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于进一步包括沿着所述外部套筒的内表面设置的凸台，其中，将所述辅助部件的所述法兰部分连接到所述外部套筒的所述第二紧固件旋拧到所述凸台中。
5.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于：所述辅助部件的所述法兰部分抵靠所述外部套筒的外表面形成密封。
6.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于：所述外部套筒包括流动套筒和冲击套筒中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于：所述辅助部件、所述外部套筒和所述燃烧衬管稳固地连接在一起。
8.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于：所述外部套筒在前轴向方向和后轴向方向上都轴向地不受限制。
9.一种燃烧器，包括：
端盖，其连接到外壳；
燃料喷嘴，其在所述端盖下游轴向地延伸；
燃烧衬管，其在所述燃料喷嘴的下游限定燃烧区，所述燃烧衬管限定与所述燃料喷嘴轴向地偏移的第一径向开口；
外部套筒，其至少部分地环绕所述燃烧衬管，所述外部套筒限定第二径向开口，其中所述第二径向开口与所述第一径向开口对齐；
安装主体，其具有护套部分和法兰部分，其中所述护套部分环绕所述第一径向开口，且从所述燃烧衬管的外表面朝向所述外部套筒径向朝外延伸，其中所述法兰部分至少部分设置在所述第二径向开口内；以及
辅助部件，其在所述护套部分内径向延伸，所述辅助部件具有法兰部分，其中所述辅助部件的所述法兰部分经由第一紧固件连接到所述安装主体的所述法兰部分，且其中所述辅助部件的所述法兰部分经由第二紧固件连接到所述外部套筒，且其中在所述安装主体的所述法兰部分的周边壁与所述外部套筒的所述第二径向开口之间限定间隙。
10.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于：所述外部套筒与所述燃烧衬管径向间隔开且在其间限定流动通路，其中，所述安装主体的所述护套部分设置在所述流动通路内。
11.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于：所述辅助部件包括燃料喷射器。
12.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于：所述辅助部件包括火花点火器。
13.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于：所述辅助部件包括传感器或探针。
14.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于进一步包括沿着所述外部套筒的内表面设置的凸台，其中，将所述辅助部件的所述法兰部分连接到所述外部套筒的所述第二紧固件旋拧到所述凸台中。
15.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于：所述辅助部件的所述法兰部分抵靠所述外部套筒的外表面形成密封。
16.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于：所述外部套筒包括流动套筒和冲击套筒中的至少一个。
17.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于：所述辅助部件、所述外部套筒和所述燃烧衬管稳固地连接在一起。
18.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于：所述外部套筒轴向地不受限制。
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