CN109083692B - 泄漏管理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于孔口的泄漏管理组件，所述泄漏管理组件配置成限制泄漏流体和冷却流体中的至少一个的流经过定位在孔口内的仪器。泄漏管理组件包括迷宫式套圈，所述迷宫式套圈包括环形套圈主体，所述环形套圈主体具有延伸穿过其中的中部孔。迷宫式套圈进一步包括在迷宫式套圈的第一端处形成的环形组件锥体。环形组件锥体包括环形会聚唇，并且将环形组件锥体配置成便于将仪器引导到中部孔中。迷宫式套圈还包括多个迷宫式环形限制件，所述多个迷宫式环形限制件从环形主体的径向内表面朝向中部孔延伸。本发明还提供一种包括此类密封组件的燃烧器和燃气涡轮发动机。

Description

泄漏管理设备

技术领域

本发明的技术领域一般涉及仪器端口，并且更具体地涉及一种用于管理部件侧壁中的仪器端口中的泄漏流入速度的设备。

背景技术

至少一些已知的燃气涡轮发动机包括串行流布置的压缩机、燃烧器和涡轮机。压缩机压缩待引导到燃烧室的空气。燃烧器将空气和燃料流的混合物引导到燃烧器内的燃烧室中以产生高温气体。将燃烧气体引导到涡轮机以向压缩机提供动力，并从燃气涡轮发动机排出以产生推力。点火器点燃燃烧器内的空气和燃料的混合物。点火器经由燃烧衬管中的孔口延伸穿过燃烧器衬管进入燃烧室中。凸台(boss)环绕孔口并接纳点火器以便定位和固定在适当位置。

通常将泄漏空气流引导到凸台中并且围绕点火器以冷却点火器和凸台周围的区域。泄漏空气是冷却空气流以及缓冲空气流，从而防止高温气体到达点火器和凸台。如果未利用泄漏空气冷却凸台，则凸台的多个部分可能会经受热应力。然而，如果泄漏流进入燃烧器的速度太高，则泄漏空气将会夹带高温气体，从而将高温气体拉向点火器和凸台。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种用于孔口的密封组件，所述密封组件(i)限制泄漏流体流经过定位在孔口内的仪器并延伸到热气体路径中，和(ii)将冷却流体流引导到仪器。密封组件包括迷宫式套圈，所述迷宫式套圈包括环形套圈主体、环形组件锥体和多个迷宫式环形限制件。环形套圈主体包括延伸穿过其中的中部孔。在迷宫式套圈的第一端处形成环形组件锥体。环形组件锥体包括环形会聚唇。环形组件锥体配置成便于将仪器引导到中部孔中。多个迷宫式环形限制件从环形套圈主体的径向内表面延伸到中部孔中。

可选地，多个迷宫式环形限制件包括第一环形限制件、第二环形限制件和第三环形限制件，所述环形限制件朝向中部孔径向向内延伸。并且可选地，第一环形限制件、第二环形限制件、环形套圈主体和仪器在泄漏间隙内限定第一中间空腔，其中第一中间空腔配置成减小冷却流体流穿过中部孔的速度。第二环形限制件、第三环形限制件、环形套圈主体和仪器可以在泄漏间隙内限定第二中间空腔，其中将第二中间空腔配置成减小冷却流体流穿过中部孔的速度。可选地，多个冷却孔可以穿过环形套圈主体延伸到第一中间空腔和第二中间空腔，并且可以将多个冷却孔配置成将第二流体流引导到第一中间空腔和第二中间空腔中。并且可选地，将多个冷却孔配置成减小冷却流体流穿过中部孔的速度。可以将第二流体流配置成维持对热气体路径中的正向吹扫。

在另一方面，本发明提供一种燃烧器。燃烧器包括衬管和密封组件。衬管包括孔口。衬管限定热气体路径，所述热气体路径配置成沿第一方向引导热气体流。将密封组件连接到衬管并定位在孔口内。密封组件配置成将热气体路径与衬管外部的第一区域分离。密封组件包括迷宫式套圈，所述迷宫式套圈包括环形套圈主体、环形组件锥体和多个迷宫式环形限制件。环形套圈主体包括延伸穿过其中的中部孔，所述中部孔配置成接收穿过其中的仪器。在环形套圈主体的第一端处形成环形组件锥体。环形组件锥体包括环形会聚唇。将环形组件锥体配置成将冷却流体流引导到中部孔中。多个迷宫式环形限制件从环形主体的径向内表面延伸到中部孔中。

可选地，多个迷宫式环形限制件包括第一环形限制件、第二环形限制件和第三环形限制件，所述环形限制件径向布置在中部孔内。并且可选地，第一环形限制件、第二环形限制件、环形套圈主体和仪器可以在泄漏间隙内限定第一中间空腔，其中第一中间空腔配置成减小冷却流体流穿过中部孔的速度。第二环形限制件、第三环形限制件、环形套圈主体和仪器可以在泄漏间隙内限定第二中间空腔，其中第二中间空腔配置成减小冷却流体流穿过中部孔的速度。可选地，多个冷却孔可以穿过环形套圈主体延伸到第一中间空腔和第二中间空腔，所述多个冷却孔配置成将第二流体流引导到第一中间空腔和第二中间空腔中。将多个冷却孔配置成减小冷却流体流穿过中部孔的速度。可选地，可以将第二流体流配置成冷却仪器和孔口。并且可选地，孔口可以包括从衬管延伸的支撑塔筒，所述支撑塔筒限定多个支撑塔筒冷却孔，所述支撑塔筒冷却孔配置成将冷却流体流引导到燃烧器中，所述冷却流体流配置成冷却支撑塔筒的区域。支撑塔筒可以进一步限定至少一个支撑塔筒中间空腔，所述支撑塔筒中间空腔配置成减小冷却流体流的速度。可选地，至少一个支撑塔筒中间空腔包括弯曲路径，所述弯曲路径配置成冷却支撑塔筒的区域。

在又一方面，本发明提供一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括核心发动机，所述核心发动机包括串行流布置的高压压缩机、燃烧器和高压涡轮机。燃烧器包括衬管和密封组件。衬管包括孔口。衬管限定热气体路径，所述热气体路径配置成沿第一方向引导热气体流。密封组件连接到衬管并定位在孔口内。密封组件配置成将热气体路径与衬管外部的第一区域分离。密封组件包括迷宫式套圈，所述迷宫式套圈包括环形主体、环形组件锥体和多个迷宫式环形限制件。环形主体包括延伸穿过其中的中部孔。环形组件锥体形成在环形主体的第一端处。环形组件锥体包括环形会聚唇。环形组件锥体配置成将冷却流体流引导到中部孔中。多个迷宫式环形限制件从环形主体的径向内表面延伸到中部孔中。

可选地，多个迷宫式环形限制件包括第一环形限制件、第二环形限制件和第三环形限制件，所述环形限制件径向布置在中部孔内。并且可选地，第一环形限制件、第二环形限制件、环形主体和插入中部孔中的仪器在泄漏间隙内限定第一中间空腔，其中将第一中间空腔配置成减小冷却流体流进入热气体路径的速度。

具体地，本申请技术方案1涉及一种用于孔口的泄漏管理组件，所述泄漏管理组件配置用于以下中的至少一个：(i)限制泄漏流体流经过定位在所述孔口内的仪器并延伸到热气体路径中，和(ii)将冷却流体流引导到所述仪器，所述泄漏管理组件包括：迷宫式套圈，该迷宫式套圈包括：环形套圈主体，所述环形套圈主体具有延伸穿过其中的中部孔；环形组件锥体，所述环形组件锥体形成于所述迷宫式套圈的第一端处，所述环形组件锥体包括环形会聚唇，所述环形组件锥体配置成便于将所述仪器引导到所述中部孔中；和多个迷宫式环形限制件，所述多个迷宫式环形限制件从所述环形套圈主体的径向内表面朝向所述中部孔延伸。

本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的泄漏管理组件，其中所述多个迷宫式环形限制件包括第一环形限制件、第二环形限制件和第三环形限制件，所述环形限制件朝向所述中部孔径向向内延伸。

本申请技术方案3涉及根据技术方案2所述的泄漏管理组件，其中所述第一环形限制件、所述第二环形限制件、所述环形套圈主体和所述仪器在泄漏间隙内限定第一中间空腔，其中所述第一中间空腔用于减小冷却流体流穿过所述中部孔的速度。

本申请技术方案4涉及根据技术方案3所述的泄漏管理组件，其中所述第二环形限制件、所述第三环形限制件、所述环形套圈主体和所述仪器在所述泄漏间隙内限定第二中间空腔，其中所述第二中间空腔用于减小所述冷却流体流穿过所述中部孔的所述速度。

本申请技术方案5涉及根据技术方案4所述的泄漏管理组件，其进一步包括多个冷却孔，所述多个冷却孔穿过所述环形套圈主体延伸到所述第一中间空腔和所述第二中间空腔，所述多个冷却孔配置成将第二流体流引导到所述第一中间空腔和所述第二中间空腔中。

本申请技术方案6涉及根据技术方案5所述的泄漏管理组件，其中所述多个冷却孔配置成用于减小所述冷却流体流穿过所述中部孔的速度。

本申请技术方案7涉及根据技术方案6所述的泄漏管理组件，其中所述第二流体流配置成维持对所述热气体路径中的正向吹扫。

本申请技术方案8涉及一种燃烧器，包括：衬管，所述衬管包括孔口，所述衬管限定热气体路径，所述热气体路径配置成沿第一方向引导热气体流；密封组件，所述密封组件连接到所述衬管并且定位在所述孔口内，所述密封组件配置成将所述热气体路径与所述衬管外部的第一区域分离，所述密封组件包括：迷宫式套圈，该迷宫式套圈包括：环形套圈主体，所述环形套圈主体包括延伸穿过其中的中部孔，所述中部孔配置成接收穿过其中的仪器；环形组件锥体，所述环形组件锥体形成于所述迷宫式套圈的第一端处，所述环形组件锥体包括环形会聚唇，所述环形组件锥体配置成将冷却流体流引导到所述中部孔中；和多个迷宫式环形限制件，所述多个迷宫式环形限制件从所述环形套圈主体的径向内表面延伸到所述中部孔内。

本申请技术方案9涉及根据技术方案8所述的燃烧器，其中所述多个迷宫式环形限制件包括第一环形限制件、第二环形限制件和第三环形限制件，所述环形限制件径向布置在所述中部孔内。

本申请技术方案10涉及根据技术方案9所述的燃烧器，其中所述第一环形限制件、所述第二环形限制件、所述环形套圈主体和所述仪器在泄漏间隙内限定第一中间空腔，其中将所述第一中间空腔配置成减小所述冷却流体流穿过所述中部孔的速度。

本申请技术方案11涉及根据技术方案10所述的燃烧器，其中所述第二环形限制件、所述第三环形限制件、所述环形套圈主体和所述仪器在所述泄漏间隙内限定第二中间空腔，其中所述第二中间空腔配置成减小所述冷却流体流穿过所述中部孔的所述速度。

本申请技术方案12涉及根据技术方案11所述的燃烧器，进一步包括多个冷却孔，所述多个冷却孔穿过所述环形套圈主体延伸到所述第一中间空腔和所述第二中间空腔，所述多个冷却孔配置成将第二流体流引导到所述第一中间空腔和所述第二中间空腔中。

本申请技术方案13涉及根据技术方案12所述的燃烧器，其中所述多个冷却孔配置成减小所述冷却流体流穿过所述中部孔的速度。

本申请技术方案14涉及根据技术方案13所述的燃烧器，其中所述第二流体流配置成冷却所述仪器和所述孔口。

本申请技术方案15涉及根据技术方案8所述的燃烧器，其中所述孔口包括从所述衬管延伸的支撑塔筒，所述支撑塔筒限定多个支撑塔筒冷却孔，所述支撑塔筒冷却孔配置成将冷却流体流引导到所述燃烧器中，所述冷却流体流配置成冷却所述支撑塔筒的区域。

本申请技术方案16涉及根据技术方案15所述的燃烧器，其中所述支撑塔筒进一步限定至少一个支撑塔筒中间空腔，所述支撑塔筒中间空腔配置成减小所述冷却流体流的速度。

本申请技术方案17涉及根据技术方案16所述的燃烧器，其中所述至少一个支撑塔筒中间空腔包括弯曲路径，所述弯曲路径配置成冷却所述支撑塔筒的所述区域。

本申请技术方案18涉及一种燃气涡轮发动机，包括：核心发动机，所述核心发动机包括至少部分地围绕串行流布置的高压压缩机、燃烧器和高压涡轮机的壳体，所述燃烧器包括：衬管，所述衬管包括孔口，所述衬管限定热气体路径，所述热气体路径配置成沿第一方向引导热气体流；密封组件，所述密封组件连接到所述衬管并定位在所述孔口内，所述密封组件配置成将所述热气体路径与所述壳体外部的第一区域分离，所述密封组件包括：迷宫式套圈，该迷宫式套圈包括：环形主体，所述环形主体包括延伸穿过其中的中部孔；环形组件锥体，所述环形组件锥体形成于所述迷宫式套圈的第一端处，所述环形组件锥体包括环形会聚唇，所述环形组件锥体配置成将冷却流体流引导到所述中部孔中；和多个迷宫式环形限制件，所述多个迷宫式环形限制件从所述环形主体的径向内表面延伸到所述中部孔内。

本申请技术方案19涉及根据技术方案18所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个迷宫式环形限制件包括第一环形限制件、第二环形限制件和第三环形限制件，所述环形限制件径向布置在所述中部孔内。

本申请技术方案20涉及根据技术方案19所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一环形限制件、所述第二环形限制件、所述环形主体和插入所述中部孔中的仪器在泄漏间隙内限定第一中间空腔，其中将所述第一中间空腔配置成减小所述冷却流体流穿过所述热气体路径的速度。

附图说明

参照附图阅读以下详细说明将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面及优点，在附图中，相似字符表示附图中的相似部分，其中：

图1-9示出了本说明书中所述的方法和设备的示例性实施例。

图1是飞行器的透视图。

图2是根据本申请的一个示例性实施例的可以与图1所示的飞行器一起使用的燃气涡轮发动机的截面示意图。

图3是根据本申请的一个示例性实施例的可以与图2所示的燃气涡轮发动机一起使用的燃烧器的截面示意图。

图4是图3所示的燃烧器的一部分的截面示意图。

图5是供图4所示的燃烧器中使用的另一密封组件的局部示意图。

图6是供图4所示的燃烧器中使用的另一密封组件的局部示意图。

图7是供图4所示的燃烧器中使用的另一密封组件的局部示意图。

图8是供图4所示的燃烧器中使用的另一密封组件的局部示意图。

图9是供图4所示的燃烧器中使用的另一密封组件的局部示意图。

尽管各个实施例的具体特征可能在一些附图中图示而并未在另一些附图中示出，但这仅仅是为了便于说明。任何附图的任何特征可参考任何其他附图的任何特征和/或结合任何其他附图的任何特征要求保护。

除非另作说明，否则本说明书中提供的附图旨在示出本发明实施例的特征。可以相信这些特征适用于包括本发明一个或多个实施例的各种系统。因此，附图并不意图包括所属领域中的普通技术人员已知的实践本说明书中公开的实施例所需的所有传统特征。

具体实施方式

在以下说明书和随附权利要求书中，将参考多个术语，这些术语的定义如下。

除非上下文明确另作规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也含有复数意义。

“可选”或“可选地”意指后续描述的事件或情况可能会或可能不会发生，并且所述说明同时包括事件发生或者不发生的情况。

本说明书全文和权利要求书中所用的近似语言可以用于修饰能够合理改变而不改变相关对象的基本功能的任何数量表示。因此，由一个或多个诸如“大约”、“近似”和“大体上”等术语修饰的值并不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可能与用于测量值的仪器的精度对应。在此处以及说明书及权利要求书的各处中，范围限制可以组合和/或互换，除非上下文或语言另作说明，此类范围表示说明并且包括其中包含的所有子范围。

以下具体说明中以示例但不限定的方式对本发明的实施例进行了说明。应设想，本发明对于用于冷却例如飞行器发动机中的点火器端口和管道镜端口的系统具有普遍的应用。

本说明书描述的泄漏管理组件的实施例提供了一种用于管理泄漏和冷却空气流穿过泄漏管理组件进入燃烧器的有效方法。多部分套圈组件定位在部件的孔口内，诸如在燃烧器的点火器区域处，并且连接到部件的外壳。多部分套圈组件包括具有配适在孔口内的底板的支撑塔筒以及堆叠在支撑塔筒顶部上的迷宫式套圈。支撑塔筒和迷宫式套圈具有中部孔，所述中部孔同轴对齐并配置成接收插塞或穿透件，诸如但不限于管道镜、点火器或其它仪器。套圈主体环绕定位在支撑塔筒内的仪器。密封件、点火器和支撑塔筒限定支撑塔筒空腔，所述支撑塔筒空腔环绕延伸到燃烧器中的点火器的一部分。套圈主体和仪器限定中部孔，所述中部孔配置成使进入支撑塔筒空腔的泄漏空气流最小化。限制件从密封件延伸到中部孔中，并且限制泄漏空气流进入燃烧器和降低漏入流动速度。进入支撑塔筒空腔的泄漏空气的速度降低减少了高温气体的夹带。减少高温气体的夹带会减少进入支撑塔筒空腔并且接触点火器塔筒和密封件的高温气体的流量。减少高温气体的夹带还会减少缓冲和冷却支撑塔筒空腔所需的冷却空气的流量。剩余的冷却空气用于通过将所述剩余的冷却空气穿过冷却孔引导到难以冷却的区域来冷却支撑塔筒周围难以冷却的区域。因此，密封件降低了泄漏空气进入燃烧室的速度，并且降低了支撑塔筒和密封件的热应力。

图1是飞行器100的透视图。在示例性实施例中，飞行器100包括机身102，所述机身包括鼻部104、尾部106和在其间延伸的中空细长主体108。飞行器100还包括在横向方向112上远离机身102延伸的机翼110。机翼110包括在正常飞行期间沿飞行器100的运动方向116的前向前缘114和在机翼110的相对边缘上的后向后缘118。飞行器100进一步包括至少一个燃气涡轮发动机120，所述燃气涡轮发动机配置成驱动带叶片的可旋转构件122或风扇以产生推力。将燃气涡轮发动机120连接到机翼110和机身102中的至少一个。将至少一个燃气涡轮发动机120连接到发动机吊架124，所述发动机吊架可以将至少一个燃气涡轮发动机120连接到飞行器100。例如，发动机吊架124可以将至少一个燃气涡轮发动机120连接到机翼110和机身102中的至少一个，例如以接近尾部106的推进器配置(未示出)。

图2是燃气涡轮发动机120的截面示意图。燃气涡轮发动机120具有大致纵向延伸的轴或中心线200，所述轴或中心线沿前向方向202和后向方向204延伸。燃气涡轮发动机120以下游串行流关系包括：风扇部分206，所述风扇部分包括风扇208；压缩机部分210，所述压缩机部分包括增压器或低压(LP)压缩机212和高压(HP)压缩机214；燃烧部分216，所述燃烧部分包括燃烧器218；涡轮机部分220，所述涡轮机部分包括HP涡轮机222和LP涡轮机226；以及排气部分228。

风扇部分206包括围绕风扇208的风扇壳体230。风扇208包括围绕中线200径向安置的多个风扇叶片232。HP压缩机214、燃烧器218和HP涡轮机222形成燃气涡轮发动机120的发动机核心234，所述发动机核心产生燃烧气体235。发动机核心234被核心壳体236围绕，所述核心壳体可与风扇壳体230连接。

围绕燃气涡轮发动机120的中线200同轴安置的HP轴或线轴238驱动地将HP涡轮机222连接到HP压缩机214。LP轴或线轴240围绕燃气涡轮发动机120的中线200同轴安置在较大直径环形HP线轴238内，所述LP轴或线轴驱动地将LP涡轮机226连接到LP压缩机212和风扇208。燃气涡轮发动机120中安装到线轴238、240中的任一者或者这两者并且随其一起旋转的部分也单独或统一称为转子241。

LP压缩机212和HP压缩机214分别包括多个压缩机级242、244，其中一组压缩机叶片246、248相对于对应一组的静态压缩机轮叶250、252(也称为喷嘴)旋转，以压缩或加压穿过该级的流体流。在单个压缩机级242、244中，多个压缩机叶片246、248可以设置成环状，并且可以相对于中线200从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而对应的静态压缩机轮叶250、252定位在多个旋转压缩机叶片246、248下游并且与其相邻。应注意，选择图1中所示的叶片、轮叶和压缩机级的数量只为便于说明，其他数量也可适用。可将用于LP压缩机212和HP压缩机214的级的多个压缩机叶片246、248安装到轮盘243上，所述轮盘经安装到HP线轴238和LP线轴240中的对应一个线轴上，其中每个级具有其各自的轮盘243。静态压缩机轮叶250、252以围绕转子241的周向布置安装到核心壳体236。

HP涡轮机222和LP涡轮机226分别包括多个涡轮机级254、256，其中一组涡轮机叶片258、260相对于对应一组的静态涡轮机轮叶262、264(也称为喷嘴)旋转，以从穿过该级的流体流中提取能量。在单个涡轮机级254、256中，多个涡轮机叶片258、260可以设置成环状，并且可以相对于中线200从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而对应的静态涡轮机轮叶262、264定位在旋转涡轮机叶片258、260的上游并且与其相邻。应注意，选择图1中所示的叶片、轮叶和涡轮机级的数量只为便于说明，其他数量也可适用。可将用于多个涡轮机级254、256中的对应涡轮机级的一组涡轮机叶片258、260安装到轮盘245上，所述轮盘经安装到HP线轴238和LP线轴240中的对应一个线轴上，其中各级均具有其各自的轮盘245。

在操作中，旋转风扇208将环境空气供应到LP压缩机212，所述LP压缩机随后将加压环境空气供应到HP压缩机214，从而进一步加压环境空气。将来自HP压缩机214中的加压空气与燃烧机218中的燃料混合并燃烧，从而产生燃烧气体235。HP涡轮机222从这些气体中提取一部分功，以此驱动HP压缩机214。将燃烧气体235排放到LP涡轮机226中，所述LP涡轮机提取附加的功来驱动LP压缩机212，并且燃烧气体235最终经由排气部分228从燃气涡轮发动机120排出。LP涡轮机226的驱动驱动LP线轴240来使风扇208和LP压缩机212旋转。

由风扇208供应的一部分环境空气可以绕过发动机核心234并且用于冷却燃气涡轮发动机120的多个部分，尤其高温部分，和/或用于冷却或驱动飞行器100的其他方面。在燃气涡轮发动机的上下文中，燃气涡轮发动机的最热部分位于燃烧器218中，并且随着在转子系统中提取功和将冷却空气引入到热气体路径321中(图3中所示)，温度在燃烧器218的下游降低。涡轮机部分220包括第一级HP涡轮机喷嘴224，它是HP涡轮机222的最热部分，因为它位于燃烧部分216的直接下游。其他冷却流体来源可包括但不限于从LP压缩机212或HP压缩机214排出的流体。

图3是从压缩机部分210的末端跨越到图1的涡轮机部分220的燃烧部分216的示意性截面侧视图。燃烧器218包括燃烧内部衬管302和燃烧外部衬管304，两者限定与HP压缩机214和HP涡轮机222流体连通的燃烧室306。燃料源308通过供应管线312向燃料-空气混合器316提供燃料310的供应。燃料-空气混合器316将燃料310与来自HP压缩机214的压缩机排放空气314的供应混合，从而产生燃料-空气混合物319。

更具体地说，燃烧器218从高压压缩机排出口317(CDP)接收加压的压缩机排放空气流314。压缩机排放空气314的混合器部分315流入混合器组件316中，其中还喷射燃料310以与压缩机排放空气314混合并形成提供给燃烧室306用于燃烧的燃料-空气混合物319。燃料-空气混合物319的点火通过延伸到燃烧室306中的点火器318来实现，并且所得燃烧气体235在热气体路径321中沿轴向方向A流向并流入环形的第一级涡轮机喷嘴224。第一级涡轮机喷嘴224由环形流动通路限定，所述环形流动通路包括多个径向延伸的周向间隔静态涡轮机轮叶262，所述静态涡轮机轮叶使燃烧气体235转向，使得它们成角度地流动并冲击到HP涡轮机222的第一级涡轮机叶片258上。压缩机排放空气314的外部冷却流动部分320围绕外部衬管304流动，并且压缩机排放空气314的内部冷却流动部分322围绕内部衬管302流动。

点火器318定位在穿过燃烧外部衬管304的孔口323中，并且可操作地点燃燃料-空气混合物319以开始或保持燃烧过程，从而产生燃烧气体流235。一旦燃烧过程开始，点火完成。将燃料-空气混合器316配置成通过稳定地供应压缩机排放空气314和燃料310来维持燃烧过程。在燃烧室306中，当压缩机排放空气314与燃料310混合并在燃烧室306内点燃时，释放能量。将来自燃烧器218的所得燃烧气体流235引导到涡轮机叶片258、260上方，引发涡轮机叶片258、260的旋转。燃烧气体流235的能量转化为机械能。

应理解，尽管本说明书和相关附图涉及点火器，但本发明不限于此。诸如管道镜插塞的附加仪器也可能需要在组装插塞的外部衬管中的孔周围进行类似的冷却。典型的燃气涡轮发动机将在燃烧器中具有至少两个点火器和最少是具有至少一个管道镜插塞，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可以在燃气涡轮发动机中使用附加或更少的点火器或管道镜插塞。更常见地，在燃烧室内具有两至六个管道镜插塞，以及在HP压缩机、HP涡轮机和LP涡轮机中具有附加插塞。这些插塞中的一些或全部可合并本说明书关于本发明所述的特征，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。点火器仅仅是燃烧器部件的一个示例，并且用来帮助读者理解本发明的概念。此外，术语“仪器”可以指与任何机械应用结合地密封在孔口中的任何部件，并且不限于待密封的部件的类型或功能。

图4是定位在点火器区域376(图3中示出)中的密封组件400的示意图，所述密封组件也称为泄漏管理组件400。在示例性实施例中，密封组件400包括从燃烧外部衬管304延伸的支撑塔筒402和从支撑塔筒402延伸的迷宫式套圈404。迷宫式套圈404和支撑塔筒402两者都环绕点火器318。点火器318具有点火器直径406。

支撑塔筒402包括支撑塔筒主体408和支撑塔筒法兰410。支撑塔筒主体408从燃烧外部衬管304大体上平行于点火器318沿径向方向R延伸。支撑塔筒法兰410从支撑塔筒主体408大体上垂直于点火器318延伸。支撑塔筒主体408包括大于点火器直径406的支撑塔筒直径412。

迷宫式套圈404包括具有延伸穿过其中的中部孔415(central bore)的环形套圈主体414、多个迷宫式环形限制件416、套圈法兰418和环形组件锥体423。套圈主体414包括环形形状，并且环绕点火器318。限制件416从套圈主体414朝向点火器318径向向内延伸。套圈法兰418从套圈主体414延伸远离点火器318以形成定位在支撑塔筒法兰410上的环形盘。保持器420连接到支撑塔筒法兰410并且朝向套圈主体414延伸，使得套圈法兰418被保持器420覆盖和被保持器420捕获。保持器420允许迷宫式套圈404在保持密封件的同时移动。套圈法兰418、支撑塔筒主体408和点火器318协作以限定支撑塔筒下游空腔422。

套圈主体414包括在套圈主体414的径向外部第一端425处的环形组件锥体423。套圈主体414和点火器318在其间限定泄漏间隙424。使环形组件锥体423成形为环形会聚唇，在所述环形会聚唇平移到套圈主体414中时从第一端425处的较宽直径会聚到较窄直径。环形组件锥体423和泄漏间隙424配置成有助于密封组件400的组装。在示例性实施例中，泄漏间隙424接收外部冷却流动部分320的泄漏流426。限制件416延伸到泄漏间隙424中，并且配置成减小泄漏流426的速度和大小。在示例性实施例中，迷宫式套圈404包括三个限制件416。然而，在替代实施例中，迷宫式套圈404包括使迷宫式套圈404能够如本说明书中所述进行操作的任何数量的限制件416。限制件416、点火器318和迷宫式套圈主体414配合以限定包括泄漏间隙424内的多个中间空腔428的曲折路径。每个中间空腔428处于中间空腔压力下。在示例性实施例中，迷宫式套圈404包括两个中间空腔428。然而，在替代实施例中，迷宫式套圈404包括使迷宫式套圈404能够如本说明书中所述进行操作的任何数量的中间空腔428。

泄漏流426通过泄漏间隙424的速度至少部分地由泄漏间隙424上游的外部衬管304外侧的第一区域327内的泄漏流426的压力与支撑塔筒下游空腔422内的泄漏流426的压力的比率确定。第一区域327内的泄漏流426的压力与支撑塔筒下游空腔422内的泄漏流426的压力之间的压力差是压力的变化。压力变化越大(或第一区域327内的泄漏流426的压力与支撑塔筒下游空腔422内的泄漏流426的压力的比率越高)，泄漏流426离开泄漏间隙424的速度越快。相反，压力变化越小(或第一区域327内的泄漏流426的压力与支撑塔筒下游空腔422内的泄漏流426的压力的比率越低)，泄漏流426离开泄漏间隙424的速度越慢。泄漏间隙424内的限制件416减小泄漏间隙424内的每个中间空腔428处的泄漏流426的压力。借助限制器416减小泄漏间隙424内的泄漏流426的压力减小了后续空腔的后续驱动压力，因此增加了从入口到出口的损失，表现为较低的流量和较低的排出速度。应注意，上游和下游压力由涡轮机械设定，并且不会因这些小变化中的任一变化而改变。因此，泄漏间隙424内的限制件减小泄漏流426离开泄漏间隙424的速度。如果泄漏流426进入支撑塔筒下游空腔422的速度太高，则燃烧室306内的燃烧气体235将被夹带在泄漏流426中，并且径向向外流入支撑塔筒下游空腔422中。支撑塔筒下游空腔422内的燃烧气体235增加了支撑塔筒402的温度和减少了支撑塔筒402的使用寿命。

在操作期间，压缩机排放空气314的外部冷却流动部分320围绕燃烧外部衬管304流动并流入泄漏间隙424。限制件416减小泄漏流426的压力，使得泄漏流426离开泄漏间隙424的速度减小。泄漏流426离开泄漏间隙424的速度减小降低了支撑塔筒下游空腔422内的燃烧气体235的夹带，并且降低了支撑塔筒402的温度。另外，减少支撑塔筒下游空腔422内的燃烧气体235的夹带会减少泄漏流426的流量。

迷宫式套圈404还限定多个第一冷却孔430，所述多个第一冷却孔配置成将冷却空气流引导到迷宫式套圈404、支撑塔筒402和点火器318的目标区域。在示例性实施例中，第一冷却孔430将冷却空气引导到支撑塔筒下游空腔422。将冷却空气引导到支撑塔筒下游空腔422冷却了支撑塔筒主体408，从而增加了支撑塔筒主体408的使用寿命。多个第二冷却孔432围绕支撑塔筒402周向延伸以提供用于冷却从第一区域327到支撑塔筒下游空腔422的流体的附加通道。

图5是供燃烧器218中使用的密封组件400的迷宫式套圈的另一实施例的局部示意图，所述迷宫式套圈标记为迷宫式套圈500。迷宫式套圈500具有与迷宫式套圈404相似的结构，区别在于迷宫式套圈500包括多个中间空腔502，所述中间空腔相对于泄漏间隙424内的泄漏流426倾斜，这减小了泄漏间隙424内的泄漏流426的速度。

图6是供燃烧器218中使用的密封组件400的迷宫式套圈的另一实施例的局部示意图，所述迷宫式套圈标记为迷宫式套圈600。迷宫式套圈600具有与迷宫式套圈404相似的结构，区别在于迷宫式套圈600限定多个冷却孔602，所述多个冷却孔配置成将冷却空气流引导到中间空腔428中。冷却孔602允许在不同的压力下将附加流体引入到泄漏间隙424中。在不同压力下的附加流体允许调整泄漏流426进入支撑塔筒下游空腔422的压力比率、速度和流率。将通过中间空腔428进入泄漏间隙424的附加冷却空气流配置成保持对支撑塔筒下游空腔422和热气体路径321中的正向吹扫。

图7是供燃烧器218中使用的密封组件400的迷宫式套圈的另一实施例的局部示意图，所述迷宫式套圈标记为迷宫式套圈700。迷宫式套圈700具有与迷宫式套圈404相似的结构，区别在于迷宫式套圈700限定多个冷却孔702和多个第二中间空腔704(仅示出一个第二中间空腔704)。通过壁706使第二中间空腔704与中间空腔428隔离。将冷却孔702配置成引导冷却空气流进入和离开第二中间空腔704。冷却孔702和第二中间空腔704允许在不同的压力下将附加流体引入到支撑塔筒下游空腔422中。在不同压力下的附加流体允许调整穿过泄漏间隙424流入支撑塔筒下游空腔422的流体的压力比率、速度和流率。

图8是供燃烧器218中使用的密封组件的另一实施例的局部示意图，所述密封组件标记为密封组件800或泄漏管理组件800。密封组件800包括支撑塔筒802和迷宫式套圈804。迷宫式套圈804具有与迷宫式套圈404相似的结构，区别在于迷宫式套圈804被示出为具有一个迷宫式限制件806而不是三个限制件416。然而，迷宫式套圈804可以包括使密封组件800能够如本说明书中所述进行操作的任何数量的迷宫式限制件806，包括但不限于三个迷宫式限制件806。支撑塔筒802包括多个支撑塔筒冷却孔808和支撑塔筒中间空腔810。将支撑塔筒冷却孔808配置成引导冷却空气流进入和离开支撑塔筒中间空腔810。支撑塔筒冷却孔808和支撑塔筒中间空腔810允许在不同的压力下将附加流体引入到支撑塔筒下游空腔422中。在不同压力下的附加流体允许调整泄漏流426进入支撑塔筒下游空腔422的压力比率、速度和流率。此外，支撑塔筒802的拐角812难以冷却，在所述拐角处支撑塔筒802附接到难以冷却的燃烧外部衬管304。支撑塔筒冷却孔808和支撑塔筒中间空腔810将冷却流体流直接引导到拐角812。因此，支撑塔筒冷却孔808和支撑塔筒中间空腔810允许增加对难以冷却的拐角812的冷却。

图9是供燃烧器218中使用的密封组件的另一实施例的局部示意图，所述密封组件标记为密封组件900或泄漏管理组件900。密封组件900包括支撑塔筒902和迷宫式套圈904。迷宫式套圈904具有与迷宫式套圈404相似的结构，区别在于迷宫式套圈904被示出为具有一个迷宫式限制件906而不是三个限制件416。然而，迷宫式套圈904可以包括使密封组件900能够如本说明书中所述进行操作的任何数量的迷宫式限制件906，包括但不限于三个迷宫式限制件906。支撑塔筒902包括壁908，所述壁至少部分地包封支撑塔筒中间空腔910。围绕壁908的远端914延伸360°的冷却槽912允许冷却空气流进入支撑塔筒中间空腔910，并且将多个冷却孔916配置成将冷却空气流引导出支撑塔筒中间空腔910。冷却槽912、支撑塔筒冷却孔916和支撑塔筒中间空腔910允许在不同的压力下将附加流体引入到支撑塔筒下游空腔422中。在不同压力下的附加流体允许调整泄漏流426进入支撑塔筒下游空腔422的压力比率、速度和流率。此外，支撑塔筒902的拐角918难以冷却，在所述拐角处支撑塔筒902附接到难以冷却的燃烧外部衬管304。支撑塔筒冷却孔916和支撑塔筒中间空腔910将冷却流体流直接引导到拐角918。因此，支撑塔筒冷却孔916和支撑塔筒中间空腔910允许增加对难以冷却的拐角918的冷却。另外，将壁908连接到支撑塔筒902或与所述支撑塔筒一起形成，从而成为单个部件。壁908至少部分地限定支撑塔筒中间空腔910。

上述泄漏管理组件提供了一种有效的方法来将泄漏空气和冷却空气引导通过泄漏管理组件进入燃烧器衬管内的支撑塔筒空腔。泄漏管理组件包括具有多个迷宫式环形限制件的套圈，所述多个迷宫式环形限制件降低泄漏空气和冷却空气进入支撑塔筒空腔的速度。降低泄漏空气的速度减少了将高温燃烧气体从燃烧器夹带到支撑塔筒空腔中，这有助于减小支撑塔筒和迷宫式套圈上的热应力。减小的热应力可以允许更少的泄漏空气来冷却和缓冲支撑塔筒空腔。剩余的泄漏空气用于冷却支撑塔筒内难以冷却的区域，这进一步减小了支撑塔筒上的热应力。泄漏空气的减少允许将此空气用于专用冷却，从而使满足部件寿命要求所需的总空气量最小化。

以上详细描述了泄漏管理组件的示例性实施例。所述泄漏管理组件以及操作所述泄漏管理组件的方法并不限于本说明书中所述的特定实施例，而是，可以独立于本说明书中所述的其他部件和/或步骤使用系统的部件和/或方法的步骤。例如，所述方法还可以与需要冷却流体进入热气体路径的其他系统结合使用，并且不限于仅使用本说明书中所述的系统和方法进行实践。确切来说，示例性实施例可以结合许多其他机器应用来实施和利用，所述其他机器应用当前配置成接收和接受进入热气体路径的仪器泄漏流，所述热气体路径因其需要具有相关联的泄漏流并且可能还需要专用冷却气流。

以上详细描述了用于将泄漏空气引导穿过迷宫式套圈进入燃烧器衬管内的支撑塔筒空腔的示例性方法和设备。图示的设备不限于本说明书中所述的具体实施例，而是每个设备的部件可与本说明书中所述的其他部件独立且单独地使用。每个系统部件还可以与其他系统部件结合使用。

本说明书使用各个示例来描述本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统和实施所涵盖的任何方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员想到的其他示例。如果其他此类示例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类示例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类示例也应在权利要求书的覆盖范围内。

Claims (20)

1.一种用于孔口的泄漏管理组件，所述泄漏管理组件配置成用于以下中的至少一个：(i)限制泄漏流体流经过定位在所述孔口内且延伸到热气体路径中的仪器，或(ii)将冷却流体流导引到所述仪器，所述泄漏管理组件包括：

迷宫式套圈，该迷宫式套圈具有第一端和第二端且包括：

环形套圈主体，所述环形套圈主体具有延伸穿过其中的中部孔；

环形组件锥体，所述环形组件锥体形成于所述迷宫式套圈的第一端处，所述环形组件锥体包括环形会聚唇，所述环形组件锥体配置成便于将所述仪器引导到所述中部孔中；

多个第一冷却孔，所述多个第一冷却孔形成于所述迷宫式套圈的第二端处，从所述环形套圈主体的径向外表面朝向所述中部孔延伸穿过所述环形套圈主体；和

多个迷宫式环形限制件，所述多个迷宫式环形限制件处于所述环形组件锥体和所述多个第一冷却孔之间且从所述环形套圈主体的径向内表面朝向所述中部孔延伸，

其中所述多个第一冷却孔配置成将冷却空气导引到所述迷宫式套圈的下游。

2.根据权利要求1所述的泄漏管理组件，其中所述多个迷宫式环形限制件包括第一环形限制件、第二环形限制件和第三环形限制件，所述第一环形限制件、所述第二环形限制件和所述第三环形限制件朝向所述中部孔径向向内延伸。

3.根据权利要求2所述的泄漏管理组件，其中所述第一环形限制件、所述第二环形限制件、所述环形套圈主体和所述仪器在泄漏间隙内限定第一中间空腔，其中所述第一中间空腔配置成用于减小冷却流体流穿过所述中部孔的速度。

4.根据权利要求3所述的泄漏管理组件，其中所述第二环形限制件、所述第三环形限制件、所述环形套圈主体和所述仪器在所述泄漏间隙内限定第二中间空腔，其中所述第二中间空腔配置成用于减小所述冷却流体流穿过所述中部孔的所述速度。

5.根据权利要求4所述的泄漏管理组件，其进一步包括多个冷却孔，所述多个冷却孔穿过所述环形套圈主体延伸到所述第一中间空腔和所述第二中间空腔，所述多个冷却孔配置成将第二流体流导引到所述第一中间空腔和所述第二中间空腔中。

6.根据权利要求5所述的泄漏管理组件，其中所述多个冷却孔配置成用于减小所述冷却流体流穿过所述中部孔的速度。

7.根据权利要求6所述的泄漏管理组件，其中所述第二流体流配置成维持对所述热气体路径中的正向吹扫。

8.一种燃烧器，包括：

衬管，所述衬管包括孔口，所述衬管限定热气体路径，所述热气体路径配置成沿第一方向导引热气体流；

密封组件，所述密封组件连接到所述衬管并且定位在所述孔口内，所述密封组件配置成将所述热气体路径与所述衬管外部的第一区域分离，所述密封组件包括：

迷宫式套圈，该迷宫式套圈具有第一端和第二端且包括：

环形套圈主体，所述环形套圈主体包括延伸穿过其中的中部孔，所述中部孔配置成接收穿过其中的仪器；

环形组件锥体，所述环形组件锥体形成于所述迷宫式套圈的第一端处，所述环形组件锥体包括环形会聚唇，所述环形组件锥体配置成将冷却流体流引导到所述中部孔中；

多个第一冷却孔，所述多个第一冷却孔形成于所述迷宫式套圈的第二端处，从所述环形套圈主体的径向外表面朝向所述中部孔延伸穿过所述环形套圈主体；和

多个迷宫式环形限制件，所述多个迷宫式环形限制件处于所述环形组件锥体和所述多个第一冷却孔之间且从所述环形套圈主体的径向内表面延伸到所述中部孔内，

其中所述多个第一冷却孔配置成将冷却空气导引到所述迷宫式套圈的下游。

9.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述多个迷宫式环形限制件包括第一环形限制件、第二环形限制件和第三环形限制件，所述第一环形限制件、所述第二环形限制件和所述第三环形限制件径向布置在所述中部孔内。

10.根据权利要求9所述的燃烧器，其中所述第一环形限制件、所述第二环形限制件、所述环形套圈主体和所述仪器在泄漏间隙内限定第一中间空腔，其中所述第一中间空腔配置成减小所述冷却流体流穿过所述中部孔的速度。

11.根据权利要求10所述的燃烧器，其中所述第二环形限制件、所述第三环形限制件、所述环形套圈主体和所述仪器在所述泄漏间隙内限定第二中间空腔，其中所述第二中间空腔配置成减小所述冷却流体流穿过所述中部孔的所述速度。

12.根据权利要求11所述的燃烧器，进一步包括多个冷却孔，所述多个冷却孔穿过所述环形套圈主体延伸到所述第一中间空腔和所述第二中间空腔，所述多个冷却孔配置成将第二流体流导引到所述第一中间空腔和所述第二中间空腔中。

13.根据权利要求12所述的燃烧器，其中所述多个冷却孔配置成减小所述冷却流体流穿过所述中部孔的速度。

14.根据权利要求13所述的燃烧器，其中所述第二流体流配置成冷却所述仪器和所述孔口。

15.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述孔口包括从所述衬管延伸的支撑塔筒，所述支撑塔筒限定多个支撑塔筒冷却孔，所述支撑塔筒冷却孔配置成将冷却流体流导引到所述燃烧器中，所述冷却流体流配置成冷却所述支撑塔筒的区域。

16.根据权利要求15所述的燃烧器，其中所述支撑塔筒进一步限定至少一个支撑塔筒中间空腔，所述支撑塔筒中间空腔配置成减小所述冷却流体流的速度。

17.根据权利要求16所述的燃烧器，其中所述至少一个支撑塔筒中间空腔包括弯曲路径，所述弯曲路径配置成冷却所述支撑塔筒的所述区域。

18.一种燃气涡轮发动机，包括：

核心发动机，所述核心发动机包括至少部分地围绕串行流布置的高压压缩机、燃烧器和高压涡轮机的壳体，所述燃烧器包括：

衬管，所述衬管包括孔口，所述衬管限定热气体路径，所述热气体路径配置成沿第一方向导引热气体流；

密封组件，所述密封组件连接到所述衬管并定位在所述孔口内，所述密封组件配置成将所述热气体路径与所述衬管外部的第一区域分离，所述密封组件包括：

迷宫式套圈，该迷宫式套圈具有第一端和第二端且包括：

环形主体，所述环形主体包括延伸穿过其中的中部孔；

环形组件锥体，所述环形组件锥体形成于所述迷宫式套圈的第一端处，所述环形组件锥体包括环形会聚唇，所述环形组件锥体配置成将冷却流体流引导到所述中部孔中；

多个第一冷却孔，所述多个第一冷却孔形成于所述迷宫式套圈的第二端处，从所述环形主体的径向外表面朝向所述中部孔延伸穿过所述环形主体；和

多个迷宫式环形限制件，所述多个迷宫式环形限制件处于所述环形组件锥体和所述多个第一冷却孔之间且从所述环形主体的径向内表面延伸到所述中部孔内，

其中所述多个第一冷却孔配置成将冷却空气导引到所述迷宫式套圈的下游。

19.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机，其中所述多个迷宫式环形限制件包括第一环形限制件、第二环形限制件和第三环形限制件，所述第一环形限制件、所述第二环形限制件和所述第三环形限制件径向布置在所述中部孔内。

20.根据权利要求19所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一环形限制件、所述第二环形限制件、所述环形主体和插入所述中部孔中的仪器在泄漏间隙内限定第一中间空腔，其中所述第一中间空腔配置成减小所述冷却流体流穿过所述热气体路径的速度。

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