CN116642200A - 用于燃烧器的圆顶的集成圆顶偏转器构件 - Google Patents

用于燃烧器的圆顶的集成圆顶偏转器构件 Download PDF

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Abstract

一种用于燃气涡轮的燃烧器的圆顶结构包括围绕燃烧器中心线轴线周向延伸的框架结构，以及安装到框架结构的多个集成圆顶偏转器板构件。多个集成圆顶偏转器板构件中的每一个包括圆顶壁、偏转器壁以及将圆顶壁和偏转器壁彼此连接的多个侧壁。腔由圆顶壁、偏转器壁和多个侧壁限定。

Description

用于燃烧器的圆顶的集成圆顶偏转器构件
技术领域
本公开涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器的圆顶结构。更具体地，本公开涉及具有框架、以及连接到其以形成燃气涡轮发动机中的圆顶结构的多个集成圆顶偏转器构件的圆顶结构。
背景技术
已知燃气涡轮发动机包括燃烧器，该燃烧器具有围绕燃烧器延伸的圆顶结构。圆顶结构通常在圆顶结构上游的空气气室和圆顶结构下游的燃烧室之间提供分隔。燃烧器中包括多个混合器组件，并且每个混合器组件延伸穿过圆顶结构以将燃料-空气混合物提供到邻近圆顶结构的燃烧室中。为了在燃烧期间提供免受热量影响的保护，可以在圆顶结构的燃烧室侧设置单独的偏转器，以保护混合器组件和圆顶结构免受燃烧室中燃料-空气混合物燃烧期间产生的热量的影响。偏转器通常是金属结构，其可以涂覆有高温涂层以提供额外的保护，从而防止偏转器的热击穿。
附图说明
本公开的特征和优点将从以下对如附图中所示的各种示例性实施例的描述中显而易见，在附图中相似的附图标记通常表示相同、功能相似和/或结构相似的元件。
图1是根据本公开的一方面的示例性高旁通涡轮风扇喷气发动机的示意性局部横截面侧视图。
图2是根据本公开的一方面的示例性燃烧器的局部横截面侧视图。
图3是根据本公开的一方面的在图2中的平面3-3处截取的圆顶结构的后视前视图。
图4是根据本公开的一方面的集成圆顶偏转器构件的放大前视图。
图5是根据本公开的一方面的在图4中的平面5-5处截取的穿过集成圆顶偏转器构件的横截面视图。
图6是根据本公开的一方面的在图4中的平面6-6处截取的穿过集成圆顶偏转器构件的横截面视图。
图7是根据本公开的一方面的在图5的细节视图132处截取的具有缓冲材料层的腔的局部横截面视图。
图8是根据本公开的一方面的在图3中的周向切面8-8处截取的横截面视图，描绘了在相邻圆顶偏转器构件之间的周向布置。
图9是根据本公开的另一方面的在图3中的周向切面8-8处截取的横截面视图，描绘了相邻圆顶偏转器构件之间的周向布置。
图10是根据本公开的一方面的在图3的平面A-A处截取的局部横截面视图，描绘了圆顶偏转器构件附接到框架结构。
图11是根据本公开的另一方面的在图3的平面A-A处截取的局部横截面视图，描绘了圆顶偏转器构件附接到框架结构。
图12是根据本公开的又一方面的在图3的平面A-A处截取的局部横截面视图，描绘了圆顶偏转器构件附接到框架结构。
图13是根据本公开的又一方面的在图3的平面A-A处截取的局部横截面视图，描绘了圆顶偏转器构件附接到框架结构。
图14是根据本公开的又一方面的在图3的平面A-A处截取的局部横截面视图，描绘了圆顶偏转器构件附接到框架结构。
图15是根据本公开的另一方面的在图3的平面A-A处截取的局部横截面视图，描绘了圆顶偏转器构件附接到框架结构。
具体实施方式
本公开的特征、优点和实施例通过对以下详细描述、附图和权利要求的考虑来阐述或显而易见。此外，应当理解，以下详细描述是示例性的并且旨在提供进一步的解释，而不限制所要求保护的本公开的范围。
下面详细讨论各种实施例。尽管讨论了特定实施例，但这仅是为了说明的目的。相关领域的技术人员将认识到在不背离本公开的精神和范围的情况下可以使用其他部件和构造。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以区分一个部件与另一个部件，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，“下游”是指流体流向的方向。
已知燃气涡轮发动机包括燃烧器，该燃烧器具有围绕燃烧器延伸的圆顶结构。圆顶结构通常在圆顶结构上游的空气气室和圆顶结构下游的燃烧室之间提供分隔。多个混合器组件通常设置在燃烧器中，并且每个混合器组件延伸穿过圆顶结构以将燃料-空气混合物提供到邻近圆顶结构的燃烧室中。通常围绕混合器组件提供单独的偏转器，以将来自燃烧的热量偏转远离圆顶结构。圆顶结构和单独的偏转器通常由金属材料制成。当暴露于高燃烧热量时，随着时间的推移，金属偏转器往往会损坏并需要更换。更换偏转器是一个昂贵且耗时的过程。
本公开通过提供一种圆顶结构来解决上述问题，该圆顶结构具有围绕燃烧器中心线轴线周向延伸的框架结构，以及安装到框架结构的多个集成圆顶偏转器构件。多个集成圆顶偏转器构件中的每一个包括圆顶壁、偏转器壁以及将圆顶壁和偏转器壁彼此连接的多个侧壁。腔被限定在圆顶壁、偏转器壁和多个侧壁之间。提供穿过圆顶壁和偏转器壁的冷却通道，使得冷却空气可以从圆顶壁上游的压力气室流入腔，然后从腔流到偏转器壁的燃烧室侧。集成圆顶偏转器构件可以以任何数量的多种方式安装到框架结构，以便在必要时能够容易地更换圆顶偏转器构件。
现在参考附图，图1是可结合本公开的各种实施例的示例性高旁通涡轮风扇喷气发动机10(本文称为“发动机10”)的示意性局部横截面侧视图。尽管下文参考管道式涡轮风扇发动机进一步描述，但本公开也适用于一般的涡轮机械，包括涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴燃气涡轮发动机，包括船用和工业涡轮发动机和辅助动力单元。此外，本公开不限于诸如图1所示的管道式风扇型涡轮发动机，而是可以在非管道式风扇(UDF)型涡轮发动机中实施。如图1所示，发动机10具有从上游端98延伸通过其中到下游端99的轴向中心线轴线12，以供参考。通常，发动机10可包括风扇组件14和设置在风扇组件14下游的核心发动机16。
核心发动机16通常可以包括限定环形入口20的外壳体18。外壳体18以串联流动关系包围或至少部分地形成：压缩机区段(22/24)，其具有低压(LP)压缩机22、高压(HP)压缩机24；燃烧器26；涡轮区段(28/30)，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)转子轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)转子轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。LP转子轴36也可以连接到风扇组件14的风扇轴38。在特定实施例中，如图1所示，LP转子轴36可以通过减速齿轮40(例如在间接驱动或齿轮驱动配置中)连接到风扇轴38。
如图1所示，风扇组件14包括多个风扇叶片42，多个风扇叶片42联接到风扇轴38并从风扇轴38径向向外延伸。环形风扇壳体或机舱44周向地围绕风扇组件14和/或核心发动机16的至少一部分。在一个实施例中，机舱44可以通过多个周向间隔开的出口导向轮叶或支柱46相对于核心发动机16被支撑。此外，机舱44的至少一部分可以在核心发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁通气流通道48。
图2是如图1所示的核心发动机16的示例性燃烧器26的横截面侧视图。图2描绘了可大体对应于发动机轴向中心线轴线12的燃烧器轴向中心线112。因此，图2的燃烧器26限定对应于燃烧器轴向中心线112的燃烧器纵向方向(LC)、从燃烧器轴向中心线112向外延伸的燃烧器径向方向(RC)和围绕燃烧器轴向中心线112周向延伸的燃烧器周向方向(CC)。如图2所示，燃烧器26通常可包括燃烧器衬套50，其具有连接到罩60的内衬套52和外衬套54。内衬套52和外衬套54中的每一个都是围绕燃烧器轴向中心线112周向延伸的环形衬套。圆顶结构56(将在下文更详细地描述)连接到罩60并且在内衬套52和外衬套54之间在燃烧器径向方向Rc上延伸，并且还围绕燃烧器轴向中心线112周向延伸。内衬套52、外衬套54和圆顶结构56一起在它们之间限定燃烧室62。在燃烧室62中，由旋流器组件58喷射到燃烧室62中的点燃的燃料-氧化剂混合物的初始化学反应可发生以产生燃烧气体86。燃烧气体86然后经由燃烧室62的下游端的涡轮喷嘴72进一步向下游流入HP涡轮28和LP涡轮30(图1)。虽然图2描绘了单个旋流器组件58，但是多个旋流器组件58存在于燃烧器26中，其中各个旋流器组件58围绕燃烧器轴向中心线112周向地彼此间隔开。
燃烧器26进一步包括围绕燃烧器轴向中心线112周向延伸的外壳体64，以及也围绕燃烧器轴向中心线112周向延伸的内壳体65。外流动通道88限定在外壳体64和外衬套54之间，内流动通道90限定在内壳体65和内衬套52之间。外衬套54还可包括多个外衬套稀释开口68，其围绕外衬套54周向地间隔开。类似地，内衬套52可包括多个内衬套稀释开口69，其围绕内衬套52周向地间隔开。
返回参考图1，在操作中，空气73在机舱入口76处进入机舱44，并且空气73的一部分作为压缩机入口空气流80进入压缩机区段(22/24)，在压缩机区段处其被压缩以形成压缩空气82。空气73的另一部分进入旁通气流通道48，从而提供旁通气流78。在图2中，来自压缩机区段(22/24)的压缩空气82经由扩散器(未示出)进入燃烧器26。一部分压缩空气82(a)进入罩60以进入其中的压力气室66，而另一部分压缩空气82(b)通到外流动通道88和内流动通道90。压力气室66中的压缩空气82(a)通过旋流器组件58，以与燃料喷嘴组件70喷射的燃料混合，从而形成燃料-氧化剂混合物，然后燃料-氧化剂混合物在燃烧室62中点燃和燃烧以产生燃烧气体86。外流动通道88中的一部分压缩空气82(b)可以用作通过多个外衬套稀释开口68提供给燃烧室62的稀释空气，而内流动通道90中的另一部分压缩空气82(b)也可以用作通过多个内衬套稀释开口69提供给燃烧室62的稀释空气。
图3描绘了根据本公开的一方面的在平面3-3(图1和2)处截取的圆顶结构56的后视前视图。如上所述，圆顶结构56围绕燃烧器轴向中心线112周向延伸。如图2所示，圆顶结构56与外衬套54和内衬套52一起经由例如紧固件92适当地连接到罩60。当然，可以替代地实施将圆顶结构56紧固到罩60的其他方式。返回参考图3，可以看出圆顶结构56包括框架结构100，框架结构100围绕燃烧器轴向中心线112周向延伸。框架结构100包括围绕燃烧器轴向中心线112周向延伸的内框架构件102和围绕燃烧器轴向中心线112周向延伸的外框架构件104。虽然图3似乎显示了单件式内框架构件102和单件式外框架构件104，但是替代地，内框架构件102和/或外框架构件104可以由接合在一起的多个区段构成。内框架构件102和外框架构件104可以由金属材料构成，或者可以由复合材料构成，例如陶瓷基复合材料，或者金属和复合材料的任何组合。外框架构件104布置在内框架构件102的径向外侧。
框架结构100还被视为包括多个肋构件106，多个肋构件106围绕燃烧器轴向中心线112周向地间隔开。多个肋构件106连接到内框架构件102和外框架构件104。肋构件106也可以由金属材料或复合材料构成并且可以经由任何合适的连接(例如螺栓连接或钎焊/焊接连接)接合到内框架构件102和外框架构件104。然而，如下文将描述的，在本公开的一些方面中，可以省略多个肋构件106。
圆顶结构56进一步包括安装到框架结构100的多个集成圆顶偏转器构件108。如下文将更详细讨论的，每个集成圆顶偏转器构件108是由圆顶壁、偏转器壁、侧壁以及外壁和内壁形成的中空盒状结构，这些壁都集成在一起成为单个构件，使得每个集成圆顶偏转器构件108可以单独地安装到框架结构100。下面将描述用于将集成圆顶偏转器构件108安装到框架结构100的各种安装技术。每个集成圆顶偏转器构件108包括穿过其中的旋流器组件开口110。如图2所示，旋流器组件58延伸穿过集成圆顶偏转器构件108，以便能够将燃料-氧化剂混合物(未示出)喷射到燃烧室62中。在图3中，多个集成圆顶偏转器构件108中的各个集成圆顶偏转器构件在内框架构件102和外框架构件104之间围绕燃烧器轴向中心线112以周向布置安装，并且周向布置在多个肋构件106的连续对之间。然而，如下面将关于图9描述的，当如上所述省略肋构件106时，多个集成圆顶偏转器构件108可以替代地相互抵靠并且在它们之间形成密封。
现在将关于图4至图6提供图3中所示的集成圆顶偏转器构件108的更详细描述。图4是根据本公开的一方面的集成圆顶偏转器构件108的放大前视图。图5是在图4中的平面5-5处截取的横截面视图，图6是在图4中的平面6-6处截取的横截面视图。如图5所示，集成圆顶偏转器构件108包括圆顶壁113、偏转器壁114、以及将圆顶壁113和偏转器壁114彼此连接的多个侧壁116。腔118限定在圆顶壁113、偏转器壁114和多个侧壁116之间。集成圆顶偏转器构件108还可以包括外壁120(在图4中用隐藏线示出)和内壁122(也在图4中用隐藏线示出)，其中外壁120和内壁122两者在多个侧壁116之间周向延伸并且还在圆顶壁113和偏转器壁114之间在纵向方向(L)上延伸。因此，圆顶壁113、偏转器壁114、多个侧壁116、外壁120和内壁122中的每一个被集成在一起，使得集成圆顶偏转器构件108被构造成限定中空盒状结构，其中具有腔118。集成圆顶偏转器构件108可由例如金属合金、陶瓷材料或陶瓷基复合(CMC)材料或其任何组合构成。
在图6中，可以看到圆顶壁113包括穿过其中的多个圆顶壁冷却通道124。圆顶壁冷却通道124被构造成将压缩空气82(a)流从压力气室66(图2)提供进入腔118。类似地，偏转器壁114包括穿过其中的多个偏转器壁冷却通道126。偏转器壁冷却通道126被构造成将压缩空流82(a)流从腔118提供到偏转器壁114的燃烧室侧130。偏转器壁冷却通道126可以以角度128布置，以便引起压缩空气82(a)的涡流进入燃烧室62。从偏转器壁冷却通道126喷射到燃烧室62中的压缩空气82(a)部分地为偏转器壁114的燃烧室侧130提供膜冷却。如图4所示，偏转器壁冷却通道126围绕旋流器组件开口110布置。包括的穿过偏转器壁114的偏转器壁冷却通道126的数量和尺寸可取决于将跨越圆顶偏转器构件108获得的期望压降。此外，偏转器壁冷却通道126可以布置成多种模式中的任何一种，这取决于将通过偏转器壁冷却通道126提供到偏转器壁114的燃烧室侧130的空气82(a)的期望流动。例如，偏转器壁冷却通道126可以围绕旋流器组件开口110布置成多个周向排，每个周向排布置在距旋流器组件开口110不同的径向距离处。或者，偏转器壁冷却通道126可以布置成为来自偏转器冷却通道126的空气82(a)流提供期望的涡流。另一方面，圆顶壁冷却通道124可以围绕穿过圆顶壁112的旋流器组件开口110随机间隔开，并且圆顶壁冷却通道124的数量和尺寸也可以取决于将跨越圆顶偏转器构件108获得的期望压降。
再次参考图4和5，将讨论集成圆顶偏转器构件108的各种参数。各种参数涉及获得从圆顶偏转器构件108的压力气室66侧到燃烧室62侧的跨越集成圆顶偏转器构件108的期望压降(ΔP)，以及涉及获得偏转器壁114的燃烧室侧130处的冷却效率因子(CE)。参照图5，集成圆顶偏转器构件108的横截面面积(A1)可以限定为集成圆顶偏转器构件108的长度(L1)121和圆顶偏转器构件的宽度(W1)123，其中A1＝L1×W1。类似地，腔118的面积(A2)可以由腔的长度(L2)119和腔118的宽度(W2)117限定，其中A2＝L2×W2。对于圆顶偏转器构件108，面积A2与面积A1的比率(A2/A1)可以具有从十分之二(0.2)到百分之九十八(0.98)的范围。此外，穿过圆顶壁113的圆顶壁冷却通道124的总面积(Ah1)与穿过偏转器壁114的偏转器壁冷却通道126的总面积(Ah2)的比率限定为Ah1/Ah2，并且可以具有从一(1.0)到二(2.0)的范围。当圆顶壁冷却通道124和偏转器壁冷却通道126中的每一个为圆形孔时，每个圆顶壁冷却通道124的面积和每个偏转器壁冷却通道126的面积由A＝πr2限定。圆顶壁冷却通道124的总面积(Ah1)是每个圆顶壁冷却通道124的面积A之和，偏转器壁冷却通道126的总面积(Ah2)是每个偏转器壁冷却通道126的面积A之和。前述参数(即，比率A2/A1和Ah1/Ah2)可导致跨越圆顶偏转器构件108的期望压降(ΔP)在百分之一点五(1.5％)到百分之三点五(3.5％)之间。冷却效率因子(CE)可以限定为CE＝ΔP×(A2/A1)×(Ah1/Ah2)，并且在上述参数的情况下，冷却效率因子(CE)可以具有从百分之零点三(0.3％)到百分之七(7％)的范围。
在图5和6中，腔118显示为中空腔。然而，如图7所示，该图是在图5的细节132处截取的横截面视图，腔118可以填充有形成为夹层结构134的至少一层缓冲材料层。例如，如图7所示，腔118可以包括至少一层缓冲材料层的夹层结构134，该至少一层缓冲材料层可以包括例如蜂窝材料层136、金属或复合格子结构层138(其可以由金属或复合材料形成)、以及海绵层140。此外，根据所使用的材料，可以将热涂层142添加到集成圆顶偏转器构件108的外部，特别是偏转器壁114的燃烧室侧130，以及内壁122和外壁120。
图8是根据本公开的一方面的在图3中的周向切面8-8处截取的截面图，描绘了在相邻圆顶偏转器构件108之间的周向布置。如上所述，当肋构件106被包括为框架结构100的一部分时，多个圆顶偏转器构件108中的相邻圆顶偏转器构件可以连接到肋构件106，或者可以抵靠肋构件106。
图9是根据本公开的另一方面的在图3中的周向切面8-8处截取的截面图，描绘了在相邻圆顶偏转器构件108之间的周向布置。当从框架结构100中省略肋构件106时，每个相应的集成圆顶偏转器构件108的侧壁116被构造为与多个集成圆顶偏转器构件108中的另一个相邻的相应集成圆顶偏转器构件108接合以便在多个集成圆顶偏转器构件108中的相应相邻的集成圆顶偏转器构件108之间形成密封。例如，如图9所示，多个集成圆顶偏转器构件108可以包括第一类型的圆顶偏转器构件144和第二类型的圆顶偏转器构件146。第一类型的圆顶偏转器构件144包括第一侧壁类型148，第二类型的圆顶偏转器构件146包括第二侧壁类型150。第一侧壁类型148可以包括第一槽口接头152并且第二侧壁类型150可以包括第二槽口接头154。当第一类型的圆顶偏转器构件144和第二类型的圆顶偏转器构件146在接头156处接合在一起时，第一侧壁类型148和第二侧壁类型150彼此重叠并适配在一起以在其间形成密封。接头密封件158也可以设置在接头156内。当然，对于第一侧壁类型148和第二侧壁类型150，可以替代地实施其他结构，例如用于实现榫槽结构(a tongue and groovestructure)的榫舌第一侧壁类型148和凹槽第二侧壁类型150，或者与凸的第二侧壁类型150啮合的凹的第一侧壁类型148。第一侧壁类型148和第二侧壁类型150也可以由柔性材料制成，以便在它们之间提供更好的密封。因此，如图3所示，当肋构件106被省略时，第一类型的圆顶偏转器构件144和第二类型的圆顶偏转器构件146以围绕燃烧器轴向中心线112的周向交替布置安装到框架结构100。
图10至15，其中每一个都是在图3的平面A-A处截取的局部横截面视图，描绘了集成圆顶偏转器构件108到内框架构件102和外框架构件104的各种附接。在每个方面，圆顶壁113连接到内框架构件102和外框架构件104。在图10中，集成圆顶偏转器构件108经由螺栓接头159连接到内框架结构102和外框架结构104。集成圆顶偏转器构件108包括可以集成到圆顶壁113中并且从圆顶壁113向上游突出的螺柱160。集成圆顶偏转器构件108可以通过螺柱160附接到内框架构件102和外框架构件104，并且然后，经由螺母162固定到内框架构件102和外框架构件104，该螺柱160延伸穿过内框架构件102中的孔164和穿过外框架构件104中的孔166。
在图11所示的另一方面中，集成圆顶偏转器构件108可以经由榫槽接头161连接到内框架构件102并且经由螺栓接头159连接到外框架构件104。圆顶壁113可包括从圆顶壁113向上游延伸并在径向方向(R)上向内延伸的L形凸缘168。L形凸缘168将集成圆顶偏转器构件108附接到内框架构件102。圆顶壁113包括用于将集成圆顶偏转器构件108附接到外框架构件104的螺纹插入件170。L形凸缘168可以通过滑动接合与内框架构件102接合，例如在榫槽型接头中，然后可以将诸如螺栓172的紧固件插入穿过外框架构件104中的孔17并穿过圆顶壁113中的孔176，以螺纹接合插入件170。圆顶偏转器构件108因此安装到内框架构件102和外框架构件104。
图12还包括将集成圆顶偏转器构件108连接到外框架构件104的螺栓接头159和将集成圆顶偏转器构件108连接到内框架102的榫槽接头161。L形凸缘168与内框架构件102滑动接合。图12的集成圆顶偏转器构件108还包括从圆顶壁113向上游突出并在径向方向(R)上向外延伸的L形凸缘178。L形凸缘178用于将集成圆顶偏转器构件108连接到外框架构件104。在图12的方面中，外框架构件104包括从其向上游朝向压力气室66突出的螺柱180。保持板182经由保持板182中的孔183安装在螺柱180上并与L形凸缘178接合。弹簧夹184可以设置在保持板182和圆顶壁113之间的间隙中。螺母186与螺柱180螺纹接合，以完成集成圆顶偏转器构件108与内框架构件102和外框架构件104的连接。
图13描绘了根据本公开的又一方面的集成圆顶偏转器构件108经由榫槽接头161与内框架构件102的连接以及经由螺栓接头159与外框架构件104的连接。图13的方面包括与内框架构件102滑动接合的L形凸缘168。集成圆顶偏转器构件108包括从圆顶壁113向上游突出并在纵向方向(L)上延伸的纵向凸缘188。外框架构件104还包括在纵向方向(L)上向上游延伸的纵向凸缘190。纵向凸缘188和纵向凸缘190彼此接合，并且诸如螺栓192的紧固件插入穿过外框架构件104的纵向凸缘190的孔194并穿过集成圆顶偏转器构件108的纵向凸缘188。然后螺母198与螺栓192螺纹接合，以完成集成圆顶偏转器构件108与内框架构件102和外框架构件104的连接。
图14描绘了根据本公开的又一方面的集成圆顶偏转器构件108经由榫槽接头161与内框架构件102的连接以及经由榫槽接头161与外框架构件104的连接。图14的方面包括L形凸缘168和L形凸缘178。外框架构件104包括在纵向方向(L)上从其向上游突出并在径向方向(R)上向内延伸的L形凸缘200。保持板202可插入集成圆顶偏转器构件108的L形凸缘178和外框架构件104的L形凸缘200之间，并且弹簧夹184可插入保持板202和圆顶壁113之间的间隙中。因此，集成圆顶偏转器构件108与内框架构件102和外框架构件104连接。
图15描绘了根据本公开的又一方面的集成圆顶偏转器构件108经由榫槽接头161与内框架构件102的连接以及经由保持夹接头163与外框架构件104的连接。图15的方面包括与内框架构件102滑动接合的L形凸缘168。L形凸缘204从圆顶壁113向上游突出并在径向方向(R)上向内延伸。外框架构件104包括从其向上游突出并在径向方向(R)上向外延伸的L形凸缘206。弹簧保持夹208与外框架构件104的L形凸缘206接合以及与圆顶壁113的L形凸缘204接合，以便将集成圆顶偏转器构件108连接到内框架构件102和外框架构件104。
对于前述的每一种布置，集成圆顶偏转器构件108可以以任意数量的多种方式单独安装到框架结构，以便在必要时能够容易地更换圆顶偏转器构件108。此外，每个集成圆顶偏转器构件108可以与圆顶框架结构100分开单独制造，然后可以容易地安装到框架结构100。单独的集成圆顶偏转器构件108减少了将圆顶构件和偏转器板分别安装到框架结构100的需要。此外，利用本公开的集成圆顶偏转器构件108，诸如陶瓷基复合材料(CMC)的材料可以用于制造集成圆顶偏转器构件108，其中CMC集成圆顶偏转器构件108能够容易地附接到框架结构100，框架结构100可由金属材料制成。CMC集成圆顶偏转器构件108可以提供圆顶偏转器结构的更好的耐用性，从而需要较少的更换频率。
虽然前面的描述大体上涉及燃气涡轮发动机，但是可以容易地理解，燃气涡轮发动机可以在各种环境中实施。例如，发动机可以在飞行器中实施，但也可以在非飞行器应用中实施，例如发电站、海洋应用或石油和天然气生产应用。因此，本公开不限于在飞行器中使用。
本公开的进一步方面由以下条项的主题提供。
一种用于燃气涡轮的燃烧器的圆顶结构，所述圆顶结构包括：框架结构，所述框架结构围绕燃烧器中心线轴线周向延伸；和多个集成圆顶偏转器构件，所述多个集成圆顶偏转器构件安装到所述框架结构，所述多个集成圆顶偏转器构件中的每个集成圆顶偏转器构件包括圆顶壁、偏转器壁以及将所述圆顶壁和所述偏转器壁相互连接的多个侧壁，腔由所述圆顶壁、所述偏转器壁和所述多个侧壁限定。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述腔内设置有至少一层缓冲材料层，所述至少一层缓冲材料层包括蜂窝层、格子层和海绵层中的任一种。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述框架结构包括围绕所述燃烧器中心线轴线周向延伸的内框架构件、和围绕所述燃烧器中心线轴线周向延伸的外框架构件，所述外框架构件布置在所述内框架构件的径向外侧。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述框架结构进一步包括多个肋构件，所述多个肋构件围绕所述燃烧器中心线轴线周向间隔开并且连接所述内框架构件和所述外框架构件，所述多个集成圆顶偏转器构件中的相应集成圆顶偏转器构件布置在所述多个肋构件的连续对之间。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，每个集成圆顶偏转器构件包括旋流器组件开口，所述旋流器组件开口延伸穿过所述圆顶壁并延伸穿过所述偏转器壁。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述圆顶壁包括穿过其中的多个圆顶壁冷却通道，所述多个圆顶壁冷却通道被布置成将穿过其中的冷却空气流提供到所述腔。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述偏转器壁包括穿过其中的多个偏转器壁冷却通道，所述多个偏转器壁冷却通道被布置成将穿过其中的冷却空气流从所述腔提供到所述偏转器壁的燃烧室侧。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述多个偏转器壁冷却通道以一定角度被布置穿过所述偏转器壁。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述圆顶壁冷却通道的面积(Ah1)与所述偏转器壁冷却通道的面积(Ah2)的比率为：Ah1/Ah2＝一到二。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，跨越每个集成圆顶偏转器构件的压降(ΔP)具有百分之一点五至百分之三点五的范围。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，每个圆顶偏转器构件的横截面面积(A1)与所述腔的横截面面积(A2)的比率具有从十分之二到百分之九十八的范围。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，每个圆顶偏转器构件的冷却效率因子(CE)具有从百分之零点三到百分之七的范围，其中CE＝ΔP*A2/A1*(Ah1/Ah2)。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述多个集成圆顶偏转器构件以围绕所述燃烧器中心线轴线的周向布置安装在所述内框架构件和所述外框架构件之间。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述多个侧壁中的每个侧壁被构造为与另一个相邻的集成圆顶偏转器构件的侧壁接合，从而在所述多个集成圆顶偏转器构件中的相应相邻的集成圆顶偏转器构件之间形成密封。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述多个集成圆顶偏转器构件包括所述多个集成圆顶偏转器构件中的第一类型的集成圆顶偏转器构件，以及所述多个集成圆顶偏转器构件中的第二类型的集成圆顶偏转器构件，所述第一类型的集成圆顶偏转器构件中的每个集成圆顶偏转器构件包括第一侧壁类型，并且所述第二类型的集成圆顶偏转器构件中的每个集成圆顶偏转器构件包括第二侧壁类型，所述多个集成圆顶偏转器构件以第一类型的集成圆顶偏转器构件和第二类型的集成圆顶偏转器构件的周向交替布置安装到所述框架结构。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述第一侧壁类型被构造为与所述第二侧壁类型重叠。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述圆顶壁与所述框架结构接合，并且每个集成圆顶偏转器构件经由螺栓接头、榫槽接头和保持夹接头中的至少一种安装到所述框架结构。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述圆顶壁和所述偏转器壁由金属合金和陶瓷基复合材料中的至少一种构成。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述偏转器壁包括热涂层，所述热涂层设置在所述偏转器壁的与所述腔相对的一侧。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，每个圆顶偏转器构件包括外壁和内壁，所述外壁和所述内壁在所述多个侧壁之间周向延伸并且在所述圆顶壁和所述偏转器壁之间在纵向延伸上延伸，所述圆顶偏转器构件限定中空盒结构。
一种用于燃气涡轮的燃烧器的圆顶结构，所述圆顶结构包括：安装结构，所述安装结构围绕燃烧器的中心线轴线周向延伸；和多个集成圆顶偏转器单元，所述多个集成圆顶偏转器单元用于安装到所述安装结构，所述多个集成圆顶偏转器单元中的每个集成圆顶偏转器单元包括多个壁，所述多个壁限定中空盒状结构，腔限定在所述中空盒状结构内。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述腔内设置有至少一种缓冲材料，所述至少一种缓冲材料包括蜂窝、格子和海绵中的任一种。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述安装结构包括围绕所述燃烧器中心线轴线周向延伸的内框架单元、和围绕所述燃烧器中心线轴线周向延伸的外框架单元，所述外框架布置在所述内框架的径向外侧。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述安装结构进一步包括多个肋单元，所述多个肋单元围绕所述燃烧器中心线轴线周向间隔开并且连接所述内框架单元和所述外框架单元，所述多个集成圆顶偏转器构件中的相应集成圆顶偏转器构件布置在所述多个肋构件的连续对之间。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，每个集成圆顶偏转器构件单元具有旋流器组件开口，所述旋流器组件开口延伸穿过第一壁并延伸穿过第二壁。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述第一壁包括穿过其中的多个第一壁冷却通道，所述多个第一壁冷却通道被布置成将穿过其中的冷却空气流提供到所述腔。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述第二壁包括穿过其中的多个第二壁冷却通道，所述多个第二壁冷却通道被布置成将穿过其中的冷却空气流从所述腔提供到所述第二壁的燃烧室侧。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述多个第二壁冷却通道以一定角度被布置穿过所述第二壁。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述第一壁冷却通道的面积(Ah1)与所述第二壁冷却通道的面积(Ah2)的比率为：Ah1/Ah2＝一到二。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，跨越每个集成圆顶偏转器单元的压降(ΔP)具有百分之一点五至百分之三点五的范围。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，每个圆顶偏转器单元的横截面面积(A1)与所述腔的横截面面积(A2)的比率具有从十分之二到百分之九十八的范围。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，每个圆顶偏转器单元的冷却效率因子(CE)具有从百分之零点三到百分之七的范围，其中CE＝ΔP*A2/A1*(Ah1/Ah2)。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述多个集成圆顶偏转器单元以围绕所述燃烧器中心线轴线的周向布置安装在所述内框架单元和所述外框架单元之间。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述集成圆顶偏转器单元进一步包括多个第三壁，所述多个第三壁连接所述第一壁和所述第二壁，并且所述多个第三壁中的每个第三壁被构造为与另一个相邻的集成圆顶偏转器单元的第三壁接合，从而在所述多个集成圆顶偏转器单元中的相应相邻的集成圆顶偏转器单元之间形成密封。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述多个集成圆顶偏转器单元包括所述多个集成圆顶偏转器单元中的第一类型的集成圆顶偏转器单元，以及所述多个集成圆顶偏转器单元中的第二类型的集成圆顶偏转器单元，所述第一类型的集成圆顶偏转器单元中的每个集成圆顶偏转器单元包括第一第三壁类型，并且所述第二类型的集成圆顶偏转器单元中的每个集成圆顶偏转器单元包括第二第三壁类型，所述多个集成圆顶偏转器单元以第一类型的集成圆顶偏转器单元和第二类型的集成圆顶偏转器单元的周向交替布置安装到所述安装结构。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述第一第三壁类型被构造为与所述第二第三壁类型重叠。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述第一壁与所述安装结构接合，并且每个集成圆顶偏转器单元经由至少连接手段安装到所述安装结构。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述第一壁和所述第二壁由金属合金和陶瓷基复合材料中的至少一种构成。
根据前述条项所述的圆顶结构，其中，所述第二壁包括热涂层，所述热涂层设置在所述第二壁的与所述腔相对的一侧。
尽管前面的描述针对本公开的一些示例性实施例，但是其他变化和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且可以在不背离本公开的精神或范围的情况下进行。此外，结合本公开的一个实施例描述的特征可以结合其他实施例使用，即使上面没有明确说明。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮的燃烧器的圆顶结构，其特征在于，所述圆顶结构包括：
框架结构，所述框架结构围绕燃烧器中心线轴线周向延伸；和
多个集成圆顶偏转器构件，所述多个集成圆顶偏转器构件安装到所述框架结构，所述多个集成圆顶偏转器构件中的每个集成圆顶偏转器构件包括圆顶壁、偏转器壁以及将所述圆顶壁和所述偏转器壁相互连接的多个侧壁，腔由所述圆顶壁、所述偏转器壁和所述多个侧壁限定。
2.根据权利要求1所述的圆顶结构，其特征在于，其中，所述腔内设置有至少一层缓冲材料层，所述至少一层缓冲材料层包括蜂窝层、格子层和海绵层中的任一种。
3.根据权利要求1所述的圆顶结构，其特征在于，其中，所述框架结构包括围绕所述燃烧器中心线轴线周向延伸的内框架构件和围绕所述燃烧器中心线轴线周向延伸的外框架构件，所述外框架构件布置在所述内框架构件的径向外侧。
4.根据权利要求3所述的圆顶结构，其特征在于，其中，所述框架结构进一步包括多个肋构件，所述多个肋构件围绕所述燃烧器中心线轴线周向间隔开并且连接所述内框架构件和所述外框架构件，所述多个集成圆顶偏转器构件中的相应集成圆顶偏转器构件布置在所述多个肋构件的连续对之间。
5.根据权利要求1所述的圆顶结构，其特征在于，其中，每个集成圆顶偏转器构件包括旋流器组件开口，所述旋流器组件开口延伸穿过所述圆顶壁并延伸穿过所述偏转器壁。
6.根据权利要求1所述的圆顶结构，其特征在于，其中，所述圆顶壁包括穿过其中的多个圆顶壁冷却通道，所述多个圆顶壁冷却通道被布置成将穿过其中的冷却空气流提供到所述腔。
7.根据权利要求6所述的圆顶结构，其特征在于，其中，所述偏转器壁包括穿过其中的多个偏转器壁冷却通道，所述多个偏转器壁冷却通道被布置成将穿过其中的冷却空气流从所述腔提供到所述偏转器壁的燃烧室侧。
8.根据权利要求7所述的圆顶结构，其特征在于，其中，所述多个偏转器壁冷却通道以一定角度被布置穿过所述偏转器壁。
9.根据权利要求7所述的圆顶结构，其特征在于，其中，所述圆顶壁冷却通道的面积(Ah1)与所述偏转器壁冷却通道的面积(Ah2)的比率为：
Ah1/Ah2＝一到二。
10.根据权利要求9所述的圆顶结构，其特征在于，其中，跨越每个集成圆顶偏转器构件的压降(ΔP)具有百分之一点五至百分之三点五的范围。
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