CN1487237A - 燃气涡轮发动机的燃烧器整流罩 - Google Patents

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Abstract

一种有贯通纵轴线的燃气轮机燃烧器，具有：一个内衬里和一个与其径向间隔的外衬里；一个与内、外衬里相连接的环形整流罩；多个与整流罩相连接并在其内沿圆周隔开的空气/燃油混合器；一个与外衬里连接的外护罩和一个与内衬里相连接的内护罩，其中由内、外衬里和整流罩构成燃烧室。还具有：一个与燃烧器衬里相连接的第一端，一个与第一端径向隔开的第二端；一个从邻近衬里的第一端向后延伸的第一区段；一个从第二端向后延伸并相对于纵轴线径向向外张开的第二区段；和一个连接整流罩第一和第二区段的非线性第三区段。

Description

燃气涡轮发动机的燃烧器整流罩
发明背景
本发明总的涉及燃气涡轮发动机的燃烧器整流罩，尤其涉及直接与燃烧器的衬里和护罩相连接的整体式燃烧器整流罩。
发明领域
在燃气涡轮发动机燃烧器技术领域内，人们都熟知与内、外衬里相连按的整流罩用来构成燃烧室的范围。燃油与空气的混合物在上述燃烧室内被点燃并燃烧而形成的产物可与涡轮的叶片面接，并通过一根或多根转轴来做功。环形的燃烧器整流罩还用来使上述混合器呈圆周上分布的方式安置，以便按所需方式提供燃油/空气混合物。由于上述整流罩靠近燃烧室的热燃气及所产生的很高温度，故它必须做成可承受苛刻的环境作用。
虽然先前的结构示出整流罩与衬里在整流罩的出口处相连接，但是，这样的连接要使接头经受燃烧室的高温并妨碍冷却空气沿衬里流动。因此，最好将整流罩与衬里以及护罩连接的接头安排在整流罩的入口处。在一种现行结构中，采用一种中间件(例如铆钉连接)将整流罩间接地与毗邻的衬里和护罩相连接。而且上述的中间件通常要钎焊到整流罩上，这就需要在制造过程中增加额外的工时和劳力。
授与Campbell的美国专利USPNo.3990232公开了另一种结构的燃烧器，其中，具有整体V形截面的整流罩有一个伸出第一和第二支腿的顶部，当今应用这种结构时，要采用一对分别需要两条焊缝的锻件，这就进一步使制造工艺更加复杂且延长了所需的工时。
根据以上所述，希望发展出一种可简化其组件并可省去制造过程中费时又费钱的作业的燃烧器整流罩结构，也希望整流罩和衬里部件的重量尽可能减轻。同时，最好又使燃烧器的功能包括所供给的冷却空气的数量和流动情况保持与原先的结构一样好，以避免重新鉴定发动机。
发明简述
在本发明的第一典型实施例中，示出一种具有贯通的纵轴线的燃气涡轮发动机的燃烧器，该燃烧器具有：一个内衬里；一个与上述内衬里沿径向相隔的外衬里；一个与上述的内衬里和外衬里相连接的环形整流罩；多个与整流罩相连接并在整流罩内沿圆周隔开分布的燃油/空气混合器；一个与上述外衬里相连接的外护罩；一个与上述内衬里相连接的内护罩，其特征在于，由上述的内衬里、外衬里和整流罩构成一个燃烧室。上述的整流罩还具有：一个与燃烧器的外衬里相连接的第一端；一个与第一端沿径向相隔并与燃烧器的内衬里相连接的第二端；一个从邻近外衬里的第一端向后延伸的第一区段；一个从邻近内衬里的第二端向后延伸的第二区段；一个从其外圆周延伸并相对于纵轴线沿径向向外张开的第三区段；一个从其内圆周延伸并相对于纵轴线沿径向向内张开的第四区段；一个连接整流罩第一和第三区段的弧形的第五区段；和一个连接整流罩第二和第四区段的弧形的第六区段。
在本发明的第二个典型实施例中，示出一种具有贯通的纵轴线的燃气涡轮发动机的燃烧器的环形整流罩。它具有：一个与燃烧器的燃油/空气混合器相连接的第一端；一个与燃烧器的衬里相连接的第二端；一个从第一端向后延伸并相对于纵轴线径向向外张开的第一区段；一个从邻近于衬里的第二端向后延伸的第二区段；和一个连接整流罩的第一和第二区段的弧形的第三区段。
附图的简述
图1是具有与本发明相似的燃烧器的燃气涡轮发动机的简单剖视图；
图2是图1所示的具有本发明的燃烧器整流罩的燃烧器的剖视图；
图3是示于图2的燃烧器的局部放大剖视图；和
图4是示于图2和3的燃烧器沿图3中的4-4线剖切的局部后视图，为清晰起见，图中删去了燃油/空气混合器。
本发明的详细说明
下面详细参看附图，所有图中相同的标号表示同类部件，图1示出具有连续流体连通的低压压气机12、高压压气机14和燃烧器16的典型的燃气涡轮发动机10。上述燃烧器16通常产生燃气，该燃气通过高压涡轮喷嘴组件18从燃烧器16排出，并被导引至普通的高压涡轮20，然后再进入普通的低压涡轮22，上述高压涡轮20通过合适的轴24带动高压压气机14，而低压涡轮12则通过另一根合适的轴26带动低压压气机12，上述各部件都是绕纵轴线或者说中心轴线28同轴地设置的。
如图2所示，燃烧器16具有一个由外衬里32、内衬里34和设置在其入口端的整流罩36构成的燃烧室30。可以看出，在整流罩36内沿圆周隔开设置多个燃油/空气混合器38，用以将燃油与空气的混合物引入燃烧室30，在该燃烧室30内由点火器(未示出)点燃而产生用来分别驱动高压涡轮20和低压涡轮22的燃气。更具体地，空气/燃油混合器38具有一个套圈夹持器40、一个套圈凸缘42、一个导流板44和一个离心式喷嘴46。最好将套圈凸缘42与导流板44通过例如铜焊法直接连接起来。这样就不需要在它们之间设置杯形插入件。
按照本发明，从图2～4可看出，整流罩36最好是环形的，并具有一个位于其外径周围的第一端48，该第一端48最好按下面要较详细说明的方式与外衬里32和外护罩50相连接。整流罩36还具有一个位于其内径周围的从上述第一端48径向向内的第二端52，该第二端52最好类似于上述第一端48、外衬里32和外护罩50相连接那样与内衬里34和内护罩54相连接。更具体地，可以看出，第一连接件56在正确定位时像夹钳一样将整流罩第一端48、外衬里32和外护罩50连接在一起。同理，第二连接件58也在对准时像夹钳一样将整流器第二端52、内衬里34和内护罩54连接在一起。
燃烧器整流罩36最好具有一个从邻近外衬里32的上述第一端48向后(即向着燃烧室30)延伸的第一区段60和一个从邻近内衬里34的上述第二端52向后延伸的第二区段62。显然，整流罩36还具有一个最好与导流板44相连接的第三区段64和第四区段66，该两区段从燃油/空气混合器38和纵轴线28沿径向分别向外、向内张开成喇叭形。整流罩第五区段68将第一区段60与第三区段64相连接，该第五区段68是非线性区段，以适应第一与第三区段60和64之间的角度关系，同理，整流罩第六区段70将第二区段62与第四区段66相连接，该第六区段70也是非线性区段，以适应第二与第四区段62、66之间的角度关系。
可以理解，整流罩第五和第六区段68和70的截面最好分别是弧形的，它们具有一个规定的半径R，以更好地承受严酷的燃烧环境。第五和第六区段68和70的半径R是整流罩36的壁厚t的函数，该R值最好是至少两倍于厚度t，最佳值是大约3～5倍于厚度t。在现有的结构中，燃烧器整流罩36的厚度范围优选约为0.03～0.08英寸，故第五和第六区段68和70的半径的范围最好约为0.060～0.120英寸。
为了使燃烧器16的工作特性保持与原先的结构一样，整流罩36最好具有多个在其外圆周和内圆周上形成的沿圆周隔开分布的皱折72和74。每个皱折72处具有一个位于整流罩36与外衬里32之间的孔道76，而每个皱折74处则具有一个位于整流罩36与内衬里34之间的孔道78，使冷却空气可以流过。从图4可以看出，皱折72和74大致为梯形的，但是，任何其他形状也是可以的，只要有足够的空气流过即可。
可以理解，整流罩36最好为整体式结构，并由金属板制成，但也可采用其他类似的材料来制造。
上面已经示出并说明了本发明的优选实施例，但是，熟悉本技术的人们可以在不背离本发明范围的情况下通过适当改型而进一步改进所述的燃烧器及其整流罩。
零部件一览表
10燃气涡轮发动机(总称)
12低压压气机
14高压压气机
16燃烧器
18高压涡轮喷嘴组件
20高压涡轮
22低压涡轮
24高压轴
26低压轴
28纵轴线
30燃烧室
32外衬里
34内衬里
36整流罩
38燃油/空气混合器
40套圈夹持器
42套圈凸缘
44导流板
46离心式喷嘴
48整流罩第一端
50外护罩
52整流罩第二端
54内护罩
56第一连接件
58第二连接件
60整流罩第一区段
62整流罩第二区段
64整流罩第三区段
66整流罩第四区段
68整流罩第五区段
70整流罩第六区段
72整流罩第一区段上的皱折
74整流罩第二区段上的皱折
76整流罩第一区段与外衬里之间的孔道
78整流罩第二区段与内衬里之间的孔道
R整流罩第五和第六区段的弯曲半径
t整流罩的壁厚

Claims (24)

1.一种具有贯通的纵轴线(28)的燃气涡轮发动机(10)的燃烧器(16)，它具有：
(a)一个内衬里(34)；
(b)一个与上述内衬里(34)径向隔开的外衬里(32)；
(c)一个与上述的内衬里(34)和外衬里(32)相连接的环形整流罩(36)，该整流罩(36)还具有：
(1)一个与上述燃烧器(16)的上述外衬里(32)相连接的第一端(48)；
(2)一个与上述第一端(48)径向相隔并与上述燃烧器(16)的上述内衬里(34)相连接的第二端(52)；
(3)一个从邻近上述外衬里(32)的上述第一端(48)向后延伸的第一区段(60)；
(4)一个从邻近上述内衬里(34)的上述第二端(52)向后延伸的第二区段(62)；
(5)一个从其外径伸出并相对于上述纵轴线(28)沿径向向外张开的第三区段(64)；
(6)一个从其内径伸出并相对于上述纵轴线(28)沿径向向内张开的第四区段(66)；
(7)一个连接上述第一和第三区段(60、64)的弧形第五区段(68)；和
(8)一个连接上述第二和第四区段(62、66)的弧形的第六区段(70)；
(d)多个与上述第二端(52)相连接并在上述整流罩(36)内沿圆周间隔分布的空气/燃油混合器(38)；
(e)一个与上述外衬里(32)相连接的外护罩(50)；和
(f)一个与上述内衬里(34)相连接的内护罩(54)；
其特征在于，由上述的内衬里(34)、上述的外衬里(32)和上述的整流罩(36)构成燃烧室(30)。
2.根据权利要求1的燃烧器(16)，其特征在于，上述的燃烧器(16)是一种单一的环形燃烧器。
3.根据权利要求1的燃烧器(16)，其特征在于，上述的燃烧器整流罩(16)是由单张金属板制成的。
4.根据权利要求1的燃烧器(16)，其特征在于，上述整流罩的弧形的第五和第六区段(68、70)具有规定的半径(R)。
5.根据权利要求4的燃烧器(16)，其特征在于，上述第五和第六区段(68、70)的上述规定的半径(R)与上述燃烧器整流罩(36)的厚度(t)有关。
6.根据权利要求5的燃烧器(16)，其特征在于，上述规定的半径(R)至少两倍于上述燃烧器整流罩(36)的厚度(t)。
7.根据权利要求5的燃烧器(16)，其特征在于，上述规定的半径(R)大约为上述燃烧器整流罩(36)的厚度(t)的3～5倍。
8.根据权利要求1的燃烧器(16)，其特征在于，还具有多个在上述整流罩第一区段(60)上形成的沿圆周隔开分布的皱折(72)。
9.根据权利要求1的燃烧器(16)，其特征在于，还具有多个在上述整流罩第二区段(62)上形成的沿圆周隔开分布的皱折(74)。
10.根据权利要求8的燃烧器(16)，其特征在于，在每个皱折(72)与上述外衬里(32)之间形成可让空气流过的孔道(76)；
11.根据权利要求9的燃烧器(16)，其特征在于，在每个皱折(74)与上述内衬里(34)之间形成可让空气流过的孔道(78)。
12.根据权利要求1的燃烧器(16)，其特征在于，上述的整流罩第一端(48)在上述第五区段(68)之前方的一个位置上与上述外衬里(32)相连接。
13.根据权利要求1的燃烧器(16)，其特征在于，上述的整流罩第二端(52)在上述第六区段(70)之前方的一个位置上与上述内衬里(34)相连接。
14.一种用于具有贯通的纵轴线(28)的燃气涡轮发动机(10)的燃烧器(16)的环形整流罩(36)，它具有：
(a)一个与上述燃烧器(16)的燃油/空气混合器(38)相连接的第一端；
(b)一个与上述燃烧器(16)的衬里(32/34)相连接的第二端(48/52)；
(c)一个从上述第一端向后延伸并相对于上述纵轴线(28)沿径向向外张开的第一区段(64/66)；
(d)一个从邻近上述衬里(32/34)的上述第二端(48/52)向后延伸的第二区段(60/62)；
(e)一个连接上述整流罩第一和第二区段(64/66，60/62)的弧形第三区段(68/70)。
15.根据权利要求14的燃烧器整流罩(36)，其特征在于，上述的燃烧器整流罩(36)由单张金属板制成。
16.根据权利要求14的燃烧器整流罩(36)，其特征在于，上述燃烧器整流罩(36)的上述第二端(52)与上述燃烧器(16)的内衬里(34)和内护罩(54)相连接。
17.根据权利要求14的燃烧器整流罩(36)，其特征在于，上述燃烧器整流罩(36)的上述第一端(48)与上述燃烧器(16)的外衬里(32)和外护罩(50)相连接。
18.根据权利要求14的燃烧器整流罩(36)，其特征在于，上述整流罩的弧形第三区段(68/70)具有规定的半径(R)。
19.根据权利要求18的燃烧器整流罩(36)，其特征在于，上述的弧形第三区段(68/70)的上述规定的半径(R)与上述燃烧器整流罩(36)的厚度(t)有关。
20.根据权利要求19的燃烧器整流罩(36)，其特征在于，上述规定的半径(R)至少两倍于上述燃烧器整流罩(36)的厚度(t)。
21.根据权利要求19的燃烧器整流罩(36)，其特征在于，上述规定的半径(R)大约为上述燃烧器整流罩(36)的厚度(t)的3～5倍。
22.根据权利要求14的燃烧器整流罩(36)，其特征在于，还具有多个在上述整流罩第二区段(60/62)上形成的沿圆周隔开分布的皱折(72/74)。
23.根据权利要求22的燃烧器整流罩(36)，其特征在于，在每个皱折(72/74)与上述衬里(32/34)之间形成可让空气流过的孔道(76/78)。
24.根据权利要求14的燃烧器整流罩(36)，其特征在于，上述的整流罩第二区段(60/62)在上述第三区段(68/70)之前方的一个部位上与上述衬里(32/34)相连接。
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