CN1490563A - 用于将点火器安置在燃气轮机的衬套端口内的装置 - Google Patents

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Abstract

燃气轮机燃烧室点火器管有一内、外表面和纵轴线。该点火器管包括：安置在燃烧室衬套口内彼此邻近的第一、第二和第三部分。第二部分的外径从在第一末端处的第一部分的外径，增加至在第二末端处的预定外径。第三部分的外径大致与该预定的外径相同。第二部分的内径基本上与第一部分的内径相等，第三部分的内径，比第二部分的内径大。

Description

用于将点火器安置在燃气轮机的衬套端口内的装置
发明背景
本发明总的涉及燃气轮机的点火器，尤其涉及将点火器安置在燃气轮机的衬套端口内的装置。
众所周知，燃气轮机使用点火器在其燃烧系统内点燃燃料/空气混合物，并产生所希望的气体。一般，点火器的位置比较接近通过外衬套端口从混合装置排出的燃料/空气混合物，结果使点火器突入该混合装置下游的限定主燃烧区域的一个区域中。尽管对点火器本身及其冷却作了各种改进(例如，DuBell等人提出的美国专利3990834)，但应了解，在开发将点火器保持在燃气轮机燃烧室的外衬套端口内的装置方面，进展仍很小。
为此所使用的当前的装置已从简单的管子发展至在顶部有一个法兰的空心冷拔管子，以防止点火器管进入燃烧室的气流通道中。这种法兰可以是管子的一部分，或是焊接在简单管子上的一个盖板。其他点火器管一直是和一些套圈一起使用的，该套圈具有在密封表面下面延伸的耐磨套管。然而，目前这种点火器管通常具有一个孔内径。
目前，技术人员关心的一个问题是如何检查连接点火器管和衬套端口的焊接接头。特别是，需要增加点火器管和衬套冷却贵金属块之间的轴向间隙，以便能观察检查这种焊接接头。目前要求该间隙至少为0.100英寸，以便用荧光穿透来进行检查。
另外，点火器管没有任何机构可防止在焊接损坏时，点火器管进入燃烧室气流通道中。当没有这种机构时，点火器管会滑入上述气流通道中，直至上述法兰与衬套接触为止。这可以使点火器顶端被点火器管覆盖，从而妨碍点火器的正常工作。
同样，还发现点火器管所用的套圈的密封法兰可能磨损，使套圈有可能进入燃烧室的气流通道中。同时，为了使燃烧室壳体有更大的间隙，可以使用轮廓较小的套圈，在该套圈上，在点火器管的密封表面下面设置耐磨套管。
因此，考虑到上述问题，希望开发一种燃气轮机的改进的点火器管，可使得这种点火器管保持在衬套端口内时，有较大的轴向间隙，可以观察检查焊接接头。还希望这种点火器管，在可靠地防止点火器管和套圈进入燃烧室的气流通道中的同时，可以使用轮廓较小的套圈。
发明概述
在本发明的第一个示例性实施例中，燃气轮机燃烧室点火器管有内表面，外表面和贯通的纵轴线。更具体地说，点火器管包括：安置在燃烧室衬套端口内的第一个部分，靠近第一部分的第二部分，和靠近第二部分的第三部分。第一部分具有带有内径的内表面和带有外径的外表面。第二部分具有带有内径的内表面和带有外径的外表面，其中，第二部分的外径从第一个末端上的第一部分的外径，增加至第二个末端上的预先确定的外径。第三部分具有带有内径的内表面和带有外径的外表面，其中，第三部分的外径基本上与预先确定的外径相等。另外，点火器管的第二部分的内径，基本上与第一部分的内径相等；而点火器管的第三部分的内径，比第二部分的内径大。
在本发明的第二个示例性实施例中，说明了一种将点火器安置在燃气轮机燃烧室的衬套端口内的装置。在该点火器中，纵轴线穿过上述燃气轮机燃烧室的衬套端口。该装置包括一个用于安放点火器和与衬套端口连接的点火器管的套圈。该套圈还包括第一个部分；基本上与纵轴线平行，从第一个部分伸出的一个耐磨套管；和基本上与纵轴线垂直延伸的密封法兰。该点火器管还包括：位于衬套端口内的第一部分，靠近第一部分的第二部分，和靠近第二部分的第三部分。第一部分具有带有内径的内表面和带有外径的外表面。第二部分具有带有内径的内表面和带有外径的外表面，其中，第二部分的内径基本上与第一部分的内径相等。第三部分具有带有内径的内表面和带有外径的外表面，其中，第三部分的内径比第一部分和第二部分的内径大。套圈的耐磨套管伸入点火器管的第三部分中，并可以基本上与纵轴线垂直地运动一个预先确定的量。
在本发明的第三个示例性实施例中，说明了将点火器安置在燃气轮机燃烧室的衬套端口内的装置。在该装置中，点火器的纵轴线穿过上述衬套端口。该装置包括安放点火器和与衬套端口连接的点火器管的套圈。该套圈还包括第一部分，从第一部分基本上与纵轴线平行伸出的一个耐磨套管，和基本上与纵轴线垂直延伸的一个密封法兰。该点火器还包括：安置在衬套端口内的第一部分，靠近第一部分的第二部分，和靠近第二部分的第三部分。第一部分具有带有内径的内表面和带有外径的外表面。第二部分具有带有内径的内表面和带有外径的外表面，其中，第二部分的外径仍在第一个末端上的第一部分的外径，增加至在第二个末端上的预先确定的外径。第三部分具有带有内径的内表面和带有外径的外表面。其中，第三部分的外径基本上与预先确定的外径相等。点火器管的第二和第三部分的预先确定的外径，比衬套端口的直径大，以防止点火器管贯穿预先确定的距离。
附图简述
图1为根据本发明的，包括一个点火器和将点火器安置在燃气轮机燃烧室衬套内的装置的燃气轮机的横截面图；
图2为图1所示装置的分解透视图；
图3为图1和图2所示的装置的放大的截面图；
图4为图1~3所示的装置的放大的截面图，其中在点火器管内套圈已经横向偏移；
图5为图1~4所示的装置的放大的截面图，其中，与衬套端口的焊接接头已经损坏，点火器管已经沿着纵向轴线向机内位置运动；和
图6为图1~5所示装置的放大的截面图，其中，套圈的密封法兰已磨损，并保留在点火器管内。
发明详述
现参见附图。图中相同的标号表示相同的零件。图1表示燃气轮机的一个燃烧室10。燃烧室10可以方便地产生燃烧气体，燃烧气体再通过高压涡轮机喷咀组件12排出，排出的燃烧气体分路进入通常的高压涡轮机和低压涡轮机。具体地说是，燃料/空气混合物由混合装置16送入燃烧室10的燃烧腔14。燃烧腔14一般由上游端的穹面部分17，外衬套18和内衬套20构成。
可以看出，外衬套18的口22和壳体26的开口24可使点火器组件28安置在燃烧腔14的上游端。这样，点火器组件28可以点燃进入燃烧腔14的燃料/空气混合物，以产生燃烧气体。点火器组件28包括一个点火器30，其顶端部分32伸入燃烧腔14中。可以理解，点火器顶端部分32可以被电气放电或其他类似与典型的燃料点火现象加热。
在本发明中，包括点火器管34和一个套圈36的装置，可将点火器30安置在衬套端口22内，并与衬套端口对准。最好利用焊接接头38与衬套端口22连接的点火器管34，作成可允许时相邻的外衬套18的冷却贵金属块40和点火器管34之间的焊接接头38进行观察检查。目前的设计提供了至少为0.100英寸的轴向间隙(图4中用点火器管34和外衬套18之间的空间35表示)。
更具体地，从图2中可看出，点火器管34一般具有一个内表面42，一个外表面44和贯穿的纵轴线46。纵轴线46也贯穿衬套端口22。点火器管34还包括位于衬套端口22内和与该衬套端口相邻的第一部分48。点火器管的第一部分48具有带有内径52的内表面50，和带有外径56的外表面54。点火器管第一部分48的外径56，最好基本上与衬套端口22直径58相同，以便容易焊接。
点火器管34还包括邻近点火器管第一部分48的第二部分60。该第二部分60具有带有内径64的内表面62和带有外径68的外表面66。最好，第二部分的外径68从第一个末端70处的第一部分的外径58，增大至第二个末端74处的预先确定的外径。因此，第二部分的外表面66一般具有喇叭管的外形，并且最好与第一部分的外表面54成一个大约为5°~25°的角度76(见图4)。角度76的更优选的范围为大约9°~21°，最优选的范围为大约12°~16°。点火器管第二部分60的内径64最好基本上与点火器管第一部分48的内径52相等。
第三部分78靠近点火器管的第二部分60，同样具有带内径82的内表面80，和带外径86的外表面84。应当注意，点火器管的第三部分78的外径86基本上固定不变，并且基本上与第二部分的最大外径68相等。点火器管第二部分60的外表面66的最大外径，最好比衬套端口22的直径58大，以防止在焊接接头38损坏(见图5)时，点火器管34伸入机内一个预先确定的距离88。特别是，最好点火器管34沿着纵轴线46的移动不超过点火器管第二部分60的轴向长度的大约1/3~大约1/2，而外径68可以保证无故障，使点火器管34不沿轴向移动穿过点火器管的第二部分60。确定预先确定的距离88的另一种方法是防止点火器管34沿轴向移动至点火器顶端部分32被覆盖的位置，从而可使点火器30维持正常工作。
点火器管第三部分78的内径82最好比点火器管第二部分60的内径64大，并且形成一个表面90作为点火器管第二部分60的内表面62和点火器管第三部分78的内表面80之间的过渡部分。
最好，点火器管34包括邻近其第三部分78的第四部分92。该第四部分基本上与纵轴线46垂直。点火器管的第四部分92象一个法兰，它分别与点火器管的第一部分48，第二部分60和第三部分78成一个角度。如后面将更详细地说明的那样，点火器管的第四部分92的上表面94用作与套圈36的密封表面。
点火器管34还包括从所述点火器管的第四部分92的远端97伸出的第5部分95。从图2中可以看出，点火器管的第5部分95不需要连接360°地围绕着密封法兰126延伸。点火器管的第5部分95可以作成长度大约为30~90°的多个弧形部分99。每一个弧形部分99包括一个上表面101，将套圈36与点火器管34固定就位的座圈136可以固定在该上表面上。在点火器管34的相对末端使用二个弧形部分，则点火器管的第四部分92不需要完全围绕点火器管34延伸。这样，点火器管的第四部分92和座圈136不一定都是要圆形的，这有且于减少这些零件所需的材料量(和它们相应的重量)。
关于上述的套圈36，可以看出，这种套圈36包括安放点火器30的第一部分96。最好，套圈的第一部分96为截锥形，使外表面98和内表面100的直径102和104分别从第一个末端106减小至第二个末端108。然而，为了阻止套圈的第一部分96，通过点火器管34进入燃烧腔14，套圈第一部分96的外径102为放大直径110。该最大直径比点火器管的第三部分78的内径82大。
耐磨套管112靠近套圈的第一部分96，并从该部分基本上与纵轴线46平行地伸出。耐磨套管112为管子形状，它有内表面114和外表面116。耐磨套管112的外径118最好小于点火器管的第三部分78的内径82，而其轴向长度120比点火器管的第三部分78的轴向长度小，使外形轮廓较小的耐磨套管112能够放入。还应注意，耐磨套管112可以在点火管第三部分78内，基本上与纵轴线46垂直地运动，但最好限制这种运动，使套管的内表面114不伸出点火管第二部分60的内表面62以外(外面)(参见图4)。这样，点火器30可以保持在基本上与纵轴线46平行的位置。这种限制的一种方法是设计点火器管34，使点火器管的第二和第三部分60与78的内表面62和80之间的过渡表面90的半径方向长度122，不比耐磨套管112的厚度124大。
套圈36包括一个密封法兰126，它基本上与纵轴线46垂直，并具有上表面128和下表面130。密封法兰126安置在点火器管第四部分92的上表面94上，形成一个密封表面，可允许套圈36在基本上与纵轴线46垂直的方向滑动。密封法兰126轴向放在套圈36上，大约在套圈的第一部分96和耐磨套管112的连接处，并且可增大套圈36的总的直径132。这可防止套圈36轴向进入点火器管34中。由于密封法兰的上表面128和座圈136之间的与点火器管第5部分95的高度138相当的间隙134的影响，套圈36可在点火器管第四部分92上面轴向移动一个小的量。即使密封法兰126磨损，使套圈36能在点火器管34内向着燃烧腔14运动、点火器管第二部分60的内径64比点火器管第三部分78的内径82小所形成的埋头孔结构，可防止套圈36进入燃烧腔14损坏内部物体(见图6)。
已经说明了本发明的优选实施例，在不偏离本发明的范围的条件下，具有普通技术熟练程度的人可对点火器管34和套圈36作适当的改进。
                    零件清单
10-燃烧室(一般来说)
12-高压涡轮机喷咀组件，
14-燃烧腔，
16-燃料/空气混合装置
17-圆盖
18-外衬套，
20-内衬套，
22-外衬套中的口，
24-壳体中的开口，
26-壳体，
28-点火器组件(一般来说)，
30-点火器，
32-点火器的顶端部分，
34-点火器管，
35-可允许对套圈进行观察检查的点火器管和外衬套之间的空间，
36-套圈
38-点火器管和衬套端口之间的焊接接头，
40-外衬套的冷却贵金属块，
42-点火器管的内表面(一般来说)，
44-点火器管的外表面(一般来说)，
46-穿过点火器管的纵轴线，
48-点火器管的第一部分，
50-点火器管第一部分的内表面，
52-点火器管第一部分的内径，
54-点火器管第一部分的外表面，
56-点火器管第一部分的外径，
58-衬套端口的直径，
60-点火器管的第二部分，
62-点火器管第二部分的内表面，
64-点火器管第二部分的内径，
66-点火器管第二部分的外表面，
68-点火器管第二部分的外径，
70-点火器管第二部分的第一个末端，
74-点火器管第二部分的第二个末端，
76-第二部分外表面对第一部分外表面的角度，
78-点火器管的第三部分；
80-点火器管第三部分的内表面，
82-点火器管第三部分的内径，
84-点火器管第三部分的外表面，
86-点火器管第三部分的外径，
88-预先确定的轴向距离，
90-点火器管第二部分的内表面和点火器管第三部分的内表面之间的过渡表面，
92-点火器管的第四部分，
94-点火器管第四部分的上表面，
95-点火器管的第5部分，
96-套圈的第一部分，
97-点火器管第四部分的远端，
98-套圈第一部分的外表面，
99-点火器管第5部分的弧形部分，
100-套圈第一部分的内表面，
101-弧形部分的上表面，
102-套圈第一部分的外表面的直径，
104-套圈第一部分内表面的直径，
106-套圈第一部分的第一个末端，
108-套圈第一部分的第二个末端，
112-套圈的耐磨套管，
114-套圈耐磨套管的内表面，
116-套圈耐磨套管的外表面，
118-套圈耐磨套管的外径，
120-套圈耐磨套管的轴向长度，
122-过渡表面90的半径方向长度，
124-套圈耐磨套管的厚度，
126-套圈的密封法兰，
128-密封法兰的上表面，
130-密封法兰的下表面，
132-套圈的总的直径，
134-密封法兰上表面和座圈之间的间隙，
136-座圈，
138-点火器管第5部分的高度。

Claims (10)

1.一种将点火器(30)安置在燃气轮机燃烧室(10)的衬套端口(22)内的装置，其中，纵轴线(46)穿过所述衬套端口(22)，所述装置包括：
(a)用于安置所述点火器(30)的一个套圈(36)，它包括：
(1)第一部分(96)；
(2)大致与所述纵轴线(46)平行地，从所述第一部分(96)伸出的一个耐磨套管(112)；和
(3)基本上与所述纵轴线(46)垂直延伸的一个密封法兰(126)；和
(b)与所述衬套端口(22)连接的一个点火器管(34)，它包括：
(1)安置在所述衬套端口(22)内的第一部分(48)，所
述第一部分(48)具有带有内径(52)的内表面(50)和带有外径(56)的外表面(54)；
(2)靠近所述第一部分(48)的第二部分(60)，所述第二部分(60)具有带有内径(64)的内表面(62)，和带有外径(68)的外表面(66)；其中，所述第二部分的内径(64)基本上与所述第一部分的内径(52)相等；和
(3)靠近所述第二部分(60)的第三部分(78)，所述第三部分(78)具有带有内径(82)的内表面(80)和带有外径(86)的外表面(84)，其中，所述第三部分的内径(82)比所述第一和第二部分的内径(52，64)大；
其中，所述套圈的耐磨套管(112)伸入所述点火器管的第三部分(78)中，并且能够基本上与所述纵轴线(46)垂直地运动一个预定的量。
2.如权利要求1所述的装置，其特征为，所述点火器管(34)还包括靠近所述第三部分(78)的第四部分(92)，所述第四部分(92)基本上与所述纵轴线(46)垂直地延伸，使所述套圈的密封法兰(126)与该第四部分接合。
3.如权利要求1所述的装置，其特征为所述点火器管(34)还包括一个在所述第二部分的内表面(62)和所述第三部分的内表面(80)之间的过渡表面(90)，其中所述过渡表面(90)可防止所述套圈(36)平行于所述纵轴线(46)移动超过一预定的量。
4.如权利要求3所述的装置，其特征为，所述过渡表面(90)的半径长度(122)不大于所述套圈的耐磨套管(112)的厚度(124)。
5.如权利要求1所述的装置，其特征为，所述点火器管的第二部分(60)的外径(68)，从第一末端(70)处的所述第一部分的外径(56)，增加至第二末端(74)处的预定的外径(72)。
6.如权利要求5所述的装置，其特征为，所述点火器管的第三部分(78)的外径(86)，基本上与所述预定的外径(72)相等。
7.如权利要求5所述的装置，其特征为，所述预定的外径(72)，比所述衬套端口(22)的直径(58)大，以防止所述点火器管(34)穿过预定的距离(88)。
8.如权利要求1所述的装置，其特征为，所述衬套(18)和所述点火器管第二部分(60)之间的空间(35)，至少为一个预定的量。
9.如权利要求1所述的装置，其特征为，所述套圈的第一部分(96)的外径(102)，比所述点火器管第三部分(78)的所述内径(82)大。
10.如权利要求1所述的装置，其特征为，所述点火器管第三部分(78)的轴向长度，比所述套圈的耐磨套管(112)的轴向长度(120)大。
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