CN1584403A - 燃烧器的旋流器装置 - Google Patents

Abstract

一个具有延长了的工作寿命的整体旋流器装置(30)，具有一个套环体(34)和一个整体旋流器体(50)。该整体旋流器体(50)具有相反朝向的主旋流器通道(38)和副旋流器通道(58)。在整体旋流器体(50)上形成的一对轨道(76)，与套环体(34)接合以限制套环体(34)和整体旋流器体(50)的相对移动，并防止相对转动。

Description

燃烧器的旋流器装置

技术领域

本发明是关于向燃气轮机的燃烧器供应压缩空气的旋流器装置。

背景技术

燃气轮机包括向燃烧器供应压缩空气的压气机，其中这些空气里与燃料混合并被点燃以产生热的燃气。这些气体向下游流到一个或几个涡轮，这些涡轮从该气体获得能量以驱动压气机并提供有用功，例如用于推动飞机飞行。在航空发动机所用的燃烧器中，燃料通常是通过位于燃烧区一端的多个燃料喷嘴进入燃烧器。而空气是通过称为旋流器装置的环绕装置而提供，这些环绕装置使空气产生涡旋运动，从而使空气与燃料能充分混合。该旋流器装置安装在连接于该燃烧器内套和外套的上游端的拱形板上，每个燃料喷嘴的头部安放在对应的一个旋流器上。

传统的旋流器装置是一个分成三部分的装置，包括一个主旋流器，一个辅助旋流器和一个固定器。该主旋流器有多个在圆周上间隔布置的旋流叶片或空气通道。这些叶片或空气通道相对于旋流器装置的轴向中心线之间有一个角度，使空气流可以产生涡旋运动。该辅助旋流器，也有多个圆周上间隔布置的旋流叶片或空气通道，它布置在主旋流器的下游，紧靠着主旋流器。辅助旋流器的叶片或通道也有一个角度，以产生与主旋流器相反方向旋转的空气涡旋从而进一步促进了燃料-空气的混合。该固定器装配在主旋流器上并焊接到辅助旋流器上以使得两个旋流器互相结合。

经过该主旋流器的叶片或通道的空气流产生一个反作用力，这个力趋向于使该主旋流器相对于该辅助旋流器及燃料喷嘴而旋转。但是，如果允许它旋转的话，该主旋流器就不能使空气的涡旋运动达到必要的程度，因此该空气与燃料也不能实现有效的混合。另外，该主旋流器的旋转会造成燃料喷嘴头部的过份磨耗。因此，在传统的旋流器装置上，利用主旋流器上一个向外延伸的突起来防止主旋流器的旋转，在这里该突起与支柱接合以限制该旋流器的相对转动。

但是，该燃烧器结构对于振动是很灵敏的并且在燃气轮机运转期间也确实存在着部件的热膨胀。结果，在该突起与该支柱之间存在着相对移动，造成明显磨损，最终需要修理并增加了维修费用。这个修理过程是相当困难的，因为需要拆下永久性焊接上的那个固定器。也存在着这样的可能性，即磨损的突起和/或支柱会断裂而使涡轮机的下游部分损坏。另外，在运转期间这个固定器对于裂纹是很敏感的，需要经常更换。

因此，需要有一个改进了的旋流器装置，它能够并且优先防止该主旋流器相对于该辅助旋流器之间的转动，以避免频繁的修理，并且在现场很容易组装和拆卸。

发明概述

本发明提出了一个旋流器装置，它包括：一个套环体，该套环体包括1)一个具有一个上表面和一个下表面、具有相对的第一和第二侧边，以及具有一个中央定位的孔的方形基座，2)一个从该上表面和中央孔延伸的套环以及3)多个沿每个侧边的该上表面的突起；以及一个整体旋流器体，它包括1)一个具有多个倾斜朝向通道的第一旋流体部分，2)一个包括一文丘里管和多个成相反角度朝向的通道的第二旋流体部分，这些通道绕该文丘里管同轴配置，以及3)一对轨道，每个轨道包括一个向内延伸的凸缘，每个凸缘在该文丘里管的相对两侧边上形成，其中这两个轨道沿该套环体的相对两侧缘与这些突起相接合，以限制套环体与整体旋流器体分离。

附图简述

被认为是本发明的主题在本说明书的结论部分中被专门指出并明确地提出权利要求。但是本发明可以通过参考以下的叙述，结合附图而被清楚地了解，在各个图中同样的零部件采用相同的标号。

图1是具有一个本发明的旋流器装置的燃烧器的前部的一个轴向断面视图。

图2是本发明的该旋流器装置的一个套环体的透视图。

图3是本发明的该旋流器装置的整体旋流器体的透视图。

图4是本发明的一个组装好的旋流器装置的透视图。

发明详述

参看各图，图1显示了适用于燃气轮机的那种类型的燃烧器10的前端，该燃烧器还包括了一个空心体12，它确定了燃烧室14的位置。该空心体12大致是环状的，并由一个外套16和内套18所确定。空心体12的上游端实际上被一个罩20所封闭，该罩被一个第一紧固器22连接到外套16上，并被一个第二紧固器24连接到内套18上。在该罩20上至少形成一个孔26以引入燃料和压缩空气。该压缩空气从一个压气机(图中未显示)一般以图1中箭头A所指示的方向引入该燃烧器10内。该压缩空气主要流经孔26以支持燃烧并部分地进入空心体12周围区域，在那里它被用来冷却内外套18，16以及更下游的涡轮机部分。

配置在该内套和外套18，16之间并把它们在靠近上游端互相连接起来的是一个环状的拱形板28。多个在圆周方向间隔配置的旋流器装置30(在图1中显示了1个)安装在拱形板28上。每一个旋流器装置30包括一个具有套环48的套环体34，套环48有一个中央孔42，它被同轴地安装了燃料喷嘴44，以及一个整体旋流器体50。该整体旋流器体50被牢固地安装在拱形板28内。

该整体旋流器体50包括一个主旋流器部分36，它具有多个在圆周方向间隔布置的主旋流叶片40，它们形成了多个倾斜朝向的主通道38。该主通道38相对于该旋流器装置30的轴向中心线32有一个角度，使得以与中心线32相切的主方向流动的空气产生涡旋运动。这个整体旋流器体50另外还包括一个辅助旋流器部分56，它具有一个文丘里管54，以及多个在圆周方向间隔布置的旋流叶片60，这些叶片限定了多个成相反角度的并朝向的辅助通道58，该通道同轴绕该文丘里管54配置。该主旋流器部分36和辅助旋流器部分56通过中间部分64刚性地连接到一个单元体内部，以消除两部分之间的运动。该文丘里管54和套环48的中央孔42在轴向上是与旋流器装置30的轴向中心线32对齐的。

从孔26出来的一部分空气流入并经过该主通道38。该涡旋空气从主通道38出来与从燃料喷嘴44喷射出的燃料互相作用，当它们进入并通过文丘里管54时与这些燃料相混合。辅助通道58引导从孔26出来的另外一部分空气使产生相对于中心线32以相反的切线方向的涡旋运动，这部分空气与离开文丘里管54的燃料/空气混合物互相作用，使该燃料/空气混合物进一步雾化，并使这些混合物在燃烧室14内准备燃烧。

应该指出虽然图1显示了在一个单个环状燃烧器内的本发明的旋流器装置，但是本发明同样可以应用于其他形式的燃烧器，包括多个环状燃烧器。

在图2中，套环体34有一个基座62，显示出是一个平的部件，有一个上表面63和一个下表面65，它们形成了一个周边和外侧边，包括相对的侧边46和47。该套环体34还包括一个套环48，它形成在基座62的上表面63上并具有一个中央孔42。基座62的形状通常是方形的，套环48位于中央。套环体34通常相对于通过套环48的中心线32，并且通过主轴X或副轴Y的一个平面是对称的。当旋流器装置30正确地放置于燃烧室10内时，套环48从那里延伸的基座62的主表面面向上游。多个升高的突起70占据了沿基座62的周边的外侧边缘的一部分，并且通常是位于基座62的上表面63上，沿着套环48的相对的两个侧边46和47。更加典型的是，这些突起70以实际上相同的形式和安排位于每个侧边45，46，47和49的一部分上。图2中的具体实例显示了位于基座62的每个角88上，并从每个角向内延伸，延伸距离为每个侧边长度的一部分的突起70。

在图3中，主旋流器部分36包括一个基座74，它也是一个平的部件，形成了周边或围绕一个中央孔52的外边缘。当旋流器装置组装好以后，该基座74具有一个上游表面，它面对套环体34的下表面65(见图2)。多个主旋流叶片40形成了多个主通道38，该主通道在圆周方向围绕孔52。这些旋流器叶片40把基座74的下游表面和中间部分64连接起来。这中间部分64具有一个中间孔，该孔的范围是被形成一个文丘里管54的内边所确定的。该文丘里管54从中间部分64的内边向下游轴向延伸(相对于旋流器装置30的轴向中心线32)。整体旋流器体50的一个辅助旋流器部分56包括辅助通道58，它是由多个绕文丘里管54同轴布置的在圆周上间隔布置的辅助旋流叶片60所形成的。

一对固定器轨道76从基座74的上游表面向外轴向延伸。每个固定器轨道76位于沿基座74的外侧边缘，在孔52的相对两侧互相平行地布置。每个固定器轨道76包括一个向内的(即朝向旋流器装置30的中心线32)凸缘78，用于接合套环体34的基座62上的突起70的上表面72。该凸缘78距基座74的上表面的距离足以为套环体34提供空间以插入就位。套环体34相对于通过套环48的中心线32，以及通过主轴X或副轴Y的一个平面的对称性，见于图4，这个对称性使得套环体34能正确地插入整体旋流器体50内，而与其方向无关。

整体旋流器体50还包括一个挡块82，它形成于基座74的外边缘上并从那里的主表面向外轴向延伸。挡块的结构是利用整体旋流器体50把套环体34限制在组装好的位置上。在图中挡块82是位于基座74外边缘上的一个平面，它垂直于固定器轨道76而延伸。一个焊接的突起84也形成于基座74的外缘上，但是从那里径向向外延伸。通常情况下焊接突出部84与整体旋流器体50的基座74处在同一个平面上，使得套环体34的基座62能在轨道72下方滑动并进入面对基座74的位置。该焊接的突起84位于文丘里管54的相对于挡块82的对侧边上，并在结构上与一个点焊焊接点86相配合(见图4)，以用整体旋流器体50把套环体34限制在组装好的位置上。

套环体34的基座62和74及整体旋流器体50各自具有实质上相同的形状，但是整体旋流器体50的基座74稍微大一些。如图4所示，旋流器装置30是靠把套环体34插入与整体旋流器体50接合而组装的，使得基座62和74以实质上同在一个平面内的形式互相面对。

另外，这个固定器轨道可以面对套环体34的基座62的相对的侧边46，47以防止套环体34相对于整体旋流器体50做相对转动。沿侧边46，47的突起70的上表面72也被固定器轨道凸缘78所约束以便在轴向把套环体34和整体旋流器体50保持在一起。固定器轨道76还限制套环体34相对于整体旋流器体50沿主轴的侧向移动，这个轴在图4中标为X轴，位于基座62和74所确定的平面内。即两个固定器轨道76在X方向间隔得足够远以允许套环体34具有相对于整体旋流器体50的有限制的侧向移动。同样，挡块82及在套环体34和整体旋流器体50组装好以后焊在焊接突起84上的点焊焊接点86，用来限制套环体34沿一个副轴的侧向移动，这个副轴在图4中为Y轴，这Y轴也在基座62和74所确定的垂直于X轴的平面内。在这情况下，挡块82及点焊焊接点86在Y方向上有足够的间距，使得套环体34相对于整体旋流器体50可以有受到限制的侧向移动。这样的安排使得套环体34能浮动或侧向移动而使得套环48能够与燃料喷嘴44同轴对齐，并接纳它，但是另一方面，当旋流器装置30在被安装到燃烧室10内时，可以防止套环体34和整体旋流器体50分离。

凸缘78具有扇贝形的端部，如同在这里作为参考的美国专利6427435中所叙述的。如图3所示，凸缘78的端部形成一个切口80，它降低了焊接连接和弯曲应力，这些应力是由于悬臂凸缘78的强迫振动而产生的。曲线形的切口80还降低了凸缘的角处的应力集中系数，在传统的固定器上，这是大多数裂纹开始产生的地点。

一旦把旋流器装置30安装在燃烧室10内，燃料喷嘴44使套环体34对中在两个固定器轨道76之间的位置并把它固定好。这样，当旋流器装置30安装在燃烧室10内时，固定器轨道的凸缘78、挡块82及平的焊接块86一般不具有其他功能。

另外，在燃气轮机运转期间，从压气机出来的空气把套环体34压紧在整体旋流器体50上。

本发明的两部分装置降低了成本还便于制造，因为不再需要固定和就位以把套环的单独的固定装置焊接到旋流器上。旋流器装置的修理也是比较容易的，因为在现场修理时，要拆下套环体34只需要简单地拆下小的点焊焊接点86而不需要象以前那样，拆下永久焊接的固定装置。突起70与固定器轨道76的凸缘78的接触面积明显较小，这就把可能存在磨损的区域限制在突起70上，这样，就可更好地控制磨损的区域并便于修理。突起70的上表面减少了的接触面积还明显地减少了套环体34与轨道76及整体旋流器体50的凸缘78之间的摩擦力，并在燃气轮机运转期间改进了套环体34在装置内的移动自如性。

虽然已经介绍了本发明的具体实例，对于业内人士来说，显然在不背离所附权利要求书中所限定的本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改进。

Claims (9)

1.一个旋流器装置(30)，它包括：

一个套环体(34)，包括

1)一个基座(62)，具有一个上表面(63)及一个下表面(65)，有相对的第一边(46)和第二边(47)，还有在其内形成的中央定位的孔(42)，

2)一个套环(48)，从上表面(63)和中央孔(42)延伸，及

3)多个沿每边缘(46，47)的上表面(63)的突起(70)，及

一个整体旋流器体(50)，包括：

1)一个第一旋流部分(36)，具有多个成角度朝向的主通道(38)

2)一个第二旋流部分(56)，包括一个文丘里管(54)和多个相反角度朝向的第二通道(58)同轴地围绕文丘里管(54)配量，以及

3)一对轨道(76)，每个包括一个向内延伸的凸缘(78)，每个凸缘在文丘里管(56)的相对两侧边上形成，其中轨道(76)沿套环体(34)的相对两侧缘(46，47)与突起(70)相接合，以限制套环体与整体旋流器体(50)分离。

2.按权利要求1的旋流器装置(30)，其特征在于还包括在整体旋流器体(50)上形成的一个挡块(82)。

3.按权利要求2的旋流器装置(30)，其特征在于挡块(82)在该整体旋流器体的外边缘上形成。

4.按权利要求3的旋流器装置(30)，其特征在于挡块(82)限定了一个垂直于轨道(76)的平的表面。

5.按权利要求3的旋流器装置，其特征在于还包括一个被焊在整体旋流器体(50)上的点焊焊接点(86)，该点焊焊接点(86)与挡块(82)相间隔，以允许套环体(34)相对于整体旋流器体(50)有限的侧向移动。

6.按权利要求5的旋流器装置(30)其特征在于还包括一个在整体旋流器体(50)上形成的焊接突起(84)，其中该点焊焊接点(86)安排在该焊接突出部(84)上。

7.按权利要求1的旋流器装置(30)，其特征在于该对轨道(76)是互相平行的。

8.按权利要求1的旋流器装置(30)，其特征在于该对轨道(76)是互相隔开的，以允许套环体(34)相对于整体旋流器体(50)有限的侧向移动。

9.按权利要求1的旋流器装置(30)，其特征在于套环体(34)相对于通过该套环体(34)中心线(32)并通过第一轴线X或第二轴线Y的一个平面基本上是对称的。

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