专利名称：燃烧器衬里更换面板的制作方法
技术领域：
在此描述的技术一般地涉及燃气涡轮发动机，且更特定地涉及燃烧 器衬里更换面板。
背景技术：
燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机，压缩空气与燃料混合 且引通到燃烧器，其中混合物在燃烧室中被点燃以产生热燃烧气体。至 少 一些已知的燃烧器包括圆顶组件、外壳和衬里以将燃烧气体引通到涡 轮机，其从燃烧气体提取能量以驱动压缩机，同时产生有用功以推进飞 行的飞行器或以驱动载荷，例如发电机。衬里联接到具有外壳的圓顶组 件，且从外壳向下游延伸以限定燃烧室。
至少一些已知的衬里包括多个面板，其用铆接的、螺栓连接的或焊 接的连接件连接在一起。面板的部分包括形成在相邻面板之间的冷却块 金，其从面板径向向外延伸且从燃烧室延伸开。因此，这种冷却块金并 不遭受与邻近燃烧室的面板部分相同程度的热，且同样在操作期间热应 力可以在面板内诱发。随着时间的过去，带有热应力的连续操作可以导 致面板热疲劳，导致在面板内产生削弱和/或破裂。
当前修复方法包括焊接热疲劳裂缝。此外，补片可以附接到被热应 力削弱的面板区域。然而，如果热应力在面—反的较大区域中或在多个面 板中已经诱发热疲劳或损害，燃烧器可能在该面板内不具有足够的结构 完整性以使补片能够被附接。面板中开口的位置，例如冷却或稀释孔， 和热障涂层的使用给焊接件和补片的使用增加附加的复杂性。在这种情 况下，这种面板的修复并不是可行的选择，且替代的，整个燃烧器衬里 一皮更换。
由于衬里联接到外壳和圆顶组件，通常整个燃烧器必须拆卸以更换 衬里。此外，当紧固件从外壳和圆顶组件移除时，部件之间精确的尺度 关系可能改变，且结果，在再组装期间需要特定工具。因此，更换包括 冷却块金的燃烧器衬里是耗时和昂贵的过程。
发明内容
用于修复燃气涡轮发动机燃烧器衬里的更换面板，燃烧器具有由内 部和外部衬里形成的燃烧区，更换面板包括适合在燃烧器衬里中使用的 材料片、材料片中的至少一个开口、应用于材料片邻近至少一个开口的 热障材料、和无热障材料的周边边缘。
附示在此描述的技术的几个实施例，其中 图1为燃气涡轮发动机的示意性图示；
图2为可以与图1中显示的燃气涡轮发动机使用的燃烧器组件的部 分截面图3为与图2中显示的燃烧器使用的外部燃烧器衬里的放大截面
图4为与图2中显示的燃烧器使用的内部燃烧器衬里可替换形式的 放大截面图5为图4中显示的燃烧器衬里的放大平面图6为图4中显示的燃烧器衬里的放大部分截面图；和
图7为更换面板的平面图。
具体实施例方式
图1为燃气涡轮发动机10的示意性图示，其包括低压压缩机12、 高压压缩机14和燃烧器16。发动机10也包括高压涡轮机18和低压涡 4仑机20。压缩机12和涡4仑才几20通过第一轴22联接，而压缩才几14和涡 轮机18通过第二轴21联接。在一个实施例中，燃气涡轮发动机10为 乂人General Electric Aircraft Engines, Cincinnati, Ohio商业可4寻至lj 6々GE90 发动才几。在另一实施例中，燃气涡4仑发动才几10为从General Electric Aircraft Engines, Cincinnati, Ohio商业可得到的CF发动机。
在操作中，空气流动通过低压压縮机12且压缩的空气从低压压缩 机12供应到高压压缩机14。高度压缩的空气输送到燃烧器16。从燃烧 器16的空气流驱动涡轮机18和20且通过喷嘴24离开燃气涡轮发动机 10。
图2为燃烧器30的部分截面图。图3和4是燃烧器30的部分的放
大图。燃烧器30可以与图1中显示的燃气涡轮发动机IO使用，且包括 圆顶组件32。燃料喷射器(未显示)延伸到圆顶组件32内且喷射雾化 燃料通过圆顶组件32到燃烧器30的燃烧区36,以形成在燃料喷射器下 游点燃的空气-燃料混合物。
燃烧区36由环形、径向外部和径向内部支撑构件(未显示)和燃 烧器衬里40形成。燃烧器衬里40将外部和内部支撑构件从在燃烧区36 内产生的热屏蔽，且包括内部衬里42和外部衬里44。每个衬里42和44 为环形且包括多块金(nugget)区46和多孔区48。每个多块金区46从 圆顶组件32向下游延伸到每个多孔区48。
衬里42和44限定燃烧区36。燃烧区36从圆顶组件32向下游延伸 到涡轮机喷嘴(未显示)。外部和内部衬里44和42每个包括多个面板 50,其包括一连串梯级52,其每个形成燃烧器衬里40的独特部分。
外部衬里44和内部衬里42每个包括分别的螺栓带60和62，和分 别的第一面板64和66。外部螺栓带60和内部螺栓带62定位为邻近圆 顶组件32且分别从圆顶组件32向下游延伸到第一面一反64和66。第一 面寺反64和66分别从螺;f全带60和62向下游连4妄。每个相邻的下游面4反 50顺序编号，从而第二面板68和70从各自的第一面板64和66向下游 连接。螺栓带60和62包括定尺寸为接收通过其的紧固件74的多个开 口 72。紧固件74将衬里42和44、螺栓带60和62、和外壳组件78固 定到圆顶组件32。
每个燃烧器面板50包括燃烧器衬里表面80、外部表面82和悬挂部 分84。燃烧器衬里表面80从圆顶组件32延伸到涡轮机喷嘴。燃烧器衬 里表面80和外部表面82在悬挂部分84处连接在一起，且形成向后面 向边缘86。多个空气冷却特征部88分离相邻的燃烧器面板50。
空气冷却特征部88包括开口 90，其从空气压力通风系统(未显示) 接收通过其的空气，使得空气的薄保护边界在高温燃烧气体和燃烧器衬 里表面80之间形成。此外，开口 90允许燃烧器衬里40的对流冷却。 具体地，开口 90延伸通过形成在相邻面板50之间的特征部88且从由 面板50形成的块金92径向向内。面板50串接地连接，使得每个面板 下游端100连接到相邻下游面板50的上游端102。块金92在相邻连接 面板各自下游和上游端100和102之间形成。
衬里多块金区46包括多个块金92。在示范性的实施例中，区46包括三个块金92。衬里多孔区48包括多个开口 96(显示代表性开口 96)。 衬里的其他区可以包括多孔型开口 96，例如图2、 4和5描绘的。
热障材料层110应用于燃烧器衬里表面80。热障材料进一步将燃烧 器衬里表面80从高温燃烧气体绝缘。在示范性的实施例中，热障涂层 才才津+乂人Englehart Industries, Wilmington Massachusetts商业可^寻至!J 。
在操作期间，当雾化燃料喷射到燃烧区36内且点燃时，热产生在 区36内。尽管空气通过冷却特征部88进入燃烧区36且沿燃烧器衬里 表面80形成空气的薄保护边界，燃烧器衬里表面暴露到高温的差异可 以诱发热应力到面板50内。作为连续暴露到热应力的结果，随着时间 的进行，面板50可能变损坏。
燃烧器衬里40的损坏区使用在此描述的方法可以被移除和更换。 更具体地，衬里多块金区46和/或衬里多孔区48的损坏区使用在此描述 的方法可以被移除和更换。
如果现场返回的发动机，例如发动机IO,指示燃烧器衬里多块金区 46包括至少一个损坏面板50,通过燃烧器衬里40进行周向切割以移除 损坏面板50。更具体地，如图3所示，径向通过衬里40和通过面板本 体104进行切割，如线120所示，使得切割从衬里外部表面82延伸到 衬里内部表面80,且使得被切割的面板50的面板本体104的部分122 在燃烧器30内保持固定。此外，切割从被更换的损坏面板50向下游延 伸通过衬里40。紧固件74可以松开以从衬里40分离损坏面板50以移 除。可替换地，然后可以在从被更换的损坏面板50上游进行第二切割， 使得损坏面板50被分离且可从燃烧器衬里40移除，以在衬里中生成开
口或缺掉部分(缺口)。
如上述进行的燃烧器衬里的修复可以导致衬里的全部环形段用对 等的或相容的环形衬里段更换。因此，用于该类型燃烧器衬里修复的更 换面板将具有用于附图中最初衬里本身描绘的尺寸、形状和几何结构。 可替换地，修复可以用部分环形段或用由更换面板制造的离散补片进 行，其成形为与燃烧器衬里的移除段对应，例如图6和7中描绘的更换 面氺反240。
在损坏面板50从燃烧器衬里40移除后，更换面板可以安装到燃烧 器衬里42和/或44内。如果需要，更换面板形成为包括与被更换衬里40 的部分大致相同的块金构造。在一个实施例中，锻件、巻焊环或铸件的至少一个用作更换面板。
形状以符合被更换衬里中的缺口 。这可以包括将材料片形成为圆柱形、 半圆柱形、球形、半球形、或任何需要的形状。开口如需要的形成到材 料中，以满足燃烧器衬里的缺口或移除部分的需要，且可以包括不同样 式和尺寸的孔。在平面图中，面板可以为正方形、矩形、或适合用于更 换燃烧器衬里中的可应用缺口的任何其他形状。
更换面板然后焊接到燃烧器衬里42和/或44内，使得更换面板焊接 到在燃烧器衬里42和/或44内保持固定的现有面板50。更具体地，更 换面板本体的下游侧(未显示)焊接到燃烧器30内的面板本体部分 122。在一个实施例中，电子束EB焊接用于将更换面板固定在燃烧器30 内。在另一实施例中，鴒极惰性气体保护TIG焊接用于将更换面板固定 在燃烧器30内。然后热障涂层材料可应用于更换面板的周边边缘上和 焊接部或其他固定部附近的燃烧器衬里表面80，且保护罩可以安放在开 口 96上以维持他们的检验质量条件。紧固件74然后再紧固。
如果现场返回的发动机，例如发动机10，指示燃烧器衬里多孔区 48包括至少一个损坏面板50,通过燃烧器衬里40进行切割以移除损坏 面板50。更具体地，如图3所示，径向通过衬里40和通过面+反本体104 进行周向切割，如线120所示，使得切割从衬里外部表面82延伸到衬 里表面80,且使得面板本体部分122在燃烧器30内保持固定。此外， 切割从^皮更^l灸的损坏面斧反50向下游延伸通过4十里40。然后可以在多孔 区48内和从被更换的损坏面板50上游进行第二切割，使得多孔区48 的损坏部分被分离且可从燃烧器衬里40移除，以在衬里中生成开口或 缺掉部分(缺口 )。然后紧固件74可以松开以从衬里40分离损坏部分 和多块金区46以用于需要的移除。
如上述进行的燃烧器衬里的修复可以导致衬里的全部环形段用对 等的或相容的环形衬里段更换。因此，用于该类型燃烧器衬里修复的更 换面板将具有用于附图中最初衬里本身描绘的尺寸、形状和几何结构。 可替换地，修复可以用部分环形段或用由更换面板制造的离散补片进 行，其成形为与燃烧器衬里的移除段对应，例如图6和7中描绘的更换 面板240。
在多孔区48的损坏部分从燃烧器30移除后，更换面板可以安装到
燃烧器30内。在一个实施例中，锻件、巻焊环、铸件、或片金属面板 的至少一个被制造且用作更换面板。在更换面板附接之前，多孔区开口
96在更换面板中预制。热障涂层110也根据需要应用，包括在开口 96 附近，从而覆盖开口 96的边缘且环绕更换面板的表面。在一个实施例 中，开口用激光过程形成。在另 一实施例中，开口使用电子i文电加工EDM 过程形成。在又一实施例中，新形成的开口可以不同地定尺寸、减少、 或再定位，以利于改善燃烧器30的冷却。
形状以符合被更换衬里中的缺口 。这可以包括将材料片形成为圆柱形、 半圆柱形、球形、半球形、或任何需要的形状。开口如需要的形成到材 料中，以满足燃烧器衬里的缺口或移除部分的需要，且可以包括不同样 式和尺寸的孔。在平面图中，面板可以为正方形、矩形、或适合用于更 换燃烧器衬里中的可应用缺口的任何其他形状。
更换面板可以定尺寸且成形为配合从衬里140移除的特定部分，或 可以以 一个或多个通常使用的尺寸和形状预制。更换面板可以包括一个 或多个延伸通过其的开口 96和应用于至少一个表面的热障才才津牛110。热 障材料IIO可以应用于两个表面，且可以应用为覆盖一个或多个开口 96 的边缘。然而，为了利于固定到衬里140，更换面板(参见图6和7中 图示的更换面板240)具有周边边缘250,其至少部分，且其可以大致 或全部无热障材料110。更换面板240也可以包括斜面或斜边缘245, 以利于焊接或其他固定过程。
在安装之前在更换面板中形成多孔区开口 96且应用热障材料110 允许更换面板在受控的工厂条件下被质量检验，包括检验和验证开口 96 的空气流属性。更换面板的周边部分保持大致无热障材料以利于固定更 换面板。
更换面板然后焊接到在燃烧器30内保持固定的现有面板50。更具 体地，更换面板本体的下游侧(未显示)焊接到燃烧器30内的面板本 体部分122。在一个实施例中，电子束EB焊接用于将更换面板固定在 燃烧器30内。在另 一实施例中，鴒极惰性气体保护TIG焊接用于将更 换面板固定在燃烧器30内。然后热障涂层材料可应用于更换面板240 的周边边缘上和焊接部或其他固定部附近的燃烧器衬里表面80，且保护 罩可以安放在开口 96上以维持他们的检验质量条件。
由于损坏衬里使用在此描述的方法被更换，燃烧器30使用更换过
程返回使用，与移除和更换整个燃烧器衬里40相比，其利于改进的节 约。此外，由于更换面板形成为与最初安装的面板50大致相同，空气 动力学性能和燃烧器性能并不受更换面板不利地影响。
图4为可以与燃气涡轮发动机10(图1中显示)使用的内部燃烧器 衬里140的可替换实施例的放大截面图。图5为燃烧器衬里140的放大 平面图。衬里140大致类似于衬里40 (图2和3中显示)，且安装在燃 烧器(未显示)内。燃烧器包括燃烧器衬里，其包括环形内部衬里140 和形成为大致类似于内部衬里140的环形外部衬里(未显示)。内部衬 里140包括多个面板150，其包括一连串梯级152,其每个形成燃烧器 衬里140的独特部分。
面板150串接地连接。内部衬里140包括螺栓带160和第一面板 164。内部螺栓带160联接到圆顶组件(未显示)且从圆顶组件向下游 延伸到第一面板164。第一面板164和面板150从螺栓带160向下游连 接，使得每个相邻的下游面板150顺序编号。因此，第二面板168从第 一面板l64向下游连接，且第三面玲反170从第二面板168向下游连接。 螺栓带160包括定尺寸为接收紧固件74(图2中显示)的多个开口 172， 以将衬里140固定到圆顶组件。
每个燃烧器面板150包括燃烧器衬里表面180、外部表面182和悬 挂部分l84。燃烧器衬里表面180从圆顶组件延伸到涡轮机喷嘴。燃烧 器衬里表面180和外部表面182在悬挂部分184处连接在一起，且形成 向后面向边缘186。多个空气冷却特征部188分离相邻的燃烧器面板 150。
空气冷却特征部188包括多个开口 190,其从空气压力通风系统(未 显示)接收通过其的空气，使得空气的薄保护边界在高温燃烧气体和燃 烧器衬里表面180之间形成。开口 l卯已知为稀释开口且在衬里表面180 和外部表面182之间延伸以利于燃烧器内的燃烧气体的混合。在示范性 的实施例中，开口 190为大致圆形。具体地，每个面板150包括上游端 200、下游端202和在其之间延伸的本体204。面板150连4妄为使得每个 面板下游端202连4矣到相邻下游面一反150的上游端200。块金192在相 邻连接面板各自下游和上游端202和200之间形成。块金192已知为超 槽(super slot )块金。在示范性的实施例中，衬里140包括六个块金192。
衬里区可以包括多孔型开口 96,例如图4和5中描绘的。
在可替换的实施例中，热障材料(未显示)层应用于燃烧器衬里表 面180上，且提升燃烧器衬里表面180从高温燃烧气体的热保护。
燃烧器衬里140的损坏区可以使用在此描述的方法移除和更换。如 果现场返回的发动机，例如发动机10，指示燃烧器衬里140包括至少一 个损坏面板150,通过燃烧器衬里140周向地进行切割以移除损坏面板 150。更具体地，如图4所示，径向通过一t里140和通过块金192进4亍 周向切割，如线220所示，使得切割从衬里外部表面182延伸到衬里表 面180。在一个实施例中，切割在第三面板170和第四面板222之间进 行。此外，切割从被更换的损坏面板50向下游延伸通过衬里140。
如上述进行的燃烧器衬里的修复可以导致衬里的全部环形段用对 等的或相容的环形衬里段更换。因此，用于该类型燃烧器衬里修复的更 换面板将具有用于附图中最初衬里本身描绘的尺寸、形状和几何结构。 可替换地，修复可以用部分环形段或用由更换面板制造的离散补片进 行，其成形为与燃烧器衬里的移除段对应，例如图6和7中描绘的更换 面板240。
从燃烧器衬里140移除的部分可以被燃烧器衬里140的剩余部分部 分或全部环绕。因此，移除部分可以在4于里中形成孔口或在4于里中的^f壬 何其他尺寸或形状的缺口 。
在衬里140的损坏部分从燃烧器移除后，更换面板240可以安装到 燃烧器衬里140内。在一个实施例中，锻件、巻焊环、铸件或片金属面 板的至少 一个被制造且用作更换面板。
更换面板可以从平的或大致平的材料片形成，其然后形成为要求的 形状以符合被更换衬里中的缺口 。这可以包括将材料片形成为圆柱形、 半圆柱形、球形、半球形、或任何需要的形状。开口如需要的形成到材 料中，以满足燃烧器衬里的缺口或移除部分的需要，且可以包括不同样 式和尺寸的孔。在平面图中，面板可以为正方形、矩形、或适合用于更 换燃烧器衬里中的可应用缺口的任何其他形状。
更换面板240可以定尺寸且成形为配合从衬里140移除的特定部 分，或可以以一个或多个通常使用的尺寸和形状预制。更换面板240可 以包括一个或多个延伸通过其的开口 96和应用于至少一个表面的热障 材料210。热障材料210可以应用于两个表面，且可以应用为覆盖一个
或多个开口96的边缘。然而，为了利于固定到衬里140,更换面板240 具有周边边缘250,其至少部分，且其可以全部无热障材料110。更换 面板240也可以包括斜面或斜边缘245,以利于焊接或其他固定过程。
由于开口 190的构造在安装之后不改变，例如通过邻近一个或多个 开口边缘或在其上应用附加的热障材料，在安装之前，更换面板240可 以被检查和试验，例如用于具体空气流属性的"流动检验"开口 190。
更换面板然后焊接到燃烧器衬里140，使得更换面板在燃烧器内固 定。更具体地，更换面板的下游端(未显示)焊接到现有面板150，使 得块金192在更换面板和面板150之间形成。在一个实施例中，电子束 EB焊接用于将更换面板固定在燃烧器衬里140内。在另一实施例中， 钨极惰性气体保护TIG焊接用于将更换面板固定在燃烧器衬里140内。
上述燃烧器衬里更换方法是成本有效而高度可靠的。该方法包括从 燃烧器衬里移除损坏面板的步骤，使得损坏面板可以用更换面板更换。 在一个实施例中，损坏面板通过切割通过面板本体移除，且更换面板然
后焊接到燃烧器衬里内。结果，提供方法使得损坏燃烧器衬里面板能够 以成本有效而可靠的方式移除和更换。
尽管本发明已经关于不同具体实施例描述，本领域中技术人员将认 识到，本发明能够以权利要求书的精神和范围内的修改实施。零件列表
燃气涡轮发动机10
4氐压压缩一几12 高压压缩才几14 燃烧器16 高压涡4仑才几18 低压涡轮机20 第二轴21 第一轴22 喷嘴24 燃烧器30 圆顶组件32 燃烧区36 燃烧器衬里40 内部邱于里42 外部衬里44 多块金区46 多孔区48 面板50 梯级52 外部螺纟全带60 内部螺栓带62 第一面泽反64 第一面板66 第二面寿反68 第二面板70 开口 72 紧固件74 外壳组件78 燃烧器衬里表面80 外部表面82 悬挂部分84 向后面向边缘86 空气冷却特征部88 开口 90 块金92 开口 96 下游端100 上游端102 面4反本体104 热障涂层110 线120
面板本体部分122 衬里140 面板150 梯级152 螺栓带160 第一面板164 第二面板168 第三面板170 开口 172
燃烧器衬里表面180 外部表面182 悬挂部分184 向后面向边缘186 开口 190 块金192 上游端200 下游端202 本体204 线220
第四面板222 更换面板240 斜边缘245 周边边缘250
权利要求
1.一种用于修复燃气涡轮发动机燃烧器(30)的衬里(140)的更换面板(240)，燃烧器(30)具有由内部和外部衬里(42、44)形成的燃烧区(36)，所述更换面板(240)包括适合在燃烧器衬里(140)中使用的材料片；所述材料片中的至少一个开口(96)；应用于所述材料片邻近所述至少一个开口(96)的热障材料(110)；和无所述热障材料(110)的周边边缘(250)。
2. 根据权利要求1所述的更换面板(240)，其中所述更换面板(240) 包括多个开口 (96)。
3. 根据权利要求1所述的更换面板(240)，其中所述更换面板(240) 包括由块金(192)结合的第一面板(164)和第二面板(168),所述 第二面板(l68)大致无热障材料(110)。
4. 根据权利要求1所述的更换面板(240)，其中所述更换面板(240) 进一步包括斜边缘(245 )。
5. 根据权利要求1所述的更换面板(240)，其中所述更换面板(240) 包括具有多个尺寸的多个开口 (96)。
6. 根据权利要求1所述的更换面板(240),其中所述更换面板(240) 形成为环形段。
7. 根据权利要求1所述的更换面板(240 ),其中所述更换面板(240 ) 为大致平的。
全文摘要
一种用于修复燃气涡轮发动机燃烧器(30)衬里(140)的更换面板(240)，燃烧器(30)具有由内部和外部衬里(42、44)形成的燃烧区(36)，更换面板(240)包括适合在燃烧器衬里(140)中使用的材料片、所述材料片中的至少一个开口(96)、应用于所述材料片邻近所述至少一个开口(96)的热障材料(110)、和无所述热障材料(110)的周边边缘(250)。
文档编号F23R3/00GK101206036SQ200710160058
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月21日 优先权日2006年12月22日
发明者E·J·埃米利亚诺维奇 申请人:通用电气公司