专利名称：冲击和发散冷却的燃烧器部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及涡轮机械，且具体地，涉及燃烧器的冷却和燃气涡轮 机中的过渡件。
背景技术：
传统的燃气涡轮机燃烧系统采用多个燃烧器组件以获得可靠而 有效的涡轮机运行。各燃烧器组件包括圆柱形衬里、燃料喷射系统和 将热燃气流自燃烧器导向涡轮机的入口的过渡件。通常，压缩机排气 的 一部分用来冷却燃烧器衬里，然后被引入燃烧器反应区以与燃料混 合并燃烧。
在结合冲击冷却的过渡件的系统中，中空流套筒包围过渡件，并 且流套筒壁被穿孔，使得压缩机排气将流过套筒壁内的冷却孔，并且 冲击(从而冷却)过渡件。此冷却空气然后沿流套筒和过渡件之间的环 面流动，然后进入燃烧器衬里和围绕该衬里的第二流套筒之间的另一 个环面。第二流套筒在其圆周周围还形成有若干排冷却孔，第一排孔 邻近安装凸缘定位，在此处第二流套筒连接到笫一流套筒上。
在对燃烧器衬里和/或过渡件(或其它燃烧器部件)使用冲击冷却 的燃烧器构造中，情况常常是相邻的冲击喷嘴之间的间距往往太大而 不能有效地冷却部件。具体的是，大的间距间隔产生未被冷却的区域 (有时称作"热点")，且还产生过度的热梯度。因此，始终存在提高 冲击冷却的燃烧器部件的冷却效率的需求。
发明内容
根据示范性而非限制性的实施例，本发明在冲击冷却不足的区域 中采用发散冷却。因此， 一方面，本发明涉及用于被第二涡轮机燃烧器部件包围的第一涡轮机燃烧器部件的冷却装置，该冷却装置包括 第二涡轮机燃烧器部件中的第一多个冲击冷却孔，该多个冲击冷却孔
将冷却空气引至第 一涡轮机燃烧器部件的指定区域上；以及第 一涡轮 机燃烧器部件中的第二多个发散冷却孔，该第二多个发散冷却孔定位 成通过发散来冷却第一涡轮机燃烧器部件的其它区域。
另一方面，本发明涉及冷却涡轮机燃烧器部件的方法，包括(a) 用流套筒、涡轮机部件和流套筒之间的环形流通道来包围涡I仑^U然烧 器部件；(b)在流套筒中提供多个冲击冷却孔，该冲击冷却孔适于将 冷却空气提供到涡轮机部件的指定区域上；以及(c)在涡轮机燃烧器部 件中提供多个发散冷却孔，该发散冷却孔适于将冷却空气供给涡轮机 燃烧器部件的其它指定区域。
现在将结合下文所标识的附图对本发明进行详细地描述。
图1是已知的燃气涡轮机燃烧器的示意性图示； 图2是根据本发明的一个示例性实施例的燃烧器衬里和冲击流套 筒的示意性局部剖视图；以及
图3是根据本发明的流套筒和燃烧器衬里的局部透视图。
具体实施例方式
参考图1，图示了传统的环管形逆流燃烧器10。燃烧器10通过 在密闭空间内燃烧空气和燃料并通过一排固定的叶片排放所得到的 燃烧气体来产生驱动涡轮机的转动所需的燃气。在运行中，来自压缩 机(压缩至大约为250-400磅/平方英寸的压力)的排气(以箭头ll表示) 在其通过燃烧器(以14示出一个)夕卜部时反向，且在经过燃烧器进入涡 轮机(以16表示第一级喷嘴)时再次反向。压缩的空气和燃料在燃烧器 18中燃烧，产生处于大约1500。C或大约2730。F的温度的燃气。这些 燃烧气体经由过渡件20以高速流入涡轮机第一级喷嘴16。过渡件20 5更具体地，在一个示例性而非限制性的实施例中，压缩机排气流 经环形间隙30，该环形间隙30由包围过渡件20的第一流套筒32和 包围衬里24的第二流套筒34形成。各流套筒32、 34均具有一系列 孔、槽或其它开口(未示出，但在图2和图3中可见相似的孔)，从而 允许压缩机排气11径向地流经这些孔以便冲击并进而冷却过渡件20 和衬里24。应该了解的是，为了本发明的目的，第一流套筒和第二流 套筒可形成为一个套筒，但是，本发明适用于没有另一个流套筒而单 独使用的任意一个流套筒。
在图2至图3中所示的示例性但非限制性的实施例中，多个冲击 冷却孔36形成在衬里流套筒38 (即第二涡轮机燃烧器部件)内，允许 压缩机排气径向地流入环面或流通道40，以便直接冲击在4于里(即第 一涡轮机燃烧器部件)42上。冲击孔36可布置成不同的样式，例如轴 向隔开的环形行等，如从图3中最好地了解。
然而，由于相邻冲击孔冷却喷嘴之间典型的大间距，衬里冷却不 太理想。为了补充和增强冲击冷却，已经在村里46上增加了发散冷 却孔44。更具体地，在冲击冷却不足的选定位置处在衬里46中形成 一个或多个序列48的发散冷却孔44。
例如，如图2和3中所示，发散冷却孔44的序歹'J 48位于冲击冷 却孔36的相邻的轴向隔开的行之间。序列48可呈在衬里46的圆周 周围的连续或不连续的孔的样式，并且轴向地在相邻各对冲击孔行之 间的轴向列，或在不能由流经冲击孔的空气喷射充分冷却的任何其它 空间中，可有类似的或不同的序列。序列的样式，即长方形、正方形、 不规则形等，可由冷却需求确定。这样，冲击冷却不够充分的那些区 域的高温(即热点)可以得到緩和，同时也使热梯度最小化。更具体地，如图2中的流动箭头所示，以经由冲击孔36大体上垂直于进入通道 40的冲击喷嘴的方式沿着并流过环形通道40的冷却空气将流过喷射 孔44，并沿衬里42的内表面建立冷却空气薄层，由此增强衬里特别 是冲击冷却不能充分冷却的区域的冷却。发散孔可成角度，以在衬里 中将发散冷却空气沿燃烧气体的流动方向引导。
在一个示例性但非限制性的实施例中，冲击孔可具有大约0.10 英寸到大约l.O英寸范围内的直径(或者如果是非圓形，则大体上等于 横截面面积)。较小的发散孔可具有大约0.02英寸到大约0.04英寸范 围内的直径(或者如果非圓形，则大体上等于^f黄截面面积)。
冲击冷却和发散冷却的组合可应用于任何部件，此处冲击喷嘴间 距产生不利的热条件。这种部件包括但不限于将热燃烧气体供给第一 级喷嘴的燃烧器衬里和过渡管道(或过渡件)。冲击冷却孔和发散冷却 孔的数量、大小、形状和样式不以任何方式受限。
尽管本发明已经结合目前纟皮认为最实际的和优选的实施例进行 了描述，但应该明白的是，本发明不限于公开的实施例，而是相反， 其意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的不同修改和等价
权利要求
1.一种用于冷却被第二涡轮机燃烧器部件(38)包围的第一涡轮机燃烧器部件(42)的冷却装置，该冷却装置包括所述第二涡轮机燃烧器部件(38)中的第一多个冲击冷却孔(36)，所述多个冲击冷却孔将冷却空气导至所述第一涡轮机燃烧器部件(42)的指定区域上；以及所述第一涡轮机燃烧器部件(42)中的第二多个发散冷却孔(44)，所述多个发散冷却孔定位成通过发散来冷却所述第一涡轮机燃烧器部件(42)的其它区域。
2. 如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述第一多个 冲击冷却孔(36)以有序序列布置在所述第二涡轮机燃烧器部件(38)中， 且所述发散冷却孔(44)在所述第一涡轮机燃烧器部件(42)中布置在偏 离所述第一多个冲击冷却孔(36)的区域中。
3. 如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述第二多个 发散冷却孔(44)成角度，以将发散冷却空气沿燃烧气体的流动方向引 至所述第一部件中。
4. 如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述第一多个 沖击冷却孔(36)是圆的，各冲击冷却孔由特定的横截面面积限定，并 且其中，所述第二多个发散冷却孔(44)是圓的，并且具有比所述第一 多个冲击冷却孔(36)相对较小的横截面面积。
5. 如权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，所述第一多个 冲击孔(36)具有大约0.10英寸到大约1.0英寸范围内的直径，而所述 第二多个喷射孔(44)具有大约0.02英寸到大约0,04英寸范围内的直 径。
6. 如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述第一涡轮 机燃烧器部件包括大体上圆柱形的燃烧器衬里(42)，且所述第二涡轮 机燃烧器部件包括流套筒(38)。
7. 如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述第一涡轮 机燃烧器部件包括过渡管(20),而所迷第二涡轮机燃烧器部件包括流 套筒(32)。
8. —种冷却涡轮机燃烧器部件(20)或(42)的方法，包括(a) 用流套筒(32)或(38)、以及在所述涡轮机燃烧器部件和所述流 套筒之间的环形流通道(30)包围所述涡轮机燃烧器部件；(b) 在所述流套筒中提供多个冲击冷却孔(36),该多个冲击冷却 孔适于将冷却空气供至所述涡轮机燃烧器部件的指定区域上；以及(c) 在所述涡轮机燃烧器部件中提供多个发散冷却孔(44)，该多个 发散冷却孔适于将冷却空气供至所述涡轮机燃烧器部件的其它指定 区域。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括以有 序序列将所述多个冲击冷却孔(36)布置在所述流套筒(32)或(38)内，以 及在所述涡轮机燃烧器部件(20)或(42)中将所述多个发散冷却孔(44) 布置在偏离所述多个冲击冷却孔的区域内。
10. 如权利要求9中所述的方法，其特征在于，所述方法包括使 所述多个发散冷却孔(44)成角度，以便沿燃烧气体的流动方向将发散 冷却空气引至所述涡轮机燃烧器部件中。
全文摘要
本发明涉及冲击和发散冷却的燃烧器部件，具体而言，涉及一种用于冷却被第二部件(38)包围的第一涡轮机燃烧器部件(42)的冷却装置，包括在第二部件内的第一多个冲击冷却孔(36)，该冲击冷却孔将冷却空气引至第一涡轮机燃烧器部件(42)的指定区域上；以及在第一涡轮机燃烧器(42)部件中的第二多个发散冷却孔(44)，该发散冷却孔定位成通过发散冷却第一涡轮机燃烧部件的其它区域。
文档编号F23D14/78GK101650033SQ200910166269
公开日2010年2月17日 申请日期2009年8月14日 优先权日2008年8月15日
发明者R·J·基拉 申请人:通用电气公司