用于燃烧系统的热兼容支撑件的制作方法

用于燃烧系统的热兼容支撑件的制作方法
【专利摘要】一种位于燃气涡轮机燃烧器盖组件(24)中的支撑结构，包括支架(60)，支架具有形成大致梯形几何形状的第一腿(61)和第二腿(62)。每个腿具有附接到内同心环(46)的第一端(61A,62A)以及附接到横杆(65)的第二端(61B,62B)。横杆附接到外同心环(48)。这种支架的圆形阵列使两个同心环(46,48)互相连接。每个腿具有至少一个弯曲的中间部分(63,64)，比如每个腿长度的中点处的弓形或正弦曲线。该形状在径向方向上提供了适应同心环的不同热膨胀的柔性，同时在轴向方向上提供了刚性连接。
【专利说明】用于燃烧系统的热兼容支撑件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年5月20日提交的美国申请61/488207的权益，该美国申请作为引用并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及一种燃气涡轮发动机，更确切地说涉及一种燃气涡轮机燃烧器盖组件。
【背景技术】
[0004]典型的工业燃气涡轮发动机具有处于“筒环形”构造的圆形阵列燃烧室。每个燃烧室具有盖组件，盖组件保持燃料/空气预先混合管的圆形阵列和中央引导燃料管。在一些设计中，盖组件的结构方面是一对同心支撑环，所述同心支撑环通过介于其间的圆形阵列支架互相连接。内支撑环围绕并支撑预先混合管。支撑环在冷启动期间受到快速变化的温度的影响，并还受到稳态的操作热梯度的影响。
【专利附图】

【附图说明】
[0005]下面参考【专利附图】

【附图说明】本发明，附图中:
[0006]图1是示例性燃气涡轮发动机的示意概图，本发明的实施例可位于该燃气涡轮发动机内；
[0007]图2是现有燃烧器盖组件的截面图；
[0008]图3是根据本发明各方面的示例性燃烧器盖组件的截面图；
[0009]图4是根据本发明各方面的示例性支架的透视图。
【具体实施方式】
[0010]图1示出示例性燃气涡轮发动机20的示意概图，该燃气涡轮发动机包括压缩器
22、燃烧器入口 23、燃烧器盖组件24、燃烧室26、转换管道28、涡轮机30和轴32，涡轮机30通过轴32驱动压缩器22。若干燃烧器组件23、24、26、28可以筒环形设计布置成圆形阵列，如所示。在操作期间，压缩器22吸入空气33，并经由扩散器34和燃烧系统空气增压器36给燃烧器入口 23提供压缩气流37。每个燃烧器盖组件24可包含燃料喷射器，燃料喷射器使燃料与压缩空气混合。该混合物在燃烧室26中燃烧，产生热燃烧气体38，热燃烧气体穿过转换管道28到达涡轮机30。扩散器34和增压器36可环绕轴32。燃烧系统增压器36中的压缩气流37的压力比燃烧室26和转换管道28中的工作气体38的压力高。
[0011]图2是沿正交于燃烧器中心线40的平面截取的现有技术燃烧器盖组件24的截面图。燃料/空气预先混合管42的圆形阵列和中央引导燃料管43可附接到板44或其它结构，板44或其它结构又可附接到内支撑环46。内支撑环46可通过多个支架50附接到同心外支撑环48，支架50具有第一和第二支撑腿51、52。每个支架50包括位于两个支撑腿51、52之间的横杆55，通常具有如所示的等腰梯形的几何形状。腿51、52可采取扁杆的形式，其在内外支撑环46、48之间刚性地传递负载。
[0012]本发明人认识到，现有技术支架50在环46、48之间提供相对硬的支撑程度，其不能容易地适应两个环46、48之间的操作热影响。环46、48的不同热膨胀在支架上产生周期和稳态的热致负载，这又允许在刚性附接的燃烧结构之间传递大负载。这些热致负载可产生意外的部件变形、增加瞬时和稳态部件应力以及减小静态和动态环境燃烧系统容量。因此，本发明人首先认识到，可通过这样的支撑结构来增强系统性能，该支撑结构能够提供期望程度的轴向硬度，同时还提供一些径向热膨胀柔量。
[0013]图3是根据本发明各方面的燃烧器盖组件24的截面图。燃料/空气预先混合管42的圆形阵列和中央引导燃料管43可附接到板44或其它结构，板44或其它结构又可附接到内支撑环46。内支撑环46可通过一个或多个示例性支架60附接到同心外支撑环48。每个支架60可包括第一和第二侧杆或腿61、62，第一和第二侧杆或腿均可采取板或杆的形式。每个腿61、62可包括位于腿61、62末端之间的至少一个弯曲部分，比如偏离腿的大致平面形状的至少一个正弦曲线或弓形偏离部63、64。各腿61、62的内端61A、62A可例如通过焊接附接到内支撑环46。各腿61、62的外端61B、62B可借助横杆65例如通过栓接或焊接附接到外支撑环48。支架60可具有大致等腰梯形的几何形状，如所示，其中，两个腿61、62沿等腰梯形的两个相等边。与矩形几何形状(未示出)或单腿支架(未示出)相比，梯形几何形状改善了环46、48之间的扭曲度。
[0014]图4是根据本发明各方面的示例性支架60的透视图。每个腿61、62具有第一端61A、62A、第二端61B、62B和位于第一和第二端之间的单个弓形或半正弦曲线偏离部63、
64。偏离部63、64可在每个腿中形成曲面，例如在沿每个腿61、62的跨度或长度的中间或大致中间处形成曲面。偏离部63、64可如所示那样向外弯曲和/或向内弯曲(未示出)。该曲面减少了径向方向上的硬度，允许环46、48之间的相对热增长和收缩，同时维持动态激励的主方向上的系统硬度要求。本文中的“径向”指的是垂直于同心环46、48的公共轴线，该公共轴线通常与燃烧器中心线40重合。
[0015]通过观察图3和4可明白，当在平行于纵轴的方向上观看时(当在图3中观看时)，腿投影为曲线形状，当在垂直于燃烧器的纵轴的方向上观看时(如同从支架侧观看支架时)，腿投影为平面形状。该形状在纵向(轴向)方向上呈现相对较高程度的硬度，而在径向方向上呈现相对较低程度的硬度。在各实施例中，支架60在径向方向上的弹簧常数k(每单位偏转的单位力)可以是相同构造的现有技术支架(但不具有偏离大致平面形状的偏离部63、64)的50%或更小。在一个实施例中，这种支架在燃气涡轮发动机的快速启动状况期间有效地使热致负载降低38%。
[0016]尽管本文中显示并描述了本发明的各实施例，但是应明白，这种实施例仅以示例的形式给出。在不脱离本发明的情况下可以进行许多变形、修改和替代。相应地，本发明仅由所附权利要求的精神和范围限制。
【权利要求】
1.一种位于燃气涡轮机燃烧器盖中的支撑结构，包括: 多个腿，均横跨在第一结构和第二结构之间； 其中，除了具有弯曲部分，每个腿包括大致平板，所述弯曲部分位于腿的末端之间，在第一和第二结构之间有效地提供一定程度的热膨胀柔量。
2.如权利要求1所述的支撑结构，其中，所述腿横跨在燃气涡轮机燃烧器盖的内同心环结构和外同心环结构之间。
3.如权利要求1所述的支撑结构，其中，所述板均具有在板长度的中点处偏离板平面的单个弓形或半正弦曲线偏离部。
4.如权利要求3所述的支撑结构，还包括横杆，其中，两个腿附接到横杆，形成总体截面几何形状为等腰梯形的三个边，其中，两个腿沿等腰梯形的两个相等边。
5.如权利要求2所述的支撑结构，其中，每个腿的形状做成在径向方向上呈现弹簧常数，所述弹簧常数是不具有弯曲部分的相同构造平面腿的弹簧常数的50%或更小。
6.一种位于燃气涡轮机燃烧器盖中的支撑结构，包括: 内环结构，绕纵轴布置在外环结构内； 多个支架，绕纵轴以径向隔开的同心关系附接在所述内环结构和所述外环结构之间，并使所述内环结构和所述外环结构互相连接； 所述支架包括多个腿，当在垂直于所述纵轴的方向上观看时，每个腿投影为平面形状，当在平行于所述纵轴的方向上观看时，每个腿投影为曲线形状。
7.如权利要求6所述的支撑结构，其中，每个腿的形状做成在径向方向上呈现弹簧常数，所述弹簧常数是不具有曲线形状的相同构造腿的弹簧常数的50%或更小。
8.一种位于燃气涡轮机燃烧器盖中的支撑结构，包括: 横杆，附接到燃气涡轮机燃烧器盖的外同心环；以及 第一和第二腿，从所述横杆延伸，并具有附接到燃气涡轮机燃烧器盖的内同心环的各自末端； 其中，每个腿的形状在纵向方向上呈现相对较高程度的硬度，在径向方向上呈现相对较低程度的硬度。
9.如权利要求8所述的结构，其中，每个腿包括位于腿长度的中点处的弓形或正弦曲线。
10.如权利要求9所述的结构，其中，所述弓形或正弦曲线是单个向外的弓形或半正弦曲线。
【文档编号】F23R3/10GK103703318SQ201280035851
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年4月23日 优先权日:2011年5月20日
【发明者】F.默勒, J.普拉, J.莱弗勒, M.科南 申请人:西门子能量股份有限公司