热自由衬套固持机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及一种用于改进燃烧衬套安装系统中的机械和热应力的系统及方法。更具体而言，提供了安装系统中的改进，其补偿定位在燃烧区附近的安装系统。
【背景技术】
[0002]为了减少来自气体供能的涡轮的污染排放量，政府机构颁布了要求减少氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的量的许多法规。较低的燃烧排放通常可归因于更有效的燃烧过程，具体关于燃料喷射器的位置和混合有效性。
[0003]早期的燃烧系统使用燃烧区近侧的扩散类型的喷嘴，其中燃料与燃料喷嘴外的空气通过扩散混合。由于燃料和空气在高温下化学计量地焚烧来保持足够的燃烧器稳定性和低燃烧动力的事实，故扩散类型的喷嘴产生高排放。
[0004]燃烧技术中的增强在于使用预混，使得燃料和空气在燃烧之前混合来形成均匀混合物，其在低于扩散类型的火焰的温度下焚烧，并且产生较低的NOx排放。预混可在燃料喷嘴内或其外发生，只要其在燃烧区的上游。图1中示出了现有技术的预混燃烧器中使用的燃烧衬套的实例。燃烧衬套100大体上为圆筒形，并且包括入口端102和相对的出口端104。多个燃料喷嘴(未示出)定位在入口端102处，用于将燃料喷射到燃烧衬套100中以与压缩空气混合，并且形成燃料空气预混物。该预混物接着点燃并且焚烧来形成用于接着驱动发动机的涡轮的热燃烧气体，并且提供用于推进功率的推力或用于驱动发电机的机械能。
[0005]用于燃气涡轮发动机的燃烧系统可带来多种构造。大体上，为了论述的目的，燃气涡轮发动机可包括低排放燃烧器，如本文中公开的那些，并且可布置成围绕燃气涡轮发动机的筒环形构造。一种类型的燃气涡轮发动机(例如，重型燃气涡轮发动机)可典型地设有但不限于六到八独立的燃烧器，燃烧器中的各个具有壳体、流动套筒、燃烧衬套、燃料喷嘴和端盖。
[0006]为了调节提供至低排放燃烧器的空气量，流动套筒110定位成围绕燃烧衬套100，如图2中的局部截面中所示。更具体而言，燃烧衬套100沿径向定位在流动套筒110内，而流动套筒110沿径向定位在燃烧器壳体112内。流动套筒110通过前凸缘114装固在壳体112内的轴向位置，前凸缘114位于壳体凸缘116内。然而，类似于流动套筒110，燃烧衬套100也必须装固在适当的轴向位置，使得燃料喷嘴和其它匹配硬件(未示出)适当地定位在燃气祸轮燃烧器内。
[0007]现有技术的燃烧系统试图以多种方式将燃烧衬套100定位和装固就位。例如，参照图1-3，装固流动套筒中的燃烧衬套的常用技术用于衬套，以包括多个T形凸片118，其从燃烧衬套100沿径向向外延伸，并且收纳在对应的流动套筒柱120的槽口内。然而，如可在图3中看到的，该技术包括装固于燃烧衬套100的外壁的厚的T形衬套凸片118，并且此类厚凸片设计由于其几何形状、各个凸片上的负载量，以及施加用于凸片与燃烧衬套之间的连结的焊接技术而导致高热和机械应力。类似的T形类型的衬套凸片118显示在图4中的备选燃烧衬套的外表面上。
[0008]图5和图6中绘出了用于装固流动套筒中的燃烧衬套的备选现有技术的设计。在图5中，现有技术的燃烧衬套500以透视图示出，并且包括四个等距间隔开的衬套凸片502。在该燃烧系统中，由于燃料空气混合和燃烧的构造，故衬套凸片502由于衬套凸片502位于燃烧区的径向外侧而经受高操作温度和高热应力。衬套凸片502在图6中更详细示出。衬套凸片502具有大体上草叉形状，包括倒转的大体上U形部分504和凸片延伸部506。大体上U形部分504沿接头508焊接于燃烧衬套500。如上文参照图1_4所述，该现有技术设计试图从燃烧衬套除去厚的衬套凸片部分。然而，不管这些设计变化，接头508经历燃烧衬套500中的最高操作应力中的一些。此类高应力至少部分地由于衬套凸片502的刚度。
[0009]因此，必要的是识别设计备选方案，其满足燃烧衬套和流动套筒界面的机械和热负载状态，使得燃烧衬套可装固在其适当位置并且不经受故障。
【发明内容】
[0010]本发明公开了一种具有用于将燃烧衬套装固在燃气涡轮燃烧器内的改进的器件的燃烧衬套。本文中公开的装固器件导致了燃烧衬套的较低操作应力和提高的耐久性。
[0011]在本发明的实施例中，公开了一种大体上圆筒形的燃烧衬套，其具有内壁、外壁、入口端和相对的出口端，以及围绕外壁定位的多个支承凸片组件。支承凸片组件中的各个包括从燃烧衬套的外壁沿径向向外延伸的两个平行的衬套凸片。
[0012]在本发明的备选实施例中，公开了一种用于将燃烧衬套装固在燃气涡轮燃烧器中的支承系统。支承系统包括从燃烧衬套的外壁沿径向向外延伸的多个衬套凸片对。衬套凸片装固于衬套外壁，并且通过衬套凸片间隔开，并且定位成离燃烧衬套入口沿轴向有一距离，使得衬套凸片在燃烧衬套中的燃烧区的径向外侧。
[0013]在本发明的又一个实施例中，公开了一种减小燃烧衬套与其衬套支承组件之间的界面处的热应力的方法。该方法提供了将多个衬套支承组件装固于燃烧衬套的外壁的方式，其中各个衬套支承组件包括从燃烧衬套沿径向向外延伸且间隔开一距离的两个平行的衬套凸片。
[0014]本发明的附加优点和特征将在以下描述中部分地阐明，并且将在本领域技术人员查阅下文时部分地变得显而易见，或者可从本发明的实践学习。现在将具体参照附图来描述本发明。
【附图说明】
[0015]下文参照附图详细描述了本发明，在附图中:
图1为根据现有技术的燃烧衬套的透视图。
[0016]图2为现有技术的燃气涡轮燃烧器的局部截面视图。
[0017]图3为现有技术的图2的燃气涡轮燃烧器的备选视图。
[0018]图4为根据现有技术的备选实施例的燃烧衬套的透视图。
[0019]图5为根据现有技术的又一个备选实施例的燃烧衬套的透视图。
[0020]图6为图5的现有技术的燃烧衬套的一部分的详细透视图。
[0021]图7为其中使用了本发明的实施例的低排放燃气涡轮燃烧器的截面视图。
[0022]图8为根据本发明的实施例的穿过图7的燃气涡轮燃烧器截取的截面。
[0023]图9为根据本发明的实施例的图8的一部分的详细截面视图。
[0024]图10为根据本发明的实施例的燃烧衬套的透视图。
[0025]图11为根据本发明的实施例的图10的燃烧衬套的一部分的详细透视图。
[0026]图12为根据本发明的实施例的图10的燃烧衬套的一部分的详细俯视立面视图。
【具体实施方式】
[0027]通过参照，本申请并入了美国专利号6，935，116,6, 986，254,7, 137，256、7，237，384,7, 513，115,7, 677，025 和 7，308，793 的主题。
[0028]现在将具体参照图7-12来详细描述本发明的优选实施例。现在参照图7，绘出了用于低排放燃气涡轮燃烧器750的燃烧衬套700。参照图10，燃烧衬套700大体上为圆筒形，并且具有内壁702、通过衬套壁厚与内壁702分开的外壁704。为了补偿燃烧衬套的升高的操作温度，内壁702的一部分可涂覆有大体上包括联结涂层和陶瓷顶部涂层的热障涂层O
[0029]燃烧衬套700还具有入口端706和相对的出口端708。多个突出的表面710沿燃烧衬套的外壁704定位，并且沿径向向外延伸。在图10-12中更详细示出的突出表面710提供了外壁704的增大的总表面面积，以便提高可用于由沿外壁704经过的压缩空气冷却的燃烧衬套的可用表面面积。能够冷却的总表面面积的增大改进了横跨燃烧衬套700的厚度的热传递。如本领域的技术人员理解的，突出的表面710还用于〃阻挡〃经过的空气流或干扰空气流型，以便改进冷却效率。突出表面710的尺寸和形状可取决于燃烧衬套700的冷却要求来变化。对于图10-12中所示的本发明的实施例，突出表面710大体上为三角形，使得突出表面710的径向最外点具有大于外壁704的直径。然而，突出表面710可具有包括圆形、正方形或矩形的备选形状。突出表面沿需要最大冷却效率的燃烧衬套700的长度延伸。
[0030]燃烧衬套700还包括多个支承凸片组件712。在图8中更详细示出的支承凸片组件712围绕燃烧衬套700的外壁704定位。支承凸片组件中的各个包括两个平行的衬套凸片714，其间隔开一切向距离，装固于外壁704，并且从外壁704沿径向向外延伸。作为优选，三个支承凸片组件712围绕燃烧衬套700的外壁704间隔大约120度的间距。
[0031]如图10中所绘，多个突出的表面710沿燃烧衬套700的大部分轴向距离延伸。然而，如图11和12中所示，在支承凸片组件712的燃烧衬套700的区域中，多个突出的表面中断来产生外壁704的光滑区705，或没有突出表面710的燃烧衬套外壁的区。
[0032]燃烧衬套提