用于燃气涡轮阻尼谐振器的冷却盖件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于诸如燃烧器衬垫和过渡管道之类的燃气涡轮机部件的阻尼谐振器，特别涉及用于这样的谐振器的连接焊点的操作冷却的盖件。
【背景技术】
[0002]声学阻尼谐振器已经在燃气涡轮发动机中使用以在发动机的操作期间抑制不想要的声学频率。它们可被称为亥姆霍兹(Helmholtz)谐振器或高频动态(HFD)阻尼谐振器。在美国专利6，530，221中公开了各种示例。这样的谐振器包括由壁所包围的腔体，该壁可被焊接到诸如燃烧器衬垫之类的部件。壁可以具有用于冷却空气以净化腔体的孔。这防止经由工作气体的腔体污染，并且冷却了谐振器壁以及燃烧器衬垫。冷却空气穿过谐振器壁，撞击在燃烧器衬垫上，并且随后穿过燃烧器衬垫中的孔进入燃烧室中，进一步冷却衬垫。在燃烧器衬垫中的孔因而不仅工作以穿过声学能量，也用来净化谐振器腔体及冷却衬垫。
[0003]谐振器的高度是用于抑制的频率的主要驱动因素。在较高的谐振器中，撞击冷却较不有效，因为冷却空气有更多机会在撞击在热表面上之前分散。谐振器优选位于最高热释放的区域，其将在谐振器以下的燃烧器衬垫暴露到高温，也将它们的连接焊点经由穿过衬垫的热传导而暴露到高温。因而，存在用于在谐振器以下的撞击冷却的需要，但这样的冷却在谐振器高度较大时被减弱。进而，相对于燃烧气流的上游焊点并不得益于来自衬垫中的孔的下游的气膜冷却效应。
【附图说明】
[0004]本发明根据附图在以下描述中进行解释，该幅图示出了:
[0005]图1是现有的燃气涡轮燃烧器组件的示意图；
[0006]图2是沿着图1的线2-2获得的截面图。
[0007]图3是沿着图1的线3-3获得的现有谐振器的侧截面图。
[0008]图4是图示了本发明的实施例的各个方面的在冷却装置中具有盖件的谐振器的侧截面图。
[0009]图5是示出了第二实施例的各个方面的侧截面图。
[0010]图6是示出了第三实施例的各个方面的侧截面图。
[0011]图7是示出了第四实施例的各个方面的侧截面图。
[0012]图8是示出了第五实施例的各个方面的侧截面图。
[0013]图9是在第六实施例中的一个盖件之下的两个谐振器的侧截面图。
[0014]图10是如图2中所示的燃气涡轮燃烧器组件的横截面图，但其中谐振器盖件在谐振器的圆形阵列之上。
【具体实施方式】
[0015]图1示出了现有技术的燃烧器组件20，其具有围绕燃烧腔体28的燃烧器衬垫22，在衬垫上的阻尼谐振器24的圆形阵列，以及压缩空气集气室26。用于这样的谐振器的另一位置是在燃烧器组件20与涡轮之间的过渡管道23上，或者在衬有工作气流路径的其它发动机部件上。
[0016]图2是通过谐振器24的图1的线2-2获得的图1的燃烧器衬垫22的横截面图。衬垫22围绕燃烧室28，该燃烧室28通常可以围绕轴线30是圆柱形的。每个谐振器24具有顶壁32和底壁36和在顶壁与底壁之间的侧壁39，该顶壁32具有冷却剂入口孔34，该底壁36具有用于使冷却剂从谐振腔体离开的孔38。底壁36由约束工作气流48的压缩器衬垫22形成，尽管在此为了清楚起见示出的是处于漩涡，该工作气流48通常在轴向上流动。冷却出口孔38可以用于三个功能。I)有助于腔体42中的谐振；2)作为冷却剂出口 ；3)用于衬垫22的渗出(effus1n)/气膜冷却(film cooling)。空气集气室26接受来自涡轮压缩器(未示出)的压缩空气。该空气44中的一些进入每个谐振器的顶壁32中的冷却剂入口孔34，随后退出46到燃烧腔体28中，提供衬垫22的内表面的渗出/气膜冷却。
[0017]图3是沿着图1的线3-3获得的谐振器24的侧截面图。当流过衬垫22中的孔38的工作气体48中存在压力波动时在每个腔体42中发生声学振动。这些振动由诸如亥姆霍兹谐振和/或冯卡门(von Karman)振荡之类的流体动力学机构激发。谐振器由其几何形状、尺寸和位置被调谐，使得其消除燃烧器中的不想要的频率或其附带的其它成分。用于设计和调谐阻尼谐振器的方法和公式在此并不详细解释。在下游或后壁41上的下游焊点52通过气膜冷却46被冷却；然而，在谐振器的上游或前壁40上的上游焊点50并不如此冷却，因而可经受更高的热应力。
[0018]图4是根据本申请的各个方面的具有盖件54A的谐振器24的截面图。外壳包括撞击箱57，其相对于工作气流48从盖件向上游延伸并且从谐振器24向上游延伸，形成冷却剂入口腔体56。撞击箱的顶壁58具有撞击冷却入口孔60-62。谐振器24的顶壁32定义了谐振器的高度。撞击箱57的顶壁58可以比谐振器的顶壁32更接近于燃烧器衬垫22，并且距离可以被选择为优化撞击冷却效应而不会不利地影响谐振器性能。可足够近地提供冷却空气44对衬垫22的直接撞击。在本文中，“直接撞击”意为一些冷却空气44击中衬垫22和/或焊点50。在冷却剂入口室56中的撞击冷却在该方面比进入谐振器腔体42的冷却空气45更有效。撞击冷却孔的前子集61可以足够接近于撞击箱的上游壁59以通过利用撞击和/或气膜冷却而冷却壁59和/或通过接近壁59的衬垫22的撞击/对流冷却从而冷却其上游焊点64。上游焊点64可以通过被定位在衬垫22的最大热区域(通常在谐振器24的直接下方)的上游而被进一步热保护。撞击冷却孔的后子集62可以成一定角度以引导冷却空气44对着振荡器24的上游焊点50或接近它。盖件54A以足够的间隙65包围谐振器腔体壁32、40、41以促进冷却剂从冷却剂入口室56流到谐振器中的顶孔34。在操作期间，在该间隙65中的空气具有与在集气室26中的气压相比减小的压力，如以下所述。
[0019]图5示出了具有向着撞击箱57的前壁59成一定角度的前撞击冷却孔61的盖件实施例54B，因而提供了其接近焊点64的撞击/气膜冷却。图6示出了具有与撞击箱57的前壁59的内表面对齐的前撞击冷却孔61的盖件实施例54C，因而提供了其随后撞击在接近于前壁59的衬垫22上的气膜冷却。
[0020]图7示出了仅具有前撞击冷却孔61和后撞击冷却孔62的谐振器盖件实施例54D。前孔61冷却前壁59，同时后孔62冷却谐振器的上游焊点50。该实施例和其它实施例可以在盖件54D上的其它地方具有附加的冷却剂入口孔66以将比从冷却剂入口室56离开的空气更冷的空气提供进入盖件与谐振器之间的间隙65。冷却剂的量可以经由撞击箱中的入口孔与在盖件上其它地方的孔的相对面积而在衬垫和焊点的上游与下游区域之间分摊。这与没有附加入口孔66的盖件相比可以改进在衬垫和焊点之上的冷却均匀性。
[0021]图8示出了盖件实施例54E，其中对流冷却套筒69从盖件向上游延伸，具有开放上游端70。该套筒的顶壁58B比谐振器24的上壁32更接近于衬垫24。这形成了冷却剂输入室56B，其沿着衬垫并且对着焊点50加速压缩空气44，通过强制对流而冷却谐振器的上游焊点50和衬垫。冷却剂入口室56、56A通过直接撞击和/或通过强制对流而加速冷却剂接近及对着谐振器24的上游焊点50的流动。
[0022]图9示出了覆盖两行谐振器24A、24B的盖件实施例54F。本文的任何冷却剂入口室可以设置有这样的多行谐振器盖件。可选的气膜冷却出口 71被示出从冷却剂入口室56通过衬垫22以进一步冷却上游衬垫和焊点50。图9图示了没有直接对着焊点50的撞击冷却的实施例。