制造用于涡轮发动机燃烧器的冲击套筒的方法

制造用于涡轮发动机燃烧器的冲击套筒的方法
【专利摘要】本发明公开一种用于制造涡轮发动机燃烧器的冲击套筒的方法。所述方法包括：将第一金属板放在第一冲模中；在所述第一冲模中压制所述第一金属板，以形成所述冲击套筒的第一垂直半部；将第二金属板放在第二冲模中；以及在所述第二冲模中压制所述第二金属板，以形成所述冲击套筒的第二垂直半部。所述方法还包括：在所述第一垂直半部和第二垂直半部保持分开的同时，在所述第一垂直半部和第二垂直半部中形成孔；围绕过渡连接件来设置所述第一垂直半部和第二垂直半部；以及将所述第一垂直半部结合到所述第二垂直半部，以便形成所述冲击套筒。
【专利说明】制造用于涡轮发动机燃烧器的冲击套筒的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涡轮发动机。具体地，本发明涉及位于涡轮机燃烧器中的冲击套筒。【背景技术】
[0002]在燃气涡轮发动机中，燃烧器会将燃料或空气燃料混合物的化学能转化为热能。热能由流体，通常为来自压缩机的空气，借助过渡连接件传送到涡轮机，在涡轮机中，热能转化为机械能。这些流体向下游流到一个或多个涡轮机，涡轮机会从流体中提取能量，以产生机械能输出并且提供动力来驱动压缩机。
[0003]在给定各部分尺寸以及组件使用过程中接触到的极端条件的情况下，制造这些部件可能是个复杂的过程。例如，燃烧器组件等选定位置中的燃烧动力和燃烧温度可以在组件中产生热应力并导致各部分磨损。在一些情况下，燃烧器组件包括设置成围绕过渡连接件的冲击套筒，其中制造过程中形成的接合处会降低冲击套筒的结构完整性。具体而言，接合处的数目增加可能会降低套筒的结构完整性，久而久之导致功能退化，从而可能导致涡轮发动机的维修花费较高以及导致其停机。

【发明内容】

[0004]根据本发明的一方面，一种制造用于涡轮发动机燃烧器的冲击套筒的方法包括:将第一金属板放在第一冲模中；在所述第一冲模中压制所述第一金属板，以形成所述冲击套筒的第一垂直半部(half);将第二金属板放在第二冲模中；以及在所述第二冲模中压制所述第二金属板，以形成所述冲击套筒的第二垂直半部。所述方法还包括:当所述第一垂直半部和第二垂直半部保持分开时，在所述第一垂直半部和第二垂直半部中形成孔；围绕过渡连接件来放置所述第一垂直半部和第二垂直半部；以及将所述第一垂直半部焊接到所述第二垂直半部，以便形成所述冲击套筒。
[0005]优选地，将所述第一垂直半部焊接到所述第二垂直半部包括仅用两个联轴节形成所述冲击套筒，在所述联轴节处所述第一垂直半部和第二垂直半部的纵向边缘彼此邻接；其中将所述第一垂直半部焊接到所述第二垂直半部包括纵向沿着所述两个联轴节中的每个联轴节焊接条带；其中所述两个联轴节是纵向联轴节，所述纵向联轴节是位于所述冲击套筒的顶部中心和所述冲击套筒的底部中心的完全相对的联轴节。
[0006]优选地，其中在所述第一冲模中压制所述第一金属板以形成所述第一垂直半部包括在多个冲模中多次压制所述第一金属板，以形成所述第一垂直半部；以及，其中在所述第二冲模中压制所述第二金属板以形成所述第二垂直半部包括在多个冲模中多次压制所述第二金属板，以形成所述第二垂直半部。
[0007]优选地，其中所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)在焊接之前并不进行切割。
[0008]优选地，其中在所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)中形成孔包括用激光在所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)中钻出所述孔。[0009]根据本发明的另一方面，一种制造用于涡轮发动机燃烧器的冲击套筒的方法包括:用第一金属板形成所述冲击套筒的第一垂直半部；以及用第二金属板形成所述冲击套筒的第二垂直半部。所述方法还包括:当所述第一垂直半部和第二垂直半部保持分开时，在所述第一垂直半部和第二垂直半部中形成孔；围绕过渡连接件来放置所述第一垂直半部和第二垂直半部；以及将所述第一垂直半部连接到所述第二垂直半部，以便形成所述冲击套筒，其中所述第一垂直半部和第二垂直半部在连接之前并不进行切割。
[0010]优选地，将所述第一垂直半部焊接到所述第二垂直半部包括仅用两个联轴节形成所述冲击套筒，在所述联轴节处所述第一垂直半部和第二垂直半部的纵向边缘彼此邻接；其中将所述第一垂直半部焊接到所述第二垂直半部包括纵向沿着所述两个联轴节中的每个联轴节焊接条带；其中所述两个联轴节是纵向联轴节，所述纵向联轴节是位于所述冲击套筒的顶部中心和所述冲击套筒的底部中心的完全相对的联轴节。
[0011]优选地，将所述第一垂直半部(200)连接到所述第二垂直半部(202)包括将所述第一垂直半部(200)焊接到所述第二垂直半部(202)。
[0012]优选地，在所述第一冲模中压制所述第一金属板以形成所述第一垂直半部包括在多个冲模中多次压制所述第一金属板，以形成所述第一垂直半部；以及，其中在所述第二冲模中压制所述第二金属板以形成所述第二垂直半部包括在多个冲模中多次压制所述第二金属板，以形成所述第二垂直半部。
[0013]根据本发明的另一方面，还包括用上述方法制造的冲击套筒。
[0014]根据本发明的另一方面，一种制造用于涡轮发动机燃烧器的冲击套筒的方法包括:将第一金属板放在第一冲模中；
[0015]在所述第一冲模中压制所述第一金属板，以形成所述冲击套筒的第一垂直半部；
[0016]将第二金属板放在第二冲模中；
[0017]在所述第二冲模中压制所述第二金属板，以形成所述冲击套筒的第二垂直半部；
[0018]在所述第一垂直半部和第二垂直半部中形成孔；
[0019]围绕过渡连接件放置所述第一垂直半部和第二垂直半部；以及
[0020]仅用两个联轴节将所述第一垂直半部结合到所述第二垂直半部形成所述冲击套筒，在所述联轴节处所述第一垂直半部和第二垂直半部的纵向边缘彼此邻接。
[0021]优选地，将所述第一垂直半部结合到所述第二垂直半部包括纵向沿着所述两个联轴节中的每个联轴节焊接条带。
[0022]优选地，在所述第一冲模中压制所述第一金属板以形成所述第一垂直半部包括在多个冲模中多次压制所述第一金属板，以形成所述第一垂直半部；以及，其中在所述第二冲模中压制所述第二金属板以形成所述第二垂直半部包括在多个冲模中多次压制所述第二金属板，以形成所述第二垂直半部。
[0023]优选地，所述两个联轴节是纵向联轴节，所述纵向联轴节是位于所述冲击套筒的顶部中心和所述冲击套筒的底部中心的完全相对的联轴节。
[0024]优选地，所述第一垂直半部和第二垂直半部在结合之前并不进行切割。
[0025]优选地，其中在所述第一垂直半部和第二垂直半部中形成孔包括用激光在所述第一垂直半部和第二垂直半部中钻出所述孔。
[0026]通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。【专利附图】

【附图说明】
[0027]本说明书中的权利要求书详细指出并明确主张了本发明。通过以下结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中:
[0028]图1为包括冲击套筒的燃气涡轮机燃烧器的一个实施例的截面侧视图；
[0029]图2为根据一个实施例的在制造过程中的图1所示冲击套筒的透视图；
[0030]图3为根据一个实施例的在制造过程中的图1和图2所示冲击套筒的透视图；以及
[0031]图4为用于燃烧器的冲击套筒的制造过程中可能包括的示例性步骤的流程图。
[0032]【具体实施方式】参考附图以实例方式介绍本发明的各实施例以及优点和特征。
【具体实施方式】
[0033]图1为燃气涡轮机燃烧器100的一个实施例的一部分的截面侧视图。燃烧器100包括燃烧室102、过渡连接件104，以及冲击套筒106。燃料喷嘴(未示出)将燃料供应与压缩空气供应混合，并且将混合物引导到燃烧室102中，在该燃烧室中，燃料空气混合物燃烧，从而沿着热气路径113形成流体流。燃烧室102包括放置于导流套筒116内的内衬114，其中空气供应被引导穿过内衬114中的导流孔，以便向燃烧室102提供空气。热气体向下游113流动，从燃烧室102通过过渡连接件104而流到第一级涡轮机118。在一个实施例中，冲击套筒106包括孔120用于对流入或流出过渡连接件104的流体流加以控制。
[0034]本说明书中所用的术语“下游”和“上游”表示相对于工作流体流穿过涡轮机的方向。因此，术语“下游”所指的方向大体上对应于工作流体流的流向，而术语“上游” 一般是指与工作流体流的流向相反的方向。术语“径向”是指垂直于轴或中心线的移动或位置。它在相对于轴来描述处于不同径向位置的部分时可能比较有用。在这种情况下，如果第一部件比第二部件更加接近所述轴，那么本说明书中就可以说成所述第一部件在所述第二部件的“径向内部”。另一方面，如果所述第一部件比所述第二部件更加远离所述轴，那么本说明书中就可以说成所述第一部件在所述第二部件的“径向外部”或“外侧”。术语“轴向”是指平行于轴的移动或位置。最后，术语“周向”是指围绕轴的移动或位置。尽管以下论述主要着重于燃气涡轮机，但所论述的概念并不限于燃气涡轮机，而是可以适用于任何合适的旋转机械，包括蒸汽涡轮机。因此，本说明书中的论述涉及燃气涡轮机实施例，但可以适用于其他涡轮机。
[0035]图2为根据一个实施例的在制造过程中的冲击套筒106的透视图。所示冲击套筒106具有与第二垂直半部202分开的第一垂直半部200。第一垂直半部200和第二垂直半部202各自的形成方式为，将平坦的材料板放在冲模或压具(die or press)中。该板随后压成所需形状，例如，所示第一垂直半部200和第二垂直半部202的形状。第一垂直半部200和第二垂直半部202设置成围绕轴204，即基本上平行于流过燃烧器100并进入涡轮机118喷嘴的热气路径113。在燃烧器组件的一个实施例中，冲击套筒106具有连接到燃烧室102的第一端206，以及连接到涡轮机118的一级喷嘴的第二端208。第一垂直半部200的纵向边缘210和214分别与第二垂直半部202的纵向边缘212和216邻接并结合，从而形成完整的冲击套筒106。因此，接合之后，冲击套筒106具有纵向联轴节，这些纵向联轴节位于冲击套筒106的顶部中心218和底部中心220。此外，顶部中心218和底部中心220是套筒中完全相反的位置。与用四个或更多部件形成套筒相比，通过仅用两个联轴节形成冲击套筒106，结构完整性得到增强，同时制造过程得以简化。在一个实施例中，孔120形成于第一垂直半部200和第二垂直半部202中，以使得空气等流体流能够流到过渡连接件104和/或从该过渡连接件流出。孔120可以采用任何合适的方法形成，例如，激光打孔或机械加工。
[0036]第一垂直半部200和第二垂直半部202可以由合金钢等合适耐用的材料板制成。示例性材料包括等级为304、310或347的奥氏体不锈钢(austenitic stainless steel)。垂直半部的形成方式为，在合适的压床或冲模中压制所述板，其中所述板在压制操作过程中处于选定的温度下。在第一垂直半部200和第二垂直半部202的最终几何形状或形状比较复杂(例如，锐角或曲线)的实施例中，压制过程可以包括两个、三个或更多的连续压制操作，其中各个压制操作使用不同的压床或冲模机。因此，在使用多个压具时，每次压制逐渐使材料板进一步成形，直到最后的压制使冲击套筒的部分产生所需的最终几何形状为止。在一个实施例中，使用多个压具来为燃烧器数目相对较少的涡轮发动机形成冲击套筒，例如，具有5、6、7或8个燃烧器的发动机。这归因于半部的几何形状，例如，冲击套筒的第二端208处的开口的径向弯曲。在其他实施例中，可以使用单个压具来为燃烧器数目相对较多的涡轮发动机形成冲击套筒，例如，具有13、14、15或16个燃烧器的发动机，其中各部分的径向弯曲是渐进的。第一垂直半部200和第二垂直半部202中的孔222可以采用合适的方法形成，例如，机械加工、激光打孔，或者水喷射加工。
[0037]图3为根据一个实施例的处于制造过程的组装阶段的冲击套筒106的透视图。如图所示，冲击套筒106被放置成围绕过渡连接件104。在一个实施例中，第一垂直半部200和第二垂直半部202各自放置成围绕过渡连接件104，并且由顶部中心218和底部中心220(图3中未示出)处合适的耐用联轴节302连接起来。以下对联轴节302的描述涉及每个中心218、220处的联轴节，但图3仅示出了位于中心318处的联轴节302。如图所示，每个联轴节302包括位于垂直半部的邻接纵向边缘210和212之上的条带304。放在接合处上之后，条带304随后连接到第一垂直半部200和第二垂直半部202中的每个。在一个实施例中，条带304焊接到每个垂直半部，其中垂直半部200、202并不直接焊接到彼此。在另一个实施例中，垂直半部200、202焊接在一起，条带304放在接合处的上方，而且所述条带随后焊接到每个垂直半部。在没有条带304的又一个实施例中，垂直半部200、202焊接在一起，而且并未使用额外部件来提供联轴节302。也可以使用适于接合垂直半部200、202的其他合适的连接方法，例如，铜焊、粘合剂和/或紧固件。
[0038]在一个实施例中，第一垂直半部200和第二垂直半部202连接起来，而在压制操作与连接操作之间并未对半部进行任何切割。例如，并不对垂直半部进行纵向切割，从而简化围绕过渡连接件放置并组装冲击套筒106。因此，套筒的结构完整性得到增强，同时制造过程得以简化。例如，在实施例中，燃烧器组件包括设置成围绕过渡连接件的冲击套筒，其中所述套筒包括四个或更多部分。这些部分在一些接合处接合起来，而这些接合处可能会降低冲击套筒的结构完整性。此外，组装过程中的切割操作也可增加冲击套筒中的接合处的数目。因此，久而久之，接合处的数目增加可能会导致功能退化，从而可能导致涡轮发动机的维修花费较高以及停机。如此，所示冲击套筒106设置成围绕过渡连接件，其中减少了接合处的数目且简化了组装，从而减少停机并简化燃烧器的组装。从而，冲击套筒106的实施例可以减少维修花费并且提高结构完整性。
[0039]图4为用于燃烧器的冲击套筒，例如，冲击套筒106的制造或组装过程中可能包括的示例性步骤的流程图。所示各块可以是另一过程的一部分或者补充，和/或可以采用任意合适的顺序实施，以便形成燃烧器的冲击套筒。在块400中，针对制造过程获得原材料，所述原材料采用板的形式。在实施例中，所述板为金属合金，例如，不锈钢。在一个实例中，获得两块金属板，其中每块板均形成冲击套筒的半部。在块402中，在压具或冲模中压制金属板，以形成冲击套筒的各个垂直半部。在块404中，在每个垂直半部中形成孔，以供流体流穿过冲击套筒。在一个实施例中，孔是在压制之后形成的，而同时每个半部是分开的。在另一个实施例中，孔是在垂直半部连接起来之后形成的。在又一个实施例中，孔是在板被压成垂直半部的几何形状之前形成的。在块406中，围绕过渡连接件来组装垂直半部，其中每个半部的纵向边缘邻接另一半部的纵向边缘。在块408中，接着采用焊接或铜焊等合适的过程将垂直半部连接起来。
[0040]尽管仅结合了有限数目的实施例来详细描述本发明，但应理解，本发明并不限于所揭示的此类实施例。相反，本发明可以经修改以涵盖之前并未描述、但与本发明的精神和范围相符合的任意数目的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述了本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可以仅包括所述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受前述说明的限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。
【权利要求】
1.一种用于制造涡轮发动机燃烧器(100)的冲击套筒(106)的方法，所述方法包括: 将第一金属板放在第一冲模中； 在所述第一冲模中压制所述第一金属板，以形成所述冲击套筒(106)的第一垂直半部(200)； 将第二金属板放在第二冲模中； 在所述第二冲模中压制所述第二金属板，以形成所述冲击套筒(106)的第二垂直半部(202)； 当所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)保持分开时，在所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)中形成孔； 围绕过渡连接件(104)放置所述第一垂直半部(200 )和第二垂直半部(202 );以及 将所述第一垂直半部(200)结合到所述第二垂直半部(202)，以便形成所述冲击套筒(106)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一垂直半部(200)结合到所述第二垂直半部(202)包括仅用两个联轴节形成所述冲击套筒(106)，在所述联轴节处所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)的纵向边缘(210、212、214、216)彼此邻接。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述第一垂直半部(200)结合到所述第二垂直半部(202 )包括纵向沿着所述两个联轴节中的每个联轴节焊接条带。
4.根据权利要求2所述的方法`，其中所述两个联轴节是纵向联轴节，所述纵向联轴节是位于所述冲击套筒(106)的顶部中心和所述冲击套筒(106)的底部中心的完全相对的联轴节。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一冲模中压制所述第一金属板以形成所述第一垂直半部(200)包括在多个冲模中多次压制所述第一金属板，以形成所述第一垂直半部(200);以及，其中在所述第二冲模中压制所述第二金属板以形成所述第二垂直半部(202)包括在多个冲模中多次压制所述第二金属板，以形成所述第二垂直半部(202)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)在结合之前并不进行切割。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)中形成孔包括用激光在所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)中钻出所述孔。
8.一种用于制造涡轮发动机燃烧器(100)的冲击套筒(106)的方法，所述方法包括: 用第一金属板形成所述冲击套筒(106)的第一垂直半部(200)； 用第二金属板形成所述冲击套筒(106)的第二垂直半部(202)； 当所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)保持分开时，在所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)中形成孔； 围绕过渡连接件(104)放置所述第一垂直半部(200 )和第二垂直半部(202 );以及 将所述第一垂直半部(200)连接到所述第二垂直半部(202)，以形成所述冲击套筒(106)，其中所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)在连接之前并不进行切割。
9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述第一垂直半部(200)连接到所述第二垂直半部(202)包括仅用两个联轴节形成所述冲击套筒(106)，在所述联轴节处所述第一垂直半部(200)和第二垂直半部(202)的纵向边缘(210、212、214、216)彼此邻接。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述第一垂直半部(200)连接到所述第二垂直半部(202 )包括纵向沿着所述两个联轴节中的每个联轴节焊接条带。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述两个联轴节是纵向联轴节，所述纵向联轴节是位于所述冲击套筒(106)的顶部中心和所述冲击套筒(106)的底部中心的完全相对的联轴节。
12.根据权利要求8所述的方法，其中将所述第一垂直半部(200)连接到所述第二垂直半部(202)包括将所述第一垂直半部(200)焊接到所述第二垂直半部(202)。
13.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述第一垂直半部(200)包括在多个冲模中多次压制所述第一金属板，以形成所述第一垂直半部(200);以及，其中形成所述第二垂直半部(202)包括在多个冲模中多次压制所述第二金属板，以形成所述第二垂直半部(202)。
14.一种冲击套筒，其特征在于，所述冲击套筒是采用根据权利要求12所述的方法制造的。
【文档编号】B23P15/00GK103506812SQ201310232821
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2012年6月14日
【发明者】P.S.贾纳罕, S.R.科纳卡拉 申请人:通用电气公司