专利名称：用于组装燃气涡轮发动机的方法及设备的制作方法
用于组装燃气涡轮发动机的方法及设备技术领域一 ——'..-j步及燃气^ 具体地涉及结合燃气涡轮发动机使用的流动套筒,,并且更背景技术
至少一些公知的燃气涡轮发动机包含有在燃烧器组件与涡 轮喷嘴组件之间延伸的过渡件。该过渡件将燃烧气体从燃烧器组件S1 导至涡轮喷嘴组件。为了控制过渡件的工作温度，至少一些公知的发 动机将来自于压缩机的冷却空气引向过渡件。更具体而言，至少在一 些公知的燃气涡轮发动机中，冷却空气/人压缩机引导至限定过渡件的 至少一部分的气室(plenum)中。当冷却空气流过气室时，过渡件得到 冷却。然后将部分用过的冷却空气从气室引导到冷却通路中，该冷却 通路限定在从过渡件上游联接的燃烧器衬套与围绕该燃烧器衬套延 伸的流动套筒之间。进入冷却通路的冷却空气朝向燃烧器组件引导。
为了增强对过渡件的冷却，至少一些公知的过渡件包括从 过渡件外表面向外延伸的湍流促进肋或湍流器。其它公知的过渡件包 括冲击套筒，其包括围绕过渡件延伸的多个沖击通路。 一些公知的沖 击套筒包括勺(scoop)状装置，其使空气能够进入沖击通路中。尽管这 些冷却器件增强了对部分过渡件的冷却，但过渡件在所有工作条件下 的工作温度分布可能并非是完全可预测的，并且过渡件的有些部分可 能需要额外地冷却。利用替换包含这些冷却器件的过渡件来改造现有 的燃气涡轮发动机可能较为昂贵、耗时，且可能需要延长燃气涡轮发 动^L的离线时间。此外，这些冷却器件可增大过渡件中的热应力，该 热应力随着时间的推移可能会缩短过渡件的使用寿命。因此，期望有i殳备。 发明内容
在一个方面，提供了 一种用于组装燃气涡轮发动^L的方法。 该方法包括将过渡件联接在燃烧器衬套与喷嘴组件之间。该方法还包 括使流动套筒的第 一部分从过渡件围绕燃烧器套筒的至少 一部分延 伸。该方法还包括将流动套筒的第二部分联接到流动套筒的第 一部分 上，使得流动套筒第二部分从流动套筒第一部分延伸，且至少部分地 围绕过渡件的至少一部分延伸。流动套筒第二部分包括勺状件，其与 过渡件相配合来至少部分地限定整体式冷却空气通3各，该通i 各包括整 体式勺形开口。该勺状件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引至过 渡件。
在另一个方面，提供了一种结合涡轮发动机使用的燃烧器 组件。该燃烧器组件包括流动连通地与过渡件相联:接的燃烧器衬套。 燃烧器组件还包括流动装置。流动装置包括尺寸形成为至少部分地围 绕燃烧器衬套延伸的第 一部分。流动装置还包括联接到第 一部分上且 从该第一部分延伸的第二部分。流动装置第二部分至少部分地围绕过 渡件的至少一部分延伸。流动装置第二部分包括勺状件，其与过渡件 相配合来限定整体式冷却空气通路，该通路包括整体式勺形开口，使 得该勺状件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引至过渡件。
在又一方面，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动 机包括流动连通地在燃烧器衬套与喷嘴组件之间延伸的过渡件。发动 机还包括流动装置。流动装置包括尺寸形成为至少部分地围绕燃烧器 衬套延伸的第 一部分。流动装置还包括联接到第 一部分上且从该第一 部分延伸的第二部分。流动装置第二部分至少部分地围绕过渡件的至 少一部分延伸。流动装置第二部分包括勺状件，其与过渡件相配合来 限定整体式冷却空气通路，该通路包括整体式勺形开口，使得该勺状 件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引至过渡件。5
用于组装本文所述的燃气涡轮发动机的方法及设备有助于 此类燃气涡轮机的工作。具体而言，如下文更为详细地描述，使具有 预定形状、构造和/或定向的流动套筒围绕过渡件延伸有助于使定向且 均匀的冷却空气流至过渡件的预定部分。此外，将流动套筒延伸部分 安装到现有的流动套筒上减少了硬件购置和安装活动，从而降低了与 现有燃气涡轮发动机改造相关联的资金和劳动成本。
图i为示例性燃气涡轮发动4^的示意性截面图2为可结合图1中所示的燃气涡轮发动机使用的示例性 燃烧器组件的截面图；[OOIO]图3为可结合图2中所示的燃烧器组件-使用的示例性流动 套筒的透视图；[OOll]图4为可结合图2中所示的燃烧器组件使用的备选流动套 筒的截面图；以及
图5为图4中所示的且联接到可结合图2中所示的燃烧器 组件使用的示例性过渡件上的流动套筒的截面图。零件清单100燃气涡轮发动机 102压缩冲几 104燃烧器组件 106燃烧器衬套 107外侧部分 108燃烧室 110流动套筒 111气室 112燃烧器外壳113发动机外壳114涡4企组件116喷嘴组件118过渡件120压缩机/涡轮转子122流动套筒第一部分124流动套筒第二部分125勺状件126冷却空气流通路127顶点128周向联接面130附接环132轴向134周向136顶部138多个侧部140热气体出口148勺形开口150第一部分152第二部分210流动套筒222第一部分224第二部分225勺状件228周向联接面229周向联接面231周向平滑接触面232轴向233牛角形座架 234周向
235铰链安装座架 242勺形开口 250第一部分 252第二部分
具体实施例方式
:t匕类燃气涡4仑才几的工作。具体而言，如下文更为详细i也4笛述，1'吏具有 预定形状、构造和/或定向的流动套筒围绕过渡件延伸有助于冷却过渡 件的预定部分。更具体而言，流动套筒有助于将冷却空气流引导至相 关过渡件的顶部。这些冷却空气流有助于降低过渡件的工作温度，并 从而通过减小过渡件中所产生的热应力来延长过渡件的使用寿命期
限。还有，如本文所述，流动套筒的形状、构造和/或定向可形成为有 助于将冷却空气引导至过渡件和/或流动套筒附近的其它发动机构件
上，例如举例来说，构架安装座架。此外，将流动套筒延伸部分安装 到现有的流动套筒上有助于减少硬件购置和安装活动，A^而降^[氐了与 改造现有燃气涡轮发动机相关联的资金和劳动成本。此外，使流动套 筒围绕过渡件延伸有助于容易地进行制造，以及有助于围绕燃气涡轮 发动机内的各过渡件产生更多可再供给的气流。图1为示例性燃气涡轮发动机100的简图。在示例性实施 例中，发动机100包括压缩机组件102和燃烧器组件104。燃烧器组 件104包括燃烧器衬套106，其至少部分地限定燃烧室108和轴向外 侧部分107。燃烧器组件104还包括流动套筒110,其至少部分地围 绕燃烧器衬套106延伸。燃烧器组件104还包括燃烧器外壳112,其 至少部分地围绕流动套筒IIO延伸。在示例性实施例中，发动机100 包括多个燃烧器组件104。燃烧器组件104，且更具体地说是燃烧室108，经由气室111从压缩机组件102的下游且流动连通地与其相联 接，其中，气室111至少部分地由发动机外壳113所限定。发动机IOO还包括涡轮组件114。涡轮组件114包括喷嘴组 件116,其经由过渡件118流动连通地与腔室108相联接。过渡件118 联接到燃烧器衬套106和喷嘴组件116上，且在其间延伸。发动机100 还包括压缩机/涡轮转子120。涡轮114可旋转地联接到转子120上且 驱动该转子120。压缩机102也可旋转地联接到轴120上。在工作中，空气流过压缩机102,且大量的压缩空气经由气 室111供送到燃烧器组件104。组件104还与燃料源(图1中未示出) 流动连通，且将燃料和空气引导到燃烧室108中。在示例性实施例中， 燃烧器组件104点燃且燃烧燃料如燃烧室108内的合成气体(合成气)， 并且产生大约1316° C至1593°C(2400F° (华氏度)至2900。F)的高温 燃烧气流(图1中未示出)。作为备选，組件104燃烧包括但不限于天 然气和/或燃料油的气体。过渡件118将燃烧气流引导至涡轮114的喷 嘴组件116，在该处，气流的热能转变成机械旋转能，并促使转子120 旋转。图2为燃烧器组件104的截面图。在示例性实施例中，流 动套筒110包括第一部分122和第二部分或延伸部分124。第一部分 122完全周向地围绕衬套106延伸，而部分124包括勺状件125(下文 进一步描述)。流动套筒110与燃烧器衬套106和过渡件118相配合， 以限定从过渡件118延伸至燃烧器组件外部107的整体式冷却空气流 通路126。图3为可结合燃烧器组件104使用的流动套筒110的透视 图。在示例性实施例中，流动套筒延伸部分124具有成形的或勺状的 轮廓，其采用具有顶点127的勺状件125形式。还有，在示例性实施 例中，流动套筒第一部分122包括周向联接面128,而流动套筒第二 部分124包括大致为圆形的附接环130。环130的尺寸形成为用以使 环130能够消除与燃烧器104的任何其它内部构件的任何干涉，这些内部构件包括但不限于包括牛角形座架(图3中也未示出)的后构架安 装座架。在示例性实施例中，通过将附接环130焊接到联接面128上， 部分124联接到部分122上。作为备选，部分122和124可使用有助 于将部分124固定到部分122上的任何联接方法彼此相联，这些方法 例如但不限于铜焊和保持硬件。当部分122固定到部分124上时，限 定了周向平滑的接触面(未示出)。过渡件118包括顶部136。过渡件118还包括多个侧部138, 其与顶部136相配合以部分地限定热气体出口 140。流动套筒第二部 分124在顶部136上大致轴向132和周向134地延伸。此外，部分124 轴向132和周向134地围绕能^f吏流动套筒IIO起到如本文所述作用的 过渡件118的任何部分延伸。在示例性实施例中，整体式冷却空气流通^各126在顶部136 与第二部分124之间轴向132和周向134地延伸。此外，冷却空气流 通路126从由过渡件118和第二部分124所限定的整体式勺形开口 148 延伸至燃烧器组件的轴向外侧部分107(图1和图2中所示)。开口 148 定位成与气室111流动连通。提供了一种组装燃气涡轮发动机100的示例性方法。该方 法包括将过渡件118联接在燃烧器衬套106与喷嘴组件U6之间。该 方法还包括^使流动套筒110的第一部分122从过渡件118起围绕燃烧 器套筒106的至少一部分延伸。该方法还包括将流动套筒110的第二 部分124联接到流动套筒110的第一部分122上，使得流动套筒第二 部分124从流动套筒第 一部分122延伸，且至少部分地围绕过渡件118 的至少一部分延伸。流动套筒第二部分124包括勺状件125，其与过 渡件118相配合来至少部分地限定整体式冷却空气通路126,该通路 126包括整体式勺形开口 148。勺状件125定向成用以将大致均匀的 冷却空气流152引至过渡件118。在工作期间，压缩空气从压缩机102(图1中所示)引导到气 室111中。这些压缩空气的第一部分150从气室111引导到通路126中，其中，大多数此类空气并不接触过渡件118。此外，引自压缩机 102的这些冷却空气的第二部分152从气室111引导到开口 148中。 空气的第二部分152然后从开口 148引导到由过渡件118的顶部136 和流动套筒延伸部分124所形成的通路126中，且之后紧接着引导到 由第一部分122和衬套106所形成的一部分通^各126中。形成具有预定形状、构造和/或围绕过渡件118定向的流动 套筒110有助于将冷却空气的第二部分152引导至过渡件118的预定 部分，以及有助于将冷却空气流引向过渡件118的顶部136。该冷却 空气流的第二部分152有助于降低顶部136的工作温度，且由此通过 减小过渡件118所产生的热应力来延长过渡件118的使用寿命期限。 流动套筒110的形状、构造和/或定向可形成为用以将冷却空气引导至 过渡件118的其它部分，和/或引导至过渡件118和/或流动套筒110 附近的其它发动才几构件。此外，将流动套筒延伸部分124安装到现有 的流动套筒部分122上有助于减少硬件购置和安装，且因此降低了与 改造现有燃气涡轮发动机IOO相关联的资金和劳动成本。此外，使流 动套筒110围绕过渡件118延伸有助于容易地进行制造，以及有助于 围绕燃气涡轮发动机100内的各过渡件118产生更多可再供给的气流。图4为可结合图2中所示的燃烧器组件104使用的备选流 动套筒210的截面图。在该示例性实施例中，流动套筒210包括第一 部分222和第二部分224，其中，第一部分222大致类似于第一部分 122(图2和图3中所示)。此外，第二部分或延伸部分224形成为具有 成形的或勺形的轮廓，其大致类似于流动套筒延伸部分124(图2和图 3中所示)的形状。此外，第一部分222包括周向联接面228,其大致 类似于表面128(图3中所示)。在该示例性实施例中，不同于流动套筒IIO(图3中所示)， 流动套筒210的延伸部分224并不包括附接环130。确切而言，延伸 部分224包括周向联接面229，其使延伸部分224能够经由对焊面228至联接面229而联接到部分222上。作为备选，部分222和延伸部分 224可使用例如但不限于铜焊和/或保持硬件的联接方法而联接到一 起。当部分222联接到延伸部分224上时，周向平滑的接触面231连 同大约180°至200°的弧一起进行限定。作为备选，接触面231可 具有使流动套筒210能够起到本文所述作用的任何尺寸和形状。延伸部分224的尺寸和形状形成为用以确保延伸部分224 不与燃烧器104的其它内部构件接触或干涉，这些内部构件包括但不 限于后构架安装座架，如牛角形座架233。延伸部分224还包括类似 于勺状件125(图3中所示)的勺状件225。此外，流动套筒210与燃烧 器衬套106和过渡件118(图2和图3中均示出)相配合，以限定冷却空 气流通路126。类似于延伸部分124(图2和图3中所示)，延伸部分224 >^人第一部分222轴向232和周向234地延伸至4交链安装座架235。座 架235使过渡件118(图2和图3中所示)能够联接到喷嘴组件116(图2 和图3中所示)上。作为备选，延伸部分224可具有使流动套筒210能 够起到如本文所述作用的任何尺寸或形状。压缩空气的第一部分250 和第二部分252将在下文进一步论述。图5为结合燃烧器组件104使用的围绕过渡件118延伸的 流动套筒210的截面图。如图5中所示，在示例性实施例中，延伸部 分224至少部分地围绕过渡件118延伸。此外，延伸部分224轴向232 和周向234地延伸在过渡件顶部136上，且从第一部分222起轴向地 延伸至铰链安装座架235。作为备选，延伸部分224可具有使流动套 筒210能够起到如本文所述作用的任何尺寸或形状。此外，在示例性 实施例中，勺状件225与过渡件顶部136相配合以形成整体式勺形开 口 248,其类似于开口 148(图3中所示)，而流动套筒210与燃烧器衬 套106和过渡件118(图2中均示出)相配合，以限定冷却空气流通路 126。在工作期间，压缩空气从压缩机102(图1中所示)引导到气 室111。该压缩空气的第一部分250从气室111引导到通路126。空气的该第一部分250中的大多数并不接触过渡件118。该压缩空气的 第二部分252从气室111引导至开口 248,且朝向过渡件顶部136引 导。然后，将空气的第二部分252从开口 248引导到通路126中。此 类操作的效果大致类似于上述流动套筒延伸部分124(图2和图3中所 示)的那些效果。
助于此类燃气涡轮机的工作。具体而言，如下文更为详细地描述，使 具有预定形状、构造和/或定向的流动套筒围绕过渡件延伸有助于冷却 过渡件的预定部分。更具体而言，流动套筒有助于将冷却空气流引导 至相关过渡件的顶部。这些冷却空气流有助于降低过渡件的工作温 度，且由此通过减小过渡件中产生的热应力来延长过渡件的使用寿命 期限。此外，如本文所述，流动套筒的形状、构造和/或定向可形成为 用以有助于将冷却空气引导至过渡件和/或流动套筒附近的其它发动 机构件上，例如举例来说，构架安装座架。此外，将流动套筒延伸部 分安装到现有的流动套筒上有助于减少硬件购置和安装，>&而降低与 改造现有燃气涡轮发动机相关联的资金和劳动成本。此外，使流动套 筒围绕过渡件延伸有助于容易地进行制造，以及有助于围绕燃气涡轮 发动机内的各过渡件产生更多可再供给的气流。上文详细地描述了用于组装燃气涡轮发动机和操作此类燃 气涡轮发动机的方法及设备的示例性实施例。该方法及系统不限于本 文所述的特定实施例，而是相反，该系统和设备的构件和/或该方法的
该方法还可结合其它发动机和方法来使用，且不限于只利用如本文所 述的燃气涡轮发动机来实施。确切而言，示例性实施例可结合许多其 它发动机应用来执行和使用。尽管已根据各种具体实施例描述了本发明，但本领域的技 术人员将认识到，本发明可利用在权利要求的精神和范围内进行的修 改来实施。
本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且 还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或 系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定， 并且可包括本领域的技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实 例与权利要求中的书面语言并无不同，或者如果这些其它实例包括与 权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件，则将意味着这样的 其它实例落在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种用于涡轮发动机(100)的燃烧器组件(104)，所述燃烧器组件包括流动连通地与过渡件(118)相联接的燃烧器衬套(106)；以及流动装置，其包括尺寸形成为至少部分地围绕所述燃烧器衬套延伸的第一部分(122)；以及联接到所述流动装置第一部分上且从所述流动装置第一部分延伸的第二部分(124)，所述流动装置第二部分至少部分地围绕所述过渡件的至少一部分延伸，其中，所述流动装置第二部分包括勺状件(125)，其与所述过渡件相配合以限定包括整体式勺形开口(148，248)的整体式冷却空气通路(126)，使得所述勺状件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引导至所述过渡件。
2. 根据权利要求1所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述流 动装置第一部分(122)的至少一部分焊接到所述流动装置第二部分 (124)的至少一部分上。
3. 根据权利要求2所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述流 动装置第二部分(124)包括附接环(130)。
4. 根据权利要求3所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述附 接环(130)的至少一部分焊接到所述流动装置第一部分(122)的至少一 部分上。
5. 根据权利要求1所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述流 动装置从所述燃烧器衬套(106)的一部分延伸至燃气涡轮发动机(100) 的喷嘴组件(116)。
6. 根据权利要求1所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述过 渡件(118)包括顶部(136),以及所述整体式冷却空气通路(126)和所述 整体式勺形开口(148)定向成延伸在所述过渡件顶部上。
7. 根据权利要求1所述的燃烧器组件(104)，其特征在于，所述勺 状件(125)流动连通地与冷却空气源相联:接。
8. —种燃气涡轮发动机(IOO)，包括在燃烧器衬套(106)与喷嘴组件(116)之间流动连通地延伸的过渡 件(U8);以及流动套筒(IIO)，其包括尺寸形成为至少部分地围绕所述燃烧器衬套延伸的第 一部 分(122);以及联接到所述流动装置第一部分上且从所述流动装置第一部 分延伸的第二部分(124),所述流动装置第二部分至少部分地围绕所述 过渡件的至少一部分延伸，其中，所述流动装置第二部分包括勺状件 (125)，其与所述过渡件相配合以限定包括整体式勺形开口(148，248)的 整体式冷却空气通路(126),使得所述勺状件定向成用以将大致均匀的 冷却空气流S1导至所述过渡件。
9. 根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机(IOO)，其特征在于，所 述流动装置第一部分(122)的至少一部分焊接到所述流动装置第二部 分(124)的至少一部分上。
10. 根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机(IOO),其特征在于， 所述流动装置第二部分包括附接环(130)。
全文摘要
本发明涉及用于组装燃气涡轮发动机的方法及设备。具体而言，提供了一种用于涡轮发动机(100)的燃烧器组件(104)。该燃烧器组件包括流动连通地与过渡件(118)相联接的燃烧器衬套(106)，以及流动装置，该流动装置包括尺寸形成为至少部分地围绕燃烧器衬套延伸的第一部分(122)，以及联接到流动装置第一部分上且自其延伸的第二部分(124)，流动装置第二部分至少部分地围绕过渡件的至少一部分延伸，其中，流动装置第二部分包括勺状件(125)，其与过渡件相配合来限定包括整体式勺形开口(148，248)的整体式冷却空气通路(126)，使得勺状件定向成用以将大致均匀的冷却空气流引至过渡件。
文档编号F23D14/00GK101660755SQ200910171600
公开日2010年3月3日 申请日期2009年8月25日 优先权日2008年8月25日
发明者P·波波维克, T·K·达维斯, W·K·赫斯勒, 伟 陈 申请人:通用电气公司