专利名称：用于涡轮发动机的燃烧室组件和罩的制作方法
技术领域：
本公开涉及涡轮发动机，且尤其涉及涡轮发动机的燃烧室区和有关硬件。
背景技术：
在用于发电厂中的典型涡轮发动机中，压縮进气，且然后将压縮空气输送到排列 在发动机的周边周围的多个燃烧室组件。在各个燃烧室组件中，将燃料添加到压縮空气中， 且点燃空气_燃料混合物。然后将所得的膨胀气体输送到涡轮叶片，以产生旋转力。
在用于这种涡轮发动机的典型燃烧室组件中，大体圆柱形的流动套管包围组件的 部件的外部部分。大体圆柱形的燃烧室衬套同心地安装在流动套管内部。来自涡轮发动机 的压縮机区的空气被输送通过燃烧室衬套的外表面和流动套管的内表面之间的环形空间。
燃烧室壳体附连到流动套管的端部上。罩组件安装在燃烧室壳体内部。罩组件包 括同心地安装在外套管内部的内套管。内套管和外套管两者的构造均为大体圆柱形的。
燃烧室衬套的端部包围罩组件的内套管的前缘，且联接到该前缘上。在燃烧室衬 套和流动套管之间的环形空间中流动的压縮空气传送进入形成于罩组件的内套管和外套 管之间的环形空间中。然后空气进行大约180。的转向，且然后该空气经过多个燃料喷射 器，在多个燃料喷射器中，燃料被添加到压縮空气中。空气-燃料混合物穿过内套管内部的 罩组件内部部分，且然后出来而进入燃烧室衬套中，这里，空气-燃料混合物被点燃。然后 燃烧气体穿过燃烧室衬套的内部。 使用附连到燃烧室衬套和罩组件上的元件来相对于罩组件和燃烧室壳体适当地 定位流动套管和燃烧室衬套。衬套止动器焊接到罩组件的外套管的内表面上。衬套止动器 的端部邻接和接合附连到燃烧室衬套的外表面上的凸起。衬套止动器紧靠在凸起上使燃烧 室衬套的端部和流动套管相对于燃烧室壳体和罩组件定位。该邻接还防止这些元件之间的 相对旋转。 以上所描述的燃烧室组件会承受若干种低效率。首先，衬套止动器和凸起直接位 于从燃烧室衬套和流动套管之间的环形空间传送进入罩组件的内套管和外套管之间的环 形空间中的压縮空气的流径中。这会阻碍空气流动，且还会在各个衬套止动器和凸起位置 周围引入湍流模式。另外，衬套止动器和凸起倾向于经历磨损，且它们需要定期维护。
另外，随着压縮空气流从燃烧室衬套和流动套管之间的环形空间传送进入罩组件 的内套管和外套管之间的环形空间中，压縮空气会经历突然的膨胀。更具体地，因为燃烧室 衬套的端部的外径大于罩的内套管的外径，所以当压縮空气越过燃烧室衬套的端部时会有 突然的膨胀。 另外，当压縮空气离开罩组件，且被倒入燃烧室壳体内的气室区域中时，该空气会 经历另外的甚至更大的膨胀。 这些突然的膨胀会在变化速度的空气流之间产生剪切作用，而此剪切作用会导致 寄生损失，寄生损失会降低涡轮发动机的总效率。由于这些突然的膨胀而发生的剪切作用 会产生没有用的摩擦和热，且从而造成能量损失。而且，由这种剪切作用引起的加热会倾向于降低压縮空气的密度，这也会降低涡轮机的效率。
发明内容
在一个方面中，本发明可体现为用于涡轮发动机的燃烧室组件，其包括大体圆柱
形的流动套管、同心地安装在流动套管内部的大体圆柱形的燃烧室衬套，其中压縮空气流
过形成于燃烧室衬套的外部和流动套管的内部之间的空间。燃烧室组件还包括附连到流动
套管的端部上的大体圆柱形的燃烧室壳体。罩安装在燃烧室壳体中，该罩包括大体圆柱形
的外套管和同心地安装在外套管内部的大体圆柱形内套管。燃烧室衬套的端部联接到内套
管的后端上，从而使得在流动套管和燃烧室衬套之间流动的压縮空气流入罩的内套管和外
套管之间的空间中。内套管的直径从内套管的后端朝向内套管的前端逐渐縮小。 在另一个方面中，本发明可体现为用于涡轮发动机的燃烧室组件的罩，其包括大
体圆柱形的外套管和同心地安装在外套管内部的大体圆柱形的内套管，其中压縮空气可流
过位于内套管和外套管之间的环形空间，并且其中内套管的直径从内套管的第一端朝向内
套管的第二相对端逐渐縮小。 在另一个方面中，本发明可体现为用于涡轮机的燃烧室组件的罩，其包括大体圆柱形的外套管和同心地安装在外套管内部的大体圆柱形的内套管，其中压縮空气可流过位于内套管和外套管之间的环形空间，其中罩的内套管的第一端具有包括小直径部分和大直径部分的阶梯，并且其中，小直径部分构造成以便联接到燃烧室衬套的端部上。
图1是背景技术的涡轮发动机的燃烧室组件的图示； 图2A是示出了图1所示的流动套管和燃烧室衬套与燃烧室组件的罩组件之间的交接处的图示； 图2B是示出了防止燃烧室衬套相对于流动套管旋转的元件的截面 图3是示出了具有罩组件的燃烧室组件的第一实施例的图示；
图4A和4B是图3所示的罩组件的透视图；以及 图5是显示了燃烧室组件的燃烧室衬套和罩组件之间的交接处的一个实施例的局部透视图。部件列表圆柱形流动套管 IO燃烧室衬套 12箭
头
20罩组件36凸起50燃烧室罩梯) 66较大直径部分
柱 70突出部
14端部
30内套管
38燃料喷射器60外套管
16密封件32外套管
40箭头62内套管67较小直径部分 68支承面
72凹部 74冲击板80孔口
18燃烧室壳体34衬套止动器45气流方向64前端(或阶69支撑82槽穴 90
具体实施例方式
图1显示了用于这种涡轮发动机的典型的背景技术燃烧室组件。如在图1中看到的，大体圆柱形的流动套管IO包围组件的部件的外部部分。大体圆柱形的燃烧室衬套12同心地安装在流动套管10内部。来自涡轮发动机的压縮机区的空气被输送通过燃烧室衬套12的外表面和流动套管10的内表面之间的环形空间。图1中的箭头14表示当压縮空气进入燃烧室组件时该压縮空气的流动方向。 燃烧室壳体20附连到流动套管10的端部上。罩组件30安装在燃烧室壳体20内部。罩组件30包括同心地安装在外套管34内部的内套管32。内套管和外套管两者均为大体圆柱形构造。 燃烧室衬套12的端部包围罩组件30的内套管32的前缘，且联接到该前缘上。密封件18定位在内套管32的外表面和燃烧室衬套12的内表面之间。 在燃烧室衬套12和流动套管IO之间的环形空间中流动的压縮空气传送进入形成于罩组件30的内套管32和外套管34之间的环形空间中。然后该空气进行大约180。的转向，如由图1中的箭头45所示。然后该空气传送进入多个燃料喷射器40中，在燃料喷射器中，燃料被添加到压縮空气中。燃料喷射器位于罩组件的内部部分内、内套管32内。然后燃料_空气混合物传送进入燃烧室衬套中，燃料_空气混合物在燃烧室衬套中被点燃。
图2A显示了罩组件如何连接到燃烧室衬套12上的放大视图。如图中所示，燃烧室衬套12的端部包围罩组件30的内套管32的外表面。密封件18位于燃烧室衬套12的内表面和内套管32的外表面之间。 图2A还显示了用于相对于罩组件30和燃烧室壳体20来适当地定位流动套管10和燃烧室衬套12的元件。衬套止动器36刚性地附连到罩组件30的外套管34的内表面上。衬套止动器36的端部邻接并接合附连到燃烧室衬套12的外表面上的凸起38。衬套止动器36紧靠在凸起38上会相对于燃烧室壳体20和罩组件30来定位燃烧室衬套12的端部和流动套管10。 如图2B所示，燃烧室衬套12上的凸起38还与流动套管10的内表面上的槽穴90滑动地接合。凸起38和槽穴90之间的接合防止燃烧室衬套12相对于流动套管10旋转。
以上所描述的燃烧室组件会承受若干种低效率。首先，衬套止动器36、凸起38和槽穴90全部直接位于从燃烧室衬套12和流动套管10之间的环形空间传送进入罩组件30的内套管32和外套管34之间的环形空间中的压縮空气的流径中。这会阻碍空气流动，且还会在各个衬套止动器、凸起和槽穴位置周围弓I入湍流模式。另外，衬套止动器36和凸起38会倾向于经历磨损，且它们需要定期维护。 另外，随着压縮空气流从燃烧室衬套12和流动套管10之间的环形空间传送进入罩组件的内套管32和外套管34之间的环形空间中，压縮空气会经历突然的膨胀。更具体地，因为燃烧室衬套12的端部16的外径大于罩的内套管32的外径，所以当压縮空气越过燃烧室衬套12的端部16时会有突然的膨胀。 另外，当压縮空气离开罩组件，且被倒入燃烧室壳体20内的气室区域中时，空气会经历另外的甚至更大的膨胀。 图3示出了提供与图1和2中所示的燃烧室组件相比改进的空气流动的燃烧室组件的第一实施例。此燃烧室组件仍然包括流动套管IO和燃烧室衬套12。如前所述，进入的压縮空气移动穿过燃烧室衬套12和流动套管IO之间的环形空间，如由箭头14所示。在此实施例中，罩组件60包括外套管62和内套管64。图4A、4B和5中更加详细地显示了此罩组件。 如图4A和4B所示，罩组件包括泻流板(effusion plate) 80，泻流板80包括多个孔口 82。燃料喷射器40将位于对应于各个孔口 82的大约中心的位置处。
大体圆柱形的内套管64同心地安装在外套管62内部。多个支撑柱70在内套管和外套管之间延伸。如在图3中最佳地看到，内套管64的外径从泻流板端部或后端到前端66逐渐变得更小。 因为罩组件60的内套管64的外径从连接到燃烧室衬套12上的后端到前端66逐渐縮小，所以形成于内套管64和外套管62之间的环形空间从罩组件的后端到罩组件的前端逐渐变得更大。换句话说，没有如在上述背景技术燃烧室组件中出现的突然、急剧或瞬间的这个环形空间的膨胀。因此，沿着图3中的流动箭头方向，移动穿过此空间的压縮空气的体积将会以逐步及受控制的方式增大。 空气体积的这种逐步增加与当压縮空气移动穿过图1和2所示的背景技术燃烧室罩中的对应空间时发生的突然膨胀截然相反。这种受控制的膨胀还在空气被倒入燃烧室壳体20内部的气室区域中之前，使压縮空气逐渐变慢，所有这些都有助于防止在背景技术燃烧室组件中发生的寄生流动损失。 在上述实施例中，内套管具有逐渐縮小的外径，这使得罩的内套管和外套管之间的环形空间的体积从罩的后端到罩的前端逐渐增大。然而，在备选实施例中，可以不同的方式实现这种相同的效果。例如，外套管的直径可增大，而内套管的直径可保持基本相同。在又另外的实施例中，内套管的直径可逐渐縮小，而外套管的直径可逐渐增大。当压縮空气从罩的后端传送到罩的前端时，这两种备选的布置也将会导致穿过内套管和外套管之间的环形空间的压縮空气的逐步及受控制的膨胀。 另外，燃烧室衬套12被匹配到罩组件的内套管64的后端的带阶梯的部分上。图5更详细地显示了燃烧室衬套12和罩组件60的内套管64之间的交接处。如图中所示，罩组件60的内套管64的后缘包括带阶梯的部分。该带阶梯的部分包括由阶梯66连接的较大直径部分67和较小直径部分68。燃烧室衬套12的端部包围内套管64的较小直径部分68。密封件18位于内套管64的较小直径部分68的外表面和燃烧室衬套12的内表面之间。
燃烧室衬套的外径大约等于内套管64的较大直径部分67的外径。因此，流经燃烧室衬套20的端部16和罩的内套管64之间的交接处的空气，在体积上不会如图1和2中所示的背景技术燃烧室组件的情况那样经历突然的增大。此特征还有助于防止寄生损失。
形成于罩组件的内套管64上的阶梯66还可起相对于罩组件60和燃烧室壳体20适当地定位燃烧室衬套12的作用。特别地，阶梯66形成支承面69，燃烧室衬套12的端部16邻接该支承面69。在燃烧室衬套12的周边周围使燃烧室衬套12的端部16与阶梯66的支承面69相邻接，会使元件相对于彼此适当地定位。 另外，突出部72可形成于罩组件60的内套管64上，而对应的凹部74可形成于燃烧室衬套12的端部16处。突出部72接收在凹部74中。结果，燃烧室衬套12不能够相对于罩组件60旋转。可用突出部和凹部的备选布置来执行这种抗旋转功能。例如，突出部可形成于燃烧室衬套12的端部上，而凹部可形成于罩组件的内套管64上。另外，虽然图5所示的实施例具有沿纵向轴向方向延伸的突出部和凹部，但是这些突出部和凹部也可沿径向方向形成。 使用匹配到燃烧室衬套上的罩的带阶梯的内套管以及用以防止相对旋转的突出部和凹部，会消除背景技术燃烧室组件中对衬套止动器、凸起和槽穴的需要。消除衬套止动器、凸起和槽穴还会降低寄生损失，以及对那些物品的定期维护的需要。该新构造还会降低燃烧室组件的总成本。 降低寄生损失以多种方式有助于发动机效率。首先，降低寄生损失将导致使给定量的压縮空气流过燃烧室所需的功较少。另外，因为在背景技术燃烧室组件中发生的剪切作用会产生热，且因为剪切作用得以降低，所以压縮空气将会在较低的温度下输送到燃烧室，这也会提高发动机效率。 虽然已经结合目前被认为是最实用的和优选的实施例的内容对本发明进行了描述，但将理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，本发明意图覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效布置。
权利要求
一种用于涡轮机的燃烧室组件，包括大体圆柱形的流动套管；同心地安装在所述流动套管内部的大体圆柱形的燃烧室衬套，其中，压缩空气流过形成于所述燃烧室衬套的外部和所述流动套管的内部之间的空间；附连到所述流动套管的端部上的大体圆柱形的燃烧室壳体；安装在所述燃烧室壳体中的罩，所述罩包括大体圆柱形的外套管和同心地安装在所述外套管内部的大体圆柱形的内套管，其中，所述燃烧室衬套的端部联接到所述内套管的后端上，从而使得在所述流动套管和所述燃烧室衬套之间流动的压缩空气流入所述罩的内套管和外套管之间的空间中，并且其中，所述内套管和外套管构造成使得当空气从所述罩的后端传送到所述罩的前端时，穿过所述内套管和外套管之间的空间的空气的体积逐渐增大。
2. 根据权利要求1所述的燃烧室组件，其特征在于，所述内套管的直径从所述内套管 的后端朝向所述内套管的前端逐渐縮小。
3. 根据权利要求1所述的燃烧室组件，其特征在于，所述罩的内套管的后端具有包括 小直径部分和大直径部分的阶梯，并且其中，联接到所述内套管上的所述燃烧室衬套的端 部包围所述小直径部分。
4. 根据权利要求3所述的燃烧室组件，其特征在于，联接到所述内套管上的所述燃烧 室衬套的端部的外径与所述阶梯的大直径部分的外径基本相同。
5. 根据权利要求4所述的燃烧室组件，其特征在于，所述阶梯包括在所述大直径部分 和所述小直径部分之间延伸的支承面，并且其中，所述燃烧室衬套的端部邻接所述支承面， 以相对于所述罩和所述燃烧室壳体适当地定位所述燃烧室衬套。
6. 根据权利要求5所述的燃烧室组件，其特征在于，突出部形成于所述罩的内套管和 所述燃烧室衬套中的一个上，其中，凹部形成于所述罩的内套管和所述燃烧室衬套中的另 一个上，并且其中，所述突出部接收在所述凹部中，以防止所述燃烧室衬套相对于所述罩旋 转。
7. 根据权利要求1所述的燃烧室组件，其特征在于，突出部形成于所述罩的内套管和 所述燃烧室衬套中的一个上，其中，凹部形成于所述罩的内套管和所述燃烧室衬套中的另 一个上，并且其中，所述突出部接收在所述凹部中，以防止所述燃烧室衬套相对于所述罩旋 转。
全文摘要
本发明涉及一种用于涡轮发动机的燃烧室组件和罩。用于涡轮发动机的燃烧室组件包括罩组件，罩组件使提供给燃烧室组件的压缩空气的体积逐渐增大，且在将压缩空气输送到燃烧室区域中之前以受控制的方式使压缩空气变慢。罩组件包括以同心方式安装的内套管和外套管。形成于内套管和外套管之间的环形空间从后端到前端逐渐增大。带阶梯的部分形成于罩组件的内套管上，而且此带阶梯的部分连接到对应的燃烧室衬套上。
文档编号F23R3/16GK101793407SQ20101000553
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月15日 优先权日2009年1月16日
发明者P·梅尔顿, T·E·约翰逊 申请人:通用电气公司