专利名称：用于消除空气泄漏的整体式衬套和文丘里管的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于最小化或消除燃气涡轮机燃烧器中的稀释空气泄漏路径的装置 和方法，且更具体而言，本发明涉及用于管理稀释空气泄漏以实现更低的排放水平的装置 和方法。
背景技术：
如众所周知的那样，燃气涡轮机排放中的大量燃烧产物是氮的氧化物(即总称为 NOx的NO和NO2)、一氧化碳CO和未燃烧的碳氢化合物以及其它微粒。已经提出和使用了 各种系统来减少排放。例如，在过去，已经使用了将水和蒸汽注入燃气涡轮机燃烧器的燃烧 区中、来自燃气涡轮机排气的NOx和CO的催化式净化以及干式低NOx燃烧器。也已经使用 了引入燃烧器的衬套套管和过渡件中的压缩机排出稀释空气来减少排放物。合乎需要的将是基本减少或消除泄露，使得保存比较不关键的区域中的空气流， 且使其在罐与罐之间更加一致。另外，合乎需要的将是基本减少或消除泄露，使得可通过混 合孔以更分散且均勻的混合的方式在可用区域中增加空气流。
发明内容
在一个示例性实施例中，一种用于燃气涡轮机燃烧器的燃烧衬套组件包括沿周向 设置在燃烧器的中心轴线的周围的多个燃料喷嘴，以及设置在燃料喷嘴的下游且连接到衬 套组件的首端上的文丘里管区段。文丘里管区段在燃料喷嘴的下游限定了环形喉部区域。 衬套套管连接到文丘里管区段的下游端上，且始于该下游端处。文丘里管区段的至少一部 分用作衬套套管的上游的衬套。在另一个示例性实施例中，一种减少燃气涡轮机中的燃烧衬套组件的文丘里管区 段和衬套套管之间的空气流损失的方法包括以下步骤将文丘里管区段的至少一部分用作 衬套套管的上游的衬套；以及在文丘里管区段与衬套套管之间的接合部处和在燃烧衬套组 件的文丘里管区段与首端之间的接合部处提供环形焊缝。在又一个示例性实施例中，一种用于燃气涡轮机燃烧器的燃烧衬套组件包括通过 环形焊缝连接到衬套组件的首端上的文丘里管区段，其中，文丘里管区段在衬套组件内限 定了环形喉部区域；以及连接到文丘里管区段的下游端上且始于该下游端处的衬套套管， 其中，衬套套管通过环形焊缝连接到文丘里管区段的下游端上。文丘里管区段的至少一部 分用作衬套套管的上游的衬套。
图1是燃烧器中心线周围的燃烧衬套组件的一半的剖断截面图；图2显示了具有用作衬套的一部分的文丘里管区段的一个实施例；图3是一种备选设计；图4显示了使用连接器的另一个实施例；
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图5是又一个备选实施例的截面图；以及图6是再一个实施例的截面图。部件列表10燃烧衬套组件12罩中心体14衬套套管16主燃料喷嘴杯组件18文丘里管区段20中心线轴线22旋流器24沿周向隔开的孔口26内衬套/壁28外衬套/壁30径向内侧顶点32喉部区域34内壁部分36外壁部分38 法兰40 法兰42 铆钉44沿周向隔开的铆钉46环形气室50 孔 口62 首端64环形焊缝66环形焊缝68伸缩接头或滑动接头681叉形区段682直区段69 孔 口70连接器部分72 端柱74分开端
具体实施例方式现参看附图，尤其参看图1，显示了大体指定为10的燃烧衬套组件，其包括罩中心 体12、衬套套管14、主燃料喷嘴杯组件16和文丘里管区段18。将理解的是，燃烧衬套组件 10在中心线轴线20的周围在构造上为圆柱形或环形，且多个主燃料喷嘴16在轴线20周围 彼此沿周向隔开。旋流器22显示为罩中心体12的一部分。衬套套管14具有包括多个沿周向隔开的孔口 24的入口，孔口 24接收来自燃烧衬套组件和燃烧流动套管/壳体之间的 气室(未显示)的压缩机排出空气。文丘里管18包括设置在衬套套管14内的预制式双壁 环形结构，且包括内衬套/壁26和外衬套/壁28。文丘里管18具有与中心罩体12 —起限 定了喉部区域32的径向内侧顶点30。文丘里管18的内衬套26和外衬套28分别包括内壁 部分34和外壁部分36，内壁部分34和外壁部分36沿轴向向上游且沿径向向外延伸朝向杯 组件16。壁部分34和36分别在一对法兰38和40中终止，法兰38和40弯转，以在大体 沿轴向向下游的方向上延伸。法兰可通过铆钉42固定到衬套套管14上。在现有技术设计 中，文丘里管区段18的外衬套28还通过多个沿周向隔开的铆钉44在文丘里管的下游固定 到衬套套管14上。如在图1中最佳地示出的那样，衬套套管14沿径向向内凹陷，以覆盖文 丘里管18的外衬套28，从而在本质上形成用于使衬套套管14和外文丘里管套管28固定在 彼此上的凹入带。已经发现，供应到燃烧器的稀释空气的泄露路径的偏差对排放有很大的影响，且 这些偏差是部件容差和部件的组装的结果。例如，所关心的主泄露路径在衬套套管14和文 丘里管18的外套管28之间、铆钉44的区域中。将看到的是，通过孔口 24从燃烧衬套的外 部供应到环形气室46的压缩机排出空气可通过铆接式连接件泄露。但是，关于各种相同的 燃烧器，已经发现经过铆接接头的泄露流的偏差，并且因此，排放将有所变化。还没有标识 或控制此前由泄露路径流导致的那些排放。对于通过外文丘里管套管28中的孔口 50从气室46流到在内文丘里管套管26和 外文丘里管套管28 (分别)之间的空间中的稀释空气，存在另外的泄露路径。这个另外的泄 露路径经过文丘里管18的(分别的)内衬套34和外衬套36的法兰38和40之间。虽然 这些法兰38和40在过去彼此接合且铆接到衬套套管14上，但是在法兰之间以及燃烧衬套 与相同的燃烧衬套之间会出现变化的间隙，从而导致表面上相同的燃烧器的变化的排放。在衬套套管14和文丘里管18的交迭的法兰38和40之间出现了另外的泄露间 隙。已经表明这些间隙在相同地构造的燃烧器之间不同，且因此导致产生变化的排放的泄 露流。而且，重要的是文丘里管喉部区域32必须保持在预定极限内(尽管文丘里管可从衬 套套管中移除以进行维护和维修)。还重要的是在文丘里管和衬套套管的最初制造之后和 在燃烧器的寿命期间贯穿在燃烧器上执行的各种维修程序来保持喉部区域。图2和5显示了具有整体式文丘里管区段和衬套的一个示例性实施例，其基本减 少或消除了泄露区域和泄露损失。如图所示，文丘里管区段18连接到衬套组件的首端62 上。像现有设计一样，壁部分34、36的法兰38、40在大体沿轴向向下游的方向上延伸。但 是，在图2所示的实施例中，在文丘里管区段18的上游端固定到首端62上所处的位置和文 丘里管区段18的下游端之间的区域中，移除了衬套套管14。环形焊缝64密封文丘里管区 段18的上游端和首端62之间的接合部。另外，文丘里管区段18的下游端通过环形焊缝66 连接到衬套套管14上。这样，文丘里管区段18的一部分就用作缩短的衬套套管14的上游 的衬套。这个结构有效地结合了文丘里管区段18和衬套套管14。图3显示了使用包括叉形区段681和直区段682的伸缩接头(expansion joint) 或滑动接头68的更复杂的设计。在这个实施例中，叉形区段681与首端62和文丘里管区段 18成整体。因而，消除了在连接到首端上的文丘里管区段连接件处的泄露路径。冷却空气 传送通过直区段682中的孔口 69。如果空气在滑动接头68周围泄露，则其对燃烧器的性能没有影响，因为已经允许空气从最外侧的衬套壁中的孔口 69进入空心的文丘里管腔体中。在图4中显示了又一个备选实施例。在这个实施例中，优选为机械加工的连接器 部件的连接器部件70将文丘里管区段18连接到首端62上。如所显示的，在优选的构造中， 连接器部件70为Y形，包括端柱72和分开端74。分开端74焊接到文丘里管区段18的内 壁和外壁上，而比分开端74更厚的端柱72则焊接到首端62上。通过该连接器部件，去除 了燃烧衬套14的较大的区域。图4中的箭头A示出了衬套在其上被移除的轴向长度。图6示出了又一个备选实施例。在这个实施例中，文丘里管区段18和首端62之 间以及文丘里管区段18和衬套套管14之间的所有间隙和泄露路径经由环形密封件(例如 通过铜焊等)密封。在组装期间，衬套可直立倾斜，以允许铜焊材料通过毛细作用进入间隙 中。所描述的实施例显著地减少或消除了文丘里管壁和衬套壁之间的空气流损失。与 将空气流泄露到直接流中相比，消除空气流损失将允许在首端燃烧区中的燃料空气混合物 中使用更一致的空气流。所描述的简单的构造使用与在现有设计中存在的相似的部件和技 术。实施例易于制造，且将在罐与罐之间产生更加可重复的空气流，且转而将有助于产生比 现有设计更好的燃料空气混合模式，同时还降低燃烧排放。该设计显著减少或消除了文丘 里管和衬套壁之间的区域中的空气流泄露，使得可通过混合孔以比关于现有设计的更加分 散且均勻的混合的方式来在区域中使用空气流。可将构件用作控制点来调节空气流，从而 使得可使用由于减少的空气流损失而获得的另外的空气流来降低排放，以及降低罐与罐之 间的偏差。虽然已经结合目前被认为是最实用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，本发明不限于公开的实施例，而是相反，本发明意在覆盖包括在所附的权利 要求书的精神和范围内的各种修改和等效布置。
权利要求
一种用于燃气涡轮机燃烧器的燃烧衬套组件，所述燃烧衬套组件包括沿周向设置在所述燃烧器的中心轴线的周围的多个燃料喷嘴(16)；设置在所述燃料喷嘴的下游且连接到所述衬套组件的首端(62)上的文丘里管区段(18)，所述文丘里管区段在所述燃料喷嘴的下游限定了环形喉部区域(32)；以及连接到所述文丘里管区段的下游端上且始于所述下游端处的衬套套管(14)，其中，所述文丘里管区段的至少一部分用作所述衬套套管的上游的衬套。
2.根据权利要求1所述的燃烧衬套组件，其特征在于，所述衬套套管(14)通过环形焊 缝(64)连接到所述文丘里管区段(18)的所述下游端上。
3.根据权利要求1所述的燃烧衬套组件，其特征在于，所述文丘里管区段(18)通过环 形焊缝(66)连接到所述首端(62)上。
4.根据权利要求1所述的燃烧衬套组件，其特征在于，所述燃烧衬套组件进一步包括 将所述文丘里管区段(18)连接到所述首端(62)上的连接器部件(70)。
5.根据权利要求4所述的燃烧衬套组件，其特征在于，所述文丘里管区段(18)包括双 壁结构，所述双壁结构包括内壁(34)和外壁(36)，并且其中，所述连接器部件(70)为包括 端柱(72)和分开端(74)的Y形，所述分开端焊接到所述文丘里管区段的所述内壁和所述 外壁上，且所述端柱焊接到所述首端(62)上。
6.根据权利要求5所述的燃烧衬套组件，其特征在于，所述连接器部件(70)的所述端 柱(72)比所述分开端(74)更厚。
7.根据权利要求1所述的燃烧衬套组件，其特征在于，所述文丘里管区段(18)的上游 端在法兰(38)中终止，所述法兰(38)弯曲而沿下游方向沿轴向延伸，其中，所述法兰通过 多个铆钉(42)固定到所述首端(62)上，并且其中，所述法兰通过环形焊缝密封。
8.根据权利要求1所述的燃烧衬套组件，其特征在于，在所述文丘里管区段(18)和所 述首端(62)之间以及在所述文丘里管区段和所述衬套套管(14)之间的所有间隙和泄漏路 径通过环形密封件密封。
9.在燃气涡轮机中，一种减少燃烧衬套组件的文丘里管区段(18)和衬套套管(14)之 间的空气流损失的方法，所述方法包括将所述文丘里管区段的至少一部分用作所述衬套套管的上游的衬套；以及在所述文丘里管区段与所述衬套套管之间的接合部处以及在所述文丘里管区段与所 述燃烧衬套组件的首端之间的接合部处提供环形焊缝(64，66)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使用由于减少的空 气流损失的额外的空气流，以允许在所述首端(62)中的燃料-空气混合物中有更加一致的 空气流。
全文摘要
本发明涉及一种用于消除空气泄漏的整体式衬套和文丘里管。一种用于燃气涡轮机燃烧器的燃烧衬套组件包括沿周向设置在燃烧器的中心轴线的周围的多个燃料喷嘴(16)，以及设置在燃料喷嘴的下游且连接到衬套组件的首端(62)上的文丘里管区段(18)。文丘里管区段在燃料喷嘴的下游限定环形喉部区域(32)。衬套套管(14)连接到文丘里管区段的下游端，且始于该下游端处。文丘里管区段的至少一部分用作衬套套管的上游的衬套。
文档编号F23D14/46GK101995021SQ20101026713
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月18日 优先权日2009年8月18日
发明者J·勒贝格, P·波波维奇, T·D·帕坎, W·K·赫斯勒 申请人:通用电气公司