专利名称：冲击冷却的联焰管组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气涡轮机燃烧器，且更具体而言，涉及在布置在绕着燃气涡轮机 的轴向中心线的圆中的相邻的燃烧室(“罐")之间延伸的联焰管(crossfiretube)构造。
背景技术：
传统的燃气涡轮机典型地包括布置在涡轮机的轴向中心线周围的圆中的若干个 燃烧室(也称为“罐”)。除了在相邻的罐之间的联焰管连接之外，燃烧罐彼此隔离。 联焰管基本上为开口的管状结构，该结构起在起动期间在相应的罐之间的压差的影响下 在相邻的罐之间传播热气体和火焰的作用。典型地，罐中的一个或者两个结合了点火装 置(例如，火花塞)，而另外的罐由来自毗邻的点燃的罐的、穿过联焰管的火焰来点燃。 此外，联焰管还可在从预混合模式转变到贫(燃料)_贫(燃料)模式期间将火焰从燃烧罐 的点燃的(预混合区)传送到未点燃的预混合区。大体上，联焰管的具体功能，不管是 在预混合区的点火期间还是重新点燃期间，都仅仅是传送来自毗邻的燃烧罐的火焰。该 过程大体发生在几秒左右。在燃气涡轮机操作的所有其它时间时，联焰管不执行具体功 能。
理论上，一旦所有的燃烧罐被点燃，它们的压力就会均衡，且通过联焰管的火 焰和气体流将停止。然而，在实际的燃气涡轮发动机中，相邻的燃烧罐之间的几何结 构、空气流量和燃料计量的不同可促进通过联焰管的持续的气体和火焰流。虽然通过 联焰管的少量的流不会影响燃气涡轮发动机的操作且有助于平衡来自燃烧罐的压力和流 动，但是热气体的持续的交联流动可由于将金属加热到其熔点而永久地损坏燃烧罐衬套 或联焰管。
一种用于阻碍联焰管中的持续的气体流动的已知的方法采用通过联焰管的排放 孔。加压的吹扫空气(来自压缩机)向内流动通过排放孔，且既冷却在联焰管中流动的 任何气体，又抵消沿着其长度的压差。吹扫空气流将在给定的压力差以下防止交联火焰 气体流动。此外，流动通过排放孔的空气倾向于冷却联焰管壁，以降低其温度。例如， 对美国专利No.5,896,742和No.6,334,294进行了参照。
美国专利Νο.5,001,896描述了结合了冲击套管的联焰管组件，在冲击套管中居中 地设置有联焰管。套管包括冷却孔阵列，该冷却孔阵列将冷却空气引导到联焰管上。冲 击套管和联焰管之间的空间形成了流动通道，冲击空气在被引导到燃烧罐的内部中之前 沿轴向方向沿着该流动通道流动。
设计成通过将加压的吹扫空气通过排放孔喷射到管腔体中来防止持续的交联火 焰的传统的联焰管是不利的，因为吹扫空气会绕过燃烧罐的头端，且因而对于供应到燃 烧罐的空气和燃料的预混合而言不可用，从而导致效率降低及排放增大。这个不利的方 面也适用于以上论述的美国5,001,896专利的冲击套管构造，因为冲击空气最终直接排到 燃烧罐中而不在头端处与燃料混合。
因而，工业上将受益于这样的用于冷却联焰管的健壮的且有效的系统该系统4不会降低可用于在燃烧罐的头端处与燃料预混合的燃烧空气的量。
发明内容
在以下描述中将部分地阐述本发明的各方面和优点，或者本发明的各方面和优 点根据该描述可显而易见，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。根据本发明的各方面，第一实施例(中)，提供了一种用于连接燃气涡轮机中的 相邻的燃烧罐的联焰管组件。该组件包括具有第一端和相对的凹端的第一管段。第二管 段具有第一端和相对的凸端，该相对的凸端同心地装配在第一管段的凹端内，使得在凹 端和凸端之间限定了交迭区。相应的第一管段和第二管段的第一端构造成固定到相应的 燃烧罐的衬套上。第一冲击套管从第一管段的凹端延伸到第一管段的第一端，且第二冲 击套管沿相反的方向从第一管段的凹端延伸到第二管段的第一端。冲击套管具有限定于 其中的多个计量孔(meteringhole)。利用以上所阐述的构造，燃烧冷却空气被引导通过冲击套管且沿轴向沿着分别 限定于第一冲击套管和第二冲击套管与第一管段和第二管段之间的同心腔体流动。燃烧 冷却空气从腔体中排放，例如通过限定于管段的端处的环形凸脊中的计量孔排放，且流 到燃烧罐衬套和相应的燃烧罐套管之间的轴向燃烧空气流束中。因而，联焰管冷却空气 并未损失，且在燃烧罐的头端处可用于与燃料预混合。本发明还包括用于冷却连接燃气涡轮机中的相邻的燃烧罐的联焰管的方法。该 方法包括将第一管段的凸端连接到第二管段的凹端中，使得在凸端和凹端之间形成交迭 区。管段的相对端连接到相邻的燃烧罐的相应的衬套上。冲击套管构造在第一管段和第 二管段中的各个周围，以便在第一管段和第二管段与相应的冲击套管之间限定沿轴向延 伸的腔体。燃烧冷却空气被引导通过冲击套管，并且被引入第一管段和第二管段中的各 个周围的腔体。燃烧冷却空气沿相反的方向在交迭区的两侧上被引导，使得该燃烧冷却 空气在各个腔体中远离交迭区朝向燃烧罐衬套沿轴向流动。冷却空气从腔体中排放，并 且与流向燃烧罐的头端的、燃烧罐衬套和相应的燃烧罐套管之间的轴向燃烧空气流束汇
I=I O参照以下描述和所附的权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将 得到更好的理解。结合在说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施 例，并且与描述一起起到阐述本发明的原理的作用。
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员而言本发明的完整的且能够实现的 公开，包括其最佳模式，说明书对附图进行了参照，在附图中图1是传统的燃烧器的剖视透视图；图2是根据本发明的各方面的联焰管构造的截面图；图3是来自图2的联焰管构造的实施例的管段的透视图；图4是来自图2的联焰管构造的实施例的不同的管段的透视图；且图5是处于相连接的构造的图3和图4的管段的透视图。部件列表
权利要求
1.一种用于连接燃气涡轮机中的相邻的燃烧罐(12)的联焰管组件(22)，包括具有第一端(26)和相对的凹端(28)的第一管段(24)；具有第一端(32)和相对的凸端(34)的第二管段(30)，该相对的凸端(34)同心地装 配在所述凹端内而在所述凹端和所述凸端之间有交迭区(36)；所述第一管段和第二管段的所述第一端中的各个构造成固定到相应的燃烧罐的衬套 (20)上；从所述凹端延伸到所述第一管段的所述第一端的第一冲击套管(44)，以及沿着相反 的方向从所述凹端延伸到所述第二管段的所述第一端的第二冲击套管(50)，所述冲击套 管具有限定于其中的多个计量孔(56)；分别限定在所述第一冲击套管和第二冲击套管与所述第一管段和第二管段之间的同 心腔体(58)；并且其中，燃烧冷却空气被引导通过所述冲击套管，并且沿着所述同心腔体沿轴向流 动，所述燃烧冷却空气从所述腔体排入相应的燃烧罐衬套和套管之间的轴向燃烧空气流 束中。
2.根据权利要求1所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述第一管段和第二管段 (24，30)在所述相应的第一端(26，32)处包括环形凸脊(38)，所述环形凸脊包括限定于 该环形凸脊中的多个轴向地定向的计量孔(42)，燃烧冷却空气通过计量孔(42)从所述腔 体中排放。
3.根据权利要求2所述的联焰管组件，其特征在于，所述冲击套管(44，50)脱离并 且在所述第一管段和第二管段(24，30)的所述相应的环形凸脊(38)上浮动。
4.根据权利要求2所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述第一管段和第二管段 (24，30)的所述第一端(26，32)包括用于附连到相应的燃烧罐衬套(20)上的肩部区段 (40)，所述环形凸脊(38)中的所述计量孔(42)设置在高于所述肩部的高度处，使得离开 所述计量孔的燃烧冷却空气沿着燃烧罐衬套流动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述凹端(28) 进一步包括在所述交迭区(36)周围限定于该凹端(28)中的多个计量孔(60)，且所述凸端 (34)包括与所述凹端(28)中的所述计量孔(60)以及与所述第二管段(30)周围的所述同 心腔体(58)连通的排放通路(62)，由此燃烧冷却空气还被引导通过所述交迭区周围的所 述凹端中的所述计量孔，并且沿着所述凸端中的所述排放通路沿轴向流动，并且流入所 述第二管段周围的所述同心腔体中。
6.根据权利要求3所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述排放通路(62)包括限 定在所述凸端(34)中、越过所述交迭区(36)而通向所述同心腔体(58)的环形凹槽。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述第一冲击 套管和第二冲击套管(44，50)是在所述交迭区(36)处分开地附连到所述凹端(28)上的 分开的构件。
8.根据权利要求7所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述冲击套管(44，50)具 有在所述交迭区(36)处附连到所述凹端(28)上的第一端(46，52)。
9.根据权利要求8所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述冲击套管(44，50)的 所述第一端(46，52)在所述凹端(28)上沿轴向间隔开，所述凹端(28)中的所述计量孔(60)限定在所述冲击套管的所述第一端之间。
10.一种用于冷却连接燃气涡轮机中的相邻的燃烧罐的联焰管的方法，包括将第一管段的凸端连接到第二管段的凹端中，使得在所述凸端和凹端之间形成交迭区；将相连接的管段的相对端连接到相邻的燃烧罐的相应的衬套上； 在第一管段和第二管段周围构造冲击套管，以便在第一管段和第二管段与相应的冲 击套管之间限定沿轴向延伸的腔体；将燃烧冷却空气引导通过冲击套管并且引入所述第一管段和第二管段中的各个周围 的腔体；在交迭区的两侧上沿相反的方向引导所述燃烧冷却空气，使得所述燃烧冷却空气在 各个所述腔体中远离所述交迭区朝向燃烧罐衬套沿轴向流动；以及从所述腔体中排放所述燃烧冷却空气，使得所述冷却燃烧空气与燃烧罐衬套和相应 的燃烧罐套管之间的轴向燃烧空气流束汇合。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括引导燃烧冷却空 气通过交迭区中的凹端，并且沿着所述交迭区中的凸端沿轴向引导，以便与所述第一管 段周围的腔体中的燃烧冷却空气汇合。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包括通过形成于所述第一管段和第二 管段的相对的相应端处的环形凸脊中的计量孔从所述第一管段和第二管段周围的腔体中 排放空气，所述计量孔设置在管段端与燃烧罐衬套的附连点的径向外部。
全文摘要
本发明涉及一种冲击冷却的联焰管组件。联焰管组件构造成用于连接燃气涡轮机中的相邻的燃烧罐，且包括具有第一端和相对的凹端的第一管段。第二管段具有第一端和相对的凸端，该相对的凸端同心地装配在凹端内而使得在凹端和凸端之间有交迭区。管段的各个第一端构造成用于固定到相应的燃烧罐的衬套上。相对地定向的第一冲击套管和第二冲击套管从第一管段的凹端延伸到管段的相应的第一端。燃烧冷却空气被引导通过冲击套管中的计量孔，并且沿着限定在冲击套管与第一管段和第二管段之间的同心腔体沿轴向流动。燃烧冷却空气从腔体排放到相应的燃烧罐衬套和套管之间的轴向燃烧空气流束中。
文档编号F23R3/48GK102022752SQ20101029857
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月20日 优先权日2009年9月21日
发明者S·K·维德纳 申请人:通用电气公司