专利名称：具有增强冷却的用于涡轮发动机的燃烧器组件的制作方法
具有增强冷却的用于涡轮发动机的燃烧器组件
背景技术：
在发电工业中使用的涡轮发动机典型地包括由多个燃烧器围绕的压缩机分段。在 每个燃烧器中，来自涡轮的压缩机分段的压缩空气被引入燃烧器衬套的内部。压缩空气与 燃料混合，然后点燃燃料-空气混合物。燃烧气体然后离开燃烧器并且进入发动机的涡轮 分段。在典型的燃烧器组件中，燃烧器衬套由流动套筒围绕。定位在流动套筒的内表面 与燃烧器衬套的外表面之间的环形空间引导压缩空气流从涡轮的压缩机分段进入燃烧在 此处发生的燃烧器衬套的内部。来自涡轮的压缩机分段的压缩空气还围绕流动套筒的外 部。冷却孔可形成在流动套筒中，以允许压缩空气从在流动套筒外的位置，通过冷却孔并且 进入环形空间。通过冷却孔的压缩空气流冲击燃烧器衬套的外表面。通过冷却孔撞向燃烧 器衬套的外表面的该压缩空气流帮助冷却燃烧器衬套。
发明内容
在第一方面中，本发明可在用于涡轮发动机的燃烧器中实施，燃烧器包括燃烧器 衬套、安装在燃烧器衬套的上游端处的端盖和围绕燃烧器衬套的外部的流动套筒。压缩空 气流过燃烧器衬套的外表面与流动套筒的内表面之间的环形空间。冷却孔穿透流动套筒， 冷却孔允许压缩空气从流动套筒的外部流入环形空间。流动套筒包括至少一个直径减小 部分，沿流动套筒的至少一个直径减小部分的环形空间的高度比沿流动套筒的其它部分更 小。在第二方面中，本发明可在用于涡轮发动机的燃烧器中实施，燃烧器包括燃烧器 衬套、安装在燃烧器衬套的上游端处的端盖和围绕燃烧器衬套的外部的流动套筒。压缩空 气流过燃烧器衬套的外表面与流动套筒的内表面之间的环形空间。冷却孔穿透流动套筒， 冷却孔允许压缩空气从流动套筒的外部流入环形空间。流动套筒的内表面与燃烧器衬套的 外表面之间的环形空间的高度沿流动套筒的长度改变。
图1是示出用于涡轮发动机的典型的燃烧器组件的截面图；图2是示出用于涡轮发动机的另一种典型的燃烧器组件的截面图；图3是示出包括燃烧器衬套和围绕的流动套筒的燃烧器组件的一部分的截面图；图4是示出包括燃烧器衬套和围绕的流动套筒的燃烧器组件的一部分的截面图；图5是示出包括燃烧器衬套和围绕的流动套筒的燃烧器组件的一部分的截面图， 其中流动套筒的一部分具有减小的直径；图6示出包括具有两个直径减小部分的流动套筒的燃烧器组件；图7是示出包括燃烧器衬套和流动套筒的燃烧器组件的一部分的截面图，流动套 筒包括直径减小部分，其中冷却套环定位在直径减小部分的冷却孔中；图8是示出包括燃烧器衬套和具有直径减小部分的流动套筒的燃烧器组件的一部分的截面图；图9是示出包括燃烧器衬套和具有直径减小部分的流动套筒的燃烧器组件的一 部分的截面图；以及图10是示出包括燃烧器衬套和具有直径减小部分的流动套筒的燃烧器组件的一 部分的截面图。
具体实施例方式图1中示出用于涡轮发动机的典型的燃烧器组件。如其中所示，罩壳100围绕燃 烧器组件的外部。来自涡轮的压缩机分段的压缩空气从下方进入罩壳内。燃烧器组件包括围绕大致圆柱形的燃烧器衬套120的流动套筒112。燃烧器衬套 120的下游端输送燃烧产物到过渡件116。过渡件116引导燃烧产物流进入发动机的涡轮 分段。冲击套筒114围绕过渡件116的外部。端盖130定位在燃烧器衬套120的上游端处。多个初级燃料喷嘴140围绕圆柱形 端盖130的外部安装。此外，次级燃料喷嘴150定位在端盖130的中心处。燃烧区域200 正好定位在初级和次级燃料喷嘴下游。来自涡轮的压缩机分段的压缩空气进入形成在燃烧器衬套120的外表面与流动 套筒110的内表面之间的环形空间。图1中的箭头示出该环形空间中的压缩空气朝向端盖 130和燃料喷嘴向下移动燃烧器组件的长度。压缩空气然后在端盖130后面转向180°并 且流入燃烧区域200。流过燃料喷嘴的压缩空气与通过燃料喷嘴输送到压缩空气流的燃料 进行混合。燃料-空气混合物然后正好在燃料喷嘴下游在燃烧区域200中点燃。燃烧气体 然后向下传送燃烧器衬套的长度，如箭头所示，燃烧气体通过在燃烧器衬套120的下游端 处的过渡件116并且进入发动机的涡轮分段。多个冷却孔112可沿流动套筒110的长度定位。冷却孔还可定位在围绕过渡件 116的冲击套筒114上。如图1中箭头所示，压缩空气可从在流动套筒外的位置，通过冷却 孔112并且进入燃烧器衬套120与流动套筒110之间的环形空间。通过冷却孔112的压缩 空气的运动使该压缩空气冲击燃烧器衬套120的外表面，并且该压缩空气帮助冷却燃烧器 衬套120。同样地，冷却空气可通过围绕过渡件116的冲击套筒114中的冷却孔并且冲击过 渡件116的外表面以冷却过渡件116。图2示出燃烧器的替代设计，其中，排除了过渡件116和冲击套筒114。在该实施 例中，燃烧器衬套120 —直向下延伸到发动机的涡轮分段的进口。在图1和图2中示出的实施例的任一个中，每单位面积的许多冷却孔可定位在围 绕燃烧器衬套的更热部分的流动套筒的这些部分中。因此，每单位面积提供更多冷却孔将 帮助冷却燃烧器衬套120的更热部分。图3提供燃烧器组件的一部分的近视截面图。如图3所示，多个冷却孔112形成 在围绕燃烧器衬套120的流动套筒110中。图3中的箭头示出在燃烧器衬套120与流动 套筒110之间的环形空间中的和通过冷却孔112的压缩空气流两者。如图3所示，通过冷 却孔112进入环形空间的空气倾向于向下移动通过环形空间以冲击燃烧器衬套120的外表 面，以因此帮助冷却燃烧器衬套120。图4示出与图3相似的视图。在图4中，流动套筒110包括安装在某些冷却孔112中的多个冷却套环116。冷却套环116具有圆柱形部分，其从流动套筒110的内表面向下朝 向燃烧器衬套120的外表面延伸。因此，冷却套环116帮助确保通过流动套筒的冷却孔进 入的冷却空气被指引更加有力地撞向燃烧器衬套120的外表面。冷却套环116的使用帮助 增强由冷却孔112提供的并且由燃烧器衬套120经历的冷却效果。然而，向下延伸进入环 形空间的冷却套环116的存在可能阻碍沿燃烧器衬套与流动套筒之间的环形空间的压缩 空气的平滑流动。图5示出与图3和图4相似的视图。如图5所示，流动套筒110围绕燃烧器衬套 120的外部。然而，在图5示出的实施例中，流动套筒110具有直径减小部分114。因此，燃 烧器衬套120的外表面与流动套筒110的内表面之间的环形空间的高度沿流动套筒110的 直径减小部分114减小。通过在流动套筒110的直径减小部分114中的冷却孔112的冷却空气更加有力地 迫使撞击燃烧器衬套120的外表面。因此，形成流动套筒使得它包括直径减小部分114可帮 助增强由沿流动套筒110的直径减小部分的燃烧器衬套经历的冷却效果。在这一点上，流 动套筒110的直径减小部分114以与图4中示出的冷却套环相似的方式进行操作。然而， 在图5示出的实施例中，不需要套筒以便产生该增强的冷却效果。因此，在环形空间中没有 套筒存在以阻碍通过环形空间的冷却空气的流动。图6示出包括具有两个直径减小部分的流动套筒110的燃烧器组件。如图6所示， 第一直径减小部分114定位在燃烧器衬套120的下游端处。该直径减小部分114邻近在输 送燃烧气体进入发动机的涡轮分段之前直径减小的燃烧器衬套120的部分定位。图6中示出的流动套筒110还包括定位在燃烧器衬套120的上游端处的第二直径 减小部分114。流动套筒110的该第二直径减小部分114邻近在燃烧器衬套120内的燃烧 区域200定位。如以上所解释的，流动套筒110的直径减小部分114帮助增强通过冷却孔112的 冷却空气的冷却效果，提供更强冷却到燃烧器衬套120的选择部分。此外，如图6所示，与 流动套筒的直径更大部分相比，在流动套筒110的直径减小部分114中每单位面积冷却孔 的数目可更多。而且，提供每单位面积增加的冷却孔数目进一步帮助增强提供到邻近流动 套筒110的直径减小部分114的燃烧器衬套的冷却效果。图7示出包括燃烧器衬套120和流动套筒110的燃烧器组件的另一个实施例。在 图7示出的实施例中，冷却套环116提供在流动套筒110的直径减小部分114的冷却孔112 中。通过减小流动套筒的直径以减小环形空间的高度以及还通过在直径减小部分114处的 冷却孔112中提供冷却套环116，可使通过冷却套环116并且冲击燃烧器衬套120的外表面 的冷却空气的冷却效果最大化。图8示出燃烧器组件的另一个实施例。在图8示出的实施例中，每单位面积更多 的冷却孔112形成在流动套筒110的直径减小部分114上。此外，与流动套筒110的直径 更大部分相比，在流动套筒110的直径减小部分114中每个单独的冷却孔112的直径更小。图9示出又一个实施例。在图9示出的实施例中，在流动套筒110的直径减小部 分114中的冷却孔112的直径大于在流动套筒110的其它部分中的冷却孔112的直径。如图8和图9中所示改变冷却孔的直径可改变由冷却孔提供的冷却效果。在一些 情况下，减小在流动套筒的直径减小部分中的冷却孔的直径可能是有利的。在其它情况下，增大在流动套筒的直径减小部分中的冷却孔的直径可能是有利的。图10示出又一个实施例。在该实施例中，没有冷却孔形成在流动套筒110的直径 减小部分114中。直径减小部分114使在流动套筒110与燃烧器衬套120之间的环形空间 中流动的空气的速度在直径减小部分114中增加。空气流动的速度的增加提供在直径减小 部分114处增强的冷却。尽管本发明连同目前被认为是最实用的和优选的实施例进行描述，但是将理解的 是本发明不限制于公开的实施例，而相反，意图是覆盖包括在所附权利要求的精神和范围 内的各种改变和等同布置。
权利要求
1.一种用于涡轮发动机的燃烧器，包括燃烧器衬套；端盖，其安装在所述燃烧器衬套的上游端处；和流动套筒，其围绕所述燃烧器衬套的外部，其中，压缩空气流过所述燃烧器衬套的外表 面与所述流动套筒的内表面之间的环形空间，冷却孔穿透所述流动套筒，所述冷却孔允许 压缩空气从所述流动套筒的外部流入所述环形空间，并且所述流动套筒包括至少一个直径 减小部分，沿所述流动套筒的至少一个直径减小部分的所述环形空间的高度比沿所述流动 套筒的其它部分的更小。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，沿所述流动套筒的至少一个直径减小 部分比沿所述流动套筒的其它部分形成每单位面积更多的冷却孔。
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，沿所述流动套筒的至少一个直径减小 部分的所述冷却孔的直径小于沿所述流动套筒的其它部分的所述冷却孔的直径。
4.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，沿所述流动套筒的至少一个直径减小 部分的所述冷却孔的直径大于沿所述流动套筒的其它部分的所述冷却孔的直径。
5.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，冷却套环安装在沿所述流动套筒的至 少一个直径减小部分定位的所述冷却孔中。
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，每个所述冷却套环包括从所述流动套 筒的内表面朝向所述燃烧器衬套的外表面延伸的圆柱形筒体。
7.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，沿所述流动套筒的至少一个直径减小 部分的所述冷却孔的直径小于沿所述流动套筒的其它部分的所述冷却孔的直径。
8.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，沿所述流动套筒的至少一个直径减小 部分的所述冷却孔的直径大于沿所述流动套筒的其它部分的所述冷却孔的直径。
9.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，冷却套环安装在沿所述流动套筒的至 少一个直径减小部分的所述冷却孔中。
10.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，每个所述冷却套环包括从所述流动套 筒的内表面朝向所述燃烧器衬套的外表面延伸的圆柱形筒体。
全文摘要
本发明涉及具有增强冷却的用于涡轮发动机的燃烧器组件。用于涡轮发动机的燃烧器组件包括燃烧器衬套和围绕燃烧器衬套的流动套筒。压缩空气流过定位在燃烧器衬套的外表面与流动套筒的内表面之间的环形空间。多个冷却孔穿过流动套筒形成以允许压缩空气从在流动套筒外的位置，流过冷却孔并且流入环形空间。环形空间的高度可沿燃烧器组件的长度改变。因此，流动套筒可具有直径减小部分，其造成环形空间的高度在沿燃烧器组件的长度的某些位置小于其它位置。
文档编号F23D14/00GK102062399SQ20101055391
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月11日 优先权日2009年11月11日
发明者L·B·小戴维斯, R·J·基拉 申请人:通用电气公司