专利名称：用于涡轮发动机的燃烧衬套的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于发电工业中的涡轮发动机，其典型地包括压缩机分段、燃烧器分段、以及涡轮分段。燃烧器分段典型地包括多个燃烧器，所述多个燃烧器围绕涡轮发动机的外周布置。
背景技术：
图1示出了涡轮发动机典型的燃烧器的一部分。燃烧器100包括外壳110，燃烧衬套定位在外壳110内侧。燃烧衬套能够包括初级燃烧分段衬套120、文丘里管(venturi)分段130、以及次级燃烧分段衬套140。来自涡轮发动机的压缩机分段的压缩空气沿形成在燃烧衬套与外壳110之间的环形空间行进，如图1中的箭头所示的。压缩空气行进至头部端，压缩空气在头部端处转向180°，并且接着被导入定位在初级燃烧分段衬套120内侧的初级燃烧区域160中。燃料在初级燃烧分段160中与压缩空气混合。空气燃料混合物在初级燃烧分段160、或次级燃烧分段170中被点燃。燃料喷嘴150可以突起通过燃烧衬套的中心，以将更多的燃料、或者空气与燃料的混合物输送到就位于文丘里管分段130上游处的燃烧衬套的内部中。如图1中所示，多个冷却孔122形成为通过初级燃烧衬套120，初级燃烧衬套120包绕初级燃烧分段160。冷却孔122形成在围绕燃烧衬套120的外周延伸的行中。冷却孔122允许来自位于燃烧衬套120与外壳110之间的环形空间的压缩空气能够进入燃烧衬套120的内部中。通过冷却孔122的空气流动有助于对燃烧衬套120进行冷却，使得燃烧衬套120能够承受与空气/燃料混合物的燃烧相关的热。有一种用于增强被允许通过冷却孔进入燃烧衬套的内部中的冷却空气的冷却效果的方法，是保证通入燃烧衬套中的空气能够在燃烧衬套的内表面上形成膜。图2示出了典型的现有技术燃烧衬套220，该燃烧衬套220已经经过改型，以有助于冷却空气在燃烧衬套220的内表面上形成膜。如图2中所示，多个遮板(louvers) 226紧邻冷却孔222安装在燃烧衬套220的内表面上。遮板226形成了围绕燃烧衬套220的内表面的环。当冷却空气被允许通过冷却孔222时，遮板226有助于沿燃烧衬套220的内表面引导冷却空气流，以增强被允许通过冷却孔222的空气的冷却性能。遗憾的是，存在与遮板226、还有与将遮板226附连至燃烧衬套220的内部表面所需的制造过程相关的成本问题。此外，用于将遮板226附连至燃烧衬套220的内表面的钎焊接头可能是相对较弱的。此外，遮板226的存在使得难于将热障涂层应用于燃烧衬套的内表面。
发明内容
在第一方面中，本发明实施成一种用于涡轮发动机的燃烧器的大体圆柱形燃烧衬套，该大体圆柱形燃烧衬套包括多个波动部(undulations)。每个波动部都围绕圆柱形衬套的圆周延伸。每个波动部都包括朝向圆柱形衬套的中心纵向轴线向内延伸的部分。没有遮板或内环安装在圆柱形衬套的内表面上。该衬套还包括多个冷却孔，多个冷却孔延伸贯穿圆柱形衬套，冷却孔布置成多行，每行冷却孔都设置在波动部中的一个波动部中。所述波动部中的每一个波动部都包括朝向所述圆柱形衬套的中心纵向轴线向内延伸的圆形的向内凸出部分。每行冷却孔都相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向定位在圆形的向内凸出部分的下游侧上。所述波动部中的每一个波动部都包括向内凸出部分，所述向内凸出部分朝向所述中心纵向轴线向内延伸；向外凸出部分，所述向外凸出部分向外延伸远离所述中心纵向轴线；以及倾斜部分，所述倾斜部分连接交替的向内凸出部分和向外凸出部分。相比定位在每个向外凸出部分的下游侧上的倾斜部分，相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向定位在每个向外凸出部分的上游侧上的倾斜部分相对于所述中心纵向轴线以较大角度形成坡度。每行冷却孔都相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向定位在这样的倾斜部分中所述倾斜部分位于每个向外凸出部分的上游侧上。所述燃烧衬套进一步包括位于所述圆柱形衬套的内表面上的热障涂层。在第二方面中，本发明实施成一种形成用于涡轮发动机的燃烧衬套的方法，该方法包括提供大体圆柱形衬套、以及在衬套中形成多个波动部的步骤，每个波动部都围绕圆柱形衬套的圆周延伸。每个波动部还包括朝向圆柱形衬套的中心纵向轴线向内延伸的部分，并且没有遮板或内环安装在圆柱形衬套的内表面上。该方法还包括在衬套中形成多个冷却孔的步骤，冷却孔延伸贯穿圆柱形衬套，冷却孔布置成多行，每行冷却孔都设置在波动部中的一个波动部中。形成多个波动部的步骤包括将所述圆柱形衬套的形状修改成包括多个圆形的向内凸出部分，所述多个圆形的向内凸出部分朝向所述圆柱形衬套的中心纵向轴线向内延伸。形成多个冷却孔的步骤包括相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向将所述冷却孔定位在所述圆形的向内凸出部分的下游侧上。形成多个波动部的步骤包括将每个波动部都形成为包括朝向所述中心纵向轴线向内延伸的向内凸出部分、向外延伸远离所述中心纵向轴线的向外凸出部分、以及结合交替的向内凸出部分和向外凸出部分的倾斜部分。形成多个波动部的步骤进一步包括形成所述波动部，使得相比定位在每个向外凸出部分的下游侧上的倾斜部分，相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向定位在每个向外凸出部分的上游侧上的倾斜部分相对于所述中心纵向轴线以较大角度形成坡度。或者，形成多个冷却孔的步骤包括相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向将每行冷却孔都定位在这样的倾斜部分上所述倾斜部分位于每个向外凸出部分的上游侧上。形成多个波动部的步骤进一步包括形成所述波动部，使得相比定位在每个向外凸出部分的下游侧上的倾斜部分，定位在每个向外凸出部分的上游侧上的倾斜部分相对于所述中心纵向轴线以较大角度形成坡度。或者，形成多个冷却孔的步骤包括相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向将每行冷却孔都定位在这样的倾斜部分上所述倾斜部分位于每个向外凸出部分的下游侧上。形成多个波动部的步骤进一步包括形成所述波动部，使得相比定位在每个向外凸出部分的下游侧上的所述倾斜部分，定位在每个向外凸出部分的上游侧上的倾斜部分相对于所述中心纵向轴线以较大角度形成坡度。
所述方法进一步包括将热障涂层应用在所述圆柱形衬套的内表面上。
图1是涡轮发动机的燃烧器的一部分的简图；图2示出了涡轮发动机的燃烧衬套的一部分；图3示出了具有向内凸出部分的燃烧衬套的一部分；图4示出了包括向内凸出部分和向外凸出部分的燃烧衬套的一部分；图5示出了具有向内凸出部分和向外凸出部分以及热障涂层的燃烧衬套的一部分；图6示出了具有向内凸出部分和向外凸出部分的燃烧衬套的另一个实施例的一部分；以及图7示出了包括向内凸出部分和向外凸出部分的燃烧衬套的另一个实施例的一部分。附图标记列表 燃烧器100 平直分段321 外壳110 冷却孔322 环形空间 115 凸出部分324 燃烧分段衬套120 燃烧衬套420 冷却孔122 冷却孔422 文丘里管分段130 向内凸出部分 424 燃烧衬套 140 向外凸出部分 425 燃料喷嘴 150 倾斜部分427，429 燃烧分段 160 燃烧衬套520 次级燃烧分段170 冷却孔522 燃烧衬套220 金属层530 冷却孔222 热障涂层534 多个遮板 226 倾斜部分527 燃烧衬套 320 向外凸出部分 525 倾斜部分 627，629 倾斜部分 529 燃烧衬套720 燃烧衬套 620 冷却孔722 冷却孔622 向内凸出部分 724 向内凸出部分624 向外凸出部分 724 向外凸出部分625 倾斜部分727，729
具体实施例方式实施本发明的燃烧衬套的第一实施例示于图3中。燃烧衬套320包括多个波动部(undulations),所述多个波动部由向内凸出部分324形成。波动部增加了圆柱形燃烧衬套320的刚度和强度。此外，成行的冷却孔322形成为贯穿燃烧衬套320。每行冷却孔322都沿波动部中的一个波动部形成，所述波动部围绕燃烧衬套的圆周延伸。图3中的箭头示出了沿位于燃烧衬套320与外壳110之间的环形空间115向下行进的压缩空气流。箭头还示出了定位在燃烧衬套320的内部中的空气燃料混合物的流动路径。箭头进一步示出了环形空间115中的压缩空气如何从环形空间115行进通过冷却孔322，并且进入燃烧衬套320的内部中。同样如图3中所示，冷却孔322相对于燃烧衬套320的内部中的空气-燃料混合物的流动方向设置在向内凸出部分324的下游侧上。燃烧衬套320包括多个相对平直分段321，所述多个相对平直分段321连接向内凸出部分324中的每一个向内凸出部分324。在燃烧衬套320的内表面上，凹入部形成在向内凸出部分324中相邻的向内凸出部分324之间。通过冷却孔322进入燃烧衬套320的内部的冷却空气倾向于沿该凹入部行进，并且因此沿燃烧衬套320的平直分段321的内侧行进。这有助于形成冷却空气的膜，该冷却空气的膜用于降低燃烧衬套320的温度。冷却孔322在向内凸出部分324的下游侧上的定位和倾斜还有助于沿平直分段321的内表面引导冷却空气。已经进入燃烧衬套320的内部、并且已经沿平直分段321行进的冷却空气最终冲击下一个下游的向内凸出部分324，从而使冷却空气朝向燃烧衬套320的内部偏转。燃烧衬套420的第二实施例示于图4中。在该实施例中，燃烧衬套420中的波动部由向内凸出部分424、向外凸出部分425、以及倾斜部分427、429形成，倾斜部分427、429连接向内凸出部分424和向外凸出部分425。如图4中所示，冷却孔422定位在倾斜部分427上，倾斜部分427位于向内凸出部分424中的每一个向内凸出部分424的下游侧上。此处同样地，冷却孔422的定位和倾斜有助于沿燃烧衬套的内表面对进入燃烧衬套420的内部的冷却空气的流动进行引导。具体而言，冷却空气沿倾斜部分429的内表面被引导，倾斜部分429定位在向外凸出部分425的下游侧上。因此，冷却孔422的定位和倾斜有助于沿燃烧衬套420的内表面形成冷却空气的膜。同样如图4中所示，冷却孔422的中心线相对于与燃烧衬套420的中心线平行的线形成角度9。角度9优选地处于大约15°至大约75°的范围内。用于角度0的该相同的大体范围适用于所有的所公开的实施例。用于电力产生领域中的涡轮发动机的燃烧衬套能够具有这样的冷却孔422 :所述冷却孔422所具有的直径处于大约0.03英寸至0. 12英寸的范围内。该冷却孔直径范围适用于所有的所公开的实施例。然而，根据燃烧衬套的总体尺寸，其它的冷却孔直径也可能是合适的。图5示出了与刚刚结合图4描述的一个实施例相似的另一个实施例。然而，在该实施例中，热障涂层534应用于燃烧衬套520的外部金属层530的内表面。热障涂层534还有助于保护燃烧衬套不受燃烧衬套的内部中的燃烧的热的影响。如图5中所示，冷却孔522同时通过外部金属层530和定位在金属层530的内表面上的热障涂层534。在图4和图5中所示的实施例中，相比位于每个向外凸出部分425/525的下游侧上的倾斜部分429/529，定位在每个向外凸出部分425/525的上游侧上的倾斜部分427/527相对于燃烧衬套的中心纵向轴线以更大的角度形成坡度。冷却孔422/522形成为贯穿坡度较大的倾斜部分427/527。图6示出了与上文参照图4描述的一个实施例相似的燃烧衬套的另一个实施例。然而，在该实施例中，相比图4中所示的实施例，倾斜部分627、629相对于中心纵向轴线具有较大的坡度或倾斜角度。这产生了较大的凹入部，以接收冷却空气。此外，冷却孔能够更大幅度地成角度，以沿定位在向外凸出部分625的下游侧上的倾斜部分629的内表面更好地引导冷却空气。图7示出了与图6中所示的一个实施例相似的燃烧衬套的另一个实施例。然而，在该实施例中，冷却孔722定位在倾斜部分729上，倾斜部分729位于每个向外凸出部分725的下游侧上。此外，多行冷却孔722设置在每个波动部中。通过冷却孔722进入燃烧衬套720的内部中的空气流在进入之后接着转向，使得冷却空气沿倾斜部分729的内壁的剩余部分流动。在该实施例中，由于冷却孔722相对于环形空间115内的初始流动方向更好地定向，因此相比图6中所示的实施例，可以使更大量的压缩空气流过冷却孔722。尽管上文所讨论的实施例用于包绕燃烧器的初级燃烧区域的燃烧衬套，但是相同的设计能够应用于包绕定位在文丘里管的下游处的次级燃烧区域的燃烧衬套。尽管已经结合当前被认为是最可实践并且优选的实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反，期望覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改型和等同布置。
权利要求
1.一种用于涡轮发动机的燃烧器的燃烧衬套，所述燃烧衬套包括 大体圆柱形衬套，所述大体圆柱形衬套包括多个波动部，每个波动部都围绕所述圆柱形衬套的圆周延伸，每个波动部都包括朝向所述圆柱形衬套的中心纵向轴线向内延伸的部分，并且其中没有遮板或内环安装在所述圆柱形衬套的内表面上；以及 多个冷却孔，所述多个冷却孔延伸贯穿所述圆柱形衬套，所述冷却孔布置成多行，每行冷却孔都设置在所述波动部中的一个波动部中。
2.根据权利要求1所述的燃烧衬套，其特征在于，所述波动部中的每一个波动部都包括朝向所述圆柱形衬套的中心纵向轴线向内延伸的圆形的向内凸出部分。
3.根据权利要求2所述的燃烧衬套，其特征在于，每行冷却孔都相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向定位在圆形的向内凸出部分的下游侧上。
4.根据权利要求1所述的燃烧衬套，其特征在于，所述波动部中的每一个波动部都包括 向内凸出部分，所述向内凸出部分朝向所述中心纵向轴线向内延伸； 向外凸出部分，所述向外凸出部分向外延伸远离所述中心纵向轴线；以及 倾斜部分，所述倾斜部分结合交替的向内凸出部分和向外凸出部分。
5.根据权利要求4所述的燃烧衬套，其特征在于，相比定位在每个向外凸出部分的下游侧上的倾斜部分，相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向定位在每个向外凸出部分的上游侧上的倾斜部分相对于所述中心纵向轴线以较大角度形成坡度。
6.根据权利要求4所述的燃烧衬套，其特征在于，每行冷却孔都相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向定位在这样的倾斜部分中所述倾斜部分位于每个向外凸出部分的上游侧上。
7.根据权利要求6所述的燃烧衬套，其特征在于，相比定位在每个向外凸出部分的下游侧上的倾斜部分，定位在每个向外凸出部分的上游侧上的倾斜部分相对于所述中心纵向轴线以较大角度形成坡度。
8.根据权利要求4所述的燃烧衬套，其特征在于，每行冷却孔都相对于通过所述燃烧衬套的内部的气体的流动方向定位在这样的倾斜部分中所述倾斜部分位于每个向外凸出部分的下游侧上。
9.根据权利要求8所述的燃烧衬套，其特征在于，相比定位在每个向外凸出部分的下游侧上的所述倾斜部分，定位在每个向外凸出部分的上游侧上的倾斜部分相对于所述中心纵向轴线以较大角度形成坡度。
10.根据权利要求1所述的燃烧衬套，其特征在于，所述燃烧衬套进一步包括位于所述圆柱形衬套的内表面上的热障涂层。
全文摘要
本发明公开一种用于涡轮发动机的燃烧衬套，该燃烧衬套包括围绕燃烧衬套的外周延伸的多个波动部。多行冷却孔形成为贯穿燃烧衬套。每行冷却孔都定位在所述波动部中的一个波动部中，波动部围绕所述燃烧衬套的外周延伸。冷却孔允许冷却空气流入燃烧衬套的内部中。冷却孔定位和定向成有助于使冷却空气流沿燃烧衬套的内表面形成膜。
文档编号F23R3/00GK103032889SQ20121036610
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月27日 优先权日2011年9月28日
发明者K.卡利斯瓦兰, S.K.弗 申请人:通用电气公司