专利名称：将旋流器安装到涡轮机燃烧器上的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总的是关于燃气轮发动机，特别是关于燃气轮发动机所使用的燃烧器。
背景技术：
大家都已知道的燃气轮机包括对空气进行压缩用的压气机，被它所压缩的空气与燃料适当地混合并被引入一个燃烧器，在那里，混合物在燃烧室内被点燃以产生热的燃气。更具体地说，至少一些大家都已知的燃烧器包括一个拱顶罩装置，它引导空气流向下游并在圆周方向上绕每个燃料喷射器流动。更具体地说，至少一些已知的拱顶罩装置包括一个从拱形板向上游延伸的旋流器装置，以及一个从拱形板向下游延伸并进入燃烧室的导流板。
在回热式燃气轮机内，燃烧器进口温度与其他非回热的燃气轮机相比，可能会较高，因此，在这样的燃气轮机内，至少一些拱顶罩装置部件可能会暴露在比其他已知的燃气轮机拱顶罩装置更高的温度下。因此，为了有助于承受燃烧室内产生的高温，至少有一些已知的导流板是用超级合金制成的，例如Rene N5R，但是并不局限于这种合金。虽然这样的材料能够耐受高温，但这样的材料可能局限于它们连接到拱形板的方式。因此，已知的燃烧器，包括由这些超级合金制成的部件通常是用广泛的钎焊工艺连接在一起的。虽然钎焊工艺一般是可靠的，但是这种工艺也是费时和昂贵的。
发明概述一方面提出了组装用于燃气轮机的一种燃烧器的方法。该燃烧器包括一个旋流器装置。该方法包括把材料进行加工，以形成一个拱形板，将包括一个伸出部分的一个密封板顶靠该拱形板定位，用焊接工艺将该密封板相对于该拱形板固定就位，并把该旋流器装置焊接到拱形板上。
另一方面，提出了用于燃气轮机的一种燃烧器。该燃烧器包括一个旋流器装置及一个拱顶罩装置。该拱顶罩装置包括一个密封板和一个拱形板。该密封板是焊接到该拱形板上并且还包括一个伸出的部分以及一个整体成形板体。更具体地说，该密封板焊接到拱形板上，使得在该拱形板与该密封板的伸出部分之间限定一个间隙。该旋流器装置焊接到该拱形板上。
再一方面，提出了一种包括一个燃烧器的燃气轮机。该燃烧器包括一个拱顶罩装置、至少一个燃料喷射器，以及一个空气旋流器。该拱顶罩装置还包括一个密封板和一个拱形板。该密封板是焊接到拱形板上并且还包括一个板体和一个伸出部分，它从该板体上整体延伸。该密封板焊接到该拱形板上，使得在该拱形板与该密封板的伸出部分之间形成一个间隙。该旋流器装置焊接到该拱形板上。上述至少一个喷射器连接到拱顶罩装置上。
附图简述
图1是一个燃气轮机的示意图。
图2是图1中所示的该燃气轮机所使用的燃烧器的一部分的横断面图；图3是图2所示的该燃烧器所用的拱顶罩装置沿区域3所取的一部分的放大图；以及图4是图3中所示的该拱顶罩装置的放大的分解图。
发明详述图1是燃气轮机10的示意图，它包括一个压气机14，和一个燃烧器16。该燃气轮机10还包括一个高压涡轮18和一个低压涡轮20。压气机14和涡轮18被一个主轴24相连，涡轮20则驱动一个副轴26。这个副轴26提供一个旋转力以驱动一个机器，例如齿轮箱、传动装置、发电机、风扇，或泵，但是并不局限于这些机器。上述燃气轮机10还包括一个回热器28，它具有一个在压气机14与燃烧器16之间串联连接的主流道29，和在涡轮20与大气35之间串联连接的副流道31。在一个实施例中，该燃气轮机10是可以从俄亥俄州辛辛那提市的GE公司买到的LV100型燃气轮机。在该示例性实施例中，压气机14用主轴24连接到涡轮18和动力系上，而涡轮20则被副轴26连接。
在运转过程中，空气流经高压压气机14。被高度压缩的该空气被送到回热器28，在那里从涡轮20排出的热气把热量传给该压缩空气。被加热的该压缩空气被送到燃烧器16。从燃烧器16出来的气流驱动涡轮18和20并在从燃气轮机10排出以前流经回热器28。在该示例性典型实例中，在运转过程中，空气流经压气机14，被高度压缩的该回热空气被送到燃烧器16。
图2是燃烧器16一部分的横断面。图3是用于燃烧器16的拱顶罩装置38的一部分的放大视图，图4是该拱顶罩装置38的放大分解图。燃烧器16还分别包括一个环状外套40，一个外支撑42，一个环状内套44，一个内支撑46，和一个在外套40和内套44之间延伸的拱顶罩48。外套40和内套44从拱顶罩48向下游延伸，并在那里形成一个燃烧室54。燃烧室54是环状的并在外套40和内套44之间径向间隔。外支撑42连接到外套40上并从拱顶罩48向下游延伸。另外，外支撑42从外套40径向向外间隔，使得在它们之间形成一个外冷却通道58。内支撑46也连接到拱顶罩48，并从它那里向下游延伸。内支撑46从内套44径向向内间隔，使得在它们之间形成一个内冷却通道60。
外支撑42和内支撑46在燃烧器罩壳62内径向间隔。燃烧器罩壳62一般是环状的并绕燃烧器16而延伸。更具体地说，外支撑42和燃烧器罩壳62形成了一个外通道66而内支撑46和燃烧器罩壳62则形成了一个内通道68。外套40和内套44延伸到涡轮喷嘴69，它在外套40和内套44的下游。
燃烧器拱顶罩装置38包括一个环状拱形板72，一个旋流器装置74和一个导流板76。拱形板72分别连接到外套40和内套44各自的上游端78和80，使得拱形板72形成了燃烧室54的上游端82。在该示例性实施例中，内支撑46与拱形板72是整体成形的，而外支撑42被至少一个连接件84连接到拱形板72上。
拱形板72包括一个孔90，它从拱形板的上游侧92一直延伸到拱形板72的下游侧94。更具体地说，在拱形板下游侧94内，孔90是被一个有倒角边缘100所限定的，该边缘与孔90相外切并有助于为燃烧器的其他部件提供空间，以下将较详细说明。在拱形板的上游侧92内，孔90的范围是被一个埋头孔的边缘102所限定的，该边缘与孔90相切并在拱形板上游侧92内限定了板座104。
在该示例性实施例中，孔90基本上是圆的，并且基本上与在燃烧器16内延伸的燃烧器的对称纵向中心轴线110是同心的。因此，孔90具有直径D1，它是横跨孔90而测量的，并且还有直径D2，它是相对于板座104的外边缘112而测量的。板座的直径D2大于孔的直径D1。
多个冷却孔114分别在拱形板72的上游侧92和下游侧94之间，在该拱形板上延伸。这些孔114有助于引导冷却空气流经拱形板72以有助于对导流板76进行冲击冷却。
一个环状密封板120包括一个板座端122，一个伸出部分124，和在其间延伸并连接到拱形板72的一个板体126。在该示例性实施例中，密封板120是由Hast-XR制成的并焊接到拱形板72上。密封板120是环形的，使得在那里限定了孔128。密封板的板座端122具有外径D3，它是相对于板座端122的外边缘130而测量的，以及具有内径D4，它是相对于密封板120的内壁132而测量的，该内壁132限定了孔128。板座端的外径D3稍微小于拱形板座直径D2。因此，拱形板座104的尺寸能容纳密封板的板座端122，使得当密封板120连接到拱形板72以后，在拱形板座104与密封板的板座端之间有助于密封接触。更具体地说，当密封板120连接到拱形板72以后，密封板120基本上相对于拱形板72及对称轴线110是同心对齐的，这样，密封板体126通常是与对称轴线110是平行的。
在该示例性实施例中，密封板的伸出部分124基本上从板体126垂直向外延伸。伸出部分124具有厚度T1，它是在密封板120的上游侧129与伸出部分124的下游侧131之间测量的。伸出部分厚度T1比板体126的厚度T2薄，这个T2是在上游侧129与板座端122之间测量的。因此，当密封板120连接到拱形板72以后，在密封板的伸出部分124与拱形板72之间，或更具体地说，在伸出部分下游侧131与拱形板上游侧92之间就限定了间隙136。拱形板冷却孔114与间隙136在流动上是互通的，这样，使得在运转时，被导入间隙136的冷却空气进入拱形板的冷却孔114以有助于导流板76的冲击冷却。
导流板76连接到密封板120上并从拱形板72向下游扩张延伸进入燃烧室54。在该示例性实施例中，导流板76是用Rene N5R制成的，并用钎焊工艺连接到密封板120上。更具体地说，导流板76在圆周上紧靠着密封板的内壁132而连接，并因此在拱形板孔90内从密封板120径向向内连接。导流板76的径向外表面140限定了导流板76的上游端142的一个外径D6。导流板76的外径D6稍微小于密封板孔径D4。在该示例性实施例中，导流板76的径向内表面或流道表面144涂以一层隔热层(TBC)。
旋流器装置74连接到密封板120，使得旋流器装置74基本上与密封板120同心。旋流器装置74包括一个辅助旋流器150，一个主旋流器152以及一个旋流器的固定器154。主旋流器152和辅助旋流器152由旋流器固定器154保持紧靠，使得主旋流器152基本上与辅助旋流器150同心，但是可以自由活动以适应在燃料喷射器182与旋流器装置74之间的热应力和机械应力。更具体地说，在该示例性实施例中，旋流器固定器152是被焊接到辅助旋流器150上的。
辅助旋流器150包括一个圆柱体162及一个连接法兰164，它从162径向向外延伸。更具体地说，在该示例性实施例中，连接法兰164从圆柱体162垂直延伸，使得在圆柱体162的径向外表面170与法兰164之间限定了一个环状凸肩166。圆柱体的外表面170限定了旋流器150的外径D7，它稍小于导流板流道表面144所形成的内径D8。因此，法兰164以基本上的密封接触方式连接于密封板伸出部分124。在该示例性实施例中，法兰164焊接到密封板的伸出部分124上。
燃料通过喷射装置180提供给燃烧器16，上述喷射装置包括伸进旋流器装置74的一组在圆周方向上间隔配置的喷嘴182，然后进入燃烧室54。更具体地说，燃料喷射装置180连接到燃烧器16，使得每个燃料喷嘴182基本上与拱顶罩装置38同心，并且使得喷嘴182通过旋流器装置74向下游喷射进燃烧室54。当燃料喷嘴182连接到燃烧器16时，喷嘴182在圆周上与主旋流器152接触，以有助于减小在喷嘴182与旋流器装置74之间向燃烧室54的泄漏。
在组装燃烧器16时，首先把拱形板72从一个接近于基本形状的锻件进行机械加工。然后在拱形板72上切削出孔90，使得沿拱形板下游侧94形成有倒角的边缘100。边缘100有助于为导流板76和密封板焊接点提供空间。然后对拱形板上游侧92进行埋头钻孔以形成边缘102，使板座104外切于孔90。
密封板的板座端122被塞进拱形板板座72内部，使得在密封板120与拱形板72之间在板座104内部建立起圆周上的密封接触。因此板座104相对于拱形板72与密封板120对齐，以有助于减小拱形板72与密封板120之间的泄漏。另外，因为密封板120通过板座104是与拱形板72相对齐的，板座104也有助于在旋流器装置74与燃料喷射器182之间，以及在导流板76与拱形板72之间有适当的对齐。
在密封板120焊接到拱形板72上以后，然后就把导流板76就位顶住密封板120进行搭焊。更具体地说，把导流板76搭焊到密封板120上有助于保证密封板120和导流板76形成一个在尺寸上预定好的被控制装置。虽然，搭焊能固定住辅助导流板，但导流板76主要还是通过钎焊工艺而固定到密封板120上的。另外，为了便于钎焊工艺，在该示例性实施例中，在组装燃烧器16期间，导流板表面140与邻近导流板上游端142铜带进行预熔结。
然后把旋流器装置74搭焊到密封板120上。更具体地说，旋流器装置74是搭焊到密封板的伸出部分124上，使得辅助旋流器法兰164以基本上密封接触的方式顶靠密封板伸出部分124。
在该示例性实施例中，如前所述形成的一组拱顶罩装置38是围绕燃烧器的碟形端48而等间距间隔配置的。另外，这种装置38有助于提供对燃烧器拱顶罩装置38的预定的尺寸堆积控制，以保证燃烧器16能满足预定的关于在型式因素(pattern factor)、外型因素(profile factor)、排放控制、起动、以及有效寿命方面的燃烧器性能要求。另外，因为一组部件是被焊接在一起的，而不是通过昂贵的钎焊工艺连接在一起的，所以与至少其他某些已知的燃烧器拱顶罩装置相比，拱顶罩装置38有助于降低组装成本。
上述燃烧器拱顶罩装置提供了一种操作燃烧器的价格便宜和可靠的方法。更具体地说，每个装置包括一个拱形板孔，该孔是被一个有倒角的边缘和一个正对的埋头孔的边缘而限定的。该埋头孔边缘有助于使密封板相对于拱形板对齐，使得在密封板与拱形板之间的泄漏减小。此外，该埋头孔边缘还有助于把每个旋流器装置相对于每个燃料喷射器对齐。结果，提出了一种燃烧器装置，它能满足预定的燃烧器性能要求，同时又能保持预定的运转要求。
前面已经详细说明了燃烧器拱顶罩装置的一个示例性实施例。所说明的上述燃烧器拱顶罩装置部件并不局限于这里所叙述的特定实例，而相反，每个拱顶罩装置的部件可以与其他部件分开单独使用。例如，上述拱顶罩装置的部件也可以与其他燃气轮机燃烧系统联合使用。
虽然就各个不同的特定实例叙述了本发明，但是业内人士会认可本发明可以在权利要求书的精神和范围内进行修改。
零部件表
权利要求
1.燃气涡轮发动机10的一种燃烧器(16)，上述燃烧器包括一个旋流器装置(74)；及包括一个密封板(120)和一个拱形板(72)的一个拱顶罩装置(48)，上述密封板焊接到上述拱形板上，并包括一个伸出部分(124)及一个整体成形板体(126)，上述密封板焊接到上述拱形板上，使得在上述拱形板与上述密封板的伸出部分之间形成了一个间隙(136)，上述旋流器装置焊接到上述拱形板上。
2.按权利要求1的一种燃烧器(16)，其特征在于上述拱形板(72)包括一个上游侧(92)、一个下游侧(94)、及一个在其间延伸的孔(90)，上述上游侧和下游侧中的至少一侧包括一个限定了上述孔的有倒角的边缘(100)，。
3.按权利要求1的一种燃烧器(16)，其特征在于上述拱形板(72)包括一个上游侧(92)、一个下游侧(94)、及一个在其间延伸的孔(90)，上述拱形板的上游侧和下游侧中的至少一侧包括一个限定了上述孔的埋头钻孔边缘(102)。
4.按权利要求3的一种燃烧器(16)，其特征在于上述密封板(120)的至少一部分固定在上述埋头钻孔的边缘(102)内，上述埋头钻孔边缘有助于使上述旋流器装置(74)与上述拱形板(72)对齐。
5.按权利要求1的一种燃烧器(16)，其特征在于还包括一个钎焊到上述密封板(120)上的导流板(76)。
6.按权利要求1的一种燃烧器(16)，其特征在于上述旋流器装置(74)包括至少一个焊接到上述密封板(126)上的辅助旋流器(150)以及一个连接到上述辅助旋流器的主旋流器(152)，使得上述主旋流器可以相对于上述辅助旋流器自由活动。
7.一种燃气涡轮发动机(10)，包括一个燃烧器(16)，而该燃烧器包括一个拱顶罩装置(48)、至少一个喷射器(182)、以及一个空气旋流器(74)，上述拱顶罩装置包括一个密封板(120)和一个拱形板(72)，上述密封板焊接到上述拱形板上并且包括一个板体(126)和一个从所述板体整体延伸的伸出部分(124)，上述密封板焊接到上述拱形板上，使得在上述拱形板与上述密封板伸出部分之间形成了一个间隙(136)，上述旋流器装置焊接到上述拱形板上，上述至少一个喷射器连接到上述拱顶罩装置上。
8.按权利要求7的一种燃气轮机(10)，其特征在于上述拱形板(72)包括一个上游侧(92)、一个下游侧(94)，及一个在其间延伸的孔(90)，上述孔的尺寸可以容纳上述空气旋流器(74)的通过其间的至少一部分从中穿过，上述拱形板的上游侧和下游侧中的至少一个包括一个有倒角的边缘(100)，所述倒角边缘外切于上述孔，使得上述边缘限定了上述孔。
9.按权利要求7的一种燃气轮机(10)，其特征在于上述拱形板(72)包括一个上游侧(92)、一个下游侧(94)，和一个在其间延伸的孔(90)，上述孔的尺寸大小可以容纳上述空气旋流器(74)的至少一部分从中穿过，上述拱形板的上游侧和下游侧中的至少一侧包括一个埋头孔边缘(102)，所述边缘外切于上述孔，使得上述边缘限定了上述孔。
10.按权利要求8的一种燃气轮机(10)，其特征在于上述埋头孔边缘(102)的尺寸大小可以在其内容纳上述密封板(120)的至少一部分，使得上述埋头孔边缘有助于使上述旋流器装置(74)与上述拱形板(72)对齐。
全文摘要
用于燃气轮机(10)的一种燃烧器(16)，包括一个旋流器装置(74)和一个拱顶罩装置(48)。该拱顶罩装置包括一个密封板(120)和一个拱形板(72)。该密封板焊接到该拱形板上并包括一个伸出部分(124)以及一个整体成形板体(126)。该密封板焊接到该拱形板上，使得在该拱形板与该密封板的伸出部分之间限定了一个间隙(136)。该旋流器装置焊接到该拱形板上。
文档编号F02C3/00GK1609513SQ20041005775
公开日2005年4月27日 申请日期2004年8月17日 优先权日2003年10月17日
发明者S·J·霍维尔, J·C·雅各布森, T·P·麦卡弗里, B·F·巴恩斯 申请人:通用电气公司