專利名稱：用于減少引起到燃燒器組件的應力的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及渦輪發(fā)動機，且更特定地涉及利于減少在渦輪發(fā) 動機中使用的燃燒器支撐腿中的應力的方法和設備。
背景技術：
至少一些已知的燃燒器在燃燒器的后端由支撐腿支撐。已知的支撐 腿控制在核心燃氣渦輪發(fā)動機中的燃燒器的軸向、徑向和周向位置，且 一般地包括多個開口，稱作窗口。冷卻流體通過這樣的窗口被引通向下 游部件，例如渦輪機部件。 一般地，已知的窗口為長方形、正方形或者 橢圓形。
已知的長方形和正方形窗口包括倒圓角，其每個形成為有相同的半 徑。倒圓角用在鄰近角之間延伸的直線段連接在一起。已知的橢圓形窗
口包括兩個彼此大致平行的直線段，且其也在各自的端處由具有相同半 徑的弧形段連接。此外，已知的支撐腿也包括螺栓孔，其用于在交替窗
口位置處聯(lián)接支撐腿到燃燒器殼體。
已知窗口構造的倒圓角和/或者側(cè)在渦輪機操作期間可以產(chǎn)生高應 力集中。隨著時間的進行，引起到窗口的應力可以在鄰近角處導致裂縫 且可以引起支撐腿的失效和/或者減少支撐腿的使用時間。結果且基于高 失效頻率和可能性，已知的支撐腿一般地更頻繁地更換，從而增加發(fā)動 機停工時間且增加維護成本。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供用于組裝在渦輪發(fā)動機中使用的燃燒器的方法。該方 法包括提供至少一個支撐腿，在支撐腿中形成至少一個開口，其中該至 少一個開口具有僅由多個非線性段限定的周邊，且聯(lián)接支撐腿到燃燒器。
另一方面，提供與渦輪發(fā)動機燃燒器使用的支撐腿。該支撐腿包括 具有至少一個包括僅由多個非線性-艮限定的周邊的窗口的第一部分和 構造為聯(lián)接到燃燒器的后端的聯(lián)接部分，使得支撐腿在渦輪發(fā)動機內(nèi)支
撐燃燒器。
又一方面，提供用于在渦輪發(fā)動機中定位燃燒器的支撐系統(tǒng)。該支 撐系統(tǒng)包括支撐腿，支撐腿包括村墊聯(lián)接部分和包括至少一個窗口的窗 口部分。該至少一個窗口包括僅由多個非線性段限定的周邊。支撐系統(tǒng) 也包括構造為聯(lián)接到燃燒器的后端的聯(lián)接部分，使得支撐腿在渦輪發(fā)動 機內(nèi)支撐燃燒器。


圖1為示范性的渦扇燃氣渦輪機組件的示意性圖示；
圖2為可以與圖1中顯示的渦扇燃氣渦輪機組件使用的示范性的燃 燒器的示意性截面圖3為示范性的支撐腿的放大的截面圖4為圖3中顯示的支撐腿的一段的透視圖5為圖4中顯示的支撐腿的部分的放大圖；和
圖6為圖3中顯示的支撐腿的放大的截面圖且包括用于定位圖4和 5中顯示的窗口的示范性示圖。
具體實施例方式
圖1為具有縱向軸線11的示范性渦扇發(fā)動機組件IO的部分的截面 圖。在示范性的實施例中，渦扇發(fā)動機組件10包括核心燃氣渦輪發(fā)動 機12,其包括高壓壓縮機14、燃燒器16、和高壓渦^r機18。渦扇發(fā)動 機組件IO也包括從核心燃氣渦輪發(fā)動機12向下游軸向布置的低壓渦輪 機20,和從核心燃氣渦輪發(fā)動機12向上游軸向布置的風扇組件22。
圖2為可以與核心燃氣渦輪發(fā)動機12(圖1中顯示)使用的示范性 燃燒器16的示意性截面圖。燃燒器16包括布置在外部燃燒器殼體56 和內(nèi)部燃燒器殼體58之間的外部^H"墊52和內(nèi)部襯墊54。外部和內(nèi)部襯 墊52和54彼此徑向地間隔，使得燃燒腔60限定在其之間。外部襯墊 52和外部殼體56在其之間形成外部通道62,且內(nèi)部襯墊54和內(nèi)部殼 體58在其之間形成內(nèi)部通道64。罩組件66分別聯(lián)接到外部和內(nèi)部襯墊 52和54的上游端。通到在罩組件66中形成的開口的環(huán)形開口 68使壓 縮流體能夠以一般地由箭頭A指示的方向進入燃燒器16。需要理解的 是，在此使用的術語"流體"包括流動的任何材料或者介質(zhì)，包括但不 限于，氣體和空氣。壓縮流體流動通過環(huán)形開口 68以支持燃燒且利于 冷卻襯墊52和54。
燃燒器16包括從燃燒器16的前端70延伸到后端72的縱向軸線 74。在示范性的實施例中，燃燒器16為單一的環(huán)形燃燒器?？商鎿Q地， 燃燒器16可以為任何其他燃燒器，包括但不限于雙環(huán)形燃燒器。內(nèi)部 襯墊54的后端53由示范性的支撐腿76聯(lián)接且保持到位。支撐腿76也 聯(lián)接到內(nèi)部燃燒器殼體58。
圖3為支撐腿76的放大的截面圖。在示范性的實施例中，支撐腿 76包括襯墊聯(lián)接部分78、窗口部分80、肘節(jié)部分82和殼體聯(lián)接部分84。 襯墊聯(lián)接部分78構造為聯(lián)接到內(nèi)部襯墊后端53 (圖2中顯示)。窗口 部分80形成為帶有開口或者窗口 86,其定尺寸且定形為利于從內(nèi)部通 道64 (圖2中顯示)向下游向渦輪機部件18和20 (圖2中顯示)引通 冷卻流體。在示范性的實施例中，肘節(jié)部分82為S形且包括限定最前 點91的彎曲部90。殼體聯(lián)接部分84包括至少一個開口 88,其定尺寸 且定形為接收通過其的緊固件以聯(lián)"^腿76到內(nèi)部燃燒器殼體58。具體 地，螺栓(未顯示)被插入通過開口 88以固定支撐腿76到內(nèi)部燃燒器 殼體58。在示范性的實施例中，支撐腿76從材料制作，例如使腿76能 夠忍受操作應力且利于增加支撐腿76的使用時間的HS188。然而，需 要理解的是，其他實施例可以使用使支撐腿76能夠起在此描述的作用 的任何材料。
修改已知窗口的外部周邊和/或者幾何形狀利于改變窗口邊緣和可 以圍繞窗口產(chǎn)生的應力場87之間的相互作用。從而，在此描述的示范 性的實施例修改已知窗口構造以利于減少圍繞窗口周邊的應力場中斷。
圖4為支撐腿76的一段的透視圖。在示范性的實施例中，窗口 86 每個由第一弧形段92、第二弧形段94、第三弧形段96、第四弧形段98、 第五弧形段IOO和第六弧形102限定。每個弧形段92、 94、 96、卯、100 和102由半徑限定。因此，窗口 86僅由彎曲段限定。更具體地，在示 范性的實施例中，窗口 86僅由非線性段限定。由于窗口86僅用弧形段 限定，窗口 86定形為利于最小化中斷可以引起到腿76的應力場87的 構造。彎曲窗口構造也利于減少沿由弧92、 94、 96、 98、 100和102限 定的窗口 86的周邊和沿環(huán)繞每個窗口 86的區(qū)域的應力產(chǎn)生。
支撐腿76在徑向內(nèi)部緣97和徑向外部緣99之間延伸。在示范性 的實施例中，支撐腿76具有環(huán)形構造且限制燃燒器16的后端72。更具 體地，支撐腿76聯(lián)接到內(nèi)部襯墊后端53,使得后端53限制支撐腿76。 需要理解的是，支撐腿76包括二十個圍繞支撐腿76的周邊周向和均勻 間隔的窗口 86。然而，需要理解的是，盡管示范性的實施例描述為包括 二十個圍繞支撐腿76均勻間隔的窗口 86，其他實施例可以包括任何數(shù) 量的以任何方式間隔的窗口 86,其使支撐腿76能夠起在此描述的作 用。此外，需要理解的是，窗口 86的大小、尺寸和形狀是可變地選擇 的，取決于為提供足夠的通過其到下游部件的冷卻流要求的面積。
圖5為示范性的窗口 86的放大圖。在示范性的實施例中，弧形段 92和98每個分別具有半徑Ri和R2。需要理解的是，半徑R!和R2是從 相同的中心點200測量的，且半徑R2的值大于半徑R!的值。在示范性 的實施例中，半徑Ri和R2之間的差限定每個窗口 86的寬120。弧形段 94和102每個由半徑R3限定，且弧形段96和100每個由半徑R4限定。 弧形段94和102每個分別相對于中心點122和124限定?；⌒味?6和 IOO每個分別相對于中心點126和128限定。也需要理解的是，在示范 性的實施例中，半徑R3和R4不同且被選擇以利于減少沿窗口 86的周邊 的應力。
在示范性的實施例中，弧形段92從弧形段102延伸到弧形段94。 更具體地，弧92和94具有共同的切線，在弧92和94之間形成光滑過 渡的復合曲率點104。弧94從弧形段92延伸到弧96。具體地，弧形段 94和96在弧94和96之間限定光滑過渡點的復合曲率點106處具有共 同的切線?；⌒味?6從弧形段94延伸到弧98?；⌒味?6和98在弧96 和98之間限定光滑過渡點的復合曲率點108處具有共同的切線。弧98 從弧形段96延伸到弧形段100?；⌒味?8和100在弧形段98和100之 間限定光滑過渡點的復合曲率點IIO處具有共同的切線?；⌒味?00從 弧形段98延伸到弧形段102?；⌒味?00和102在弧100和102之間限 定光滑過渡點的復合曲率點112處具有共同的切線?；?02從弧形段100 延伸到弧92?；?02和92在弧102和92之間限定光滑過渡點的復合曲 率點114處具有共同的切線。在此描述的窗口構造限定窗口 86,其定形 為利于減少引起到支撐腿76的應力，因為由弧形段92、 94、 ％、 98、 100和102限定的形狀最小化中斷可以圍繞窗口 86產(chǎn)生的應力場8入
每個窗口 86具有從點106延伸到點112的弧形中心線132。
在示范性的實施例中，緊固件開口 88沿中心線134限定，使得每 個開口 88與每個窗口中心線132的中點116大致同心地對準。更具體 地，每個開口 88距每個窗口中心線U2距離D2，使得開口 88彼此周向 地對準。開口 88利于減少圍繞窗口 86的周邊的應力。需要理解的是， 盡管示范性的實施例描述為使用大致圓形的開口 88,在其他實施例中， 開口 88可以具有使支撐腿76能夠起在此描述的作用的任何大小和/或者 形狀。
圖6為支撐腿76的放大的截面圖且圖示用于定位每個窗口 86的示 范性示圖。在示范性的實施例中，每個窗口 86最初通過使用每個支撐 腿窗口部分80的斜線以生成圓錐形狀136來限定。更具體地，最初窗 口部分80的斜線被延伸以限定線138。然后生成水平線146以延伸通過 生成的圓錐形狀136.的中心。線146在點144處與線B8相交，使得在 線138和146之間限定角度6。在彎曲部90的最前點91處，大致垂直 線150被限定為相切于點91,使得線150大致垂直于線146。然而，在 窗口部分80上從線150在距離U處確定位置140。位置140基于鄰近 的幾何形狀、零件具體條件和經(jīng)驗數(shù)據(jù)。線D4延伸通過位置140，使得 線D4大致垂直于線146。
垂直線D3然后延伸通過位置142。位置142距線150距離L3。具體 地，線D3延伸通過位置142,使得線D3大致垂直于線146。線U9然后 沿生成的圓錐形狀136的相對斜線構建。因此，線138、 139和D4限定 圓錐形狀136。其次，在線146和138之間測量的角度6使用公式 e = tan—、((D4/2)-(D3/2))/(L4-L》)確定。在確定角度6后，半徑R2使用公 式R2-D4/2cos9計算，且半徑Ri使用公式R,D3/2cose計算。因而，半 徑R!和半徑R2的長度取決于圓錐直徑D3和D4、以及角度6。在示范
性的實施例中，角度6大約為26.246度。然而，需要理解的是，在其他 實施例中，可以選擇使支撐腿76能夠起在此描述的作用的任何角度6 。 在示范性的實施例中，半徑R!、 R2、 R3和R4每個為不同的長度。 具體地，在示范性的實施例中，半徑Ri大約為24.55英寸，半徑R2大 約為25.21英寸，半徑R3大約為0.25英寸，而半徑R4大約為O.45英寸。 需要理解的是，在其他實施例中，半徑Ri、 R2、 R3和R4可以為任何使 支撐腿76能夠起在此描述的作用的長度。此外，需要理解的是，盡管
示范性的實施例包括四個曲線，其他實施例可以使用任何數(shù)量的非線性
段，以限定使支撐腿76能夠起在此描述的作用的窗口 86的周邊。也需 要理解的是，在此描述的尺寸具有±0.010英寸的公差。
在上述每個實施例中，支撐腿窗口利于減少圍繞每個窗口的周邊引 ^到支撐腿的應力且因而利于改善每個支撐腿的耐用性和有用壽命。更 具體地，在每個實施例中，通過定形每個窗口以避免可能生成的應力場 87，支撐腿窗口利于減少引起到每個支撐腿的應力。結果，窗口利于在 相應的渦4侖發(fā)動機內(nèi)執(zhí)4亍較少的支撐腿76維護。因此，核心燃氣渦輪 發(fā)動機性能和部件有用壽命每個以成本有效和可靠的方式利于提高。
盡管在此描述的設備和方法在核心燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器襯墊 支撐腿中定位窗口的環(huán)境中描述，需要理解的是，該設備和方法并不限 于核心燃氣渦輪發(fā)動機、燃燒器襯墊、或者窗口。類似地，圖示的核心 燃氣渦輪發(fā)動機和支撐腿并不限于在此描述的具體實施例，但相反，核 心燃氣渦輪發(fā)動機和支撐腿的部件能夠從在此描述的其他部件獨立地 且分離地使用。
雖然本發(fā)明已經(jīng)按照不同的具體實施例描述，本領域的技術人員將 認識到，本發(fā)明能夠用在權利要求書的精神和范圍內(nèi)的修改實施。
零件列表
渦扇發(fā)動機組件io 縱向軸線11
核心燃氣渦輪發(fā)動機12 高壓壓縮機14 燃燒器16 高壓渦輪機18 低壓渴輪機20 風扇組件22 外部襯墊52 后端53 內(nèi)部襯墊54
外部燃燒器殼體56 內(nèi)部燃燒器殼體58 燃燒腔60 外部通道62 內(nèi)部通道64 罩組件66 環(huán)形開口 68
前端70 后端72 縱向軸線74 支撐腿76 襯墊聯(lián)接部分78 窗口部分80 肘節(jié)部分82 殼體聯(lián)接部分84 窗口 86 應力場87 緊固件開口 88 彎曲部90 最前點91弧形段92 孤形段94 弧形段96 內(nèi)部緣97 第四弧形段98 徑向外部緣99 弧形段100 第六弧形102 復合曲率點104 復合曲率點106 復合曲率點108 復合曲率點110
復合曲率點112 復合曲率點114
中點116 寬120 中心點122 點124 中心點126 中心點128 窗口中心線132 中心線134 圓錐形狀136 線138 線139 位置140 位置142 點144 水平線146 垂直線150 線150 中心點200
權利要求
1.一種用于與渦輪發(fā)動機燃燒器(16)使用的支撐腿(76)，所述支撐腿包括包括至少一個窗口(86)的第一部分，窗口(86)包括僅由多個非線性段(92、94、96、98、100、102)限定的周邊；和構造為聯(lián)接到燃燒器的后端(72)的聯(lián)接部分，使得所述支撐腿在渦輪發(fā)動機(12)內(nèi)支撐燃燒器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的支撐腿(76)，其中所述第一部分由至 少六個非線性段(92、 94、 96、 98、 100、 102)限定。
3. 根據(jù)權利要求1所述的支撐腿，其中所述窗口周邊還包括至少 一個在所述多個非線性段(92、 94、 96、 98、 100、 102)的鄰近對之間 限定的復合半徑。
4. 根據(jù)權利要求1所述的支撐腿(76),其中所述聯(lián)接部分包括 至少一個相對于所述至少一個窗口大致居中的緊固件開口 (88)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的支撐腿(76),其中所述多個非線性段 (92、 94、 96、 98、 100、 102)形成為有至少三個不同曲率的半徑。
6. 根據(jù)權利要求1所述的支撐腿(76),其中所述窗口周邊由以 下限定每個具有共同中心點(122、 124、 126、 128)的第一半徑和第二半 徑^ 和每個具有不同中心點的第三半徑和第四半徑。
7. —種在渦輪發(fā)動機(12)中定位燃燒器(16)的支撐系統(tǒng)，所 述支撐系統(tǒng)包括支撐腿(76),所述支撐腿包括襯墊聯(lián)接部分(78)，包括至少一 個窗口的窗口部分(80),所述至少一個窗口包括僅由多個非線性段 (92、 94、 96、 98、 100、 102)限定的周邊，以及構造為聯(lián)接到所述燃 燒器的后端(72)的聯(lián)接部分，使得所述支撐腿在所述渦輪發(fā)動機內(nèi)支 撐所述燃燒器。
8. 根據(jù)權利要求7所述的支撐系統(tǒng)，其中所述聯(lián)接部分(78)包 括至少一個相對于所述至少一個窗口大致居中的緊固件開口 (88)。
9. 根據(jù)權利要求7所述的支撐系統(tǒng)，其中所述窗口周邊還包括至 少一個在所述多個非線性段(92、 94、 96、 98、 100、 102)的鄰近對之間限定的復合半徑。
10.根據(jù)權利要求7所述的支撐系統(tǒng)，其中所述多個非線性段(92、 94、 96、 98、 100、 102)形成為有至少三個不同曲率的半徑。
全文摘要
用于減少引起到燃燒器組件的應力的方法和設備，其提供用于與渦輪發(fā)動機燃燒器(16)使用的支撐腿(76)，支撐腿包括具有至少一個包括僅由多個非線性段(92、94、96、98、100、102)限定的周邊的窗口(86)的第一部分和構造為聯(lián)接到燃燒器的后端(72)的聯(lián)接部分，使得支撐腿在渦輪發(fā)動機(12)內(nèi)支撐燃燒器。
文檔編號F23R3/00GK101173767SQ200710167978
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權日2006年10月31日
發(fā)明者D·B·帕特森, G·姆林斯基, K·P·布朗, R·P·察喬爾 申請人:通用電氣公司