專利名稱：將旋流器安裝到渦輪機(jī)燃燒器上的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的是關(guān)于燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)，特別是關(guān)于燃?xì)廨啺l(fā)動機(jī)所使用的燃燒器。
背景技術(shù)：
大家都已知道的燃?xì)廨啓C(jī)包括對空氣進(jìn)行壓縮用的壓氣機(jī)，被它所壓縮的空氣與燃料適當(dāng)?shù)鼗旌喜⒈灰胍粋€燃燒器，在那里，混合物在燃燒室內(nèi)被點燃以產(chǎn)生熱的燃?xì)?。更具體地說，至少一些大家都已知的燃燒器包括一個拱頂罩裝置，它引導(dǎo)空氣流向下游并在圓周方向上繞每個燃料噴射器流動。更具體地說，至少一些已知的拱頂罩裝置包括一個從拱形板向上游延伸的旋流器裝置，以及一個從拱形板向下游延伸并進(jìn)入燃燒室的導(dǎo)流板。
在回?zé)崾饺細(xì)廨啓C(jī)內(nèi)，燃燒器進(jìn)口溫度與其他非回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)相比，可能會較高，因此，在這樣的燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)，至少一些拱頂罩裝置部件可能會暴露在比其他已知的燃?xì)廨啓C(jī)拱頂罩裝置更高的溫度下。因此，為了有助于承受燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的高溫，至少有一些已知的導(dǎo)流板是用超級合金制成的，例如Rene N5R，但是并不局限于這種合金。雖然這樣的材料能夠耐受高溫，但這樣的材料可能局限于它們連接到拱形板的方式。因此，已知的燃燒器，包括由這些超級合金制成的部件通常是用廣泛的釬焊工藝連接在一起的。雖然釬焊工藝一般是可靠的，但是這種工藝也是費時和昂貴的。
發(fā)明概述一方面提出了組裝用于燃?xì)廨啓C(jī)的一種燃燒器的方法。該燃燒器包括一個旋流器裝置。該方法包括把材料進(jìn)行加工，以形成一個拱形板，將包括一個伸出部分的一個密封板頂靠該拱形板定位，用焊接工藝將該密封板相對于該拱形板固定就位，并把該旋流器裝置焊接到拱形板上。
另一方面，提出了用于燃?xì)廨啓C(jī)的一種燃燒器。該燃燒器包括一個旋流器裝置及一個拱頂罩裝置。該拱頂罩裝置包括一個密封板和一個拱形板。該密封板是焊接到該拱形板上并且還包括一個伸出的部分以及一個整體成形板體。更具體地說，該密封板焊接到拱形板上，使得在該拱形板與該密封板的伸出部分之間限定一個間隙。該旋流器裝置焊接到該拱形板上。
再一方面，提出了一種包括一個燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī)。該燃燒器包括一個拱頂罩裝置、至少一個燃料噴射器，以及一個空氣旋流器。該拱頂罩裝置還包括一個密封板和一個拱形板。該密封板是焊接到拱形板上并且還包括一個板體和一個伸出部分，它從該板體上整體延伸。該密封板焊接到該拱形板上，使得在該拱形板與該密封板的伸出部分之間形成一個間隙。該旋流器裝置焊接到該拱形板上。上述至少一個噴射器連接到拱頂罩裝置上。
附圖簡述

圖1是一個燃?xì)廨啓C(jī)的示意圖。
圖2是圖1中所示的該燃?xì)廨啓C(jī)所使用的燃燒器的一部分的橫斷面圖；圖3是圖2所示的該燃燒器所用的拱頂罩裝置沿區(qū)域3所取的一部分的放大圖；以及圖4是圖3中所示的該拱頂罩裝置的放大的分解圖。
發(fā)明詳述圖1是燃?xì)廨啓C(jī)10的示意圖，它包括一個壓氣機(jī)14，和一個燃燒器16。該燃?xì)廨啓C(jī)10還包括一個高壓渦輪18和一個低壓渦輪20。壓氣機(jī)14和渦輪18被一個主軸24相連，渦輪20則驅(qū)動一個副軸26。這個副軸26提供一個旋轉(zhuǎn)力以驅(qū)動一個機(jī)器，例如齒輪箱、傳動裝置、發(fā)電機(jī)、風(fēng)扇，或泵，但是并不局限于這些機(jī)器。上述燃?xì)廨啓C(jī)10還包括一個回?zé)崞?8，它具有一個在壓氣機(jī)14與燃燒器16之間串聯(lián)連接的主流道29，和在渦輪20與大氣35之間串聯(lián)連接的副流道31。在一個實施例中，該燃?xì)廨啓C(jī)10是可以從俄亥俄州辛辛那提市的GE公司買到的LV100型燃?xì)廨啓C(jī)。在該示例性實施例中，壓氣機(jī)14用主軸24連接到渦輪18和動力系上，而渦輪20則被副軸26連接。
在運轉(zhuǎn)過程中，空氣流經(jīng)高壓壓氣機(jī)14。被高度壓縮的該空氣被送到回?zé)崞?8，在那里從渦輪20排出的熱氣把熱量傳給該壓縮空氣。被加熱的該壓縮空氣被送到燃燒器16。從燃燒器16出來的氣流驅(qū)動渦輪18和20并在從燃?xì)廨啓C(jī)10排出以前流經(jīng)回?zé)崞?8。在該示例性典型實例中，在運轉(zhuǎn)過程中，空氣流經(jīng)壓氣機(jī)14，被高度壓縮的該回?zé)峥諝獗凰偷饺紵?6。
圖2是燃燒器16一部分的橫斷面。圖3是用于燃燒器16的拱頂罩裝置38的一部分的放大視圖，圖4是該拱頂罩裝置38的放大分解圖。燃燒器16還分別包括一個環(huán)狀外套40，一個外支撐42，一個環(huán)狀內(nèi)套44，一個內(nèi)支撐46，和一個在外套40和內(nèi)套44之間延伸的拱頂罩48。外套40和內(nèi)套44從拱頂罩48向下游延伸，并在那里形成一個燃燒室54。燃燒室54是環(huán)狀的并在外套40和內(nèi)套44之間徑向間隔。外支撐42連接到外套40上并從拱頂罩48向下游延伸。另外，外支撐42從外套40徑向向外間隔，使得在它們之間形成一個外冷卻通道58。內(nèi)支撐46也連接到拱頂罩48，并從它那里向下游延伸。內(nèi)支撐46從內(nèi)套44徑向向內(nèi)間隔，使得在它們之間形成一個內(nèi)冷卻通道60。
外支撐42和內(nèi)支撐46在燃燒器罩殼62內(nèi)徑向間隔。燃燒器罩殼62一般是環(huán)狀的并繞燃燒器16而延伸。更具體地說，外支撐42和燃燒器罩殼62形成了一個外通道66而內(nèi)支撐46和燃燒器罩殼62則形成了一個內(nèi)通道68。外套40和內(nèi)套44延伸到渦輪噴嘴69，它在外套40和內(nèi)套44的下游。
燃燒器拱頂罩裝置38包括一個環(huán)狀拱形板72，一個旋流器裝置74和一個導(dǎo)流板76。拱形板72分別連接到外套40和內(nèi)套44各自的上游端78和80，使得拱形板72形成了燃燒室54的上游端82。在該示例性實施例中，內(nèi)支撐46與拱形板72是整體成形的，而外支撐42被至少一個連接件84連接到拱形板72上。
拱形板72包括一個孔90，它從拱形板的上游側(cè)92一直延伸到拱形板72的下游側(cè)94。更具體地說，在拱形板下游側(cè)94內(nèi)，孔90是被一個有倒角邊緣100所限定的，該邊緣與孔90相外切并有助于為燃燒器的其他部件提供空間，以下將較詳細(xì)說明。在拱形板的上游側(cè)92內(nèi)，孔90的范圍是被一個埋頭孔的邊緣102所限定的，該邊緣與孔90相切并在拱形板上游側(cè)92內(nèi)限定了板座104。
在該示例性實施例中，孔90基本上是圓的，并且基本上與在燃燒器16內(nèi)延伸的燃燒器的對稱縱向中心軸線110是同心的。因此，孔90具有直徑D1，它是橫跨孔90而測量的，并且還有直徑D2，它是相對于板座104的外邊緣112而測量的。板座的直徑D2大于孔的直徑D1。
多個冷卻孔114分別在拱形板72的上游側(cè)92和下游側(cè)94之間，在該拱形板上延伸。這些孔114有助于引導(dǎo)冷卻空氣流經(jīng)拱形板72以有助于對導(dǎo)流板76進(jìn)行沖擊冷卻。
一個環(huán)狀密封板120包括一個板座端122，一個伸出部分124，和在其間延伸并連接到拱形板72的一個板體126。在該示例性實施例中，密封板120是由Hast-XR制成的并焊接到拱形板72上。密封板120是環(huán)形的，使得在那里限定了孔128。密封板的板座端122具有外徑D3，它是相對于板座端122的外邊緣130而測量的，以及具有內(nèi)徑D4，它是相對于密封板120的內(nèi)壁132而測量的，該內(nèi)壁132限定了孔128。板座端的外徑D3稍微小于拱形板座直徑D2。因此，拱形板座104的尺寸能容納密封板的板座端122，使得當(dāng)密封板120連接到拱形板72以后，在拱形板座104與密封板的板座端之間有助于密封接觸。更具體地說，當(dāng)密封板120連接到拱形板72以后，密封板120基本上相對于拱形板72及對稱軸線110是同心對齊的，這樣，密封板體126通常是與對稱軸線110是平行的。
在該示例性實施例中，密封板的伸出部分124基本上從板體126垂直向外延伸。伸出部分124具有厚度T1，它是在密封板120的上游側(cè)129與伸出部分124的下游側(cè)131之間測量的。伸出部分厚度T1比板體126的厚度T2薄，這個T2是在上游側(cè)129與板座端122之間測量的。因此，當(dāng)密封板120連接到拱形板72以后，在密封板的伸出部分124與拱形板72之間，或更具體地說，在伸出部分下游側(cè)131與拱形板上游側(cè)92之間就限定了間隙136。拱形板冷卻孔114與間隙136在流動上是互通的，這樣，使得在運轉(zhuǎn)時，被導(dǎo)入間隙136的冷卻空氣進(jìn)入拱形板的冷卻孔114以有助于導(dǎo)流板76的沖擊冷卻。
導(dǎo)流板76連接到密封板120上并從拱形板72向下游擴(kuò)張延伸進(jìn)入燃燒室54。在該示例性實施例中，導(dǎo)流板76是用Rene N5R制成的，并用釬焊工藝連接到密封板120上。更具體地說，導(dǎo)流板76在圓周上緊靠著密封板的內(nèi)壁132而連接，并因此在拱形板孔90內(nèi)從密封板120徑向向內(nèi)連接。導(dǎo)流板76的徑向外表面140限定了導(dǎo)流板76的上游端142的一個外徑D6。導(dǎo)流板76的外徑D6稍微小于密封板孔徑D4。在該示例性實施例中，導(dǎo)流板76的徑向內(nèi)表面或流道表面144涂以一層隔熱層(TBC)。
旋流器裝置74連接到密封板120，使得旋流器裝置74基本上與密封板120同心。旋流器裝置74包括一個輔助旋流器150，一個主旋流器152以及一個旋流器的固定器154。主旋流器152和輔助旋流器152由旋流器固定器154保持緊靠，使得主旋流器152基本上與輔助旋流器150同心，但是可以自由活動以適應(yīng)在燃料噴射器182與旋流器裝置74之間的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。更具體地說，在該示例性實施例中，旋流器固定器152是被焊接到輔助旋流器150上的。
輔助旋流器150包括一個圓柱體162及一個連接法蘭164，它從162徑向向外延伸。更具體地說，在該示例性實施例中，連接法蘭164從圓柱體162垂直延伸，使得在圓柱體162的徑向外表面170與法蘭164之間限定了一個環(huán)狀凸肩166。圓柱體的外表面170限定了旋流器150的外徑D7，它稍小于導(dǎo)流板流道表面144所形成的內(nèi)徑D8。因此，法蘭164以基本上的密封接觸方式連接于密封板伸出部分124。在該示例性實施例中，法蘭164焊接到密封板的伸出部分124上。
燃料通過噴射裝置180提供給燃燒器16，上述噴射裝置包括伸進(jìn)旋流器裝置74的一組在圓周方向上間隔配置的噴嘴182，然后進(jìn)入燃燒室54。更具體地說，燃料噴射裝置180連接到燃燒器16，使得每個燃料噴嘴182基本上與拱頂罩裝置38同心，并且使得噴嘴182通過旋流器裝置74向下游噴射進(jìn)燃燒室54。當(dāng)燃料噴嘴182連接到燃燒器16時，噴嘴182在圓周上與主旋流器152接觸，以有助于減小在噴嘴182與旋流器裝置74之間向燃燒室54的泄漏。
在組裝燃燒器16時，首先把拱形板72從一個接近于基本形狀的鍛件進(jìn)行機(jī)械加工。然后在拱形板72上切削出孔90，使得沿拱形板下游側(cè)94形成有倒角的邊緣100。邊緣100有助于為導(dǎo)流板76和密封板焊接點提供空間。然后對拱形板上游側(cè)92進(jìn)行埋頭鉆孔以形成邊緣102，使板座104外切于孔90。
密封板的板座端122被塞進(jìn)拱形板板座72內(nèi)部，使得在密封板120與拱形板72之間在板座104內(nèi)部建立起圓周上的密封接觸。因此板座104相對于拱形板72與密封板120對齊，以有助于減小拱形板72與密封板120之間的泄漏。另外，因為密封板120通過板座104是與拱形板72相對齊的，板座104也有助于在旋流器裝置74與燃料噴射器182之間，以及在導(dǎo)流板76與拱形板72之間有適當(dāng)?shù)膶R。
在密封板120焊接到拱形板72上以后，然后就把導(dǎo)流板76就位頂住密封板120進(jìn)行搭焊。更具體地說，把導(dǎo)流板76搭焊到密封板120上有助于保證密封板120和導(dǎo)流板76形成一個在尺寸上預(yù)定好的被控制裝置。雖然，搭焊能固定住輔助導(dǎo)流板，但導(dǎo)流板76主要還是通過釬焊工藝而固定到密封板120上的。另外，為了便于釬焊工藝，在該示例性實施例中，在組裝燃燒器16期間，導(dǎo)流板表面140與鄰近導(dǎo)流板上游端142銅帶進(jìn)行預(yù)熔結(jié)。
然后把旋流器裝置74搭焊到密封板120上。更具體地說，旋流器裝置74是搭焊到密封板的伸出部分124上，使得輔助旋流器法蘭164以基本上密封接觸的方式頂靠密封板伸出部分124。
在該示例性實施例中，如前所述形成的一組拱頂罩裝置38是圍繞燃燒器的碟形端48而等間距間隔配置的。另外，這種裝置38有助于提供對燃燒器拱頂罩裝置38的預(yù)定的尺寸堆積控制，以保證燃燒器16能滿足預(yù)定的關(guān)于在型式因素(pattern factor)、外型因素(profile factor)、排放控制、起動、以及有效壽命方面的燃燒器性能要求。另外，因為一組部件是被焊接在一起的，而不是通過昂貴的釬焊工藝連接在一起的，所以與至少其他某些已知的燃燒器拱頂罩裝置相比，拱頂罩裝置38有助于降低組裝成本。
上述燃燒器拱頂罩裝置提供了一種操作燃燒器的價格便宜和可靠的方法。更具體地說，每個裝置包括一個拱形板孔，該孔是被一個有倒角的邊緣和一個正對的埋頭孔的邊緣而限定的。該埋頭孔邊緣有助于使密封板相對于拱形板對齊，使得在密封板與拱形板之間的泄漏減小。此外，該埋頭孔邊緣還有助于把每個旋流器裝置相對于每個燃料噴射器對齊。結(jié)果，提出了一種燃燒器裝置，它能滿足預(yù)定的燃燒器性能要求，同時又能保持預(yù)定的運轉(zhuǎn)要求。
前面已經(jīng)詳細(xì)說明了燃燒器拱頂罩裝置的一個示例性實施例。所說明的上述燃燒器拱頂罩裝置部件并不局限于這里所敘述的特定實例，而相反，每個拱頂罩裝置的部件可以與其他部件分開單獨使用。例如，上述拱頂罩裝置的部件也可以與其他燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)聯(lián)合使用。
雖然就各個不同的特定實例敘述了本發(fā)明，但是業(yè)內(nèi)人士會認(rèn)可本發(fā)明可以在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行修改。
零部件表



權(quán)利要求
1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的一種燃燒器(16)，上述燃燒器包括一個旋流器裝置(74)；及包括一個密封板(120)和一個拱形板(72)的一個拱頂罩裝置(48)，上述密封板焊接到上述拱形板上，并包括一個伸出部分(124)及一個整體成形板體(126)，上述密封板焊接到上述拱形板上，使得在上述拱形板與上述密封板的伸出部分之間形成了一個間隙(136)，上述旋流器裝置焊接到上述拱形板上。
2.按權(quán)利要求1的一種燃燒器(16)，其特征在于上述拱形板(72)包括一個上游側(cè)(92)、一個下游側(cè)(94)、及一個在其間延伸的孔(90)，上述上游側(cè)和下游側(cè)中的至少一側(cè)包括一個限定了上述孔的有倒角的邊緣(100)，。
3.按權(quán)利要求1的一種燃燒器(16)，其特征在于上述拱形板(72)包括一個上游側(cè)(92)、一個下游側(cè)(94)、及一個在其間延伸的孔(90)，上述拱形板的上游側(cè)和下游側(cè)中的至少一側(cè)包括一個限定了上述孔的埋頭鉆孔邊緣(102)。
4.按權(quán)利要求3的一種燃燒器(16)，其特征在于上述密封板(120)的至少一部分固定在上述埋頭鉆孔的邊緣(102)內(nèi)，上述埋頭鉆孔邊緣有助于使上述旋流器裝置(74)與上述拱形板(72)對齊。
5.按權(quán)利要求1的一種燃燒器(16)，其特征在于還包括一個釬焊到上述密封板(120)上的導(dǎo)流板(76)。
6.按權(quán)利要求1的一種燃燒器(16)，其特征在于上述旋流器裝置(74)包括至少一個焊接到上述密封板(126)上的輔助旋流器(150)以及一個連接到上述輔助旋流器的主旋流器(152)，使得上述主旋流器可以相對于上述輔助旋流器自由活動。
7.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，包括一個燃燒器(16)，而該燃燒器包括一個拱頂罩裝置(48)、至少一個噴射器(182)、以及一個空氣旋流器(74)，上述拱頂罩裝置包括一個密封板(120)和一個拱形板(72)，上述密封板焊接到上述拱形板上并且包括一個板體(126)和一個從所述板體整體延伸的伸出部分(124)，上述密封板焊接到上述拱形板上，使得在上述拱形板與上述密封板伸出部分之間形成了一個間隙(136)，上述旋流器裝置焊接到上述拱形板上，上述至少一個噴射器連接到上述拱頂罩裝置上。
8.按權(quán)利要求7的一種燃?xì)廨啓C(jī)(10)，其特征在于上述拱形板(72)包括一個上游側(cè)(92)、一個下游側(cè)(94)，及一個在其間延伸的孔(90)，上述孔的尺寸可以容納上述空氣旋流器(74)的通過其間的至少一部分從中穿過，上述拱形板的上游側(cè)和下游側(cè)中的至少一個包括一個有倒角的邊緣(100)，所述倒角邊緣外切于上述孔，使得上述邊緣限定了上述孔。
9.按權(quán)利要求7的一種燃?xì)廨啓C(jī)(10)，其特征在于上述拱形板(72)包括一個上游側(cè)(92)、一個下游側(cè)(94)，和一個在其間延伸的孔(90)，上述孔的尺寸大小可以容納上述空氣旋流器(74)的至少一部分從中穿過，上述拱形板的上游側(cè)和下游側(cè)中的至少一側(cè)包括一個埋頭孔邊緣(102)，所述邊緣外切于上述孔，使得上述邊緣限定了上述孔。
10.按權(quán)利要求8的一種燃?xì)廨啓C(jī)(10)，其特征在于上述埋頭孔邊緣(102)的尺寸大小可以在其內(nèi)容納上述密封板(120)的至少一部分，使得上述埋頭孔邊緣有助于使上述旋流器裝置(74)與上述拱形板(72)對齊。
全文摘要
用于燃?xì)廨啓C(jī)(10)的一種燃燒器(16)，包括一個旋流器裝置(74)和一個拱頂罩裝置(48)。該拱頂罩裝置包括一個密封板(120)和一個拱形板(72)。該密封板焊接到該拱形板上并包括一個伸出部分(124)以及一個整體成形板體(126)。該密封板焊接到該拱形板上，使得在該拱形板與該密封板的伸出部分之間限定了一個間隙(136)。該旋流器裝置焊接到該拱形板上。
文檔編號F02C3/00GK1609513SQ20041005775
公開日2005年4月27日 申請日期2004年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者S·J·霍維爾, J·C·雅各布森, T·P·麥卡弗里, B·F·巴恩斯 申請人:通用電氣公司