专利名称：燃料喷嘴的可拆式燃烧管的利记博彩app
技术领域：
本发明主要涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及一种结合燃气涡轮机发动机 使用的可拆式燃烧管(burner tube)。
背景技术：
公知的燃料喷嘴组件将空气和燃料相混合用于燃烧。燃烧管组件为至少一些公知 的燃料喷嘴组件的最外部构件，且被设计成用以保护燃料喷嘴组件内的多个内部构件，同 时经由燃料喷嘴组件引导空气/燃料混合物。在至少一些公知的燃烧管组件内，多个构件 沿多条接缝(seam)焊接在一起。组装公知的燃烧管组件，尤其是焊接过程，可能是一项困难的工作。例如，进入气 流由燃烧管组件在组装时确定，且通常不允许随后的任何改变。更具体而言，对气流进行设 计变化通常需要更换整个燃料喷嘴组件。此外，在组装期间，对燃烧管组件自身的任何破坏 可能需要修理整个燃料喷嘴组件。组装过程由于燃烧管组件而变得更为复杂，燃烧管组件 限制接近燃料喷嘴组件的内部构件，从而使得难以检查和维护这些构件。在公知的燃料喷嘴组件内，燃烧管组件设计成使得气流在其向下游流动时变得大 致均勻。然而，在工作期间，联接在一起的构件之间所形成的接缝可造成流动异常，例如回 流区，这会不利地影响燃料喷嘴组件的工作。因此，在组装期间，需要特别注意各接合部，以 防止在其中残留的燃料和空气可自动点燃的火焰稳定问题。此外，一些公知的燃烧管组件 并未联接到支承法兰上，且在这些管中，燃料喷嘴组件的第一自然弯曲频率可低到足以由 转子速度多路系统(multiple)激励，从而提高了因振动引起零件损坏的风险。
发明内容
在一个方面，提供了一种用于组装燃料喷嘴的方法，该燃料喷嘴结合限定在燃气 涡轮发动机内的燃烧室使用。该方法包括提供旋流器组件；提供燃烧管；以及以可拆卸的 方式将燃烧管联接到支承法兰上，以便在燃料喷嘴工作期间使燃烧管的内表面外接旋流器 组件的外表面。在另一个方面，提供了一种构造成用以将流体朝向限定在燃气涡轮机内的燃烧室 引导的燃料喷嘴。燃料喷嘴包括旋流器组件和燃烧管，该燃烧管以可拆卸的方式联接到支 承法兰上，以便在燃料喷嘴工作期间使燃烧管的内表面外接旋流器组件的外表面。在又一个方面，提供了一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括燃烧室，以及 构造成用以将流体朝向燃烧室引导的燃料喷嘴。燃料喷嘴包括旋流器组件、燃烧管，以及支 承法兰，其中，燃烧管以可拆卸的方式联接到支承法兰上，以便在燃料喷嘴工作期间使燃烧 管的内表面外接旋流器组件的外表面。
图1为示例性燃气涡轮发动机的简图2为可结合图1中所示的燃气涡轮发动机使用的示例性燃烧器的示意性截面 图；图3为公知的燃料喷嘴组件的示意性截面图；图4为可结合图2中所示的燃烧器使用的示例性燃料喷嘴组件的示意性截面图， 该燃料喷嘴组件包括可拆式燃烧管；以及图5为可结合图2中所示的燃烧器使用的燃料喷嘴组件的另一实施例的局部剖面 透视图。零件清单100燃气涡轮发动机102压缩机104燃烧器106燃料喷嘴组件108涡轮 110轴112扩散器114压缩机排放腔室120端盖122燃料喷嘴组件1 24燃烧器壳体126燃 烧器衬套128燃烧室129燃烧室冷却通路130过渡件132涡轮喷嘴134外壁开口 136外壁 138环形通路140内壁142引导腔300燃料喷嘴组件310外管320旋流器组件330贯穿开 口(perforated opening) 340法兰350上部管370旋流器护罩400燃料喷嘴组件410可拆 式燃烧管420芯柱(stem) 430旋流器组件440法兰450联接机构460空气通路开口 470轴 向长度480径向长度500燃料喷嘴组件510可拆式燃烧管520上部管530下部管540多个 贯穿开口 550隔板组件560隔板570轴向长度580径向长度590空气导叶
具体实施例方式本文所述的示例性方法及系统克服了公知的燃料喷嘴组件的不足，且提供了相比 于公知的燃料喷嘴组件，组装、拆卸及维护都更为简单的燃料喷嘴组件。如本申请中所使用的用语“轴向，，和“轴向地”是指大致平行于燃烧管组件中心体 的中心纵向轴线延伸的方向和定向。如本申请中所使用的用语“径向”和“径向地”是指大 致垂直于中心体的中心纵向轴线延伸的方向和定向。如本申请所使用的用语“上游”和“下 游”是指关于中心体的中心纵向轴线相对于轴向流动方向的方向和定向。图1为示例性燃气涡轮发动机的简图。燃气涡轮发动机100包括压缩机102和 燃烧器104，燃烧器104包括燃料喷嘴组件106。燃气涡轮发动机100还包括涡轮108， 以及共同的压缩机/涡轮轴110。在一个实施例中，燃气涡轮发动机100为可从General ElectricCompany (Greenville, South Carolina)商购的 PG371 9FBA 重型燃气涡轮发动 机。值得注意的是，本发明不限于任何一种特定的发动机，而是还可结合其它燃气涡轮发动 机使用。在工作期间，空气流过压缩机102，且将压缩空气供送给燃烧器104，而更具体而 言是供送给燃料喷嘴组件106。将燃料引导到限定在燃烧器104内的燃烧区中，在其中，燃 料与压缩空气相混合并将该混合物点燃。生成了燃烧气体，且将其引导到涡轮108中，在其 中，气流的热能转变成机械旋转能。涡轮108可旋转地联接到轴110上并驱动该轴。图2为燃烧器104的示意性截面图。燃烧器104流动连通地与压缩机102和涡轮 108相联。压缩机102包括流动连通地相互联接的扩散器112和压缩机排放腔室114。压 缩机104包括向多个燃料喷嘴组件122提供结构支承的端盖120。端盖120利用保持器件 (图2中未示出)联接到燃烧器壳体124上。燃烧器衬套126从燃烧器壳体124沿径向向 内定位，使得燃烧器衬套126将燃烧室128限定在燃烧器104内。环形燃烧室冷却通路129 限定在燃烧器壳体124与燃烧器衬套126之间。过渡件130联接到燃烧室128上，以便于 将燃烧室128中所产生的燃烧气体向下游朝向涡轮喷嘴132引导。在示例性实施例中，过渡件130包括形成在外壁136中的多个开口 134。过渡件130还包括限定在内壁140与外 壁136之间的环形通路138。内壁140限定引导腔142。在示例性实施例中，燃料喷嘴组件 122经由燃料喷嘴法兰(未标号)联接到端盖120上。在工作期间，涡轮108通过轴110(图1中所示)驱动压缩机102。当压缩机102 旋转时，压缩空气如相关箭头所示排放到扩散器112中。在示例性实施例中，从压缩机102 所排放的大部分空气穿过压缩机排放腔室114朝向燃烧器104引导，而剩余的压缩空气经 受引导以便用于冷却发动机构件。更具体而言，排放腔室114内的加压压缩空气经由外壁 开口 134引导到过渡件130中并进入环形通路138中。然后，空气经引导从环形通路138 穿过环形燃烧室冷却通路129而到达燃料喷嘴组件122。燃料和空气相混合，且在燃烧室 128内点燃该混合物。燃烧器壳体124有助于保护燃烧室128及其相关燃烧过程不受外界 环境(例如，举例而言围绕涡轮构件的外界环境)干扰。所产生的燃烧气体经引导从燃烧 室128穿过引导腔142并朝向涡轮喷嘴132。图3为公知的燃料喷嘴组件300的示意性截面图。公知的燃料喷嘴组件300的最 外部构件为外管310。外管310保护多个内部构件如旋流器组件320和芯柱330，同时引导 流体穿过公知的燃料喷嘴组件300。在示例性实施例中，外管310由包括上部管350和下部 管的多个构件组装而成，上部管350也称为进入流调节器(IFC，inletfl0W conditioner), 其焊接到旋流器护罩370的上游侧上，下部管也称为燃烧管，其焊接到旋流器护罩370的下 游侧上。在示例性实施例中，外管310通过将至少一块金属板材周向地围绕旋流器组件 320紧密地卷绕而进行组装。更具体而言，外管310完全地外接旋流器组件320，且通过焊接 联接到旋流器组件320上。外管310包括限定在其中的多个贯穿开口 330。贯穿开口 330 能使空气在其邻近于法兰340的基部端处进入外管310。图4为示例性燃料喷嘴组件400的示意性截面图，该示例性燃料喷嘴组件400包 括可拆式燃烧管410、芯柱420，以及旋流器组件430。在示例性实施例中，可拆式燃烧管410 为燃料喷嘴组件400径向上的最外部构件，且径向地包绕燃料喷嘴组件400。在示例性实施例中，旋流器组件430由具有第一热膨胀系数(CTE)的第一材料制 成，而可拆式燃烧管410由具有不同于第一 CTE的第二 CTE的第二材料制成。此外，第二材 料能够比第一材料经受更高的温度，因为其邻近燃烧器104(图1中所示)。在一个实施例 中，使用第二材料能使可拆式燃烧管410保持其形状，以及在高于大约1200° F的材料温度下耐受腐蚀和氧化。在示例性实施例中，相应的材料有助于确保限定可拆式燃烧管410内 径的内表面定位成抵靠限定旋流器组件430外径的外表面。具体而言，相应的材料有助于 在工作温度下，在可拆式燃烧管410与旋流器组件430之间形成紧密密封，使得可拆式燃烧 管410的内径和旋流器组件430的外径处于结构性接触，而不会在燃料喷嘴工作期间将过 多的应变引至可拆式燃烧管410或旋流器组件430上。更具体而言，可拆式燃烧管410和旋 流器组件430限定了对燃料喷嘴组件400提供结构刚度的接合部，该接合部构造成用以在 工作期间传递负载。此外，相应的材料还有助于使可拆式燃烧管410在静止温度(resting temperature)或室温下围绕芯柱420朝向和远离法兰440滑动。在备选实施例中，在静止温度和工作温度下，在限定可拆式燃烧管410内径的内 表面与限定旋流器组件430外径的外表面之间限定了间隙。在这种实施例中，间隙基本上不会影响燃料喷嘴组件400的工作。在另一备选实施例中，热辅助过程用于 使可拆式燃烧 管410膨胀到足以围绕芯柱420和旋流器组件430联接可拆式燃烧管410。在示例性实施例中，可拆式燃烧管410能够通过联接机构450牢固地联接到法兰 440上，以及能够容易地与法兰440拆离。联接机构450可包括能使可拆式燃烧管410与法 兰440联接和拆离的任何装置，包括但不限于螺栓接合和/或凸轮锁定机构。当可拆式燃烧 管410联接到法兰440上时，可拆式燃烧管410就对燃料喷嘴组件400提供轴向支承。更 具体而言，法兰440和联接机构450构造成用以向可拆式燃烧管410提供振动稳健性。在 示例性实施例中，多个空气通路开口 460外接邻近法兰440的可拆式燃烧管410基部端，并 且其尺寸和构造形成为用以有助于通向联接机构450。联接机构450能使可拆式燃烧管410容易地互换，这有助于改善可维护性。例如， 当可拆式燃烧管410受到破坏或磨损时，可容易地拆离待更换的可拆式燃烧管410，并用新 的可拆式燃烧管410予以更换，而非更换整个燃料喷嘴组件400。联接机构450还通过拆 离可拆式燃烧管410并根据需要重新联接可拆式燃烧管410，有助于接近燃料喷嘴组件400 内的内部构件如芯柱420和旋流器组件430，以进行维护、修理及检查。此外，互换可拆式燃烧管410的灵活性有助于通过用各种空气流设计的多个可拆 式燃烧管410中的任何一个可拆式燃烧管来更换可拆式燃烧管410，以改变燃料喷嘴组件 400的空气流设计。在工作期间，可拆式燃烧管410在燃料喷嘴组件400内引导空气流。更具体而言， 空气经由空气通路开口 460进入燃料喷嘴组件400，且穿过可拆式燃烧管410弓|导到旋流器 组件430中。在示例性实施例中，可拆式燃烧管410有助于引导空气流，使得空气流在旋流 器组件430上游大致均勻。更具体而言，在空气通路开口 460与旋流器组件430之间的轴 向长度470，以及在芯柱420与可拆式燃烧管410之间的径向长度480有助于引导所期望的 空气流。在一个实施例中，长度470和480有助于消除在旋流器组件430内对空气导叶的 需要。图5为燃料喷嘴组件500的局部剖面透视图，燃料喷嘴组件500是燃料喷嘴组件 400的备选实施例。在示例性实施例中，燃料喷嘴组件500包括一些如图4中所示的燃料喷 嘴组件400相同的构件，包括芯柱420、旋流器组件430、法兰440、联接机构450，以及多个 空气通路开口 460。此外，在示例性实施例中，燃料喷嘴组件500包括具有邻近法兰440的 上部管520和邻近燃烧器104(图1中所示)的下部管530的可拆式燃烧管510，多个贯穿 开口 540，以及隔板组件550。在示例性实施例中，隔板组件550包括隔板560和联接到芯 柱420上的钟形空气导叶590。在示例性实施例中，隔板组件550径向地定位在多个贯穿开 口 540内部，贯穿开口 540围绕可拆式燃烧管510周向地间隔开。在示例性实施例中，出于成本效率的目的，可拆式燃烧管510包括上部管520和 下部管530。更具体而言，下部管530由能够经受由于其邻近燃烧器104(图1中所示)所 引起高温的材料制成。例如，在示例性实施例中，上部管520由410不锈钢制成，其具有 6.4e-6in/in/° F(英寸/英寸/华氏度)的CTE，而下部管530由Hastalloy X制成，其 具有8.03e-6in/in/° F的CTE。在一个实施例中，所使用的材料能使下部管530保持其形 状，以及在高于大约1200° F的材料温度下耐受腐蚀和氧化。在备选实施例中，可拆式燃烧 管由一种能够经受因其邻近燃烧器104(图1中所示)所引起高温的材料制成。
在示例性实施例中，旋流器组件430由具有第一 CTE的第一材料制成，上部管520 由具有不同于第一 CTE的第二 CTE的第二材料制成。在示例性实施例中，旋流器组件430和 可拆式燃烧管510的相应材料有助于确保限定可拆式燃烧管510内径的内表面定位成抵靠 限定旋流器组件430外径的外表面。在示例性实施例中，旋流器组件430和上部管520的 相应材料有助于在工作温度下，在上部管520与旋流器组件430之间形成紧密密封，而不会 在燃料喷嘴工作期间对上部管520或旋流器组件430引入过多的应变。更具体而言，上部 管520和旋流器组件430限定对燃料喷嘴组件500提供结构刚度的接合部，其构造成用以 在工作期间传递负载。此外，旋流器组件430和上部管520的相应材料还有助于使可拆式 燃烧管510在静止温度或室温下围绕芯柱420朝向和远离法兰440滑动。在示例性实施例 中，旋流器组件430由347不锈钢制成，其具有9.81e-6in/in/° F的CTE，而上部管520由 410不锈钢制成，其具有6. 4e-6in/in/° F的CTE。在另一实施例中，旋流器组件430和下 部管530的相应材料选定为有助于确保限定下部管530内径的内表面定位成抵靠限定旋流 器组件430的外径的外表面，如上文对于上部管520所述。在工作期间，多个贯穿开口 540和隔板组件550定位在空气通路开口 460的下游， 以进一步有助于在燃料喷嘴组件500内引导所期望的空气流。在一个实施例中，隔板组件 550有助于在燃料喷嘴组件500内引导比燃料喷嘴组件400更短和更宽的空气流。更具体 而言，隔板组件550允许燃烧管510的构造，其中，轴向长度570比轴向长度470(图4中所 示)更短，而径向长度580比径向长度480(图4中所示)更长。本文所述的可拆式燃烧管有助于燃气涡轮发动机的工作。更具体而言，本文所述 的可拆式燃烧管简化了燃料喷嘴的组装和拆卸，且提供了振动稳健性、流路的连续性，以及 维护的灵活性。总的来说，本文所述或所示的方法、装置或系统的实施既不限于可拆式燃烧 管，也不限于燃气涡轮发动机。相反，本文所述或所示的方法、装置及系统可与本文所述的 其它构件和/步骤独立地和可分开地使用。本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的技术人员 能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明可取 得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所想到的其它实例。如果这 些其它的实例具有与本权利要求的书面语言并无不同的结构成分，或者如果这些其它实例 包括与本权利要求的书面语言无实质差异的同等结构成分，则认为这些实例在本权利要求 的范围之内。尽管在一些图中示出了而在另一些图中未示出本发明的各种实施例的具体特 征，但这仅是为了方便。根据本发明的原理，可结合任何其它附图中的任何特征来参考和/ 或要求保护附图中的任何特征。尽管已根据各个具体实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到，本发 明可采用落在权利要求的精神和范围内的修改来予以实施。
权利要求
一种燃料喷嘴，其构造成用以引导流体朝向限定在燃气涡轮机(100)内的燃烧室(128)，所述燃料喷嘴包括旋流器组件(320，430)；以及燃烧管(410，510)，其以可拆卸的方式联接到支承法兰(340)上，以便在燃料喷嘴工作期间使所述燃烧管的内表面外接所述旋流器组件的外表面。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述旋流器组件(320，430)由具有第 一热膨胀系数的第一材料制成，以及其中，所述燃烧管(410，510)由具有不同于所述第一 热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二材料制成。
3.根据权利要求2所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述第一热膨胀系数高于所述第二 热膨胀系数。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述旋流器组件(320，430)由具有第 一热膨胀系数的第一材料制成，其中，所述燃烧管(410，510)由第二材料和第三材料制成， 其中，所述第二材料具有不同所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数，以及其中，所述第三 材料能够比所述第二材料经受更高的材料温度。
5.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃烧管(410，510)在静止温度下 宽松地外接所述旋流器组件(320，430)，以及在工作温度下稳固地外接所述旋流器组件。
6.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃料喷嘴还包括从所述燃烧管 (410,510)沿径向向内的方向定位的隔板(560)和空气导叶(590)中的至少一者，其中，所 述隔板和所述空气导叶中的至少一者构造成用以在所述燃料喷嘴内引导所期望的空气流。
7.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃烧管(410，510)通过多个螺栓 以及凸轮机构中的至少一者牢固地联接到所述支承法兰(340)上。
8.一种燃气涡轮发动机(100)，包括燃烧室(128)；以及构造成用以将流体朝向所述燃烧室引导的燃料喷嘴，其中，所述燃料喷嘴包括旋流器 组件(320，430)、燃烧管(410，510)，以及支承法兰(340)，其中，所述燃烧管以可拆卸的方 式联接到所述支承法兰上，以便在燃料喷嘴工作期间使所述燃烧管的内表面外接所述旋流 器组件的外表面。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机(100)，其特征在于，所述旋流器组件(320， 430)由具有第一热膨胀系数的第一材料制成，以及其中，所述燃烧管(410，510)由具有不 同于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二材料制成。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机(100)，其特征在于，所述第一热膨胀系数 高于所述第二热膨胀系数。
全文摘要
本发明涉及燃料喷嘴的可拆式燃烧管。具体而言，提供了一种燃料喷嘴，其构造成用以将流体朝向限定在燃气涡轮机(100)内的燃烧室(128)引导。该燃料喷嘴包括旋流器组件(320，430)和燃烧管(410，510)，燃烧管(410，510)以可拆卸的方式联接到支承法兰(340)上，以便在燃料喷嘴工作期间使燃烧管的内表面外接旋流器组件的外表面。
文档编号F23R3/38GK101806460SQ20091025337
公开日2010年8月18日 申请日期2009年12月1日 优先权日2008年12月1日
发明者D·M·拜利, D·M·约翰逊, G·D·迈尔斯, S·R·托马斯, S·西蒙斯 申请人:通用电气公司