专利名称：用于燃烧器衬套的环冷却及相关方法
技术领域：
本发明一般地涉及燃气涡轮机燃烧技术，更具体地，涉及流套筒(flow sleeve)和 构造成朝向特定目标区域重定向冷却空气的燃烧器衬套装置。
背景技术：
在燃气涡轮机燃烧系统中，燃烧器外壳包含典型地以通常圆柱形结构构造而成的衬套，其具有封闭前端和开口后端。燃料通常在封闭末端经由一个或多个燃料喷嘴引入到 衬套中，而燃烧空气被允许通过沿衬套轴向地隔开的圆形孔眼行或空气混合孔行。这些燃 气涡轮机燃烧衬套通常在极高温度下运行，并且很大程度上依赖用于冷却目的的进入压缩 空气。更具体地，燃烧器衬套典型地通过使压缩机排放空气流过设置在包围衬套的流套筒 中的一系列冷却孔而被冲击冷却。在一些实例中，冷却插入件或套管已经被定位在流套筒冷却孔中，以将冷却空气 射流带入紧靠衬套表面处，或者甚至更具体地，紧靠已知的热点和焊接点。然而，向内突出 的套管在燃烧空气流中沿流套筒和衬套之间的径向间隔产生不期望的压降。因此，仍然需要一种用于冷却局部化热点和/或焊接点的技术，该技术在不负面 地影响冷却效率的情况下增加耐用性但降低压降。
发明内容
在一个示例性但非限制性的方面，本发明涉及一种燃气涡轮机燃烧器，该燃烧器 包括具有前端和后端的燃烧器衬套；包围燃烧器衬套的流套筒，该流套筒也具有前端和 后端，该流套筒的后端支撑形成有多个冷却钻孔的环形环(annular ring)，冷却钻孔延伸 通过环和流套筒，该多个冷却钻孔的至少其中一些以相对于燃烧器衬套的纵向轴线的锐角 角度而形成。在另一个示例性方面，涡轮机燃烧器部件冷却装置包括待冷却的第一燃烧器部 件；至少部分地包围第一部件的第二燃烧器部件，且二者之间有环形径向间距，该第二燃烧 器部件在其外表面上形成有多个凸起；形成在各凸起中的冷却钻孔，其以相对于穿过第一 燃烧器部件的纵向轴线的锐角角度延伸通过第二燃烧器部件，以便将冷却空气导向第一燃 烧器部件上的目标区域，并且其中，凸起设置在第二燃烧器部件的外表面上的环形环上，使 得冷却凸起的出口与第二燃烧器部件的内表面齐平。在又一个示例性方面，本发明涉及一种冷却由第二燃烧器部件包围的第一涡轮机 燃烧器部件的方法，且二者之间具有径向流道，该方法包括(a)在第二燃烧器部件的外表 面上以与第一燃烧器部件上的待冷却目标区域大体上径向和轴向对齐的方式提供环；(b) 以相对于第二燃烧器部件的纵向中心轴线的锐角角度形成通过环和第二燃烧器部件的钻 孔，该钻孔适于将冷却空气导向目标区域，其中，钻孔的出口与第二燃烧器部件的内表面平 齐，从而使通过流道的流的压降最小化。现在将结合以下标识的附图详细描述本发明的示例性但非限制性实施例。
图1是传统的燃气涡轮机燃烧器衬套的局部剖切透视图；图2是紧靠燃烧器衬套的燃烧器流套筒中的传统套管装置的局部透视图；以及图3是根据本发明的一个示例性但非限制性的实施例的定向冷却环的局部透视图。
具体实施例方式现在参考图1和图2，传统的涡轮机燃烧器衬套10包括具有前端12和后端14的 通常圆柱形的、分段的主体。该前端12典型地被衬套盖硬件(未示出)关闭，其也安装用 来将燃料供给衬套内的燃烧室的一个或多个燃料喷嘴。衬套的相反端或后端典型地紧固到 管状过渡件(未示出)上，该过渡件将热燃烧气体供给涡轮的第一级。然而，本发明不限于 图1中示出的衬套，或者不限于用在燃烧器衬套中。以下描述的本发明可应用于需要冷却 空气的任何热气通道燃烧器部件。在典型的已知装置中，多个轴向隔开的、周向的空气稀释孔行或空气混合孔行形 成在朝向衬套的后端14(即更靠近过渡件，位于衬套的下游末端)的环绕流套筒16中。示 出了三行空气稀释孔或空气混合孔18、20和22，但行的数量和各行中孔的数量可以变化。套管24示出在行18和20中，但不在行22中。各个套管24包括大体上圆柱形的 壁26，该壁26限定中心开口，以将空气供应到衬套的内部或具有与流套筒的外表面接合的 凸缘28的其它部件的内部。因而，套管壁26所限定的孔适于替代衬套插入其中的孔而将 空气供应给衬套。套管24的图示仅仅是通过背景的方式示出，注意到套管投射到衬套和流套筒之 间的环形间距30中，使冷却空气更接近衬套表面，但也在流套筒和衬套之间的径向间距30 内的轴向空气流中产生不期望的压降。在该示例性但非限制性实施例中，环或带32在形成冷却钻孔36的位置设有竖立 的凸起34。环或带32在流套筒16周围延伸，覆盖一行冷却孔(例如，行22)。冷却孔或钻 孔36与流套筒中的冷却孔38对齐，并且至少其中一些(如果不是所有)钻孔36以相对于 衬套的纵向轴线的锐角角度钻削而成或以其它方式形成。另外，由于环或带32，且更明显 地，由于凸起34径向地远离流套筒而突起，没有任何东西突入流套筒16和衬套10之间的 环形间距30，使得该间距中的压降最小化。同时，环或凸缘32以及凸起34的厚度允许实现 离开钻孔36的冷却射流的定向性特征。环或带32可通过焊接或其它合适的方式(尤其是 在改型应用中)固定到流套筒上，或可与流套筒16—体地形成。环或带32可应用到任一 个或所有的冷却行18、20、22上，并且钻孔36的角度可全部一致，或可按需要单独地或按行 变化，以获得任何期望的定向冷却效果。就这点而言，根据指定的(多个)目标区域，冷却 钻孔角度可在整个行内一致，或可在行内变化。在图示的实施例中，例如，环或带32覆盖行22中的孔38。该行具有特殊的示例性 益处，因为它大体上位于径向和轴向地靠近后衬套段焊接在一起的位置(见焊缝40)，并且 包括环形弹簧组的密封件(也已知为呼啦密封件，见密封件42)在此处固定到衬套上，以与 插入到密封件和流套筒之间的间距中的过渡件密封接合。因此，焊缝40和/或密封件42可被认为是此示例中的目标区域。然而，本文所描述的冷却技术可用于需要定向冷却的各种其它应用中。 尽管已经结合目前认为是最实用的和优选的实施例对本发明进行了描述，但应当 理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而相反地，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求 的精神和范围内的各种修改和等效布置。
权利要求
一种燃气涡轮机燃烧器，包括具有前端(12)和后端(14)的燃烧器衬套(10)；包围所述燃烧器衬套的流套筒(16)，所述流套筒也具有前端和后端，所述流套筒的所述后端支撑形成有多个冷却钻孔(36)的环形环(32)，冷却钻孔延伸通过所述环和所述流套筒，所述多个冷却钻孔的至少其中一些以相对于所述燃烧器衬套的纵向轴线的锐角角度而形成。
2.如权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧器，其特征在于，所述燃烧器衬套的所述后端 包括环形焊缝(40)，并且其中，所述多个冷却钻孔成角度，以便导致离开所述钻孔(36)的 冷却流冲击在所述焊缝上。
3.如权利要求2所述的燃气涡轮机燃烧器，其特征在于，所述环形焊缝轴向地位于环 形弹簧密封件(42)附近，所述多个冷却钻孔也将冷却流引导至所述弹簧密封件上。
4.如权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧器，其特征在于，所述环形环(32)自所述流套 筒(16)径向向外地突出，并且形成有多个向外突出的凸起(34)，所述冷却钻孔(36)形成在 所述凸起中并延伸通过所述凸起。
5.如权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧器，其特征在于，一行或多行(20)冷却孔轴向 地位于所述环形环附近。
6.如权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧器，其特征在于，全部所述多个冷却钻孔(36) 以所述锐角角度形成。
7.如权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧器，其特征在于，其它所述多个冷却钻孔(36) 以不同的锐角角度形成。
8.如权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧器，其特征在于，所述环(32)附连到所述衬套 上，所述冷却钻孔与所述流套筒(16)中相同数量的冷却孔对齐。
9.如权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧器，其特征在于，所述环(32)与所述流套筒 (16) 一体地形成。
10.一种冷却由第二燃烧器部件(16)包围的第一涡轮机燃烧器部件(10)的方法，且二 者之间具有径向流道，所述方法包括(a)在所述第二燃烧器部件(16)的外表面上以与所述第一燃烧器部件(10)上的待冷 却目标区域大体上径向和轴向对齐的方式提供环(32)；(b)以相对于所述第二燃烧器部件的纵向中心轴线的锐角角度形成通过所述环(32) 和所述第二燃烧器部件(16)的钻孔(36)，所述钻孔适于将冷却空气导向目标区域，其中， 所述钻孔(36)的出口(38)与所述第二燃烧器部件的内表面平齐，从而使通过所述流道的 流的压降最小化。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述目标区域包括在所述第一燃烧器部 件上的环形焊缝。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述目标区域包括在所述第一燃烧器部 件上的环形密封件。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述锐角角度对于所有的所述钻孔是一 致的。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述锐角角度对于钻孔的环形行中的钻 孔是不同的。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括在所述环形环(32)上提供多个竖立的凸起(34)，所述钻孔(36)延伸通过所述凸起.
全文摘要
本发明涉及用于燃烧器衬套的环冷却及相关方法，具体而言，一种燃气涡轮机燃烧器包括具有前端和后端的衬套；包围衬套的流套筒，该流套筒也具有前端和后端，流套筒的后端支撑形成有多个冷却钻孔的环形环，并延伸通过流套筒；多个冷却钻孔的至少其中一些以相对于衬套的纵向轴线的锐角角度而形成。
文档编号F23D14/78GK101799157SQ20101000383
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月5日 优先权日2009年1月6日
发明者K·卡利斯瓦兰, R·G·佩贾瓦, S·伯贾尼 申请人:通用电气公司