燃烧器空气罩组件及燃烧器组件的制作方法

本发明大体上涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧器(combustor)。更具体地说，本发明涉及燃烧器组件，其包括用于径向或轴向偏置燃料喷射器的空气罩(airshield)。

背景技术：

燃气涡轮发动机通常包括压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。压缩机区段逐步增大进入燃气涡轮发动机的空气的压力，并且将此压缩空气供应到燃烧区段。压缩空气和燃料(例如，天然气)在一个或多个燃烧腔室内燃烧之前在燃烧区段内混合以产生高压且高温的燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段流到涡轮区段中并在其中膨胀以产生机械旋转能。例如，燃烧气体在涡轮区段中的膨胀可使例如连接到发电机的转子轴旋转以产生电力。

燃烧区段通常包括多个环形布置的燃烧器，其中每个燃烧器从压缩机区段接收压缩空气。每个燃烧器可包括定位于燃烧器壳体内的衬管(liner)。衬管至少部分地限定燃烧腔室，所述燃烧腔室具有初级燃烧区和定位于所述初级燃烧区下游的次级燃烧区。一个或多个燃料喷嘴可将燃料供应到初级燃烧区中的每一个。此外，与一个或多个燃料喷嘴轴向偏置或轴向分级且安置于一个或多个燃料喷嘴下游的一个或多个径向燃料喷射器可将次级燃料与空气的混合物供应到次级燃烧区。

管路(tube)或导管(conduit)可用来将燃料供应到相应的径向燃料喷射器。管路的第一端或上游端可刚性连接到壳体结构、燃料供应装置或至少部分地包围衬管的流动套筒(flowsleeve)。管路的第二端可刚性连接到燃料喷射器，所述燃料喷射器连接到同样部分地包围衬管的一部分的冲击套筒。伸缩接头(expansionjoint)限定在流动套筒与冲击套筒(impingementsleeve)之间。当燃烧器在各种热量状况中转变时，在流动套筒与冲击套筒之间的伸缩接头处可存在相对轴向和/或径向移动，由此将机械负载置于管路上。

技术实现要素：

各个方面和优点是在下文的描述中进行阐述，或者是通过描述可以显而易见的，或者是可通过实践而习得的。

本发明的一个实施例是一种燃烧器组件。燃烧器组件包括至少部分地由流动套筒和冲击套筒包围的燃烧衬管。轴向伸缩接头限定在流动套筒的后端与冲击套筒的前端之间。径向燃料喷射器径向延伸穿过冲击套筒且至少部分地穿过燃烧衬管。径向燃料喷射器流体连接到跨(across)伸缩接头延伸的燃料导管。燃烧器组件还包括空气罩组件。空气罩组件包括：前端，其可滑动地连接到流动套筒；后端，其刚性连接到燃烧衬管、径向燃料喷射器和冲击套筒中的至少一个；和桥接构件(bridgemember)，其将空气罩组件的前端与空气罩组件的后端连接。桥接构件跨伸缩接头延伸且燃料导管至少部分地设置在桥接构件内。

其中，所述空气罩组件的所述前端包括前套筒，其中所述前套筒至少部分地限定围绕所述燃料导管的一部分的空气流动通道(airflowpassage)。

其中，所述桥接构件至少部分地限定围绕所述燃料导管的一部分的空气流动通道。

其中，所述空气罩组件的所述后端包括与所述空气流动通道处于流体连通的喷射器盖(injectorcover)，其中所述喷射器盖至少部分地包围到所述径向燃料喷射器的入口(inlet)。

其中，所述空气罩组件的所述后端包括限定多个孔的喷射器盖，其中所述多个孔提供通过所述喷射器盖进入所述径向燃料喷射器的入口的流体流动。

其中，所述空气罩组件的所述前端包括前套筒，所述燃烧器组件还包括：带螺纹的(threaded)螺柱(stud)或螺栓(bolt)，其从所述流动套筒径向向外延伸并穿过所述前套筒的凸缘(flange)的紧固件孔(fastenerhole)；第一垫圈(firstwasher)，其沿所述前套筒的所述凸缘的外表面设置；和弹性件(spring)，其径向设置在螺母与所述第一垫圈之间。

所述的燃烧器组件还包括沿所述流动套筒的外表面设置的套管(boss)，所述螺柱径向延伸穿过所述套管。

所述的燃烧器组件还包括设置在所述弹性件与所述螺母之间的第二垫圈。

其中，所述弹性件包括波形弹簧(wavespring)。

其中，所述空气罩组件包括基部(base)和帽部(cap)，其中所述基部包括前支架(forwardbracket)、后支架和基部桥接构件，且所述帽部包括前套筒、喷射器盖和在结构上将所述前套筒与所述喷射器盖链接的帽部桥接构件，其中所述基部桥接构件和所述帽部桥接构件限定所述空气罩组件的所述桥接构件。

其中，所述基部桥接构件和所述帽部桥接构件至少部分地限定所述空气流动通道。

其中，所述后支架径向地定向且包括一个或多个径向定向的狭槽(slots)或开口(openings)。

其中，所述基部和所述帽部中的至少一个包括至少一个凸片(tab)。

本发明的另一实施例是一种燃烧器空气罩组件。燃烧器空气罩组件包括：基部，其包括前支架、后支架和在结构上将前支架与后支架链接的基部桥接构件；和帽部，其包括前套筒、喷射器盖和在结构上将前套筒与喷射器盖链接的帽部桥接构件。基部桥接构件、帽部桥接构件、前套筒和喷射器盖在其中限定空气流动通道。

其中，所述后支架径向地定向且包括一个或多个径向定向的狭槽或开口。

其中，所述基部桥接构件和所述帽部桥接构件中的至少一个包括至少一个夹持件，其中所述夹持件将所述基部桥接构件连接到所述帽部桥接构件。

所述的燃烧器空气罩组件还包括：带螺纹的螺柱或螺栓，其径向延伸穿过所述前套筒的凸缘的紧固件孔；第一垫圈，其沿所述前套筒的所述凸缘的外表面设置；和弹性件，其径向设置在螺母与所述第一垫圈之间。

所述的燃烧器空气罩组件还包括套管，其中所述螺柱径向延伸穿过所述套管。

所述的燃烧器空气罩组件还包括设置在所述弹性件与所述螺母之间的第二垫圈。

其中，所述弹性件包括波形弹簧。

通过阅读说明书，所属领域的技术人员将更好地了解此类实施例和其它实施例的特征和方面。

附图说明

在说明书的其余部分中(包括参考附图)更具体地阐述各种实施例的完全和充分的公开内容，包括其对于所属领域的技术人员来说的最佳模式，在附图中：

图1是可并入本发明的各种实施例的示范性燃气涡轮的功能框图；

图2是如可并入本发明的各种实施例的示范性燃烧器的简化横截面侧视图；

图3是根据本发明的至少一个实施例的示范性燃烧器的一部分的横截面视图；

图4是根据本发明的至少一个实施例的示范性空气罩组件的分解透视图；

图5是根据本发明的至少一个实施例的如图3所示出的燃烧器的一部分的侧视图，其中包括示范性空气罩组件；

图6是根据本发明的至少一个实施例的如图5所示出的燃烧器的一部分的顶视图(topview)；并且

图7是根据本发明的至少一个实施例的空气罩组件的第一端的一部分沿如图5所示出的剖面线a-a截取的放大横截面侧视图。

具体实施方式

现将详细参考本发明的当前实施例，其中的一个或多个实例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。在附图和描述中相同或相似的标号用来指代本发明的相同或相似的部件。

如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，而非意图表示个别部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流的相对方向。举例来说，“上游”是指流体从其流出的方向，而“下游”是指流体流到的方向。术语“径向地”是指基本上垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向，术语“轴向地”是指基本上平行于和/或同轴地对齐于特定部件的轴向中心线的相对方向，而术语“周向地”是指围绕特定部件的轴向中心线延伸的相对方向。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而非意图是限制性的。如本文所使用，除非上下文另外明确指示，单数形式“一(a、an)”以及“所述”意图还包括复数形式。应进一步理解，当用于本说明书中时，术语“包括(comprises/comprising)”指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。

每个实例通过解释而非限制的方式提供。实际上，在不偏离本发明的范围或精神的前提下对本发明进行多种修改和变化，对于所属领域的技术人员来说是显而易见的。举例来说，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可结合另一实施例，从而产生又一实施例。因此，希望本发明涵盖如落入所附权利要求书和其等效物的范围内的此类修改和变化。虽然本发明的示范性实施例将出于说明的目的而大体上在陆基发电燃气涡轮的燃烧器的语境中进行描述，但所属领域的技术人员将容易了解，本发明的实施例可应用于任何样式或类型的涡轮机的燃烧器，并且不限于用于陆基发电燃气涡轮的燃烧器或燃烧系统，除非权利要求书中特别地叙述。

现在参考附图，图1示出示范性燃气涡轮10的示意图。燃气涡轮10大体上包括压缩机12、设置在压缩机12下游的至少一个燃烧器14，以及设置在燃烧器14下游的涡轮16。另外，燃气涡轮10可包括将压缩机12连接到涡轮16的一个或多个轴18。

在操作期间，空气20流入压缩机12，空气20在所述压缩机12中经过逐步压缩，因此提供压缩空气或增压空气22到燃烧器14。压缩空气22的至少一部分与燃烧器14内的燃料24混合并进行燃烧以产生燃烧气体26。燃烧气体26从燃烧器14流入涡轮16，其中能量(动能和/或热能)从燃烧气体26转移到转子叶片(未示出)，因此致使轴18旋转。机械旋转能接着可用于各种目的，例如对压缩机12供能和/或产生电力。燃烧气体26接着可从燃气涡轮10排出。

图2提供如可并入本发明的各种实施例的示范性燃烧器的横截面侧视图。如图2所示出，燃烧器14可由例如压缩机排气壳体等外部壳体(outercasing)28至少部分地包围。外部壳体28可至少部分地限定高压气室(highpressureplenum)30，所述高压气室30至少部分地包围燃烧器14的各种部件。高压气室30可与压缩机12(图1)流体连通，以便从所述压缩机12接收压缩空气22的一部分。端盖32可连接到外部壳体28。一个或多个燃料喷嘴34可在端盖32的下游轴向延伸。一个或多个燃烧衬管或套管(ducts)36可至少部分地限定位于一个或多个燃料喷嘴34下游的初级燃烧腔室或区38，和/或可至少部分地限定与初级燃烧区38轴向偏置且位于所述初级燃烧区38下游的次级燃烧区40。

在特定实施例中，燃烧衬管36可由外部套筒42至少部分地周向包围。外部套筒42可形成为单个部件或由多个套筒片段形成，例如，由流动套筒44和冲击套筒46形成，所述冲击套筒46与流动套筒44可滑动地接合(slideablyengaged)以允许其间的轴向相对移动。流动套筒44和冲击套筒46与燃烧衬管36径向隔开，以便在其间限定冷却流动通道48。冲击套筒46和/或流动套筒44可限定多个入口或孔(未示出)，所述入口或孔提供冷却流动通道48与高压气室30之间的流体连通。

在各种实施例中，如图2所示出，燃烧器14包括与燃料喷嘴34轴向偏置且设置在所述燃料喷嘴34下游的至少一个径向或轴向分级的燃料喷射器50。径向燃料喷射器50径向延伸穿过冲击套筒46、冷却流动通道48且至少部分地穿过燃烧衬管36。在特定实施例中，燃烧器14包括围绕燃烧衬管36和冲击套筒46环形布置的多个径向燃料喷射器50。

每个径向燃料喷射器50径向延伸穿过冲击套筒46、冷却流动通道48且至少部分地穿过燃烧衬管36。在一个实施例中，至少一个径向燃料喷射器50刚性连接到冲击套筒46和燃烧衬管36中的至少一个。径向燃料喷射器50提供次级燃料与空气的混合物到限定在燃烧衬管36内的位于燃料喷嘴34和/或初级燃烧区38下游的次级燃烧区40。

图3提供根据本发明的至少一个实施例的示范性燃烧器14的一部分的横截面侧视图。在各种实施例中，如图2和3所共同示出，燃烧器14包括提供燃料到径向燃料喷射器50的至少一个燃料导管52。在特定实施例中，燃料导管52的上游端或前端54流体连接到燃料供应装置或燃料源(未示出)，而燃料导管52的后端或下游端56固定连接到径向燃料喷射器50。

在特定实施例中，如图3所示出，伸缩接头58限定在流动套筒44的后端60与冲击套筒46的前端62之间。如所示出，流动套筒44的后端60座放在(seated)冲击套筒46的前端62内和/或与所述前端62轴向重叠。径向或呼拉圈式(hula)密封件64可设置在流动套筒44的后端60与冲击套筒46的前端62之间或在两者间径向延伸，以在流动套筒44与冲击套筒46之间提供轴向滑动接合的同时为冲击套筒46提供径向支撑，因此允许流动套筒44和冲击套筒46在燃烧器14在各种热量状况中转变时在伸缩接头58处轴向膨胀和收缩。

在各种实施例中，如图3所示出，燃烧器14包括空气罩组件100。空气罩组件100的前端102连接到流动套筒44，而空气罩组件的后端刚性连接到径向燃料喷射器50、冲击套筒46和燃烧衬管44中的至少一个。空气罩组件100的桥接部分106在前端102与后端104之间延伸并将前端102与后端104刚性连接。空气罩组件100包覆(encases)或至少部分地包覆或者周向地包围燃料导管52以及径向燃料喷射器50的至少一部分。空气流动通道108限定在空气罩组件100内。燃料导管50延伸穿过空气流动通道108且由所述空气流动通道108包围。在操作期间，压缩空气可被引导通过空气流动通道68，以吹扫空气流动通道108和/或提供压缩空气到径向燃料喷射器50。

图4提供根据本发明的至少一个实施例的示范性空气罩组件100的分解视图。在特定实施例中，如图4所示出，空气罩组件100包括基部(base)110和帽部(cap)112。基部110包括前支架(forwardbracket)或前凸缘(forwardflange)114、后支架或后凸缘116以及具有半环形形状的基部桥接构件118。基部桥接构件118从前支架114延伸到后支架116并在结构上将所述前支架114与后支架116链接。在特定实施例中，基部桥接构件118是刚性的或非柔性的。基部桥接构件118至少部分地限定空气流动通道108。

如图4所示出，前支架114轴向地定向。在特定实施例中，前支架114限定至少一个紧固件孔120。一个或多个紧固件孔120可轴向地延长(axiallyelongated)。在特定实施例中，后支架116径向地定向，且包括一个或多个径向定向的狭槽(slots)或开口122。在至少一个实施例中，基部110包括沿基部桥接构件110限定的至少一个凸片(tab)或夹持件(clip)124。在特定实施例中，基部110包括沿基部桥接构件110的相对侧定位的多个凸片124。

在特定实施例中，如图4所示出，帽部112包括具有半环形形状的前套筒126、喷射器盖128以及具有半环形形状的帽部桥接构件130。帽部桥接构件130从前套筒126延伸到喷射器盖128并在结构上将所述前套筒126与喷射器盖128链接。在特定实施例中，帽部桥接构件122是刚性的或非柔性的。前套筒126、帽部桥接构件130和喷射器盖128至少部分地限定空气流动通道108(图3)。喷射器盖128至少部分或完全覆盖径向燃料喷射器50的入口70(图3)。

在特定实施例中，如图4所示出，前套筒126限定至少一个凸缘132。凸缘132限定至少一个紧固件孔134。紧固件孔134可轴向地延长并与基部110的前支架114的紧固件孔120径向且轴向对准。

在特定实施例中，喷射器盖128包括一个或多个孔(apertures)136。在操作中，一个或多个孔136可在高压气室30(图2)与径向燃料喷射器50之间提供流体连通。在至少一个实施例中，帽部112包括沿帽部桥接构件130限定的至少一个凸片或夹持件138。在特定实施例中，帽部112包括沿帽部桥接构件130的相对侧定位的多个凸片138。

图5提供根据本发明的至少一个实施例的安装有空气罩组件100的如图3所示燃烧器14的一部分的侧视图。图6提供根据本发明的至少一个实施例的安装有空气罩组件100的如图5所示燃烧器14的一部分的顶视图。如图5和6所共同示出，空气罩组件100的包括前支架114和前套筒126的前端102连接到流动套筒44，而空气罩组件100的包括后支架116和喷射器盖128的后端104连接到如图3所示出的径向燃料喷射器50。喷射器盖128可经由一个或多个紧固件140连接到径向燃料喷射器50(图3)。基部桥接构件118和帽部桥接构件130可经由凸片124、138和/或经由机械紧固件而连接在一起。

在各种实施例中，空气罩组件100的第一端102可以是可滑动地连接到流动套筒44。图7提供根据本发明的至少一个实施例的空气罩组件100的第一端102的一部分以及流动套筒44的一部分沿如图5所示出的剖面线a-a截取的放大横截面侧视图。

在特定实施例中，如图7所示出，带螺纹的螺柱或螺栓(studorbolt)142可径向延伸穿过流动套筒44和/或从所述流动套筒44径向向外延伸，并且穿过前套筒126的凸缘132的紧固件孔134。在特定实施例中，螺柱142径向延伸穿过沿流动套筒44的外表面或外侧66设置的套管或螺母144。在特定实施例中，螺柱142以旋拧方式与套管或螺母144接合。套管144可至少部分地径向延伸穿过前套筒126的相应紧固件孔134。

在特定实施例中，螺柱142径向延伸穿过沿前套筒126的凸缘132的外表面148设置的第一垫圈或轴环146。弹性件或衬套150(例如波形或压缩弹簧)径向设置在螺母152与第一垫圈146之间。在特定实施例中，第二垫圈154可设置在弹性件150与螺母152之间。

在组装时，可拧紧螺母152，使得弹性件150施加抵抗第一垫圈146的压缩力，所述压缩力被转移到前套筒126的凸缘132的外表面148，以便当流动套筒44与冲击套筒46和/或燃烧衬管44之间例如由于热膨胀和收缩而存在相对移动时限制或防止空气罩组件100的第一端102的径向移动，但是仍允许空气罩组件100跨流动套筒44的外表面66进行轴向或滑动移动。

本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书所限定，并且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果其它此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例的等效结构要素与权利要求书的字面意义无显著差别，那么此类实例意图处于权利要求书的范围内。