[发明专利]冷却和稀释调节燃烧器衬里与过渡件交界面的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机内的内部冷却，且更具体地，涉及用于在燃烧器衬里和过渡件之间的过渡或交界区域提供更好和更均匀的冷却的装置和方法。

背景技术

传统的燃气涡轮机燃烧器使用扩散(即非预混合)燃烧，其中燃料和空气分别进入燃烧室。混合和燃烧过程产生超过3900°F的火焰温度。由于常规的燃烧器和/或过渡件通常仅能够承受约1500°F的最高温度约一万小时(10,000hrs)，因此必须采取保护燃烧器和/或过渡件的步骤。这典型地通过薄膜冷却达成，薄膜冷却包括将相对冷的压缩机空气引入由环绕过渡件的冲击冷却套管和环绕燃烧器衬里的流套管形成的气室。该冷却空气最后反向流入燃烧器，在此处其与燃料混合用于燃烧和稀释调节(dilution tuning)。

已经采用了各种技术来冷却燃烧器衬里的后端(靠近过渡件的一端)且压缩密封件(或“呼啦”密封件)典型地用在过渡件和燃烧器衬里的交界面。例如，见美国专利第6,098,397号，其公开了在衬里的外表面上提供一列凹陷以增强热传递。在美国专利第7,010,921号中公开了另一种技术，其中燃烧器衬里的后端设有围绕其周围的多个轴向延伸的肋或湍流器，覆盖有套管或覆盖板，从而形成一系列冷却通道。冷却空气通过位于通道前端的空气入口槽或开口引入通道，并离开进入叠缩在衬里后端上的过渡件。

只有在涡轮机可投入运行后才能进行的对燃烧器(包括冷却结构)的调节典型地包括拆散涡轮机并拆除过渡件，从而在其中钻出或焊接稀释孔。这是一个耗时并因而昂贵的过程。

因而，一直需要一种冷却装置，其对燃烧器衬里的后端/过渡件交界面提供有效、均匀的冷却，并且也简化燃烧器调节过程。

发明内容

在一个示范性但非限制性的方面，本发明涉及燃烧器衬里，该燃烧器衬里包括前端和后端，该后端具有缩小的直径部分和重叠在该缩小的直径部分上的冷却和稀释套管，从而在它们之间建立冷却气室；在冷却套管中形成多个冷却空气进口孔，并在靠近衬里的后边缘处形成多个冷却空气出口孔，使得在使用中，冷却空气流经冷却空气进口孔并穿过该气室，离开冷却空气出口孔，从而冷却燃烧器衬里的后端，并实现稀释调节。

在另一个示范性但非限制性的方面，本发明涉及燃烧器衬里，该燃烧器衬里包括衬里前端和衬里后端，该衬里后端具有缩小的直径部分和重叠在该缩小的直径部分上的冷却套管，从而在它们之间建立冷却气室；在冷却套管中形成多个冷却空气进口孔，并在靠近衬里的后边缘处形成多个冷却空气出口孔，使得在使用中，冷却空气流经冷却空气进口孔并穿过该气室，离开冷却空气出口孔，从而冷却衬里后端；其中压缩密封件紧固在冷却套管的外表面上，直接位于气室的径向外部；并且其中衬里后端包括通向缩小的直径部分的向内的锥形的部分，以及通向环形环管的向外的锥形的部分，冷却套管具有与衬里在向内的锥形的部分上游的位置处接合的前套管端，以及固定到环管上的后套管端。

在又一个示范性但非限制性的方面，本发明涉及冷却燃烧器衬里的后端及相关联的环状密封件的方法，包括：

形成衬里的后端部分，该后端部分具有缩小的直径部分；

在该缩小的直径部分的周围以对其径向地隔开的关系定位冷却套管，从而形成环状气室；

在冷却套管的上游端中形成冷却空气进口孔，并靠近衬里的后边缘在衬里中形成冷却空气出口孔，使得在使用中，冷却空气流经冷却空气进口孔进入气室，并穿过冷却空气出口孔。

现在将联系以下指出的附图详细描述本发明。

附图说明

图1是图示已知的燃气涡轮机过渡件构造的部分截面图，带有示意性显示的相关联的燃烧器衬里；

图2是根据已知冷却构造的燃烧器衬里的后端的分解部分透视图；

图3是根据本发明的第一示范性但非限制性实施例的穿过燃烧器衬里的后端的部分截面图；

图4是根据本发明的第二示范性但非限制性实施例的穿过燃烧器衬里的后端的部分截面图；

图5是根据本发明的第三示范性但非限制性实施例的穿过燃烧器衬里的后端的部分截面图。

部件列表

10过渡件

12燃烧器衬里

14涡轮机第一级

16轴向扩散器

18压缩机排放箱

20孔

22冲击套管

24环状空间

26密封压缩件

28覆盖板

30过渡区域

32肋

34气流通道

36进口槽或开口

38开口

40衬里

42向内的锥形部分