[发明专利]具有内部热隔离涂覆层的燃烧器谐振器部段及其制作方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请号61/538399的2011年9月23日提交日的权益，该美国临时专利申请在此通过参考引入。

技术领域

本发明总体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及定位在燃气涡轮发动机的燃烧器上的谐振器。

背景技术

燃烧发动机(例如燃气涡轮发动机)是将存储在燃料中的化学能转化成机械能的机器，所述机械能用于生成电、产生推力或以其他方式做功。这些发动机通常包括多个协作部段，所述多个协作部段以某种方式对该能力转化过程做出贡献。在燃气涡轮发动机中，从压缩机部段排放的空气与从燃料供应装置引入的燃料混合在一起并且在燃烧部段或燃烧腔室中燃烧。燃烧的产物被控制并且导向通过涡轮部段，它们在此膨胀并且使中心转子转动。

存在多种燃烧器设计，其中不同设计选择为适于给定发动机并且用以实现期望的性能特性。一种流行燃烧器设计包括中心先导燃烧口(此后被称为先导燃烧口或仅被称为先导)以及多个主燃料/空气混合装置(在所属领域中通常被称为喷射器嘴)，所述多个主燃料/空气混合装置围绕所述先导燃烧口周向布置。通过该设计，中心先导火焰区域和混合部段形成。在运行期间，先导燃烧口选择性地产生锚定在先导火焰区域中的稳定火焰，同时燃料/空气混合装置在上面提及的混合部段中产生燃料和空气的混合流。混合的燃料和空气流流出混合部段，经过先导火焰区域，并且进入燃烧腔室的主燃烧区域，在此处发生额外燃烧。在燃烧期间释放的能量被下游部件捕获以便产生电或以其他方式做功。

已知的是，高频率压力振荡可以通过由燃烧过程释放的热与燃烧腔室的声音之间的耦联生成。如果这些压力(其有时被称为燃烧动力或被称为高频动力)达到某种振幅，那么它们可导致附近结构振动并且最终破坏。尤其不期望的情形是当燃烧生成的声波具有某种频率时，所述频率处于或接近燃气涡轮发动机的部件的自然频率。这种不利的同步性可导致共振以及这种部件的最终破坏或其他故障。

对于燃气涡轮发动机的燃烧部段的各种谐振器箱已经研发，以便降低这种非期望的声音并且降低上面指出问题的风险。图1A提供了具有谐振器部段11的现有技术燃烧器衬里10的立体图。如图所示，沿着燃烧器衬里10的圆柱区域20具有邻近谐振器的孔口13的相应阵列12。谐振器14完全示出，其中谐振器箱15在位，并且通过移除谐振器箱15示出了孔口13的两个阵列12。

如图2所示，谐振器箱15具有侧壁16，所述侧壁16焊接到燃烧衬里10的外表面。另外，谐振器箱15在顶部板或壁18上具有冲击空气孔17的阵列，并且冲击孔17的阵列通常遵循几何形状，所述几何形状为在衬里10上的孔口13的阵列12的相同几何形状，并且空气孔17通常相对于孔口交错。另外，热隔离涂覆层分别在包括谐振器14的所述衬里10的圆柱区域20的上游和下游而设置在衬里10的内(暴露到燃烧气体)表面上，但不贯穿圆柱区域20，所述圆柱区域20仍未涂覆。未涂覆区域主要通过由冲击空气孔17冷却与由空气流经过孔口13流出而膜冷却的组合冷却。

因为对功率生成需求的增加以及涡轮被设计成更高效地产生功率输出，涡轮部件的运行温度增加。尤其地，燃烧腔室内的温度由于较高的点火温度而不断增加，备选的多种燃料或燃料流的使用根据例如不同喷射阶段而偏置。为了提供足够的冷却，使衬里中的孔口变大将会增加NO_X排放并且将不会提供对氧化的保护。相应地，沿着燃烧衬里的内表面在由谐振器限定的区域处、在燃烧衬里的谐振器部段处，需要热隔离涂覆层(TBC)。

然而，在热隔离涂覆层的沉淀期间覆盖孔口的当前屏蔽技术非常耗时并且成本很高。另外，典型屏蔽材料(例如聚合物屏蔽件)不能与某些沉淀技术(例如，密集竖直裂纹的TBC(dense vertical cracked TBC))一起使用，这可能在沉淀期间毁坏屏蔽材料。另外，因为涉及手动过程，某些屏蔽技术(例如使用聚合物材料来阻塞和覆盖孔，以及如在涡轮发动机的其他部件的制造中所做的)围绕孔口形成不受控制的晕轮或欠涂覆(undercoating)。如果孔口处存在晕轮，那么谐振器将不满足其目标频率要求。另外，当将箱直接焊接到衬里的外表面时生成的焊接热可能使TBC损坏。此外，因为燃烧腔室以这种高温运行，无论TBC是否施加到衬里的谐振器区域，衬里的表面处的焊接都形成高应力区域。

附图说明

在下面的描述中参照附图解释了本发明，附图中示出了：

图1是其上设置有谐振器的现有技术燃烧器衬里的立体图。