[发明专利]热自由衬套固持机构

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种用于改进燃烧衬套安装系统中的机械和热应力的系统及方法。更具体而言，提供了安装系统中的改进，其补偿定位在燃烧区附近的安装系统。

背景技术

为了减少来自气体供能的涡轮的污染排放量，政府机构颁布了要求减少氮氧化物(NO_x)和一氧化碳(CO)的量的许多法规。较低的燃烧排放通常可归因于更有效的燃烧过程，具体关于燃料喷射器的位置和混合有效性。

早期的燃烧系统使用燃烧区近侧的扩散类型的喷嘴，其中燃料与燃料喷嘴外的空气通过扩散混合。由于燃料和空气在高温下化学计量地焚烧来保持足够的燃烧器稳定性和低燃烧动力的事实，故扩散类型的喷嘴产生高排放。

燃烧技术中的增强在于使用预混，使得燃料和空气在燃烧之前混合来形成均匀混合物，其在低于扩散类型的火焰的温度下焚烧，并且产生较低的NO_x排放。预混可在燃料喷嘴内或其外发生，只要其在燃烧区的上游。图1中示出了现有技术的预混燃烧器中使用的燃烧衬套的实例。燃烧衬套100大体上为圆筒形，并且包括入口端102和相对的出口端104。多个燃料喷嘴(未示出)定位在入口端102处，用于将燃料喷射到燃烧衬套100中以与压缩空气混合，并且形成燃料空气预混物。该预混物接着点燃并且焚烧来形成用于接着驱动发动机的涡轮的热燃烧气体，并且提供用于推进功率的推力或用于驱动发电机的机械能。

用于燃气涡轮发动机的燃烧系统可带来多种构造。大体上，为了论述的目的，燃气涡轮发动机可包括低排放燃烧器，如本文中公开的那些，并且可布置成围绕燃气涡轮发动机的筒环形构造。一种类型的燃气涡轮发动机(例如，重型燃气涡轮发动机)可典型地设有但不限于六到八独立的燃烧器，燃烧器中的各个具有壳体、流动套筒、燃烧衬套、燃料喷嘴和端盖。

为了调节提供至低排放燃烧器的空气量，流动套筒110定位成围绕燃烧衬套100，如图2中的局部截面中所示。更具体而言，燃烧衬套100沿径向定位在流动套筒110内，而流动套筒110沿径向定位在燃烧器壳体112内。流动套筒110通过前凸缘114装固在壳体112内的轴向位置，前凸缘114位于壳体凸缘116内。然而，类似于流动套筒110，燃烧衬套100也必须装固在适当的轴向位置，使得燃料喷嘴和其它匹配硬件(未示出)适当地定位在燃气涡轮燃烧器内。

现有技术的燃烧系统试图以多种方式将燃烧衬套100定位和装固就位。例如，参照图1-3，装固流动套筒中的燃烧衬套的常用技术用于衬套，以包括多个T形凸片118，其从燃烧衬套100沿径向向外延伸，并且收纳在对应的流动套筒柱120的槽口内。然而，如可在图3中看到的，该技术包括装固于燃烧衬套100的外壁的厚的T形衬套凸片118，并且此类厚凸片设计由于其几何形状、各个凸片上的负载量，以及施加用于凸片与燃烧衬套之间的连结的焊接技术而导致高热和机械应力。类似的T形类型的衬套凸片118显示在图4中的备选燃烧衬套的外表面上。

图5和图6中绘出了用于装固流动套筒中的燃烧衬套的备选现有技术的设计。在图5中，现有技术的燃烧衬套500以透视图示出，并且包括四个等距间隔开的衬套凸片502。在该燃烧系统中，由于燃料空气混合和燃烧的构造，故衬套凸片502由于衬套凸片502位于燃烧区的径向外侧而经受高操作温度和高热应力。衬套凸片502在图6中更详细示出。衬套凸片502具有大体上草叉形状，包括倒转的大体上U形部分504和凸片延伸部506。大体上U形部分504沿接头508焊接于燃烧衬套500。如上文参照图1-4所述，该现有技术设计试图从燃烧衬套除去厚的衬套凸片部分。然而，不管这些设计变化，接头508经历燃烧衬套500中的最高操作应力中的一些。此类高应力至少部分地由于衬套凸片502的刚度。

因此，必要的是识别设计备选方案，其满足燃烧衬套和流动套筒界面的机械和热负载状态，使得燃烧衬套可装固在其适当位置并且不经受故障。

发明内容

本发明公开了一种具有用于将燃烧衬套装固在燃气涡轮燃烧器内的改进的器件的燃烧衬套。本文中公开的装固器件导致了燃烧衬套的较低操作应力和提高的耐久性。

在本发明的实施例中，公开了一种大体上圆筒形的燃烧衬套，其具有内壁、外壁、入口端和相对的出口端，以及围绕外壁定位的多个支承凸片组件。支承凸片组件中的各个包括从燃烧衬套的外壁沿径向向外延伸的两个平行的衬套凸片。