專利名稱：套環(huán)、套筒以及冷卻燃燒器組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更特別是涉及冷卻用于氣 體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器組件。
技術(shù)背景至少某些公知的氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)使用冷卻空氣來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的 燃燒器組件。通常冷卻空氣通過與燃燒器組件流體連通連接的壓縮機(jī) 供應(yīng)。在至少某些公知的氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，冷卻空氣從壓縮機(jī)排出 到至少部分圍繞在燃燒器組件的過渡部件和燃燒器襯墊上延伸的沖擊 套筒和流動(dòng)套筒延伸的增壓室。來自于增壓室的冷卻空氣流過這些套 筒的入口并且進(jìn)入限定在沖擊套筒和過渡部件(轉(zhuǎn)換通道)之間以及 燃燒器襯墊和流動(dòng)套筒(襯墊通道)之間的冷卻通道內(nèi)。流過轉(zhuǎn)換通 道的冷卻空氣排放到襯墊通道內(nèi)。來自于增壓室的冷卻空氣引導(dǎo)通過 套筒入口到襯墊通道內(nèi)，以便冷卻燃燒器組件。通過過渡部件和/或燃 燒器襯墊的金屬表面加熱的冷卻空氣接著與燃料混合以便燃燒器使 用。希望的是燃燒器襯墊和過渡部件均勻冷卻，以便保護(hù)機(jī)械性能， 并且延長燃燒器襯墊和過渡部件的操作壽命。至少某些公知的流動(dòng)套 筒和沖擊套筒包括形成或構(gòu)造成有助于冷卻空氣流過其中的入口 。氣體入口#:填充套環(huán)，套環(huán)構(gòu)造成以大致垂直于已經(jīng)位于通道內(nèi)的冷卻 空氣流的角度將冷卻空氣引導(dǎo)到冷卻通道內(nèi)的開口端。對于這些選擇 來il,由于相反流動(dòng)方向，流過通道的空氣可失去軸向動(dòng)能，并且還 會(huì)對于從增壓室進(jìn)入的冷卻空氣的動(dòng)能產(chǎn)生阻擋。 發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)方面，提供一種冷卻具有冷卻通道的燃燒器組件的方法。該方法包括提供包括限定第一開口 、第一開口下游的第二開口以及在 第 一開口和第二開口之間延伸的流動(dòng)溝道的內(nèi)表面的至少 一個(gè)套環(huán)。流動(dòng)溝道具有匯合部分和匯合部分下游的恢復(fù)部分。該方法還包括將至少一個(gè)套環(huán)插入限定在至少一個(gè)套筒內(nèi)的至少一個(gè)入口 ，使得冷卻 空氣/人流動(dòng)溝道排入到冷卻通道。在另一方面，提供一種將冷卻空氣引導(dǎo)到燃燒器組件的冷卻通道 內(nèi)的套環(huán)。該套環(huán)包括外表面以及限定第一開口 、第一開口下游的第 二開口以及在其之間延伸的流動(dòng)溝道的相對內(nèi)表面。流動(dòng)溝道包括匯 合部分和匯合部分下游的恢復(fù)部分。匯合部分具有從第一開口到恢復(fù) 部分減小的直徑，并且恢復(fù)部分具有整體大致恒定的直徑。在另一方面，提供一種具有至少一個(gè)構(gòu)造成將冷卻空氣引導(dǎo)到燃 燒器組件的冷卻通道的突出部的套筒。至少一個(gè)突出部包括外表面和 限定第一開口 、第一開口下游的第二開口以及在其之間延伸的流動(dòng)溝 道的相對內(nèi)表面。流動(dòng)溝道具有匯合部分和匯合部分下游的恢復(fù)部分。 匯合部分具有從第一開口到恢復(fù)部分減小的直徑，并且恢復(fù)部分具有 整體大致恒定的直徑。


圖1是示例性氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意截面圖；圖2是可用于圖1所示的氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性燃燒器組件的一部分的放大截面圖；圖3是壓縮冷卻空氣進(jìn)入通道時(shí)的襯墊通道的截面圖；圖4表示形成在圖3所示的襯墊通道內(nèi)的平行氣流；圖5表示形成在圖3所示的襯墊通道內(nèi)的渦流氣流；圖6表示可以用于圖3的襯墊通道的套環(huán)的示例性實(shí)施例；圖7是具有壓力開口的套環(huán)的截面圖；圖8表示具有圖7所示的壓力開口的套環(huán)的透視圖；圖9表示可用于圖6的套環(huán)的附加壓力開口的截面圖；圖IO是具有圖9所示的壓力開口的套環(huán)的透視圖；圖11表示具有非對稱溝道的套環(huán)的頂部平面圖；圖12是具有圖11所示非對稱溝道的套環(huán)的截面圖；圖13是具有挖取構(gòu)件(scoop member)的套環(huán)的截面圖；圖14表示具有圖13所示的挖取構(gòu)件的套環(huán)的頂部平面圖；圖15表示具有如圖6-14所示的套環(huán)的流動(dòng)套筒和沖擊套環(huán)的示例性構(gòu)造；圖16表示具有變化深度并相互結(jié)合使用的套環(huán)的使用。 部件列表氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10、壓縮機(jī)組件12、壓縮機(jī)組件14、渦輪組件16、公共壓縮機(jī)/渦輪轉(zhuǎn)子軸18、擴(kuò)散器50、壓縮機(jī)排放增壓室52、 拱形板54、燃料噴嘴56、流動(dòng)套筒58、燃燒器襯墊60、燃燒器腔室 62、燃燒器襯墊冷卻通道64、入口 66、下游端67、沖擊套筒68、上 游端69、過渡部件70、過渡部件冷卻通道74、沖擊套筒開口 76、第 一流動(dòng)分支78、第二流動(dòng)分支80、渦輪噴嘴84、直套環(huán)86、縱向軸 線90、套環(huán)IOO、內(nèi)表面101、流動(dòng)溝道102、外表面103、凸唇部分 104、套筒106、冷卻通道107、凸緣部分108、端部110、匯合部分112、 入口區(qū)段114、過渡部分115、恢復(fù)部分116、過渡部分117、擴(kuò)散部 分118、過渡部分119、凸緣部分120、通道部分121、套環(huán)200、內(nèi)表 面201、流動(dòng)通道202、外表面203、通道207、壓力開口 220、上部 222、縱向軸線290、套環(huán)300、溝道302、套筒306、匯合部分312、 恢復(fù)部分316、前部324、后部區(qū)域325、后部326、前部區(qū)域327、縱 向軸線390、線391、套環(huán)400、內(nèi)表面401、溝道402、凸唇部分404、 匯合部分412、入口區(qū),殳414、恢復(fù)部分416、挖取構(gòu)件430、縱向軸 線490、套環(huán)701、套環(huán)702、套環(huán)703。
具體實(shí)施方式
圖1是示例性氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意截面圖。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括 壓縮機(jī)組件12、燃燒器組件14、渦輪組件16和公共壓縮機(jī)/渦輪轉(zhuǎn)子 軸18。應(yīng)該注意到發(fā)動(dòng)機(jī)10只是示例性的，并且本發(fā)明的實(shí)施例不局 限于發(fā)動(dòng)機(jī)10，相反可以在需要以這里描述的類似方式冷卻的任何氣 體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或加熱系統(tǒng)中實(shí)施。在操作中，空氣流過壓縮機(jī)組件12,并且壓縮空氣排出到燃燒器 組件14,以便與燃燒器組件14的燃料和冷卻部分混合。燃燒器組件 14將例如天然氣和/或燃料油的燃料噴射到氣流中，點(diǎn)燃燃料-空氣混 合物以便通過燃燒來膨脹燃料-空氣混合物，并且產(chǎn)生高溫燃燒氣流。 燃燒器組件14與渦輪組件16流體連通，并且將高溫膨脹氣流排出到 渦輪組件16。高溫膨脹氣流將轉(zhuǎn)動(dòng)能賦予渦輪組件16,并且由于渦輪 組件16轉(zhuǎn)動(dòng)連接在轉(zhuǎn)子18上，轉(zhuǎn)子18隨后將轉(zhuǎn)動(dòng)功率提供給壓縮機(jī) 之間12。圖2是燃燒器組件14的一部分的放大截面圖。燃燒器組件14與 渦輪組件16和壓縮4/L組件12流體連通地連接。壓縮機(jī)組件12包括相 互流體連通地連接以便將空氣引導(dǎo)通過燃燒器組件14的擴(kuò)散器50和排出增壓室52,下面進(jìn)一步描述。
燃燒器組件14包括至少部分支承多個(gè)燃料噴嘴56的大致圓換形 板54。拱形板54通過保持硬件(圖2中未示出)連接在大致圓柱形的 燃燒器流動(dòng)套筒58上。大致圓柱形燃燒器襯墊60定位在流動(dòng)套筒58 內(nèi)并且經(jīng)由流動(dòng)套筒58支承。襯墊60限定大致圓柱形的燃燒器腔室 62。更特別是，襯墊60從流動(dòng)套筒58徑向向內(nèi)隔開，使得燃燒器襯 墊冷卻通道64限定在流動(dòng)套筒58和燃燒器襯墊60之間。流動(dòng)套筒58 限定多個(gè)入口 66，使得來自于壓縮機(jī)排出增壓室52的氣流的一部分流 入冷卻通道64。
沖擊套筒68在沖擊套筒68的上游端69處連接在燃燒器流動(dòng)套筒 58上并與其大致同心。過渡部件70連接在沖擊套筒68的下游端67上。 過渡部件70以及襯墊60有助于將腔室62內(nèi)產(chǎn)生的燃燒氣體向下游引 導(dǎo)到渦輪噴嘴84。過渡部件冷卻通道74限定在沖擊套筒68和過渡部 件70之間。限定在沖擊套筒68內(nèi)的多個(gè)開口 76使得來自于壓縮機(jī)排 出增壓室52的氣流的一部分引導(dǎo)到過渡部件冷卻通道74內(nèi)。
在操作中，壓縮機(jī)組件12經(jīng)由軸18 (圖1所示)通過渦輪組件驅(qū) 動(dòng)。在壓縮機(jī)組件12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它壓縮空氣，并且如圖2所示將壓縮空 氣排出到擴(kuò)散器50 (氣流如箭頭所示)。在示例性實(shí)施例中，從壓縮 機(jī)組件12排出的空氣的一部分朝著燃燒腔室62引導(dǎo)通過壓縮機(jī)排出 增壓室52,并且從壓縮機(jī)組件12排出的空氣的另一部分向下游引導(dǎo)以 便用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)10的部件。更特別是，增壓室52內(nèi)的壓力壓縮空 氣的第一流動(dòng)分支78經(jīng)由沖擊套筒開口 76引導(dǎo)到過渡部件冷卻通道 74?？諝饨又谶^渡部件冷卻通道74內(nèi)向上游引導(dǎo)并且排出到燃燒器 襯墊冷卻通道64。另外，增壓室52內(nèi)的壓力壓縮空氣的第二流動(dòng)分支 80圍繞沖擊套筒68引導(dǎo)并且經(jīng)由入口 66排出到燃燒器襯墊冷卻通道 64。進(jìn)入入口 66的空氣和來自于過渡部件冷卻通道74的空氣接著在 襯墊冷卻通道64內(nèi)混合，并且接著/人襯墊冷卻通道64排出到燃料噴 嘴56,其中它與燃料混合并且在燃燒器腔室62內(nèi)點(diǎn)燃。
流動(dòng)套筒58將燃燒腔室62及其相關(guān)的燃燒過程基本上與例如圍 繞渦輪部件的外界環(huán)境隔離。所得燃燒氣體從腔室62朝著并穿過過渡 部件70的空腔引導(dǎo)，過渡部件70將燃燒氣流朝著渦輪噴嘴84引導(dǎo)。
圖3是壓縮空氣經(jīng)由入口 66通過流動(dòng)套筒58進(jìn)入襯墊冷卻通道64時(shí)襯墊冷卻通道64的截面圖。至少某些〃>知的系統(tǒng)采用定位在內(nèi)部 并覆蓋入口 66以便將壓縮空氣引導(dǎo)到襯墊冷卻通道64內(nèi)的一個(gè)或多 個(gè)直套環(huán)86。套環(huán)86通過將壓縮空氣進(jìn)一步引導(dǎo)到襯墊冷卻通道64 內(nèi)并且形成冷卻壓縮空氣將達(dá)到襯墊60 (還稱為沖擊襯墊60)的更大 可能性來有助于熱量傳遞。雖然圖3表示壓縮空氣經(jīng)由具有和沒有套 環(huán)86的入口 66進(jìn)入襯墊冷卻通道64，類似的構(gòu)造可以用于將壓縮空 氣引導(dǎo)到過渡部件冷卻通道74內(nèi)。
在壓縮空氣進(jìn)入任何的過渡部件冷卻通道74或襯墊冷卻通道64 時(shí)，將出現(xiàn)壓力損失。此壓力損失的某些是有用的，這是由于它使得 熱傳遞最大，例如在氣流與通道氣流混合和/或沖擊在襯墊60或過渡 部件70上時(shí)出現(xiàn)的損失。但是由于傾倒損失或轉(zhuǎn)彎損失，其它壓力損 失被浪費(fèi)了。
為了有助于使得有用壓力損失最大并使得廢棄壓力損失最小，套 環(huán)86、襯墊冷卻通道64和過渡部件冷卻通道74可構(gòu)造成保持 Taylor-Gortier式流動(dòng)。圖4和5各自通過表示氣流方向的箭頭表示 空氣的平行流動(dòng)和Taylor-Gor tier式流動(dòng)。與Tay lor-Gort ler式流 動(dòng)相比，平行氣流可造成與通道氣流的不良混合以及與襯墊或過渡部 件的不良沖擊。
本發(fā)明的實(shí)施例可用來冷卻燃燒器組件，減小壓力損失大小并且 減小燃燒器組件的動(dòng)態(tài)性能。圖6表示套環(huán)100的示例性實(shí)施例。套 環(huán)100具有內(nèi)表面101和外表面103。內(nèi)表面101的至少一部分限定整 體的流動(dòng)溝道102。雖然這里描述的套環(huán)100的實(shí)施例可具有許多形狀 和構(gòu)造(下面進(jìn)一步描述)，在圖6中套環(huán)100是大致圓形的并且對 中在縱向軸線90上。通常，壓縮空氣從增壓室52流過流動(dòng)溝道102 到冷卻通道107 (圖6未示出)，例如過渡部件冷卻通道74或襯墊冷 卻通道64。套環(huán)100包括凸唇部分104。在某些實(shí)施例中，凸唇部分 104大致是圓形的，并且具有外直徑D1。凸唇部分104接合套筒106。 套筒106可以是任何套筒，或者將兩個(gè)腔室分離的壁。在圖6中，套 筒106是沖擊套筒68或流動(dòng)套筒58，或者用來冷卻燃燒器組件的任何套筒。
雖然這里描述的套環(huán)看上去從套筒106分離或拆卸，本發(fā)明的實(shí) 施例還包括結(jié)合到一個(gè)或多個(gè)套筒106內(nèi)的套環(huán)(即連接或固定在套筒106上)，套筒106被制成限定或形成其形狀類似于這里描述的套 環(huán)的突出部。
通常，套筒106具有厚度W1。在某些實(shí)施例中，為了接合套環(huán)100， 凸緣部分108從套筒106延伸，并且具有厚度W2。 W2比W1小。凸緣 部分108的端部110在其之間限定套筒106的開口 ，例如圖3所示的 入口 66。雖然開口可具有任何構(gòu)造，在圖6中開口大致是圓形的。凸 緣部分108具有大致等于或略微大于Dl的外直徑D2,并且具有小于 D2的內(nèi)直徑。凸緣部分108構(gòu)造成接合凸唇部分104，并且具有類似 于凸唇部分104的構(gòu)造，因此在套環(huán)100使用時(shí)，使得凸唇部分104 靜置或連接在凸緣部分108上。凸唇部分104具有厚度W3。在一個(gè)實(shí) 施例中，W3大致等于W1-W2,使得套筒106的外表面基本上平滑。
流動(dòng)溝道102通過內(nèi)表面101限定，并且通過多個(gè)水平截面圖來 進(jìn)一步描述。在某些實(shí)施例中，流動(dòng)溝道102的水平截面圖大致是圓 形的，并且每個(gè)水平截面具有從內(nèi)表面101上的一點(diǎn)延伸通過縱向軸 線90并且到達(dá)內(nèi)表面101上的另一點(diǎn)的內(nèi)直徑ID。另外，內(nèi)表面101 通過斜度S限定，斜度可以看到相對于縱向軸線90或者水平截面的ID。
套環(huán)100包括限定為在氣流方向(通過箭頭表示)上匯合或變窄 的流動(dòng)溝道102的一部分的匯合部分112 (或者匯聚部分)。匯合部分 112還可限定為水平截面的面積隨著截面向下運(yùn)動(dòng)而減小的套環(huán)100 的部分。如圖6所示，在某些實(shí)施例中，用于匯合部分112的至少一 個(gè)區(qū)段的匯合部分112的內(nèi)直徑IDCS以線性方式減小，使得內(nèi)表面101 具有相對于縱向軸線90形成角度e的恒定斜率Scs。此區(qū)段具有截頂 錐形形狀。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，套環(huán)90的內(nèi)表面相對于縱向軸線 90形成大約15°的角度。
在某些實(shí)施例中，Ses和6從流動(dòng)溝道102的開始處到匯合部分112 的結(jié)束處保持恒定。作為選擇，匯合部分112包括入口區(qū)段114，其中 來自于增壓室52的壓縮空氣首先進(jìn)入流動(dòng)溝道102。在如下情況時(shí)入 口區(qū)段114 (并且隨后匯合部分112)開始
|SBP|>0
其中Sep是用于入口區(qū)段114的內(nèi)表面101的斜率。如圖6所示， 在某些實(shí)施例中，Sbf小于Ses (即Ses比Ssp陡峭)，以便減小壓力損失。 另外，入口區(qū)段114的水平截面包括在截面沿著流動(dòng)溝道102逐漸降低時(shí)以非線性方式減小的內(nèi)直徑IDBP。
套環(huán)100還包括限定為流動(dòng)溝道102的水平截面的面積大致相同 部分的恢復(fù)部分116?；謴?fù)部分116繼續(xù)將氣流形成為更加均勻的分 布。如圖6所示，恢復(fù)部分116的內(nèi)表面101大致平行于縱向軸線90。 恢復(fù)部分116的內(nèi)直徑IDas全部大致相同，并且在某些實(shí)施例中，小 于匯合部分112的端部的IDCS。
在某些實(shí)施例中，套環(huán)100包括限定為流動(dòng)溝道102的水平截面 的面積增加的區(qū)段的擴(kuò)散部分118。另外，擴(kuò)散部分118的內(nèi)直徑IDDS 大于H。擴(kuò)散部分進(jìn)行操作，以便減小由于膨脹造成的潛在壓力損失。
在某些實(shí)施例中，入口區(qū)段114和匯合部分112在銳利邊緣處相 交。在其它實(shí)施例中，內(nèi)表面101包括將入口區(qū)段114連接在匯合部 分112上的過渡部分115。過渡部分115是具有從大約0. 01英寸到大 約0. 2英寸的半徑Rl的弧形。作為選擇，入口區(qū)段114等同于Rl,并 且將匯合部分112連接在凸唇部分102的頂表面上。
在某些實(shí)施例中，匯合部分112和恢復(fù)部分116在銳利邊緣處相 交。在其它實(shí)施例中，內(nèi)表面102包括將匯合部分112連接在恢復(fù)部 分116上的過渡部分117。過渡部分117是具有半徑R3的弧形，R3設(shè) 計(jì)成減小恢復(fù)部分116出口處的氣體分離。通常，R3與內(nèi)表面101和 氣流形成的雷諾數(shù)(Re)成正比。在一個(gè)實(shí)施例中，R3從大約0.01 英寸到大約0. 2英寸。
在某些實(shí)施例中，恢復(fù)部分116和擴(kuò)散部分118在銳利邊緣處相 交。在其它實(shí)施例中，內(nèi)表面101包括將恢復(fù)部分116連接在擴(kuò)散部 分118上的過渡部分119。過渡部分119是具有半徑R2的弧形，R2設(shè) 計(jì)成減小來自于出口處的表面的空氣分離。用于R2的適當(dāng)數(shù)值對于流 過套環(huán)的氣流的至少IDKS、 H4、 Re以及套環(huán)流(M套環(huán))和交叉流(M 交叉)的動(dòng)能比具有復(fù)雜的從屬關(guān)系。
外表面103限定通道107內(nèi)的套環(huán)100的通道部分in，并且具有 任何適當(dāng)?shù)男螤?。在一個(gè)實(shí)施例中，通道部分121的水平截面是具有 直徑D4的大致圓形。在一個(gè)實(shí)施例中，除了與內(nèi)表面101的匯合部分 112的一部分相對應(yīng)的外表面2 03的凸緣部分120之外，D4在整個(gè)套 環(huán)100上大致相同。類似于IDes, D4隨著水平截面逐漸向下游而變得 更小。通過入口 66的流動(dòng)可以用來阻擋通道107內(nèi)的上游流動(dòng)，產(chǎn)生不 需要的壓力損失。圖7-IO表示穿過限定在套環(huán)200的外表面203和內(nèi) 表面201之間的壁形成的壓力開口 220，用來減小來自于交叉流動(dòng)的壓 力損失。壓力開口 220有助于調(diào)整通道207內(nèi)通過流動(dòng)溝道202的氣 流，溝道202大致是圓形的，并且圍繞縱向軸線290對中。壓力開口 220將流入的通道氣流的一部分引導(dǎo)到溝道202。圖7和8表示具有帶 有圓形形狀的入口的壓力開口 220。圖9和IO表示具有帶有拋物線形 狀并在套環(huán)200下游延伸的開口 220的入口的壓力開口 2M的另一實(shí) 施例。如圖7-10所示，壓力開口 220通過套環(huán)220的壁限定，并且具 有上部222。在某些實(shí)施例中，上部222在溝道氣流的方向上向下彎曲。圖11-14表示可以放置在套筒306內(nèi)的套環(huán)300，其增壓室52的 氣流至少部分平行于套筒306的外表面運(yùn)動(dòng)，或者增壓室52內(nèi)的氣流 至少部分垂直于流過溝道302的氣流。圖11和12表示具有相對于延伸通過溝道302的中心的縱向軸線 390非對稱的溝道302的套環(huán)300 (圖12所示)。延伸通過縱向軸線 390的垂直平面(由線391所示)將溝道302的容積分成前部324和后 部326 (圖12所示)，并且還將橢圓形或腎形狀的水平截面的面積分 成前部區(qū)域327和后部區(qū)域325 (圖11所示)。在非對稱套環(huán)300中， 通過前部324內(nèi)的溝道302限定的空間的尺寸大于通過后部326內(nèi)的 溝道302限定的空間。另外，在空氣流過溝道302的匯合部分312時(shí)， 橢圓形截面的面積的尺寸在前部區(qū)域327中出現(xiàn)較大的減小。如圖12 所示，與內(nèi)直徑ID4和ID5相比，內(nèi)直徑在前部324比后部326減小更多。套環(huán)300還包括其中溝道302的水平截面大致是圓形并且截面面 積在整個(gè)恢復(fù)部分316上大致相同的恢復(fù)部分316。套環(huán)300還可包括 類似于所述擴(kuò)散部分118構(gòu)造的擴(kuò)散部分(圖11未示出)。圖13和14表示與挖取構(gòu)件430 —起使用的套環(huán)400。在圖13中， 溝道402包括具有入口區(qū)段414的匯合部分412,并且還包括恢復(fù)區(qū)段 416。雖然圖13表示在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用挖取構(gòu)件，許多其 它的套環(huán)可以和挖取構(gòu)件4 30 —起4吏用，包括例如套環(huán)100、 2 00和300。挖取構(gòu)件430將大致平行于套環(huán)106流動(dòng)的空氣引入溝道402。挖 取構(gòu)件430構(gòu)造成覆蓋溝道402的開口的一部分，并且具有彎曲形狀。雖然挖取構(gòu)件430可具有許多形狀來將空氣引入通道402,在一個(gè)實(shí)施 例中，挖取構(gòu)件430大致成形為中空球體的四分之一部分。挖取構(gòu)件 430靠近溝道402的開口連接或固定在凸唇部分404的頂表面上，或者 靠近溝道402的開口連接或固定在內(nèi)表面401上。圖15表示用于流動(dòng)套環(huán)58和沖擊套筒68的一個(gè)可能構(gòu)造。流動(dòng) 套筒58包括套環(huán)100,以便減小壓力損失。沖擊套筒68包括非對稱套 環(huán)400,以便增加氣流而沒有壓力損失。還可使用帶有挖取構(gòu)件的套環(huán) 400,以便增加沖擊套筒或流動(dòng)套筒的外部氣流平行于套筒的表面的某 些區(qū)域處的流速。另外，整個(gè)流動(dòng)套筒58和沖擊套筒68上，這里描述多種套環(huán)的 不同尺寸和構(gòu)造可用來優(yōu)化冷卻和氣流。例如，在圖16中，套環(huán)703、 702和701分別具有變化的深度H3、 H2和H1。與其它套環(huán)相比，套環(huán) 701進(jìn)一步在上游，并且具有更大深度Hl。越下游壓力越低，因此具 有深度H3的套環(huán)703更加適當(dāng)。上游套環(huán)和下游套環(huán)之間的相互作用 使得上游套環(huán)在下游套環(huán)處產(chǎn)生低壓場，繼而增加流過下游套環(huán)的流 動(dòng)。本發(fā)明的實(shí)施例還可用來減小套筒通道和擴(kuò)散增壓室之間的壓力 振蕩耦合，其特征在于聲阻抗。通常，阻抗可如下描述 Z=p， /q，其中Z是孔口的阻抗，p，是進(jìn)入聲音壓力干擾，并且q，是通過 p，造成的流動(dòng)波動(dòng)。阻抗還可通過例如壓力降和流速的穩(wěn)定狀態(tài)量來表示 Z=AP/Q其中AP是孔口上的壓力降，并且Q是孔口上的流速。詳細(xì)的瞬態(tài)分析表示套環(huán)的阻抗類似于止回閥或電路中的晶體管。當(dāng)進(jìn)入聲波在 其正相位時(shí)，孔口受到從擴(kuò)散增壓室到通道的壓力降，可以表示為 Z向前=△ P向前/Q向前但是，在進(jìn)入聲波在其負(fù)相位時(shí)(P， <0),在短入射時(shí)，流動(dòng)波 動(dòng)實(shí)際上從通道到擴(kuò)散增壓室(q， <0)。不同于正相位波動(dòng)，負(fù)相位 波動(dòng)受到從通道到擴(kuò)散增壓室的壓力降(AP向后)。因此，負(fù)相位波 的阻抗可以如下表示Z向后-AP向后/Q 向后從聲波的》見點(diǎn)，套環(huán)在出現(xiàn)回流時(shí)用作關(guān)斷的止回閥。向前和向 后壓力降(AP ^和AP w)與調(diào)整擴(kuò)散增壓室和通道的力函數(shù)成正比。 這些力函數(shù)與開口的特征長度或直徑強(qiáng)烈相關(guān)。換言之，幾何形狀尺 寸確定了聲音傳播中的相位和波數(shù)參數(shù)。因此，套環(huán)增加了向前和向 后聲波長度中的差別，造成進(jìn)入和離開聲波的相位角和波數(shù)中的較大 差別。另外，套環(huán)減小同相降低的進(jìn)入和離開聲波的可能性。經(jīng)由通 道減小聲波減小了燃燒器腔室62中聲音出現(xiàn)的可能性。本發(fā)明還提供一種具有構(gòu)造成將冷卻空氣引導(dǎo)到燃燒器組件的冷 卻通道的至少一個(gè)突出部的套筒。至少一個(gè)突出部包括外表面和限定 第 一 開口 、第 一 開口下游的第二開口和在其之間延伸的流動(dòng)溝道的相 對內(nèi)表面。流動(dòng)溝道包括匯合部分和匯合部分下游的恢復(fù)部分。匯合 部分具有從第一開口到恢復(fù)部分減小的直徑，并且恢復(fù)部分具有整體 大致恒定的直徑。本發(fā)明還提供一種冷卻例如燃燒器組件14的燃燒器組件的方法， 燃燒器組件至少部分通過至少一個(gè)具有多個(gè)入口的套筒圍繞。該方法 包括提供至少一個(gè)包括限定第一開口 、第一開口下游的第二開口以及 在第一開口和第二開口之間延伸的流動(dòng)溝道的內(nèi)表面的套環(huán)。流動(dòng)溝 道包括匯合部分和匯合部分下游的恢復(fù)部分。該方法還包括將至少一 個(gè)套環(huán)插入限定在至少一個(gè)套筒內(nèi)的至少一個(gè)入口中，使得冷卻空氣 從流動(dòng)溝道排出到冷卻通道。使用本發(fā)明的實(shí)施例，過渡部件70和燃燒器襯墊60的冷卻可以 優(yōu)化，使得溫度梯度降低。同樣，本發(fā)明的實(shí)施例有助于減小壓力損 失。另外，由于這里描述的某些套環(huán)是可拆卸的，如果燃燒過程中出 現(xiàn)任何變化(例如負(fù)載計(jì)劃、點(diǎn)火溫度、燃料等變化)，流動(dòng)套筒中 的配置可改變。如這里使用那樣，除非明確說明，以單數(shù)描述并前面加上"一個(gè)" 或"一"的元件或步驟應(yīng)該理解為不排除復(fù)數(shù)的所述元件或步驟。另 外，對于本發(fā)明"一個(gè)實(shí)施例"或"示例性實(shí)施例"的參考不打算解 釋為排除了可以結(jié)合其它特征的附加實(shí)施例的存在。雖然這里描述的設(shè)備和方法以用于氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器組件 來描述，應(yīng)該理解到該設(shè)備和方法不局限于燃燒器組件或氣體渦輪發(fā) 動(dòng)機(jī)。同樣，所述的部件不局限于這里描述的特定實(shí)施例，而是套環(huán)的部件可單獨(dú)或與這里描述的部件分開使用。雖然描述了本發(fā)明的多個(gè)特定實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理 解到本發(fā)明可以權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)的變型來實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種將冷卻空氣引導(dǎo)到燃燒器組件(14)的冷卻通道(107)內(nèi)的套環(huán)(100)，所述套環(huán)包括外表面(103)；以及限定第一開口(220)、所述第一開口下游的第二開口以及在其之間延伸的流動(dòng)溝道(102)的相對內(nèi)表面(101)，所述流動(dòng)溝道包括匯合部分(112)和所述匯合部分下游的恢復(fù)部分(116)，所述匯合部分具有從所述第一開口到所述恢復(fù)部分減小的直徑，并且所述恢復(fù)部分具有整體大致恒定的直徑。
2. 如權(quán)利要求1所述的套環(huán)(100),其特征在于，所述流動(dòng)溝 道(102)還包括所述恢復(fù)部分(116)下游的擴(kuò)散部分(118),所述 擴(kuò)散部分具有從所述恢復(fù)部分到所述第二開口 ( 220 )減小的直徑。
3. 如權(quán)利要求1所述的套環(huán)(100),其特征在于，所述匯合部 分(112)包括截頂錐形區(qū)段，截頂錐形區(qū)段具有從所述截頂區(qū)段的上 游端(69)到所述截頂錐形區(qū)段的下游端(67)減小的直徑。
4. 如權(quán)利要求3所述的套環(huán)(100),其特征在于，所述匯合部 分(112)還包括從所述第一開口 ( 220 )延伸到所述截頂錐形區(qū)段的 入口區(qū)段(114),所述入口區(qū)段具有大于所述截頂錐形區(qū)段直徑的直 徑。
5. 如權(quán)利要求1所述的套環(huán)(100),其特征在于，所述內(nèi)表面 (101)限定構(gòu)造成將來自于冷卻通道(107)的空氣引導(dǎo)到所述流動(dòng)溝道(102)內(nèi)的壁開口。
6. 如權(quán)利要求5所述的套環(huán)(100)，其特征在于，所述壁開口 具有大致圓形的形狀。
7，如權(quán)利要求5所述的套環(huán)(100),其特征在于，所述壁開口 具有非圓形的形狀。
8. 如權(quán)利要求1所述的套環(huán)(100)，其特征在于，所述第一開 口 ( 220 )是橢圓形和腎形之一。
9. 如^L利要求1所述的套環(huán)(100),其特征在于，所述外表面 (103)還包括凸緣部分(120)和大致與所述凸緣部分同心對準(zhǔn)并在其下游的通道部分(121 )，每個(gè)所述凸緣部分和所述通道部分圍繞所 述流動(dòng)溝道(102)，并且具有外直徑，所述凸緣部分圍繞所述第一開口 ( 220 )和至少某些所述的匯合部分(112)周向延伸，所述凸緣部 分直徑大于所述通道部分的直徑。
10. —種包括構(gòu)造成將冷卻空氣引導(dǎo)到燃燒器組件(14)的冷卻 通道(107)內(nèi)的至少一個(gè)突出部的套筒(106),所述至少一個(gè)突出 部包括外表面(103);以及限定第一開口 ( 220 )、所述第一開口下游的第二開口以及在其之 間延伸的流動(dòng)溝道102)的相對內(nèi)表面(101),所述流動(dòng)溝道包括匯 合部分(112)和所述匯合部分下游的恢復(fù)部分(116),所述匯合部 分具有從所述第 一開口到所述恢復(fù)部分減小的直徑，并且所述恢復(fù)部 分具有整體大致恒定的直徑。
全文摘要
提供一種將冷卻空氣引導(dǎo)到燃燒器組件(14)的冷卻通道(107)內(nèi)的套環(huán)。套環(huán)包括外表面(103)以及限定第一開口(220)、所述第一開口下游的第二開口以及在其之間延伸的流動(dòng)溝道102)的相對內(nèi)表面(101)，所述流動(dòng)溝道包括匯合部分(112)和所述匯合部分下游的恢復(fù)部分(116)，所述匯合部分具有從所述第一開口到所述恢復(fù)部分減小的直徑，并且所述恢復(fù)部分具有整體大致恒定的直徑。
文檔編號(hào)F23R3/50GK101220964SQ200810001369
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月9日
發(fā)明者G·D·邁爾斯, S·R·托馬斯, V·K·圖拉加, 偉 陳 申請人:通用電氣公司