CN103123121B - 具有可调式限流器的燃气涡轮机燃烧室端盖以及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于涡轮机燃烧室的端盖。所述端盖适于支撑一个或多个燃烧室喷嘴，包括：具有在使用时面向燃烧腔的一侧的板以及在使用时背向所述燃烧腔的相对侧。至少一个燃料空腔形成在所述板中；以及燃料限流器嵌件形成有至少一个流孔，所述至少一个流孔位于所述燃料空腔中，以用于将燃料供应给至少一个燃烧室喷嘴。所述燃料限流器嵌件可沿着所述燃料空腔的长度尺寸进行调整。

Description

具有可调式限流器的燃气涡轮机燃烧室端盖以及相关方法

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮机燃烧室，且确切地说，涉及一种用于燃气涡轮机燃烧室的前端或上游端的新型端盖组件。

背景技术

在某些燃气涡轮机中，多个燃烧室布置成围绕涡轮机转子的环形阵列，用以燃烧燃料并将增能燃烧产物引导到涡轮部分中，从而驱动涡轮机。每个燃烧室通常包括：外壳，其限定燃烧室的外部边界；导流套管，其用于将压缩机排气分送到燃烧室的头端，同时还对围绕燃烧腔的内衬进行冷却；以及过渡连接件，其用于使燃烧产物流入涡轮部分。燃烧室还包括连接到端盖的多个燃料喷嘴。空气和燃料通过端盖供应到燃料喷嘴，以进行燃烧。因此，端盖用来封闭燃烧室前端，以支撑燃料喷嘴，并将空气和燃料分送到燃料喷嘴。

用于涡轮机燃烧室***的端盖设计通常包括单独安装每个燃料喷嘴的板。在此类型的先前端盖组件中，用于空气和燃料的内部通道位于燃料喷嘴中，与端盖间隔分开。其后的一代端盖设有位于端盖内部的空气和燃料通道。这样便可针对每个端盖容纳多个喷嘴，而不是每端盖一个燃料喷嘴，如先前的传统燃烧室那样。虽然这种变化简化了燃料喷嘴，并且使得能够将多个燃料喷嘴安装到端盖上，但却增加了端盖的复杂性，以便针对所包含的燃料喷嘴提供集成式空气和燃料歧管以及必要的多个通道。需要额外的零件，例如嵌件(insert)，以在可能的端盖中提供复杂的通道。还包含铜焊接头，以密封这些额外的零件，包括端盖中的嵌件。接着是用于涡轮机燃烧室的进一代端盖。这些端盖在端盖与其各种零件之间甚至使用更为复杂的铜焊接头。然而，在这些较新的端盖上已观察到铜焊接头破裂。

此外，如上所述形成有内部通道的某些涡轮机模型端盖组件还需要预混合气体流孔(floworifice)(本说明书中还称为“限流器”，或“限流器嵌件”)，所述孔口被按压并用桩(st9ke)固定到燃烧室端盖板的“热侧”上的位置中(该侧暴露于燃烧腔中进行的燃烧)。限流器在端盖通道内的位置限定声学长度，即，从位于端盖冷侧的燃料喷嘴气体出口孔到接近端盖热侧的限流孔口的声学长度。该声学长度的固有频率可受燃烧室动力学负面影响，所述燃烧室动力学会随着地点条件和燃料变化而变化。因此，需要让端盖设有孔口式限流器，从而可进行声学长度调整(最好在现场调整)，其有利于燃烧室动力学。

发明内容

在第一示例性实施例中，本发明提供一种用于涡轮机燃烧室的端盖，其适用于支撑一个或多个燃烧室喷嘴，所述端盖包括：板，其具有在使用时面向燃烧腔的一侧，以及在使用时背向(faceaway)所述燃烧腔的相对侧；大体平整的板中的至少一个燃料空腔；燃料限流器嵌件，其形成有位于所述至少一个燃料空腔内的至少一个流孔，用于将燃料供应给至少一个燃烧室喷嘴，所述燃料限流器嵌件可沿着所述至少一个燃料空腔的长度尺寸进行调整。

在另一示例性实施例中，本发明提供一种用于涡轮机燃烧室的端盖，其适用于支撑一个或多个燃烧室喷嘴，所述端盖包括：端盖板，其具有在使用时面向燃烧腔的一侧，以及在使用时背向所述燃烧空腔的相对侧；所述端盖板中的至少一个预混合燃料腔；与所述至少一个预混合燃料空腔连通的预混合燃料供应通道；以及燃料限流器嵌件，其形成有固定在多个预混合燃料空腔中的每一者内的多个流孔，配置成用于调整的所述至少一个预混合燃料空腔内的所述燃料限流器嵌件处于所述至少一个预混合燃料空腔内的相反轴向。

另一方面，本发明提供一种对涡轮机燃烧室的端盖中的预混合燃料空腔的声学长度性质进行调谐的方法，所述端盖适用于支撑一个或多个燃烧室喷嘴，其中所述端盖包括：板，其具有在使用时面向燃烧腔的一侧，以及在使用时背向所述燃烧空腔的相对侧；以及燃料限流器嵌件，其形成有固定在所述预混合燃料空腔内的多个流孔，所述方法包括：a)沿着所述预混合燃料空腔的长度尺寸调整所述预混合燃料空腔内的所述燃料限流器嵌件；以及b)将所述燃料限流器嵌件锁定在所述预混合燃料空腔内的预定位置。

现在将结合以下附图描述本发明。

附图说明

图1为并入已知的燃烧室端盖组件的涡轮机的示意图；以及

图2为根据本发明的一项示例性但非限制性实施例的端盖组件的局部截面图。

具体实施方式

图1为示例性燃气涡轮发动机10的示意图。涡轮发动机10包括压缩机12和燃烧室14。燃烧室14包括燃烧区16和端盖组件18，所述端盖组件支撑一个或多个燃料(或燃烧室)喷嘴20。燃气涡轮发动机10还包括涡轮部分22，以及由轴A表示的公用压缩机/涡轮轴(有时称为转子)。在某些涡轮发动机中，多个燃烧室14布置成围绕涡轮机转子的环形阵列，所有燃烧室均将燃烧气体供应给涡轮部分第一级24。

运行时，空气流过压缩机12，且压缩空气供应给燃烧室14。具体而言，大量的压缩空气供应给端盖组件18，所述端盖组件固定到燃烧室14的头端。由端盖组件18支撑的燃料喷嘴将燃料和空气引导到燃烧区16，在所述燃烧区中点燃燃料/空气。燃烧气体供应给涡轮部分20、22，在所述涡轮部分中，气流热能转换成机械旋转能。

图2所示为根据本发明的一项示例性但非限制性实施例的并入燃料/空气限流器设计的燃烧室端盖组件(或简单地说，端盖)18的放大部分。所示端盖18包括设有孔的阵列(未图示)的端盖板26，通过所述孔，所述板用螺栓固定到燃烧室的头端。端盖板26还形成有内部通道(其中一个用28图示)，用于供预混合燃料供应到燃烧室喷嘴。燃料供应连接器30通过任意合适的构件，例如螺栓或其他紧固件，固定到端盖板26的冷侧(即，位于燃烧腔外部且背向所述燃烧腔的那侧)。预混合燃料供应管(未图示)采用传统方式固定到连接器。虽然只图示了一个内部通道28，但应了解，内部通道的数目以及此类通道的大小、形状和配置根据应用而定。在一个实例中，有六个内部通道用于将预混合燃料供应给五个径向外部喷嘴和单个中心喷嘴，但许多其他配置也在本发明的范围内。

通道28与形成于板26中的空腔或腔32连通。空腔32的前端或上游端由所述板的冷侧36上的盖34封闭。限流器嵌件(或限流器)38固定在邻近板26的热侧40的位置。限流器嵌件38还可称为燃料限流器或燃料限流器嵌件。燃料限流器或嵌件38可由黄铜或不锈钢等合适的金属材料制成，所述金属材料可镀有或未镀银、金或铝等。空腔32可为钻穿板的孔，且其长度的至少一部分带螺纹。限流器38的围缘(peripheraledge)也带有螺纹，从而可通过限流器的旋转将限流器38调整成接近或远离板26的热侧和冷侧。为了实现限流器38的此类轴向调整，内六角扳手特征(例如，六角凹槽)42可设在限流器的内侧，这样，移动盖34之后，内六角扳手可用来使限流器38在孔或腔32内旋转，且因此轴向调整所述限流器的位置。

当限流器38根据需要定位时，带螺纹的锁紧螺母44可朝所述限流器扣紧，以防止限流器进一步移动。锁紧螺母44的移动可经由第二工具(未图示)的配合来进行，所述第二工具可与锁紧螺母44适当成形的内表面46配合。锁紧螺母的内径应位于限流器孔口48径向向外的位置。

应了解，任意合适的机构可用来旋转(即，将转矩施加给)嵌件38和锁紧螺母44。

通过对端盖板内的空腔的声学长度性质进行“调谐”，燃料限流器嵌件更有效地减少不均衡的燃料供给，否则，所述不均衡的燃料供给可减少气流并降低燃烧室性能。

虽然已结合目前被认为是最具实用性和较佳的实施例说明了本发明，但应了解本发明不限于已公开的实施例，相反，而是旨在涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效配置。

Claims (19)

1.一种用于涡轮机燃烧室的端盖，所述端盖适于支撑一个或多个燃烧室喷嘴，所述端盖包括：

板，其具有在使用时面向燃烧腔的一侧，以及在使用时背向所述燃烧腔的相对侧；所述板中的至少一个燃料空腔；燃料限流器嵌件形成有两个以上流孔，所述流孔位于所述至少一个燃料空腔中，以用于将燃料供应给至少一个燃烧室喷嘴，所述燃料限流器嵌件可沿着所述至少一个燃料空腔的长度尺寸进行调整。

2.根据权利要求1所述的端盖，其中所述燃料空腔在内部至少部分带螺纹，且所述燃料限流器嵌件在外部带螺纹，从而可通过旋转所述燃料限流器嵌件而让所述燃料限流器嵌件沿着所述燃料空腔轴向移动。

3.根据权利要求2所述的端盖，其中锁紧螺母在所述燃料限流器嵌件的上游侧上以螺纹拧紧方式容纳在所述燃料空腔内。

4.根据权利要求3所述的端盖，其中所述锁紧螺母形成有中心开口，所述中心开口的内径位于多个所述流孔径向向外的位置。

5.根据权利要求1所述的端盖，其中所述燃料限流器嵌件在其上游侧上设有盲凹槽，所述盲凹槽适于容纳用于旋转所述燃料限流器嵌件的工具。

6.根据权利要求1所述的端盖，其中盖板以可移动方式连接到所述板的所述相对侧，从而在所述相对侧封闭所述燃料空腔。

7.根据权利要求6所述的端盖，其中燃料供给通道与所述燃料空腔连通，所述燃料空腔位于所述盖板的下游且位于所述至少一个燃料限流器嵌件的上游。

8.根据权利要求1所述的端盖，其中所述燃料限流器嵌件由镀金金属材料构成。

9.根据权利要求4所述的端盖，其中所述中心开口的形状与转矩施加工具配合。

10.一种用于涡轮机燃烧室的端盖，所述端盖适于支撑一个或多个燃烧室喷嘴，所述端盖包括：

端盖板，其具有在使用时面向燃烧腔的一侧，以及在使用时背向所述燃烧腔的相对侧；所述端盖板中的至少一个预混合燃料空腔；与所述至少一个预混合燃料空腔连通的预混合燃料供应通道；以及燃料限流器嵌件，其形成有固定在所述至少一个预混合燃料空腔内的多个流孔，所述燃料限流器嵌件经配置以在所述至少一个预混合燃料空腔内以轴向方向进行调整。

11.根据权利要求10所述的端盖，其中所述至少一个预混合燃料空腔在内部至少部分带螺纹，且所述燃料限流器嵌件在外部带螺纹，从而可通过旋转所述燃料限流器嵌件来沿着所述至少一个预混合燃料空腔调整所述燃料限流器嵌件。

12.根据权利要求11所述的端盖，其中锁紧螺母在所述燃料限流器嵌件的上游侧上以螺纹拧紧方式容纳在所述至少一个预混合燃料空腔中，从而将所述燃料限流器嵌件锁定在预定位置。

13.根据权利要求12所述的端盖，其中所述锁紧螺母形成有中心开口，所述中心开口的内径位于所述多个流孔径向向外的位置。

14.根据权利要求10所述的端盖，其中所述燃料限流器嵌件在其上游侧上设有盲凹槽，所述盲凹槽适于容纳用于旋转所述燃料限流器嵌件的工具。

15.根据权利要求10所述的端盖，其中盖板以可移动方式连接到所述板的所述相对侧，从而在所述相对侧封闭所述至少一个预混合燃料空腔。

16.根据权利要求15所述的端盖，其中所述预混合燃料供应通道与所述盖板下游的所述至少一个预混合燃料空腔连通。

17.一种对涡轮机燃烧室的端盖中的预混合燃料空腔的声学长度性质进行调谐的方法，所述端盖适于支撑一个或多个燃烧室喷嘴，其中所述端盖包括：板，其具有在使用时面向燃烧腔的一侧，以及在使用时背向所述燃烧腔的相对侧；以及燃料限流器嵌件，其形成有固定在所述预混合燃料空腔内的多个流孔，所述方法包括：

a)沿着所述预混合燃料空腔的长度尺寸调整所述预混合燃料空腔内的所述燃料限流器嵌件，以及

b)将所述燃料限流器嵌件锁定在所述预混合燃料空腔内的预定位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其包括在所述燃料限流器嵌件上提供表面特征，从而使得所述燃料限流器嵌件能够沿着两个相反方向中的任一方向旋转。

19.根据权利要求18所述的方法，其中步骤a)包括穿过所述板钻孔以形成所述预混合燃料空腔，以及供应活动盖以用于封闭所述孔的上游端。