冲击冷却的联焰管组件

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冲击冷却的联焰管组件
申请号	CN201010298572.4	申请日	2010-09-20	公开(公告)号	CN102022752A	公开(公告)日	2011-04-20
申请人	通用电气公司;			发明人	S·K·维德纳;
摘要	本发明涉及一种冲击冷却的联焰管组件。联焰管组件构造成用于连接燃气涡轮机中的相邻的燃烧罐，且包括具有第一端和相对的凹端的第一管段。第二管段具有第一端和相对的凸端，该相对的凸端同心地装配在凹端内而使得在凹端和凸端之间有交迭区。管段的各个第一端构造成用于固定到相应的燃烧罐的衬套上。相对地定向的第一冲击套管和第二冲击套管从第一管段的凹端延伸到管段的相应的第一端。燃烧冷却空气被引导通过冲击套管中的计量孔，并且沿着限定在冲击套管与第一管段和第二管段之间的同心腔体沿轴向流动。燃烧冷却空气从腔体排放到相应的燃烧罐衬套和套管之间的轴向燃烧空气流束中。
权利要求	1.一种用于连接燃气涡轮机中的相邻的燃烧罐(12)的联焰管组件(22)，包括：具有第一端(26)和相对的凹端(28)的第一管段(24)；具有第一端(32)和相对的凸端(34)的第二管段(30)，该相对的凸端(34)同心地装配在所述凹端内而在所述凹端和所述凸端之间有交迭区(36)；所述第一管段和第二管段的所述第一端中的各个构造成固定到相应的燃烧罐的衬套(20)上；从所述凹端延伸到所述第一管段的所述第一端的第一冲击套管(44)，以及沿着相反的方向从所述凹端延伸到所述第二管段的所述第一端的第二冲击套管(50)，所述冲击套管具有限定于其中的多个计量孔(56)；分别限定在所述第一冲击套管和第二冲击套管与所述第一管段和第二管段之间的同心腔体(58)；并且其中，燃烧冷却空气被引导通过所述冲击套管，并且沿着所述同心腔体沿轴向流动，所述燃烧冷却空气从所述腔体排入相应的燃烧罐衬套和套管之间的轴向燃烧空气流束中。 2.根据权利要求1所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述第一管段和第二管段(24，30)在所述相应的第一端(26，32)处包括环形凸脊(38)，所述环形凸脊包括限定于该环形凸脊中的多个轴向地定向的计量孔(42)，燃烧冷却空气通过计量孔(42)从所述腔体中排放。 3.根据权利要求2所述的联焰管组件，其特征在于，所述冲击套管(44，50)脱离并且在所述第一管段和第二管段(24，30)的所述相应的环形凸脊(38)上浮动。 4.根据权利要求2所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述第一管段和第二管段(24，30)的所述第一端(26，32)包括用于附连到相应的燃烧罐衬套(20)上的肩部区段(40)，所述环形凸脊(38)中的所述计量孔(42)设置在高于所述肩部的高度处，使得离开所述计量孔的燃烧冷却空气沿着燃烧罐衬套流动。 5.根据权利要求1至4中任一项所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述凹端(28)进一步包括在所述交迭区(36)周围限定于该凹端(28)中的多个计量孔(60)，且所述凸端(34)包括与所述凹端(28)中的所述计量孔(60)以及与所述第二管段(30)周围的所述同心腔体(58)连通的排放通路(62)，由此燃烧冷却空气还被引导通过所述交迭区周围的所述凹端中的所述计量孔，并且沿着所述凸端中的所述排放通路沿轴向流动，并且流入所述第二管段周围的所述同心腔体中。 6.根据权利要求3所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述排放通路(62)包括限定在所述凸端(34)中、越过所述交迭区(36)而通向所述同心腔体(58)的环形凹槽。 7.根据权利要求1至4中任一项所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述第一冲击套管和第二冲击套管(44，50)是在所述交迭区(36)处分开地附连到所述凹端(28)上的分开的构件。 8.根据权利要求7所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述冲击套管(44，50)具有在所述交迭区(36)处附连到所述凹端(28)上的第一端(46，52)。 9.根据权利要求8所述的联焰管组件(22)，其特征在于，所述冲击套管(44，50)的所述第一端(46，52)在所述凹端(28)上沿轴向间隔开，所述凹端(28)中的所述计量孔(60)限定在所述冲击套管的所述第一端之间。 10.一种用于冷却连接燃气涡轮机中的相邻的燃烧罐的联焰管的方法，包括：将第一管段的凸端连接到第二管段的凹端中，使得在所述凸端和凹端之间形成交迭区；将相连接的管段的相对端连接到相邻的燃烧罐的相应的衬套上；在第一管段和第二管段周围构造冲击套管，以便在第一管段和第二管段与相应的冲击套管之间限定沿轴向延伸的腔体；将燃烧冷却空气引导通过冲击套管并且引入所述第一管段和第二管段中的各个周围的腔体；在交迭区的两侧上沿相反的方向引导所述燃烧冷却空气，使得所述燃烧冷却空气在各个所述腔体中远离所述交迭区朝向燃烧罐衬套沿轴向流动；以及从所述腔体中排放所述燃烧冷却空气，使得所述冷却燃烧空气与燃烧罐衬套和相应的燃烧罐套管之间的轴向燃烧空气流束汇合。 11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括引导燃烧冷却空气通过交迭区中的凹端，并且沿着所述交迭区中的凸端沿轴向引导，以便与所述第一管段周围的腔体中的燃烧冷却空气汇合。 12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包括通过形成于所述第一管段和第二管段的相对的相应端处的环形凸脊中的计量孔从所述第一管段和第二管段周围的腔体中排放空气，所述计量孔设置在管段端与燃烧罐衬套的附连点的径向外部。
说明书全文	冲击冷却的联焰管组件技术领域 [0001] 本发明涉及燃气涡轮机燃烧器，且更具体而言，涉及在布置在绕着燃气涡轮机的轴向中心线的圆中的相邻的燃烧室(″罐″)之间延伸的联焰管(crossfire tube)构造。背景技术 [0002] 传统的燃气涡轮机典型地包括布置在涡轮机的轴向中心线周围的圆中的若干个燃烧室(也称为“罐”)。除了在相邻的罐之间的联焰管连接之外，燃烧罐彼此隔离。联焰管基本上为开口的管状结构，该结构起在起动期间在相应的罐之间的压差的影响下在相邻的罐之间传播热气体和火焰的作用。典型地，罐中的一个或者两个结合了点火装置(例如，火花塞)，而另外的罐由来自毗邻的点燃的罐的、穿过联焰管的火焰来点燃。此外，联焰管还可在从预混合模式转变到贫(燃料)-贫(燃料)模式期间将火焰从燃烧罐的点燃的(预混合区)传送到未点燃的预混合区。大体上，联焰管的具体功能，不管是在预混合区的点火期间还是重新点燃期间，都仅仅是传送来自毗邻的燃烧罐的火焰。该过程大体发生在几秒左右。在燃气涡轮机操作的所有其它时间时，联焰管不执行具体功能。 [0003] 理论上，一旦所有的燃烧罐被点燃，它们的压力就会均衡，且通过联焰管的火焰和气体流将停止。然而，在实际的燃气涡轮发动机中，相邻的燃烧罐之间的几何结构、空气流量和燃料计量的不同可促进通过联焰管的持续的气体和火焰流。虽然通过联焰管的少量的流不会影响燃气涡轮发动机的操作且有助于平衡来自燃烧罐的压力和流动，但是热气体的持续的交联流动可由于将金属加热到其熔点而永久地损坏燃烧罐衬套或联焰管。 [0004] 一种用于阻碍联焰管中的持续的气体流动的已知的方法采用通过联焰管的排放孔。加压的吹扫空气(来自压缩机)向内流动通过排放孔，且既冷却在联焰管中流动的任何气体，又抵消沿着其长度的压差。吹扫空气流将在给定的压力差以下防止交联火焰气体流动。此外，流动通过排放孔的空气倾向于冷却联焰管壁，以降低其温度。例如，对美国专利No.5,896,742和No.6,334,294进行了参照。 [0005] 美国专利No.5,001,896描述了结合了冲击套管的联焰管组件，在冲击套管中居中地设置有联焰管。套管包括冷却孔阵列，该冷却孔阵列将冷却空气引导到联焰管上。冲击套管和联焰管之间的空间形成了流动通道，冲击空气在被引导到燃烧罐的内部中之前沿轴向方向沿着该流动通道流动。 [0006] 设计成通过将加压的吹扫空气通过排放孔喷射到管腔体中来防止持续的交联火焰的传统的联焰管是不利的，因为吹扫空气会绕过燃烧罐的头端，且因而对于供应到燃烧罐的空气和燃料的预混合而言不可用，从而导致效率降低及排放增大。这个不利的方面也适用于以上论述的美国5,001,896专利的冲击套管构造，因为冲击空气最终直接排到燃烧罐中而不在头端处与燃料混合。 [0007] 因而，工业上将受益于这样的用于冷却联焰管的健壮的且有效的系统：该系统不会降低可用于在燃烧罐的头端处与燃料预混合的燃烧空气的量。发明内容 [0008] 在以下描述中将部分地阐述本发明的各方面和优点，或者本发明的各方面和优点根据该描述可显而易见，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。 [0009] 根据本发明的各方面，第一实施例(中)，提供了一种用于连接燃气涡轮机中的相邻的燃烧罐的联焰管组件。该组件包括具有第一端和相对的凹端的第一管段。第二管段具有第一端和相对的凸端，该相对的凸端同心地装配在第一管段的凹端内，使得在凹端和凸端之间限定了交迭区。相应的第一管段和第二管段的第一端构造成固定到相应的燃烧罐的衬套上。第一冲击套管从第一管段的凹端延伸到第一管段的第一端，且第二冲击套管沿相反的方向从第一管段的凹端延伸到第二管段的第一端。冲击套管具有限定于其中的多个计量孔(meteringhole)。 [0010] 利用以上所阐述的构造，燃烧冷却空气被引导通过冲击套管且沿轴向沿着分别限定于第一冲击套管和第二冲击套管与第一管段和第二管段之间的同心腔体流动。燃烧冷却空气从腔体中排放，例如通过限定于管段的端处的环形凸脊中的计量孔排放，且流到燃烧罐衬套和相应的燃烧罐套管之间的轴向燃烧空气流束中。因而，联焰管冷却空气并未损失，且在燃烧罐的头端处可用于与燃料预混合。 [0011] 本发明还包括用于冷却连接燃气涡轮机中的相邻的燃烧罐的联焰管的方法。该方法包括将第一管段的凸端连接到第二管段的凹端中，使得在凸端和凹端之间形成交迭区。管段的相对端连接到相邻的燃烧罐的相应的衬套上。冲击套管构造在第一管段和第二管段中的各个周围，以便在第一管段和第二管段与相应的冲击套管之间限定沿轴向延伸的腔体。燃烧冷却空气被引导通过冲击套管，并且被引入第一管段和第二管段中的各个周围的腔体。燃烧冷却空气沿相反的方向在交迭区的两侧上被引导，使得该燃烧冷却空气在各个腔体中远离交迭区朝向燃烧罐衬套沿轴向流动。冷却空气从腔体中排放，并且与流向燃烧罐的头端的、燃烧罐衬套和相应的燃烧罐套管之间的轴向燃烧空气流束汇合。 [0012] 参照以下描述和所附的权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将得到更好的理解。结合在说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起起到阐述本发明的原理的作用。附图说明 [0013] 在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员而言本发明的完整的且能够实现的公开，包括其最佳模式，说明书对附图进行了参照，在附图中： [0014] 图1是传统的燃烧器的剖视透视图； [0015] 图2是根据本发明的各方面的联焰管构造的截面图； [0016] 图3是来自图2的联焰管构造的实施例的管段的透视图； [0017] 图4是来自图2的联焰管构造的实施例的不同的管段的透视图；且[0018] 图5是处于相连接的构造的图3和图4的管段的透视图。 [0019] 部件列表： [0020]参考标号构件 10 燃烧器阵列 12 罐 13 联焰管 14 燃料配件 16 头端 18 套管 20 衬套 22 联焰管组件 23 管套管 24 第一管段 26 第一管段的第一端 28 凹端 30 第二管段 32 第二管段的第一端 34 凸端 36 交迭区 38 环形凸脊 40 肩部 42 计量孔 44 第一冲击套管 46 第一冲击套管的第一端 48 第一冲击套管的浮动端 50 第二冲击套管 52 第二冲击套管的第一端 54 第二冲击套管的浮动端 56 计量孔 58 腔体 60 凹端计量孔 62 凸端排放通路 64 槽口 66 夹 [0021] 具体实施方式 [0022] 现在将对本发明的实施例进行详细参照，在图中示出了实施例中的一个或者多个实例。各个实例以阐述本发明而非限制本发明的方式提供。事实上，对本领域技术人员将显而易见的是，可在本发明中作出各种修改和变型而不偏离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或者描述的特征可与另一实施例一起使用，以实现又一个实施例。因而，意在本发明覆盖如落在所附的权利要求书及其等效物的范围内的这样的修改和变型。 [0023] 图1示出了典型的燃气涡轮机燃烧器阵列10，其包括绕着燃气涡轮机的轴线均等地间隔开的多个单独的燃烧器或者″罐″12。各个管12在形状上典型地为圆柱形并且在其头端16处的燃料配件14处接收燃料供应。如本领域中所理解的，压缩空气在各个罐的套管和衬套之间以轴向逆流空气流(的形式)被引导到头端16，以便与燃料进行燃烧。多个单独的联焰管13使该多个罐12互连，以实现以上论述的功能。本发明涉及联焰管组件中的各个的构造。 [0024] 图2是根据本发明的各方面的联焰管组件22的截面图。组件22连接于相邻的罐12之间。各个罐12包括同心地设置在套管18内的内衬套20。沿轴向引导的燃烧空气流束在涡轮机燃烧器操作时在套管18和衬套20之间建立，以用于罐12中的各个罐，以便将压缩空气供应到各个罐12的相应的头端16。联焰管组件22包括如以下描述的同心地设置在压力套管23内的各种构件。来自压缩机的压缩空气的一部分被供应到套管23中，以便如本文所述的那样冷却联焰管组件22的内部构件。 [0025] 联焰管组件22包括在图2的右侧部分中描绘的第一管段24。该第一管段24包括对相应的罐12敞开的第一端26，以及相对的凹端28。第二管段30在图2的左侧部分中描绘，且包括对相邻的罐12敞开的第一端32，以及相对的凸端34。凸端34同心地装配在第一管段24的凹端28中，使得交迭区36限定于凹端28和凸端34之间、在相应的端之间呈可伸缩的关系。 [0026] 第一管段24的第一端26和第二管段30的第一端32各自构造成固定到相应的燃烧罐12的衬套20上，如图2所示。可在各端32，26处提供肩部40，以便与相应的衬套20的弯转的法兰部分相配，如图2中特别地示出。 [0027] 相应的管段24，30的第一端26，32中的各个可包括邻近相应的端26，32的环形凸脊38。环形凸脊38可例如设置成紧邻肩部40，如图2中所示。环形凸脊38中的各个可包括槽口64，槽口64与相应的夹66协作以便保持管24，30的端与燃烧器罐12处于组装构造。然而，将了解的是，联焰管组件22并不限于关于罐12的任何特定类型的连接构造。 [0028] 第一冲击套管44关于第一管段24而构造，并且从管段24的凹端的交迭区36延伸到第一管段24的环形凸脊38。冲击套管44可具有如图2所示的圆柱形的或者渐缩的构造，并且包括通过其中而限定的多个计量孔56。腔体58限定于第一冲击套管44和第一管段24的外周表面之间。加压的燃烧冷却空气被引导通过计量孔56并且引入腔体58中，如图2中特别地示出。 [0029] 第二冲击套管50从凹端28的交迭区36沿相反的方向延伸，以便延伸过第二管段30的外周表面。第二冲击套管50延伸到第二管段30的环形凸脊38，且与第二管段限定了腔体58。加压的燃烧冷却空气流动通过限定在冲击套管50中的孔56，并且流入腔体58中。 [0030] 再次参照图2，燃烧冷却空气沿着腔体58相对于交迭区36在相反的方向上沿轴向移动，并且从腔体排放，以便与罐衬套20和套管18之间的轴向燃烧空气流束组合。在所示的实施例中，燃烧冷却空气通过限定于管段24，30的相应的第一端处的环形凸脊38中、高于肩部40的计量孔或通路42从腔体58中排放。该流径在图5中特别地示出。 [0031] 参照图2、4和5，第一管段24的凹端28还可包括限定在交迭区36中的多个计量孔60。第二管段30的凸端34还包括与计量孔60连通的排放通路62。在该构造中，燃烧冷却空气还被引导通过计量孔60，并且被引入排放通路62，使得为管段24，30的交迭区36提供足够的冷却。排放通路62与第二管段30周围的腔体58连通，如图2中特别地示出。在所示的实施例中，排放通路62由邻近第二管段30的凸端34的环形凹部限定，如图3中特别地示出。 [0032] 在一个特定实施例中，相应的冲击套管44，50包括在交迭区36中刚性地附连到第一管段的凹端28上的相应的第一端46，52。这些端46，52可例如通过焊接或机械器件而附连。端46，52如图4中特别地示出的那样沿轴向与端46，52之间的限定于凹端28的交迭区中的计量孔60间隔开。相应的冲击套管44，50的相对端48，54延伸到管段 24，30的环形凸脊38。套管端48，54不需要刚性地附连到环形凸脊38上，且可在环形凸脊38上″浮动″，以便适应管段24，30的组装以及构件之间的任何相对轴向运动。 [0033] 如在所示的实施例中，冲击套管44，50可为具有附连到凹端28上的分开的端46，52的分开的单独构件。在一个不同的实施例中，冲击套管44，50可为完全在交迭区 36上延伸的单个一体式套管的部分。在该实施例中，计量孔60将限定为在交迭区36中穿过一体式套管部件。 [0034] 图3是第二管段30的透视图，且特别示出了以上论述的特征。 [0035] 图4是第一管段24的透视图，且特别示出了以上论述的管段的特征。 [0036] 图5是在组装构造中的管段24和30的透视图，且特别示出了通过管段24，30的燃烧冷却空气的各个流径。 [0037] 本发明还包括根据以上所论述的原理、用于冷却连接燃气涡轮机中的相邻燃烧罐的联焰管的方法的各种实施例。特别地，一种示例性的方法包括将第一管段的凸端连接到第二管段的凹端中，使得在相应的凸端和凹端之间形成交迭区。相连接的管段的相对端接合或者连接到相邻的燃烧罐的相应的衬套上。冲击套管构造在第一管段和第二管段的周围，以便在第一管段和第二管段与相应的冲击套管之间限定沿轴向延伸的腔体。燃烧冷却空气被引入冲击套管周围的腔室，并且流过冲击套管中的计量孔且流入第一管段和第二管段中的各个周围的腔体中。腔体限定在冲击套管和管段的外周表面之间。燃烧冷却空气沿着相反的方向在管段之间的交迭区的两侧上被引导，并且在各个腔体中远离交迭区而沿轴向流动，从而对管段的轴向长度进行冷却。燃烧冷却空气从腔体中朝向燃烧罐衬套排放，并且与罐衬套和罐套管之间的沿轴向引导的燃烧空气流束汇合。 [0038] 该方法可进一步包括以致使将冷却集中在管段之间的交迭区上的方式引导燃烧冷却空气。例如，冷却空气可被引导通过交迭区中的第一管段的凹端中的计量孔，其中该空气沿着第二管段的凸端中的排放通路沿轴向引导。空气在第二管段中沿着排放通路流动，并且与沿着第二管段周围的腔体流动的燃烧冷却空气汇合。 [0039] 在各种构造中，沿着管段周围的腔体流动的燃烧冷却空气可排放到罐套管和衬套之间的轴向燃烧空气流束中。例如，管段可利用接合或者以别的方式连接到罐衬套上的环形凸脊连接到燃烧罐上。计量孔可限定于环形凸脊中，使得空气通过该计量孔从腔体中排放，并且排入轴向燃烧空气流中。 [0040] 虽然已经关于具体的示例性的实施例及其方法详细地描述了本主题，但是将了解的是，本领域技术人员在获得对上述内容的理解之后可容易地产生这样的实施例的改变、其变型以及其等效物。因此，本公开的范围是作为实例而非作为限制的，且本主题公开不排除包括对本主题的这样的修改、变型和/或添加(如对于本领域普通技术人员而言将容易显而易见的)。