專利名稱：與燃氣渦輪發(fā)動機中的燃燒器相關的裝置和過濾系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是在美國政府支持下依據由能源部提供的合同No. DE-DC26-05NT42643取得的。美國政府在本發(fā)明中可能具有某些權利。本申請總體上涉及用于改進燃氣渦輪發(fā)動機中的燃燒器的效率、性能和/或操作的裝置和系統(tǒng)。更具體地說，但不作為限制，本申請涉及用于改進燃燒器內的進氣口、空氣過濾器和/或流量調節(jié)器的裝置和系統(tǒng)。(注意，雖然以下是在發(fā)電的燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒系統(tǒng)內就其優(yōu)選用途方面展示本發(fā)明，但是本領域技術人員將會懂得，本文所述的本發(fā)明的用途并不限于此，因為其可應用于其它類型的燃氣渦輪發(fā)動機。)
背景技術：
本領域技術人員將會懂得，燃氣渦輪發(fā)動機可操作燃燒器，燃燒器包括微通道燃料噴射器。微通道燃料噴射器如此命名是因為其通過一系列小通道而引入燃料/空氣混合物。這些類型的燃料噴射器有效地將所需預混合的燃料流傳送至燃燒室，并在某些應用中提供性能優(yōu)勢以及容許發(fā)動機能夠燃燒的燃料類型的靈活性。然而，在這里將被稱為“微通道燃料噴射器”的這種類型的燃料噴射器易于受到小粒子的阻塞，這些小粒子可能包含在壓縮機供給燃燒器的壓縮空氣流中。也就是說，微通道可能被小粒子堵住，小粒子在大多數(shù)傳統(tǒng)的燃料噴射器中將不會有問題。此類阻塞通常導致不良的發(fā)動機性能，并可能對燃料噴射器和燃燒系統(tǒng)造成極大的損傷。在一些情況下，阻塞實際上導致火焰從燃燒室移動到燃料噴射器中，這可能損傷噴射器。結果，包括微通道噴射器的燃燒器典型地在噴射器的上游提供過濾器，以用于除去可能阻塞微通道的粒子。將會理解的是此過濾器通常由定位在穿過罩蓋組件而形成的開口或“窗口”上方的篩網組成。因為必須捕獲的粒子的小尺寸的原因，篩網必須具有細篩眼。 這當然意味著篩網具有大的阻塞比，即篩眼阻塞了進入燃燒器的空氣必須流經的窗口區(qū)域的大部分。在用于這些類型的過濾應用的篩網中，50%或更大的阻塞比是常見的。另外，罩蓋組件內的窗口在尺寸上是有限的。應該懂得罩蓋組件的此前面區(qū)域為罩蓋組件的后面區(qū)域提供了結構支撐，因為罩蓋組件基本上沿向后的方向懸垂于其與端蓋構成的連接。給定必須通過其中的空氣供給，這些必要的設計約束的組合，即篩網的細篩眼和有限的窗口面積，導致了有效流通面積是有限的。也就是說，如以下更詳細討論的那樣，傳統(tǒng)的篩網/窗口構造通常包括直接放置在窗口上的細篩眼的篩網，導致造成相對較高的壓降的有效的流通面積，相對較高的壓降當然負面地影響發(fā)動機性能。結果，對于此燃燒區(qū)域需要更有效的構造。此類改進應提供穿過罩蓋組件的前面區(qū)域的更大的有效流通面積，同時還仍然為該單元保持必要的結構支撐。另外，成功的改進應在生產和安裝方面是成本合算的，并能夠改裝到操作的燃氣渦輪中。任何此類改進在操作方面都應是靈活的。也就是說，該改進應在各種條件下并以不同種類的燃料操作。此外，提供了增強空氣動力性能特性同時是耐用且在實施上是成本合算的過濾元件將滿足本領域內的極大需求。

發(fā)明內容
本申請因而描述了一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器，所述燃燒器包括腔室、篩網和支架，腔室由外壁限定，并在通過外壁限定的朝著腔室前端的窗口和朝著腔室后端定位的至少一個燃料噴射器之間形成通道；并且支架在靠近窗口的周邊的外壁的外表面上包括高出區(qū)域；其中篩網在窗口之上延伸，并且相對于外壁的外表面和窗口而由支架支撐在高出的位置上。在某些實施例中，腔室和外壁包括圓柱形罩蓋組件；篩網，其構造成使得在操作中通過窗口進入腔室的壓縮空氣的供應首先穿過篩網；相對于外壁的外表面，高出的位置包括該外壁的外表面的外側位置；并且關于窗口，該高出的位置包括基準平面的外側位置，其中該基準平面包括圍繞窗口的外壁的外表面的輪廓的平滑延續(xù)部分。在某些實施例中，支架包括徑向高度，該徑向高度包括支架沿徑向方向從外部的外表面延伸的距離；該支架構造有恒定的徑向高度；篩網相對于外壁的外表面居于間隔的關系；且該間隔的關系對應于該支架的恒定的徑向高度。在某些實施例中，窗口包括矩形形狀，該矩形形狀具有沿軸向方向對齊的一對長邊和沿周向方向對齊的一對短邊；窗口圍繞圓柱形罩蓋組件的周邊而均勻地間隔開；并且在每對相鄰的窗口之間限定了支柱，該支柱和窗口具有寬度和長度，寬度包括各周向延伸的距離，長度包括各軸向延伸的距離。在某些實施例中，罩蓋組件從與端蓋構成的第一連接處向后延伸到與流套筒構成的第二連接處；燃料噴射器包括微通道燃料噴射器；并且篩網包括預定的篩眼尺寸，篩眼尺寸在尺寸上與微通道燃料噴射器內的通道尺寸相對應。在某些實施例中，支架包括正好放置在窗口前端之前的前面支架，該前面支架包括圍繞圓柱形罩蓋組件的周邊連續(xù)延伸的條帶；支架包括正好放置在窗口后端之后的后面支架，該后面支架包括圍繞圓柱形罩蓋組件的周邊連續(xù)延伸的條帶；并且篩網圍繞周邊從前面支架延伸至后面支架。在某些實施例中，窗口形成為使得各沿其軸向長度被外壁的對分截面中斷，使得形成前面窗口和后面窗口 ；且支架包括位于該前面窗口和后面窗口之間的中心支架，該中心支架包括圍繞該外壁的對分截面周向地延伸的條帶。在某些實施例中，支架包括軸向支架，該軸向支架包括定位在支柱上并沿軸向方向從前面支架向后面支架連續(xù)延伸的條帶。在某些實施例中，支架包括軸向支架，該軸向支架包括定位在支柱上并沿軸向方向從前面支架向后面支架間歇延伸的條帶。在某些實施例中，支架包括定位在前面支架和后面支架之間的支柱上的多個分立的支架。在某些實施例中，燃燒器還可包括緩沖器，緩沖器包括其中一個窗口的邊緣與周圍支架的邊緣之間的外壁的外表面上的區(qū)域。在某些實施例中，緩沖器包括預定的尺寸；且緩沖器的該預定的尺寸和支架的恒定徑向高度基于篩網的篩眼尺寸以及操作期間腔室中通過窗口的流的優(yōu)選水平而構造。本申請還描述了一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器，該燃燒器包括圓柱形的罩蓋組件、篩網和支架，罩蓋組件由外壁限定，并在通過外壁限定的朝著罩蓋組件前端的窗口
5和朝著罩蓋組件后端定位的至少一個燃料噴射器之間形成通道；篩網構造成在窗口之上延伸，使得在操作過程中，通過窗口進入罩蓋組件的壓縮空氣的供給首先穿過篩網；并且支架包括位于罩蓋組件外壁的外表面上的高出區(qū)域；其中篩網在窗口之上延伸，并且相對于外壁的外表面和基準平面而由支架支撐在高出的外側位置，基準平面如果其穿過窗口則包括外壁的外表面的平滑延續(xù)部分。在查看以下結合附圖和所附權利要求所作的優(yōu)選實施例的詳細說明后，本申請的這些以及其它特征將變得明顯。


通過仔細研究以下結合附圖所做的本發(fā)明的示例性實施例的更詳細的描述將更完整地理解和領會本發(fā)明的這些方面和其它方面，其中圖1是其中可使用本發(fā)明的實施例的示例性渦輪發(fā)動機的示意圖；圖2是可用于燃氣渦輪機中的示例性壓縮機的截面圖；圖3是可用于圖1的燃氣渦輪發(fā)動機中的示例性渦輪的截面圖；圖4是可用于圖1的燃氣渦輪發(fā)動機中并且可采用本發(fā)明的示例性燃燒器的截面圖；圖5是可采用本發(fā)明的示例性燃燒器的透視剖面圖；圖6是圖5的燃燒器的罩蓋組件的透視剖面圖，其包括根據傳統(tǒng)設計的篩網組件；圖7是圖6的篩網組件的特寫圖；圖8是根據本申請的一個示例性實施例的帶支架的篩網組件的透視剖面圖；圖9是根據本申請的另一示例性實施例的帶支架的篩網組件的透視剖面圖；圖10是根據本申請的一個備選實施例的可定位在罩蓋組件的外表面上的支架的側視圖；圖11是根據本申請的一個備選實施例的可定位在罩蓋組件的外表面上的支架的側視圖；圖12是根據本申請的一個備選實施例的可定位在罩蓋組件的外表面上的分立支架的側視圖；圖13是根據本申請的一個示例性實施例的分立支架的截面圖；圖14是根據本申請的一個備選實施例的分立支架的截面圖；圖15是根據本申請的一個備選實施例的可組合在罩蓋組件的外表面上的支架帶和分立支架的側視圖；圖16是根據本申請的一個備選實施例的帶支架的分層篩網組件的透視剖面圖；圖17是根據本申請的一個備選實施例的帶支架的分層篩網組件的透視剖面圖；圖18是根據本申請的一個備選實施例的帶支架的分層篩網組件的透視剖面圖； 且圖19是根據本申請的一個備選實施例的在某一應用中不帶支架的分層篩網組件的透視剖面圖。零部件列表
100燃氣渦輪發(fā)動機
106壓縮機
110渦輪
112燃燒器
120壓縮機轉子葉片
122壓縮機定子葉片
126渦輪轉子葉片
128渦輪定子葉片
130燃燒器
134頭端
136立而蓋
137燃料管線
138燃料噴射器
140罩蓋組件
141燃燒室
144流套筒
146襯套
148過渡件
150沖擊套筒
152過渡件后框架
154沖擊孔
156窗口156a 前面窗口156b 后面窗口158 支柱160 篩網163 支架163a前面支架163b后面支架163c中心支架163d軸向支柱支架163e分立支架
具體實施例方式如上所述且如下所述，本發(fā)明就其在燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒系統(tǒng)中的其中一個優(yōu)選用途進行了展示。在后文中，本發(fā)明將主要就此用途進行描述；然而，除了特別指定之處以外，此描述只是示范性的，而非意圖限制性的。本領域技術人員將懂得，本發(fā)明的用途可應用于若干種類型的燃氣渦輪發(fā)動機。現(xiàn)在參看附圖，圖1顯示了其中可采用本發(fā)明的實施例的燃氣渦輪發(fā)動機100的示意圖。總地說來，燃氣渦輪發(fā)動機通過從加壓的熱氣流中提取能量而運轉，熱氣流通過燃料在壓縮空氣流中的燃燒而產生。如圖1中所示，燃氣渦輪發(fā)動機100可配套軸向壓縮機 106和燃燒系統(tǒng)112，軸向壓縮機通過公共軸或轉子而機械地聯(lián)接在下游渦輪部分或渦輪 110上，并且如圖所示，燃燒系統(tǒng)是定位在壓縮機106和渦輪110之間的管式燃燒器。圖2顯示了一種可在燃氣渦輪發(fā)動機100中使用的軸向壓縮機106的視圖。如圖所示，壓縮機106可包括多個級。各級均可包括一排壓縮機轉子葉片120，后面是一排壓縮機定子葉片122。因而，第一級可包括圍繞中心軸而旋轉的一排壓縮機轉子葉片120，后面是在操作期間保持固定的一排壓縮機定子葉片122。壓縮機定子葉片122通常彼此周向間隔開，并關于旋轉軸線固定。壓縮機轉子葉片120圍繞轉子軸線周向間隔開，并且在操作期間圍繞軸而旋轉。本領域技術人員將會懂得，壓縮機轉子葉片120構造成使得當圍繞軸旋轉時，它們將動能賦予流過壓縮機106的空氣或工作流體。本領域技術人員將會懂得，壓縮機106可具有超過圖2中所示的級的許多其它級。各個附加級可包括多個周向間隔開的壓縮機轉子葉片120，其后面是多個周向間隔開的壓縮機定子葉片122。圖3顯示了可在燃氣渦輪發(fā)動機100中使用的示例性渦輪部分或渦輪110的局部圖。渦輪110可包括多個級。圖示了三個示例性的級，但在渦輪110中可存在更多或更少的級。第一級包括在操作期間圍繞軸而旋轉的多個渦輪輪葉或渦輪轉子葉片126，以及在操作期間保持固定的多個噴嘴或渦輪定子葉片128。渦輪定子葉片1 通常彼此周向間隔開， 并關于旋轉軸線固定。渦輪轉子葉片126可安裝在渦輪葉輪(未顯示)上，以圍繞軸(未顯示)而旋轉。圖中還顯示了第二級渦輪110。第二級類似地包括多個周向間隔開的渦輪定子葉片128，其后面是多個周向間隔開的渦輪轉子葉片126，渦輪轉子葉片1 也安裝在渦輪葉輪上以便旋轉。圖中還顯示了第三級，其也類似地包括多個周向間隔開的渦輪定子葉片1 和渦輪轉子葉片126。將會懂得渦輪定子葉片1 和渦輪轉子葉片1 都位于渦輪110的熱氣體路徑中。穿過熱氣體路徑的熱氣體的流動方向如箭頭所示。本領域技術人員應該懂得，渦輪110可具有超過圖3中所示的級的許多其它級。各個附加級可包括多個周向間隔開的渦輪定子葉片128，其后面是多個周向間隔開的渦輪轉子葉片126。上述性質的燃氣渦輪發(fā)動機可如下進行操作。軸向壓縮機106內的壓縮機轉子葉片120的旋轉可壓縮空氣流。在燃燒器112中，如以下更詳細所述，當壓縮空氣與燃料混合并被點燃時可釋放出能量。之后可將從燃燒器112產生的熱氣流引導至渦輪轉子葉片1 上，這可能引起渦輪轉子葉片126圍繞軸旋轉，因而將熱氣流的能量轉換成旋轉軸的機械能量。然后軸的機械能量可用于驅動壓縮機轉子葉片120的旋轉，使得產生必要的壓縮空氣的供給，并且還使例如發(fā)電機產生電力。在繼續(xù)之前，應該懂得為了清楚地理解本發(fā)明，需要選擇術語，其表示和描述渦輪發(fā)動機和相關系統(tǒng)尤其是燃燒器系統(tǒng)的某些部件或機器構件。只要有可能，將在與其被接受的涵義相一致的意義上使用和采用行業(yè)術語。然而，它意味著任何此類術語都被賦予了廣泛的涵義，并且不應狹義地解釋，使得本文想要的涵義和所附權利要求的范圍被不合理地限制。本領域技術人員應該懂得，?？赡苡萌舾蓚€不同的用語來指特定的構件。另外，本文被描述為單個部件的東西可能包括若干個組成部件并且在另一上下文中被稱為由若干個組成部件組成，或者本文被描述為包括多個組成部件的東西可被塑造成單個部件，并且某些情況下被稱為單個部件。因此，在理解本文所述的本發(fā)明的范圍時，不僅應注意所提供
8的術語和描述，而且還應注意本文提供的構件的結構、構造、功能和/或用途。另外，本文可以有規(guī)律地使用若干個描述性的詞語，并且其在這點上可有助于限定這些用語。本文給出其用法的這些詞語和其釋義如下。在沒有進一步特別指定的條件下， 詞語“轉子葉片”是指壓縮機或渦輪的旋轉葉片，其包括壓縮機轉子葉片和渦輪轉子葉片。 在沒有進一步特別指定的條件下，詞語“定子葉片”是指壓縮機或渦輪的固定葉片，其包括壓縮機定子葉片和渦輪定子葉片。詞語“葉片”在本文將用于指任一類型的葉片。因而，在沒有進一步特別指定的條件下，詞語“葉片”包含所有類型的渦輪發(fā)動機葉片，包括壓縮機轉子葉片、壓縮機定子葉片、渦輪轉子葉片和渦輪定子葉片。此外，如本文使用的“前面”和“后面”指相對于壓縮機106的位置的方向，其被描述為處于渦輪發(fā)動機100的前端，并且渦輪部分110被稱為處于渦輪發(fā)動機100的后端。 因此，“前面”指朝著壓縮機106的方向，而“后面”指朝著渦輪部分110的方向。詞語“上游”和“下游”指相對于通過渦輪發(fā)動機100的工作流體流的方向，并且當用于描述在壓縮機106或渦輪110內的方向時常分別與“前面”和“后面”互換使用。然而，在燃燒器112 中，應該懂得工作流體在向前和向后方向上均流動。也就是說，來自壓縮機106的壓縮空氣的供給通常進入燃燒器112，并在狹窄的環(huán)面中沿向前方向(即朝著壓縮機)流動。然后當壓縮空氣被引導至罩蓋組件中時，此流動被反向，并朝著燃燒器106的燃料噴射器移動。因此，與描述燃燒器操作結合使用的詞語“下游”和“上游”指流動方向，并且與工作流體是否朝著壓縮機或發(fā)動機的渦輪部分無關。本文還可使用詞語“徑向”、“軸向”和“周向”，因為燃燒器典型地具有圓柱形的形狀。詞語“徑向”指垂直于軸線的運動或位置，并且就常被稱為“管式”燃燒器的圓柱形燃燒器而言，其指垂直于圓柱形形狀的中心軸線的運動或位置。此外，常需要描述相對于軸線處于不同徑向位置處的部件。在這種情況下，如果第一構件居于比第二構件更靠近軸線的位置，則本文可表述為第一構件相對第二構件“徑向向內”或處于第二構件的“內側”。另一方面，如果第一構件居于比第二構件更遠離軸線的位置，則本文可表述為第一構件相對第二構件“徑向向外”或處于第二構件的“外側”。詞語“軸向”指平行于軸線的運動或位置。最后，詞語“周向”指圍繞軸線的運動或位置。圖4和圖5顯示了可用于燃氣渦輪發(fā)動機中并且其中可使用本發(fā)明的實施例的示例性燃燒器130。本領域技術人員應該懂得，燃燒器130可包括頭端134，該頭端134通常包括將必要的空氣和燃料供給燃燒器的各種歧管和端蓋136。多個燃料管線137(更新圖4 以使導桿的末端重新定位)可穿過端蓋136而延伸到定位在前面殼體或罩蓋組件140的后端處的燃料噴嘴或燃料噴射器138。應該懂得罩蓋組件140通常是圓柱形的，并且固定在端蓋136的前端處?？偟卣f來，燃料噴射器138帶來用于燃燒的燃料和空氣的混合物。燃料例如可以是天然氣，并且空氣可以是從壓縮機供給的壓縮空氣(在圖4中由若干箭頭顯示了其流動)。本領域技術人員應該懂得，燃料噴射器138的下游是燃燒在其中發(fā)生的燃燒室141。 燃燒室141通常由襯套146限定，襯套146被封閉在流套筒144中。在流套筒144和襯套 146之間形成了環(huán)面。從襯套146開始，在流向下游移動至渦輪部分(圖4中未顯示)時， 過渡件148使流從襯套的圓形橫截面過渡至環(huán)形橫截面。過渡件沖擊套筒150(以下稱“沖擊套筒150”)可封閉過渡件148，在沖擊套筒150和過渡件148之間同樣產生環(huán)面。在過渡件148的下游端，過渡件后面框架152可將工作流體的流引向翼型件，翼型件定位在渦輪 110的第一級中。應該懂得，流套筒144和沖擊套筒150典型地具有貫穿其中形成的沖擊孔 (圖4中未顯示)，其容許壓縮空氣的沖擊流從壓縮機106進入在流套筒144和襯套146之間以及在沖擊套筒150和過渡件148之間形成的空腔。穿過沖擊孔的壓縮空氣流對流地冷卻襯套146和過渡件148的外表面。如圖5中所示，罩蓋組件140可包括一系列開口或窗口 156，壓縮空氣的供給通過這一系列開口或窗口而進入罩蓋組件140的內部。如圖所示，窗口 156可為大致矩形形狀， 該矩形具有一對沿軸向方向對齊的長邊和一對沿周向方向對齊的短邊。窗口 156可布置成彼此平行，圍繞圓柱形的罩蓋組件的周邊而間隔開。在此排列中，應該懂得，在各個窗口 156 之間限定了支柱158，支柱158在操作期間支撐罩蓋組件結構。為了防止局部應力集中，如圖所示，窗口 156的矩形形狀可具有圓角或內圓角。燃料噴射器138可包括微通道燃料噴射器。微通道燃料噴射器如此命名是因為其通過多個小通道或微通道而引入燃料/空氣混合物。本文使用的“微通道”包括具有0. 05 平方英寸或更小的橫截流通面積的通道。這種類型的通道構造在將所需的預混合的燃料和空氣流傳送給燃燒室141方面是有效的。本領域技術人員應該懂得，這在某些應用中提供了性能優(yōu)勢，以及容許發(fā)動機能夠燃燒的燃料類型的更大的靈活性。然而，此類型的燃料噴射器通常易于受到小粒子造成的阻塞，小粒子可能包含在由壓縮機供給的壓縮空氣流中。微通道可能被小粒子堵住，小粒子在大多數(shù)傳統(tǒng)的燃料噴射器(即不采用微通道的噴射器)中將不會有問題。此類阻塞通常導致不良的發(fā)動機性能，并可能對燃料噴射器和燃燒系統(tǒng)造成極大的損傷。結果，包括微通道噴射器的燃燒器典型地在噴射器的上游提供過濾器，以除去潛在破壞性的粒子。如圖6-7中所示，普遍使用的一種類型的過濾器是篩網過濾器或篩網160，其定位在窗口 156之上。使用此類型的過濾器是因為其性能很好并且制造和安裝是成本合算的。本領域技術人員應該懂得，給定罩蓋組件140的結構要求，窗口 156在尺寸上是有限的。這是由于罩蓋組件140的該前面區(qū)域必須支撐罩蓋組件140的后面區(qū)域的事實，因為罩蓋組件140基本上沿向后方向懸垂于其與端蓋136構成的連接處。因此如圖5-7中所示，通常在相鄰的窗口 156之間保持一系列支柱158，從而恰當?shù)刂卧摻Y構。典型地，支柱158必須設計有極大的周向寬度以提供所需的支撐。雖然可減小支柱158的尺寸，但是該減小通常帶來高的成本，或者要求罩蓋組件140以更昂貴的材料、更復雜的結構幾何形狀或更昂貴的制造方法構造。結果，如圖6中所示，支柱158的寬度(即支柱158沿周向方向延伸的距離)典型地與窗口 156的寬度(即窗口 156沿周向方向延伸的距離)是大致相同的。另外窗口 156的長度(即窗口 156沿軸向方向延伸的距離)同樣也由于結構性考慮而受到限制。給定必須通過其中的空氣供給，這些必要的設計約束的組合，即篩網160的細篩眼和窗口 156的有限面積，導致了通過窗口的有效流通面積是極度有限的。另外，傳統(tǒng)的篩網160/窗口 156的構造使篩網160基本上定位成與罩蓋組件窗口 156的外表面齊平。罩蓋組件156的外表面支撐篩網160(即，篩網160通?？缭酱翱?156拉伸，并直接擱置在上面，且由罩蓋組件140的外表面的支撐)。圖7中最清晰地顯示的傳統(tǒng)的篩網布置對于減輕過度限制性的流通面積的問題無所作為。因此在使用過程中，傳統(tǒng)組件?？绱翱?156以相
10對較高的壓降操作，其當然導致寄生的效率損失。在使用過程中，圖4-7的燃燒器130通常如下操作。來自壓縮機106的壓縮空氣供給可被定向到由流套筒144/襯套146和/或過渡件148/沖擊套筒150所限定的環(huán)形空腔中。壓縮空氣然后沿通常向前的方向(即朝著壓縮機)移動，沿途冷卻襯套146和過渡件148的外表面，直至到達經由罩蓋組件140形成的窗口 156。壓縮空氣然后流過窗口 156， 并通過放置在窗口 156之上的篩網160進行過濾。在流向反向后，壓縮空氣進入罩蓋組件 140，并流向燃料噴射器138，其定位在罩蓋組件140的后端處。壓縮空氣然后流入燃料噴射器138的微通道中。在燃料噴射器138處，壓縮空氣的供給通?？膳c燃料的供給相混合，燃料供給由燃料歧管提供，燃料歧管通過端蓋136(經由燃料管線137)而連接在燃料噴射器 138上。更具體地說，燃料流和壓縮空氣在出現(xiàn)于燃料噴射器138的后側時相混合，并在燃燒室141內燃燒。燃燒產生快速移動的流，極熱的氣體通過襯套146和過渡件148而向下游被引向渦輪110，在此處將熱氣體的能量轉換成旋轉的渦輪葉片的機械能量。圖8顯示了根據本申請的一個示例性實施例的罩蓋組件140，其包括篩網160，篩網相對于罩蓋組件140和窗口 156的外表面成間隔關系地被支架163支撐。支架163包括高出罩蓋組件140的外表面水平的結構或多個結構，并從而將篩網160支撐在相對于罩蓋組件140的外表面高出的位置。(注意顯示支架163的若干圖并沒有按比例繪制。)在一個實施例中，如圖8中所示，支架163可包括周向圍繞罩蓋組件140的外壁的外表面而延伸的矩形帶。支架163將篩網160支撐在高出罩蓋組件140的外表面的位置。在一個優(yōu)選的實施例中，如圖所示，支架163可包括正好放置在窗口 156前端之前的前面支架16&，和正好放置在窗口 156后端之后的后面支架16北。圖9顯示了罩蓋組件140，其包括根據本申請的一個備選實施例的備選構造的窗口 156以及支架163。如圖所示，各個窗口 156形成為使得其沿著其軸向長度發(fā)生中斷，從而在各個周向位置處形成前面窗口 156a和后面窗口 156b。應該懂得，這將為罩蓋組件140 提供結構性好處，其在某些應用中可能是必須的。在以這種方式形成窗口 156的條件下，如圖所示可在前面窗口 156a和后面窗口 156b之間添加中心支架163c。應該懂得，此附加的中心支架帶163c為篩網160提供了額外的支撐，取決于此篩網160的剛性、窗口 156的軸向長度或其它相關標準這可能是必須的。圖10和圖11提供了根據本申請的備選實施例的可定位在罩蓋組件140的外表面上的支架163的側視圖。如圖10中所示，在一個備選實施例中，支架163可包括定位在支柱158上的軸向延伸的支架帶163d。這些軸向支架163d可從前面支架163a延伸到后面支架16北。此構造提供了對篩網160的額外支撐，其根據應用、篩網160的類型或其它相關標準而同樣可能是必須的。還應該懂得，軸向支架163d可定位在支柱158的大致中心處。 此定位在支架163的邊緣和窗口 156的邊緣之間提供或產生了緩沖器165。如以下更詳細論述的那樣，此緩沖器165通過增加可供空氣進入篩網160和罩蓋組件140之間空間的面積(和因而可流入窗口 156中的空氣的數(shù)量)增強了支架163的性能。圖11顯示了另一備選實施例。在此實例中，軸向延伸的支架163d并不從前面支架163a連續(xù)延伸至后面支架16北。相反，軸向延伸的支架163d間斷地延伸。應該懂得，此類型的實施例對篩網160 提供了額外的支撐，同時如以下更詳細所述為流入篩網160和罩蓋組件140之間的空間提供了增加的面積。應該懂得與圖10和圖11中所示的示例性構造不同的其它構造也是可行的。圖12和圖13提供了根據本申請的支架的一個備選實施例。圖12是可在這種類型實施例中采用和定位于罩蓋組件140的外表面上的分立支架16 的側視圖。圖13是根據一個優(yōu)選實施例的分立支架163的截面圖，而圖14是根據一個備選的優(yōu)選實施例的分立支架的截面圖。如圖所示，不同于上述實施例的條帶，分立支架16 尺寸更小，數(shù)量更多，并且彼此分離。如圖所示，當從側面看去時，分立支架16 可能是圓形形狀(即如圖12中所示)。其它形狀也是可行的。如圖13和圖14中所示，分立支架16 可能采用不同的橫截面形狀。圖13顯示了凹陷的分立支架16 ,其是圓形形狀，并且具有隆起尖頂或凹陷的剖面，該剖面具有朝著其大致中心有最大高度的區(qū)域。圖14顯示了圓柱形的分立支架163e， 應該懂得，其具有矩形剖面和恒定的高度。應該懂得圖13的分立的凹陷支架16 可能具有低成本構造和耐用性方面的某些優(yōu)勢。例如，通過傳統(tǒng)方法使傳統(tǒng)罩蓋組件140的內表面變形，從而可形成凹陷支架163e。 也就是說，本領域技術人員應該懂得，通過在沿著罩蓋組件140的內表面的預定位置處對點位置施加足夠的向外的作用力可形成凹陷支架16；3 這樣，支架16 可能是罩蓋組件 140的整體形成的一部分，其將基本消除與分開器件和附著器件相伴隨的任何脫離風險。在一些實施例中，雖然未顯示，但通過使罩蓋組件140的內表面變形，同時還形成穿過罩蓋組件140的外壁的孔，可形成凹陷支架163e。給定這種類型的構造，孔將定位在凹陷支架16 的大致中心上。應該懂得此方法可用于在罩蓋組件140的外表面上提供高出的凹窩(其對于支架163的功能是必要的)，同時還提供便于壓縮空氣進入罩蓋組件140的另一入口點。 如圖15中所示，在一些實施例中，可一起使用支架帶163和分立支架16 的組合。在一個實施例中，如圖15中所示，周向支架帶163a/16;3b可能用于封閉篩網160內的窗口，并且分立支架16 可用于對兩個支架帶之間的篩網160提供支撐。如若干圖中所示，支架163構造成使得在窗口 156的邊緣和支架163的邊緣之間產生緩沖器。也就是說，沿著罩蓋組件140的外表面保持了窗口 156和支架163之間的空間。在使用過程中，此緩沖器容許各個窗口 156匯集已經從底部穿過篩網160的流量，該底部顯著大于窗口 156的底部。應該懂得如果篩網160平放在罩蓋組件140的外表面上，則這是不可能的。更具體地說，支架163將篩網160支撐在抬高的位置上，其增加了可接受壓縮空氣流入的篩網160的面積。一旦在篩網160的內部，壓縮空氣即可流過窗口 156的無障礙的開口。這樣，應該懂得，通過增加空氣可流過篩網的面積，支架163可用于減輕由于篩網160的細篩眼而造成的顯著阻塞。這導致較低的寄生壓降，但仍然容許支柱158具有足夠支撐該結構的寬度。總之，支架163的高度(即支架163從罩蓋組件140的外表面延伸的距離)可能取決于某些標準而變化。在一些實施例中，支架163的高度設計成使得在渦輪發(fā)動機的需求、 窗口 156的尺寸、篩網160的篩眼尺寸、支架163的放置和/或保持在窗口 156周圍的緩沖器面積尺寸給定的條件下，可實現(xiàn)必要的空氣流進入窗口 156。作為一般規(guī)則，支架163的高度(如上所述，其基本上確定了保持在罩蓋組件140的外表面之上的篩網160的高度) 設計成使得在篩網160和罩蓋組件140的外表面之間產生的流動空間足以攜帶流穿過居于緩沖器之上的篩網160的區(qū)域而到達窗口 156。在一些優(yōu)選的實施例中，支架163包括在大約0. 032至0. 188英寸之間的高度。在更優(yōu)選的實施例中，支架163包括在大約0. 062至0. 125英寸之間的高度。在一些實施例中，支架163包括均勻或恒定的高度。然而應該懂得，支架163還可設計成可具有變化或不均勻的高度。還應該懂得，本發(fā)明提供了其可用于成本有效地改型具有傳統(tǒng)設計的燃燒器的優(yōu)勢。本申請的另一特征是多個篩網160的分層以提供增強進入罩蓋組件140中的流動特性的性能。應該懂得，總地說來，流入窗口 156的空氣速度取決于入口的軸向位置而變化。在后面位置，即在靠近窗口 156后端的位置進入窗口 156的壓縮空氣趨向于具有更大的速度，并且在進入罩蓋組件140后朝著燃料噴射器138構成必要的180°旋轉時形成了寬的旋轉弧，其使一些流深入到罩蓋組件140的內部區(qū)域中，從而產生相對較大的分離氣泡。 而在更前面的位置，即在靠近窗口 156的前端位置進入窗口 156的壓縮空氣趨向于具有減小的速度，并且在進入罩蓋組件140后朝著燃料噴射器138構成必要的180°旋轉時形成了狹窄的旋轉弧，使得大部分流沿著罩蓋組件140的周邊保留。當該流反轉并且空氣朝著燃料噴射器運動時，應該懂得，較慢速度的空氣和較窄的旋轉半徑與較快速度以及較寬的旋轉半徑的空氣發(fā)生碰撞。此公共的合成流型造成附加阻力、湍流和空氣動力損失。例如，在流發(fā)生碰撞的此兩層區(qū)域中，離開窗口部分的最靠近燃料噴嘴的空氣速度被減小。根據本發(fā)明的實施例，通過提供多層篩網過濾器可避免這些空氣動力損失(即， 篩網過濾器在過濾器的至少一部分中包括至少兩個堆疊的篩網層)。在一些實施例中，多層篩網過濾器包括朝著窗口 156后端的至少兩層篩網160，而留下窗口 156的前端只被一層篩網160覆蓋。如以下更詳細論述的那樣，其它構造也是可行的。在其它實施例中，可提供篩網160的附加層(即，除了篩網160的兩個后面層/ 一個前面層之外的層)。在這些情況下，應該懂得，相對于窗口 156的后端，窗口 156的前端將被數(shù)量減少的篩網層160覆蓋。 在操作期間，篩網160的附加層增加了進入窗口 156的壓縮空氣沿著窗口 156軸向長度的速度變化以及流在反轉流向時構成的旋轉半徑上的變化。更具體地說，覆蓋窗口 156后端的篩網160的附加層提供了更多的阻塞或阻力，并從而減慢了壓縮空氣穿過窗口 156的后面區(qū)域的流量，其降低了流在朝著燃料噴射器138旋轉時構成的弧度。這樣，進入窗口 156 的后面部分的壓縮空氣流和進入窗口 156的前面區(qū)域的壓縮空氣流可均勻化，并從而在沒有遭受上述伴隨的空氣動力損失的條件下匯合在一起。如圖16中所示，根據本發(fā)明的一個示例性實施例可使用兩層篩網160。第一篩網 160a可按照與上面論述的實施例中篩網164定位幾乎相同的方式進行定位。也就是說，第一篩網160a可從前面支架163a延伸至后面支架163b。如圖所示，第二篩網160b可放置在第一篩網160a之上。在一個優(yōu)選的實施例中，第二篩網160b從后面支架16 延伸至窗口 156的大致中心處的軸向位置。應該懂得，在備選實施例(未顯示)中，第二篩網160b可占據內側位置，而第一篩網160a占據外側位置。圖17顯示了其中采用了三個篩網層的備選實施例。第一篩網160a可從前面支架 163a延伸至后面支架163b。如圖所示，第二篩網160b可放置在第一篩網160a之上，并從后面支架16 延伸出來，以覆蓋窗口 156的大約2/3的軸向長度。如圖所示，第三篩網160c 可放置在第二篩網160b之上，并從后面支架16 延伸出來，以覆蓋窗口 156的大約1/3的軸向長度。圖18顯示了帶有窗口構造的采用了兩個篩網層的一個備選實施例，其中窗口 156 包括后面窗口 15 和前面窗口 156a。如圖所示，第一篩網160a可從前面支架163a延伸
13至后面支架16北。如圖所示，第二篩網160b可放置在第一篩網160a之上，并從后面支架 16 延伸至定位在窗口 156之間的支架163。圖19顯示了包括分層的篩網160而沒有支架163的一個實施例。本領域技術人員應該懂得，分層的篩網160的使用提供了獨立于使用支架163之外的增強性能。也就是說， 無論是否采用根據本申請的支架163，都可獲得與減少空氣動力損失相關聯(lián)的性能好處。給定燃燒器內的環(huán)境，篩網160通常由合適的材料構成。例如，篩網可由不銹鋼、 鎳基導線、穿孔薄板或任何其它合適的材料構成?？傊?，因為必須捕獲的粒子的小尺寸的原因，篩網160必須具有非常細的篩眼。在優(yōu)選的實施例中，篩網的篩眼尺寸具有0.015平方英寸或更小的開口。更優(yōu)選的是，根據本申請的篩網的篩眼尺寸在大約0. 0006至0. 015平方英寸的范圍內。理想地，篩網的篩眼尺寸在大約0. 0009至0. 0025平方英寸的范圍內。在根據本申請的其它實施例中，可相對于微通道燃料噴射器138內的最小開口尺寸構造篩眼尺寸。在這些情況下，篩眼尺寸通?？蓸嬙斐墒沟闷湫∮诖┻^燃料噴射器的小開口。如上所述，篩眼尺寸的細度導致篩網160阻塞了窗口 156的相當大部分，即篩網的細篩眼阻塞了進入燃燒器的空氣必須流過的窗口區(qū)域的大部分。在用于這些類型的過濾應用的篩網160 中，50 %或更大的阻塞比是常見的。在一些實施例中，支架163在與具有至少40 %阻塞比的篩網160協(xié)作使用時證明是有效的。在優(yōu)選實施例中，支架163在與具有至少50%阻塞比的篩網160協(xié)作使用時證明是有效的。篩網160可連接在罩蓋組件140的外表面上或支架 163上，或依照傳統(tǒng)方法連接在另一層篩網160上。連接方法可包括例如點焊、銅焊、機械連接或其它相似的技術。支架163可由能夠承受燃燒器內苛刻條件的材料構成。在某些優(yōu)選的實施例中， 支架163由以下材料構成不銹鋼、碳鋼或鎳基合金。其它材料也是可行的。支架163可依據傳統(tǒng)方法連接在罩蓋組件140的外表面或篩網160上。連接方法可包括例如銅焊、焊接、機械連接或其它相似的技術。從本發(fā)明的優(yōu)選實施例的上述描述中，本領域技術人員將想到改進、變化和改型。 本技術領域中的此類改進、變化和改型意圖被所附權利要求所覆蓋。此外，還應該明白前述只涉及本申請的所述實施例，并且在不脫離以下權利要求和其等效物所限定的本申請的精神和范圍的情況下，這里可實現(xiàn)許多變體和改型。
權利要求
1.一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器(112)，所述燃燒器(112)包括腔室，其由外壁限定，并在通過所述外壁限定的朝向所述腔室的前端的窗口(156)和朝著所述腔室的后端定位的至少一個燃料噴射器(138)之間形成通道； 篩網(160)；和支架(163)，其包括靠近所述窗口(156)的周邊的所述外壁的外表面上的高出區(qū)域； 其中所述篩網(160)在所述窗口(156)之上延伸，并且相對于所述外壁的外表面和所述窗口(156)而由所述支架(163)支撐在高出的位置上。
2.根據權利要求1所述的燃燒器(112)，其特征在于 所述腔室和所述外壁包括圓柱形的罩蓋組件(140)；所述篩網(160)構造成使得在操作過程中，通過所述窗口(156)進入所述腔室的壓縮空氣的供給首先穿過所述篩網(160)；相對于所述外壁的外表面，所述高出的位置包括所述外壁的外表面的外側的位置；且相對于所述窗口(156)，所述高出的位置包括位于基準平面的外側的位置，其中所述基準平面包括包圍所述窗口(156)的所述外壁的外表面的輪廓的平滑延續(xù)部分。
3.根據權利要求2所述的燃燒器(112)，其特征在于所述支架(16 包括徑向高度，所述徑向高度包括所述支架(16 沿徑向方向從所述外壁的外表面延伸的距離；所述支架(16 構造成具有恒定的徑向高度； 所述篩網(160)相對于所述外壁的外表面居于間隔關系；且所述間隔關系與所述支架的所述恒定的徑向高度相對應。
4.根據權利要求3所述的燃燒器(112)，其特征在于所述窗口(156)包括矩形形狀，所述矩形形狀具有沿軸向方向對齊的一對長邊和沿周向方向對齊的一對短邊；所述窗口(156)圍繞所述圓柱形的罩蓋組件的周邊而均勻地間隔開；且在每對相鄰的窗口 (156)之間限定了支柱(158)，所述支柱(158)和所述窗口 (156)具有寬度和長度，所述寬度包括各周向延伸的距離，所述長度包括各軸向延伸的距離。
5.根據權利要求1所述的燃燒器(112)，其特征在于所述罩蓋組件從與端蓋構成的第一連接處向后延伸到與燃燒襯套構成的第二連接處；所述燃料噴射器(138)包括微通道燃料噴射器(138)；且所述篩網(160)包括預定的篩眼尺寸，所述預定的篩眼尺寸在尺寸上與所述微通道燃料噴射器(138)中的通道的尺寸相對應。
6.根據權利要求3所述的燃燒器(112)，其特征在于所述支架(16 包括正好定位在所述窗口(156)的前端之前的前面支架(163)，所述前面支架(16 包括圍繞所述圓柱形罩蓋組件的周邊而連續(xù)延伸的條帶；所述支架(16 包括正好定位在所述窗口(156)的后端之后的后面支架(163)，所述后面支架(16 包括圍繞所述圓柱形罩蓋組件的周邊而連續(xù)延伸的條帶；且所述篩網(160)圍繞所述周邊從所述前面支架(16 延伸至所述后面支架。
7.根據權利要求6所述的燃燒器(112)，其特征在于，所述窗口(156)形成為使得各窗口沿著其軸向長度被外壁的對分剖面中斷，使得形成前面窗口和后面窗口 ；且所述支架(16 包括定位在所述前面窗口和所述后面窗口之間的中心支架(163)，所述中心支架(16 包括周向圍繞所述外壁的對分剖面而延伸的條帶。
8.根據權利要求6所述的燃燒器(112)，其特征在于，所述支架(16 包括軸向支架 (163)，所述軸向支架(16 包括定位在所述支柱(158)上并沿軸向方向從所述前面支架 (163)連續(xù)延伸到所述后面支架的條帶。
9.根據權利要求6所述的燃燒器(112)，其特征在于，所述支架(16 包括軸向支架 (163)，所述軸向支架(16 包括定位在所述支柱(158)上并沿軸向方向從所述前面支架間斷延伸到所述后面支架的條帶。
10.根據權利要求6所述的燃燒器(112)，其特征在于，所述支架(16 包括多個分立支架(163)，所述多個分立支架(16 定位在所述支柱(158)上，位于所述前面支架(163) 和所述后面支架之間。
11.根據權利要求3所述的燃燒器(112)，其特征在于，還包括緩沖器；所述緩沖器包括所述外壁的外表面上位于其中一個窗口(156)的邊緣和周圍支架的邊緣之間的區(qū)域。
12.根據權利要求11所述的燃燒器(112)，其特征在于，所述緩沖器包括預定的尺寸；且其中所述緩沖器的預定尺寸和所述支架(16 的恒定的徑向高度基于所述篩網(160) 的篩眼尺寸和在操作期間通過所述窗口(156)所述腔室中的流的優(yōu)選水平而構造。
全文摘要
本發(fā)明涉及與燃氣渦輪發(fā)動機中的燃燒器相關的裝置和過濾系統(tǒng)，具體而言，涉及一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器(112)，所述燃燒器(112)包括腔室、篩網(160)和支架(163)，腔室由外壁限定，并在通過外壁限定的朝著腔室前端的窗口(156)和朝著腔室的后端定位的至少一個燃料噴射器之間形成通道；并且支架(163)在靠近窗口(156)周邊的外壁的外表面上包括高出區(qū)域；而篩網(160)在窗口(156)之上延伸并且相對于外壁的外表面和窗口(156)而由支架支撐在高出的位置。
文檔編號F23D14/68GK102345865SQ20111015960
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權日2010年8月2日
發(fā)明者C·X·斯蒂芬森, T·E·約翰遜, 左柏芳 申請人:通用電氣公司