專利名稱：渦輪機(jī)組燃燒室的環(huán)形壁，渦輪機(jī)組的燃燒室及具有燃燒室的渦輪機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及渦輪機(jī)組燃燒室的通常領(lǐng)域。更特別地，涉及通過(guò)一種叫做“多重穿孔”的工藝?yán)鋮s燃燒室的環(huán)形壁。
背景技術(shù)：
通常來(lái)說(shuō)，渦輪機(jī)的環(huán)形燃燒室由環(huán)形內(nèi)壁(也叫內(nèi)筒)和環(huán)形外壁(也叫外筒)組成，它們?cè)谏嫌瓮ㄟ^(guò)一個(gè)橫壁連接，形成燃燒室的底部。內(nèi)筒和外筒均有許多不同的孔洞，以便環(huán)燃燒室循環(huán)的空氣可以進(jìn)入燃燒室。因此，在筒壁上鉆有被稱為“初級(jí)”和“稀釋”的孔，將空氣導(dǎo)入燃燒室。從“初級(jí)”孔進(jìn)入的空氣用于形成空氣和燃料的混合氣體，在燃燒室中燃燒；而從“稀釋”孔進(jìn)入的空氣則有助于稀釋此空氣和燃料的混合氣體。內(nèi)筒和外筒承受氣體和燃料混合氣體燃燒產(chǎn)生的氣體高溫。為保證它們的冷卻，在所有的表面上均有穿透筒壁的，被稱為多重穿孔的補(bǔ)充孔洞。這種多重穿孔通常有60°的傾斜，使燃燒室外的空氣可以進(jìn)入室內(nèi)，并沿筒壁形成冷卻
空氣層。然而，在實(shí)踐中，在緊鄰每個(gè)初始孔和稀釋孔下游的內(nèi)筒和外筒區(qū)域，特別是因使用的激光穿孔工藝缺陷造成沒(méi)有孔洞的情況下，會(huì)產(chǎn)生冷卻不足并造成裂紋。為解決這個(gè)問(wèn)題，US6, 145，319專利文獻(xiàn)建議在每個(gè)初級(jí)孔和稀釋孔緊鄰的下游壁上使用過(guò)渡孔洞。這些過(guò)渡孔洞的傾斜度大于多重穿孔的孔洞。因?yàn)檫@是一種局部處理，成本昂貴并造成生產(chǎn)周期的延長(zhǎng)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是通過(guò)可確保對(duì)與初級(jí)和稀釋孔洞緊鄰的下游區(qū)域進(jìn)行恰當(dāng)冷卻的燃燒室的環(huán)形壁，來(lái)克服所述缺陷。為此，本實(shí)用新型提供了一種包括冷側(cè)和熱側(cè)的渦輪機(jī)燃燒室的環(huán)形壁，該環(huán)形壁包括:多個(gè)沿周向排分布的稀釋孔，使此環(huán)形壁冷側(cè)的空氣進(jìn)入熱側(cè)，以保證對(duì)空氣和燃料混合氣體的稀釋；且多個(gè)冷卻小孔，使該環(huán)形壁冷側(cè)的循環(huán)空氣進(jìn)入到熱側(cè)從而沿環(huán)形壁形成一層冷卻氣體；這些冷卻小孔分布成多個(gè)互相軸向間隔的周向排，且每個(gè)冷卻小孔的幾何軸線都是傾斜，朝向燃燒氣體流出的軸向方向D，相對(duì)于環(huán)形壁法線N的傾斜角度度為Θ I ；其特征在于:每個(gè)稀釋孔均包括軸向長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，寬度在與軸向方向D相交方向上為L(zhǎng)i的長(zhǎng)方形截面。 通過(guò)這種特殊方式，稀釋孔與冷卻小孔之間的間距保持為恒量，可避免產(chǎn)生或至少大幅度地減少裂紋。最好這些稀釋孔的寬度Li可隨需要的冷卻流體變化且它們包括圓邊角。更好的是，在環(huán)形壁上緊鄰這些稀釋孔的上游和下游分布多個(gè)補(bǔ)充的冷卻小孔，且分布成多個(gè)互相軸向間隔的周向排，這些補(bǔ)充的冷卻小孔的幾何軸線分布在與軸向方向D垂直的平面上，相對(duì)于環(huán)形壁的法線N傾斜角度為Θ 2，在稀釋孔上游的補(bǔ)充的冷卻小孔的朝向與下游的朝向相反。緊鄰稀釋孔的上游和下游，在與燃燒氣體的流動(dòng)方向垂直的平面上以傾斜方式分布的補(bǔ)充的冷卻小孔，與傳統(tǒng)的軸向多重穿孔相比保證了有效的冷卻，而且不會(huì)在初級(jí)區(qū)改變氣體的流動(dòng)。傳統(tǒng)的軸向多重穿孔的氣體層會(huì)受稀釋孔影響中斷。一種更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的作法是，上述的補(bǔ)充的冷卻小孔相對(duì)于環(huán)形壁法線N的傾斜角度Θ 2與冷卻小孔的Θ I 一致，這些補(bǔ)充的冷卻小孔的直徑d2與冷卻小孔的dl—致。更好的是，這些位于稀釋孔上游的多個(gè)補(bǔ)充的冷卻小孔沿環(huán)形周排列一直延伸到初級(jí)孔的下游，使環(huán)形壁冷側(cè)的循環(huán)空氣進(jìn)入到熱側(cè)，以形成前述的空氣和燃料混合氣體。這些初級(jí)孔都包括軸向長(zhǎng)度同為L(zhǎng)，與軸向方向D相交方向上寬度為L(zhǎng)i的長(zhǎng)方形截面。本實(shí)用新型同樣也適用于燃燒室及帶有一個(gè)如上述的環(huán)形壁的渦輪機(jī)組(帶有燃燒室)。

本實(shí)用新型的其它特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在下面的描述中，參考所附理想狀態(tài)下的本實(shí)用新型附圖，在圖中:圖1是一個(gè)渦輪機(jī)組燃燒室在運(yùn)行環(huán)境中的縱截面圖；圖2是按照本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式完成的，圖1中燃燒室的一個(gè)環(huán)形壁的局部毛坯視圖；圖3是圖2中一部分環(huán)形壁的局部透視圖；圖4為圖1的燃燒室的局部橫切圖。
具體實(shí)施方式
圖1表示在其運(yùn)行環(huán)境中的渦輪機(jī)組燃燒室10。所述渦輪機(jī)組首先包括一個(gè)壓縮區(qū)(圖上未顯示)。在壓縮區(qū)中空氣壓縮后被噴入燃燒室外殼12，然后再噴入安裝在殼內(nèi)的燃燒室10中。壓縮空氣進(jìn)入燃燒室并與燃料混合后在燃燒室內(nèi)燃燒。此燃燒產(chǎn)生的氣體通過(guò)一個(gè)高壓閥15被輸送到位于燃燒室出口的高壓渦輪機(jī)14。燃燒室為環(huán)形。它由內(nèi)環(huán)形壁16和外環(huán)形壁18組成，這兩個(gè)環(huán)形壁在上游通過(guò)橫壁20連接并構(gòu)成環(huán)形燃燒室底部。內(nèi)環(huán)形壁16和外環(huán)形壁18沿著相對(duì)于渦輪機(jī)的縱軸線22略有傾斜的縱軸線延伸。燃燒室底部20留有多個(gè)均勻分布的開口 20A，內(nèi)設(shè)燃料噴嘴24。燃燒室外殼12由內(nèi)殼12a和外殼12b組成，與燃燒室10之間形成環(huán)形空間26，存放用于燃燒、稀釋及冷卻燃燒室的壓縮空氣。內(nèi)環(huán)形壁16及外環(huán)形壁18均有位于環(huán)形空間26端頭的冷側(cè)16a，18a ;壓縮空氣在此間循環(huán)；另有朝向燃燒室內(nèi)部的熱側(cè)16b，18b (圖3)。燃燒室10分為“初級(jí)區(qū)域”(或燃燒區(qū))和“次級(jí)區(qū)域”(或稀釋區(qū))，后者在前者的下游。(下游是指室內(nèi)空氣/燃料混合氣體燃燒而產(chǎn)生的氣體流動(dòng)的軸向方向，通過(guò)箭頭D表示)向燃燒室初級(jí)區(qū)域供氣通過(guò)沿整個(gè)燃燒室內(nèi)環(huán)形壁16和外環(huán)形壁18周長(zhǎng)排列成行初級(jí)孔28進(jìn)行。至于對(duì)燃燒室次級(jí)區(qū)域的供氣是通過(guò)多個(gè)稀釋孔30進(jìn)行的。稀釋孔30也沿內(nèi)外環(huán)形壁16及18全周長(zhǎng)分布。這些稀釋孔同樣沿周長(zhǎng)排成列，在軸向上朝下游與初級(jí)孔交錯(cuò)排列。為冷卻受燃燒氣體高溫影響的燃燒室的內(nèi)環(huán)形壁16和外筒形壁18，預(yù)留了多個(gè)冷卻小孔32 (見(jiàn)圖2和圖3)這些通過(guò)多重穿孔對(duì)壁16，18進(jìn)行冷卻的冷卻小孔32在軸向空間內(nèi)沿周長(zhǎng)多行列分布排列。除了本實(shí)用新型中明確劃分出來(lái)的特別區(qū)域外，這些多重穿孔排成多個(gè)行列遍布在燃燒室環(huán)形壁上的所有表面。在每一列中，冷卻小孔32的數(shù)量和直徑dl是相同的。同一列中兩個(gè)相鄰小孔的間距Pl為常量；對(duì)所有列來(lái)說(shuō)，Pl可以是相同的，也可以是不同的。此外，相鄰的行列中的冷卻小孔32的排列應(yīng)如圖2所示，為錯(cuò)落的梅花形。如圖3顯示，穿透環(huán)形壁16和18的冷卻小孔32通常有一個(gè)相對(duì)于環(huán)形壁法線N的Θ I傾斜角度。此Θ I傾斜使透過(guò)這些小孔的空氣沿環(huán)形壁熱側(cè)16b，18b形成一層空氣層。相對(duì)于無(wú)傾斜的小孔，此傾斜增加了被冷卻的環(huán)形壁面積。此外，這些冷卻小孔32的Θ I傾斜讓燃燒室內(nèi)形成的空氣層向燃燒氣體的流動(dòng)方向流動(dòng)(圖中用箭頭D表示)舉例說(shuō)明，對(duì)于金屬或陶瓷材質(zhì)的，厚度包括或在0.6到3.5mm間的16，18環(huán)形壁,冷卻小孔32的直徑dl可以包括或在0.3和Imm間，小孔間距包括或在I和IOmm之間，傾斜角度包括或在+30°和+70°之間，+60°最為典型。比較而言，對(duì)于一個(gè)參數(shù)相同的環(huán)形壁，初級(jí)孔28的直徑從4到20mm。根據(jù)本實(shí)用新型，每個(gè)稀釋孔30都包括長(zhǎng)方形截面，(即沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的)軸向長(zhǎng)度L相同，根據(jù)想要的冷卻液體流，沿與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線橫切方向的寬度L1、L2、L3可以是相同或不同的。這種特別的設(shè)置，與以前設(shè)計(jì)中不同直徑的環(huán)形設(shè)置相反，稀釋孔的軸向位置都是相同的，這樣無(wú)論在上游還是下游，稀釋孔與環(huán)繞它們的冷卻小孔間的間距是固定和相同的。然而我們會(huì)注意到，為了避免應(yīng)力的集中，也為了減少裂紋的出現(xiàn)，這些稀釋孔的邊緣呈更大的 放射狀。此外，緊鄰長(zhǎng)方形稀釋孔30的上游和下游的燃燒室的16和18環(huán)形壁都在每側(cè)有沿周長(zhǎng)多行列分布的大量補(bǔ)充的冷卻小孔34，通常來(lái)說(shuō)每側(cè)至少有10列。然而，與以前形成在軸向方向D上流動(dòng)的空氣層的冷卻孔相反，這些補(bǔ)充的冷卻小孔形成的空氣層橫向流動(dòng)，因?yàn)檫@些補(bǔ)充的冷卻小孔位于與軸向方向D流動(dòng)的燃燒氣體垂直的平面上。這些與渦輪機(jī)軸線垂直的多個(gè)穿孔(下邊的描述中將會(huì)談到與冷卻小孔32的軸向多個(gè)穿孔相對(duì)的回旋多個(gè)穿孔)讓補(bǔ)充的冷卻小孔與稀釋孔接近從而提高空氣和燃料混合氣體的功效。此夕卜，稀釋孔下游的回旋多個(gè)穿孔的朝向與上游的完全相反，從而在下游回旋多個(gè)穿孔區(qū)出口得到如來(lái)自上游多個(gè)穿孔區(qū)的，幾乎是垂直的氣流。相反，在環(huán)周長(zhǎng)排成行的稀釋孔30處，每個(gè)不同的孔之間，多個(gè)穿孔與傳統(tǒng)的冷卻小孔32 —樣，仍為軸向。此外，如圖4顯示，在外環(huán)形壁18上的補(bǔ)充的冷卻小孔34與內(nèi)環(huán)形壁16上的朝向是相反的，這樣可以更好地提高空氣和燃料混合氣體的功效。同一行的補(bǔ)充的冷卻小孔34具有同樣的直徑d2，最好與冷卻小孔32的直徑dl相同，間距p2為定量，與冷卻小孔32的間距pi可以相同也可以不同；傾斜角度Θ 2最好與冷卻小孔32的傾斜角度Θ I相同，但分布在垂直面上，且如前所述，根據(jù)位于稀釋孔30的上游還是下游，朝向一個(gè)方向(切面向發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的右邊)或相反的方向(切面向左)。然而，在前邊規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，這些補(bǔ)充的冷卻小孔34的參數(shù)可與冷卻小孔32有明顯差異，即同一行的補(bǔ)充的冷卻小孔的相對(duì)于環(huán)形壁16、18的法線N的傾斜角度Θ 2可與冷卻小孔的Θ I不同，同 一行的補(bǔ)充的冷卻小孔直徑d2可與冷卻小孔32的直徑dl不同。不過(guò)除他們的朝向相反之外，在稀釋孔的上游和下游的補(bǔ)充小孔34更多的是具有相同的參數(shù)。最好在稀釋孔30上游，初級(jí)孔28的后面緊接著開始回旋多重穿孔(自28A行開始)，這樣可以通過(guò)限制溫度的上升避免在初級(jí)孔的下游形成裂紋。這種情況下，稀釋孔30下游的回旋多重穿孔可等距離延伸，在末端30B行的位置上可以重新變成軸向穿孔，以便填滿回旋區(qū)域且不會(huì)消耗燃燒室的TuHP功率。因燃燒室的燃料更加有效的混合，排出的平均溫度得到改善。與局部化的處理(局部化處理只在稀釋循環(huán)孔緊鄰的區(qū)域鉆孔)相比，此發(fā)明通過(guò)補(bǔ)充的冷卻小孔(如通過(guò)激光或類似方式鉆孔)，降低了生產(chǎn)成本并縮短了生產(chǎn)周期。您將注意到，如果不再按傳統(tǒng)方式只在循環(huán)區(qū)域鉆初級(jí)孔28，而是同時(shí)也給28加上具有圓邊角的長(zhǎng)方形截面生產(chǎn)程序還可以簡(jiǎn)化。
權(quán)利要求1.渦輪機(jī)組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，包括冷側(cè)(16a，18a)和熱側(cè)(16b，18b)，所述環(huán)形壁包括: 多個(gè)沿環(huán)周向排分布的稀釋孔(30)，其允許所述環(huán)形壁冷側(cè)(16a，18a)的空氣進(jìn)入熱偵U (16b，18b)以保證對(duì)空氣和燃料混合氣體的稀釋；且 多個(gè)冷卻小孔(32)，其允許環(huán)形壁冷側(cè)(16a，18a)的循環(huán)空氣進(jìn)入到熱側(cè)(16b，18b)以沿環(huán)形壁形成一層冷卻氣體層；這些冷卻小孔分布成多個(gè)互相軸向間隔的周向排，且每個(gè)冷卻小孔的幾何軸線都是傾斜的，朝向燃燒氣體流出的軸向方向D，相對(duì)于所述環(huán)形壁的法線N的傾斜角度為ΘI ； 其特征在于:每個(gè)所述稀釋孔均有長(zhǎng)方形截面，該長(zhǎng)方形截面具有相同的軸向長(zhǎng)度L，和在與所述軸向方向D相交的方向上的寬度Li。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:所述稀釋孔的寬度Li是相同或不同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪機(jī)組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:所述稀釋孔包括圓邊角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪機(jī)組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:位于緊鄰稀釋孔的上游和下游有多個(gè)補(bǔ)充的冷卻小孔(34)，并分布成多個(gè)互相軸向間隔的周向排， 所述補(bǔ)充的冷卻小孔的幾何軸線在與所述軸向方向D垂直的平面上分布，相對(duì)于環(huán)形壁的法線N的傾斜角度 為Θ 2，且 所述稀釋孔上游的補(bǔ)充的冷卻小孔與下游的補(bǔ)充的冷卻小孔的朝向是相反的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的渦輪機(jī)組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:補(bǔ)充的冷卻小孔相對(duì)于環(huán)形壁的法線N的傾斜角度Θ 2與冷卻小孔的傾斜角度ΘI相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪機(jī)組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:補(bǔ)充的冷卻小孔的直徑d2與冷卻小孔的直徑dl相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪機(jī)組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:位于稀釋孔上游的多個(gè)補(bǔ)充的冷卻小孔(34)沿周向排列一直延伸到初級(jí)孔(28)的下游，使環(huán)形壁冷側(cè)(16a，18a)的循環(huán)空氣進(jìn)入到熱側(cè)(16b，18b)以產(chǎn)生所述的空氣和燃燒混合氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)組燃燒室(10)的環(huán)形壁(16，18)，其特征在于:每個(gè)初級(jí)孔均有相同的軸向長(zhǎng)度L，在與所述軸向方向D相交的方向上寬度為L(zhǎng)i的長(zhǎng)方形截面。
9.渦輪機(jī)組的燃燒室(10)，其特征在于:它包括根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一權(quán)利要求所述的至少一個(gè)環(huán)形壁(16，18)。
10.具有燃燒室(10)的渦輪機(jī)組，其特征在于:該燃燒室(10)包括根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一權(quán)利要求所述的至少一個(gè)環(huán)形壁(16，18)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種渦輪機(jī)組的燃燒室(10)的環(huán)形壁，包括冷側(cè)(16a,18a)和熱側(cè)(16b,18b)，多個(gè)沿周向排分布的稀釋孔(30)，以便讓環(huán)形壁冷側(cè)(16a,18a)的循環(huán)空氣進(jìn)入熱側(cè)(16b,18b)，以保障空氣和燃料混合氣體的稀釋；多個(gè)冷卻小孔(32)可以讓環(huán)形壁冷側(cè)(16a,18a)的循環(huán)空氣進(jìn)入熱側(cè)(16b,18b)從而沿環(huán)形壁形成一層冷卻空氣層，這些冷卻小孔分布成多個(gè)軸向間隔的周向排，且每個(gè)冷卻小孔的幾何軸線是傾斜的、朝向燃燒氣體流出軸向方向D，相對(duì)于環(huán)形壁法線N的傾斜角度為θ1；這些稀釋孔每個(gè)都具有軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在與軸向方向D相交的方向上寬度為L(zhǎng)i的長(zhǎng)方形截面。
文檔編號(hào)F23R3/52GK203147823SQ201220542820
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者丹尼斯·吉恩·莫里斯·桑德里斯, 迪迪爾·希波呂忒·埃爾南德斯 申請(qǐng)人:斯奈克瑪