燃烧器衬垫及其制造方法技术

提供一种燃烧器衬垫（１２，１４），包括具有上游端（６０）和下游端（６２）的衬垫，所述上游端和下游端包括延伸穿过其中的纵轴线（１１）；还包括形成于衬垫内的多个冷却孔（１１），冷却孔沿纵轴线布置为多个周向延伸的排（４６），所述排沿纵轴线可变地间隔开。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及用于燃气轮机的气膜冷却燃烧器衬垫，更具体而言 涉及具有含密集冷却孔的区域的这种燃烧器衬垫.
技术介绍
飞机发动机中使用的燃烧器典型地包含外内燃烧器衬垫，以保护 燃烧器和周围的发动机组件免受燃烧过程产生的高温.针对燃烧器衬 垫曾提出过多种解决办法以使衬垫可以承受更高的燃烧温度.这些方 法之一是多孔气膜冷却，其中，通过穿过衬垫形成非常小的冷却孔的 阵列，沿衬垫燃烧侧获得冷却空气的薄层。由于穿过冷却孔的质量流 稀释了紧邻衬垫表面的热燃烧气体，所以多孔气膜冷却减小了衬垫上总的热负荷，而且穿过孔的流提供了衬壁的对流冷却。然而，与纯天然金块冷却相比，由于受许多与多孔气膜冷却相关 的限制，多孔气膜冷却更难设计，例如，孔间距、每个多孔排中孔数 的限制，孔径的限制，进行优先冷却的困难.特别地，为提供足够的 冷却，孔相互间应该间隔足够的间距以便将隔热涂层作用于燃烧器， 而且相互间的间距还应该足够小以便形成良好的气膜和对流冷却.例如，为获得足够的燃烧器冷却，至少一个已知的燃烧器包含轴 向等距间隔开的冷却孔，而且不会被试图控制周向间距.然而，由于 许多衬垫轮廓具有变化的倾斜度，周向间距不受控制地变化，导致衬 垫具有过度冷却的区域和不足冷却的其他区域.而且，因为周向优先 多孔冷却要求周向可变地间隔开，这可能会在多孔排间产生干涉，所 以难于制造，另外，对于周向优先冷却，孔径不同是有可能的，但要 将孔间的轴向和周向距离保持在设计限制之内比较困难，而且还带来 了附加的费用。因此，在遭遇了不同寻常的高温，引起材料损坏的衬垫区域中， 需要其冷却气膜效率增大的燃烧器衬垫.专利
技术实现思路
一方面，提供了燃烧器衬垫.燃烧器衬垫包括上游端和下游端， 所述上游端和下游端具有延伸穿过其中的纵轴线，还包括形成于衬垫 内的多个冷却孔，冷却孔沿纵轴线布置为多个周向延伸的排，所述排 沿纵轴线可变地间隔开。另一方面，提供了燃气轮机组件。燃气轮机组件包括压缩机，以 及与所述压缩机流连通接合的燃烧器，所述燃烧器包括至少一个具有 上游端和下游端的燃烧器村垫，所述上游端和下游端具有延伸穿过其 中的纵轴线，还包括形成于所述衬垫内的多个冷却孔，所迷冷却孔沿 纵轴线布置为多个周向延伸的排，所述排沿纵轴线可变地间隔开。更进一步的方面，提供制造燃气轮机燃烧器衬垫的方法.方法包 括提供具有上游端和下游端的燃烧器衬垫，所述上游端和下游端具有 延伸穿过其中的纵轴线，和在衬垫内形成多个冷却孔，以便多个孔沿 纵轴线布置为多个周向延伸的排，所述排沿纵轴线可变地间隔开。附图说明图l是包括本专利技术的燃烧器衬垫的燃气轮机燃烧室的剖视图； 图2是用于图示倾斜多孔冷却孔的燃烧器衬垫一部分的透视图； 图3是用于图示本专利技术的多孔冷却孔排列的燃烧器衬垫一部分的 俯视图；以及图4是图3中所示冷却孔的可变间距排的图解说明.具体实施例方式图I说明了适合在燃气轮机中使用的类型的燃烧器IO.燃烧器IO 包括布置在外燃烧器壳体16和内燃烧器壳体18之间的外衬垫12和内 衬垫14.外内村垫12和14彼此径向隔开，从而定义了燃烧室20。外 衬垫12和外壳16形成了位于它们之间的外通道22，内衬垫14和内壳 18形成了位于它们之间的内通道24。整流軍组件26安装至外内衬垫 12和14的上游端。环形开口 28形成于整流軍组件26中，用于将压缩 空气引入燃烧器10。压缩空气由压缩机(未示出)沿通常图1箭头A 所示方向提供。压缩空气主要穿过环形开口 28以支持燃烧，部分进入 用于冷却衬垫12和14的外内通道22和24。在外内衬垫12和14的上游端附件布置在它们之间并与它们互连的是环形拱顶板30.多个周向间隔的漩流器组件32安装于环形拱顶板 30内.每个炎流器组件32从环形开口 28获得压缩空气，从相应的燃 料喷嘴34获得燃料。燃料和空气靠漩流器组件32形成漩涡并混合， 最后得到的燃料/空气混合物排放到燃烧室20.燃烧器具有上游端60 和下游端62，它们限定有延伸穿过其中的纵轴线(图1中未示出)， 就环形燃烧器而言，该轴线与发动机的纵轴线重合。应该注意，尽管 图1说明了单个环形燃烧器的一个优选实施例，本专利技术同样适用于任 何类型的燃烧器，包括使用多孔气膜冷却的双环形燃烧器或环管燃烧 器.每个外内衬垫12和14都包括单壁金属外壳，具有通常沿周向和 轴向延伸布置.外衬垫12具有朝向燃烧室20内的热燃烧气体的热側 36，和与外通道22内相对较冷的空气接触的冷侧38。同样，内衬垫14 具有朝向燃烧室20内的热燃烧气体的热侧40，和与内通道24内相对 较冷的空气接触的冷侧42.衬垫12和14均包括许多形成于其中的密 集间隔的冷却孔44。稀释空气通过多个周向间隔的稀释孔48进入燃烧室20，这些稀释 孔布置在每一个外内衬垫12和14内.在数目上稀释孔48通常远远小 于冷却孔44，每个稀释孔48的截面积远远大于一个冷却孔44的截面 积。稀释孔48用于使稀释空气进入燃烧室20。稀释孔布置在周向延伸 的带或排50中，这些带或排环绕衬垫12和14的周长。稀释孔48最靠前的带被称为主稀释孔。在装配好的燃烧器中，某些主稀释孔48对准喷射点，这些喷射点 靠燃料喷嘴34和漩流器"中心的周向位置来限定.在操作过程中， 流经这些周向位置的燃烧气体流可能产生使材料温度局部升高的"热 流层"，这些流层并不严格在纵向；因为漩流器32在燃烧器里引起了 旋涡流，所以沿着燃烧器的长度方向看流层在圆周方向成曲线状。尽 管现有的冷却供应为燃烧器衬垫12和14的其他部分提供了足够的冷 却，但遭遇热流层的燃烧器衬垫12和14的部分可能显示出氧化、腐 蚀和现场使用产生的低循环疲劳(LCF)失效。现在参照图2，其中更详细地展示了分布于外衬垫12 —部分的冷 却孔44。尽管图2描述了外衬垫12中的冷却孔，但可以理解内衬垫14 的冷却孔布置实质上与外衬垫12—致。同样地，下述说明也将适用于内衬垫14,图2包括标有XYZ轴的参考系，其中X是沿燃烧器10的 纵轴线ll向下游(同样由箭头B示出)的轴向距离，Y是周向，Z是 径向.冷却孔44从冷側38向热側36以下游角度A轴向倾斜，该角度 优选在大约15度到大约20度范围内.冷却孔44布置在一系列周向延 伸的排46中，其中每排相邻孔44各自的中心线间存在周向孔间距S. 特别地，在典型实施例中，每个冷却孔44都具有直径(d)，而且与 相邻的冷却孔44在周向(Y)以距离(S)间隔.同样地，这里所述的 典型燃烧器包括在周向均近似等距间隔的冷却孔44，即在Y方向上S 为常量，而且这些孔具有大致相同的直径(d),在典型实施例中，冷却孔44的排46在轴向(X)上可变地间隔开. 更准确地说，冷却孔44通常布置在多个排46中，例如，第一排70， 第二排72，第三排74，第四排76，和笫n排7S，这些排在整个外衬 垫12上轴向可变地间隔开，如图2所示，第一排70与第二排72间距 X,，第二排72与第三排"间距X2，第三排W与第四排76间距X3， 第四排76与第n排78同距Xn.在典型实施例中，冷却孔44的排46的轴向间距不同，例如，K-X2构X3承XN，以允许增加的冷却气流被引向需要有增加的冷却空气的燃烧器区域.举例来说，图3示出了燃烧器衬垫1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧器衬垫（１２，１４），包括：　　　　包括上游端（６０）和下游端（６２）的衬垫，所述上游端和下游端具有延伸穿过其中的纵轴线（１１）；以及　　　　形成于所述衬垫内的多个冷却孔（４４），所述冷却孔沿纵轴线布置为多个周向延伸的排（４６），所述排沿纵轴线可变地间隔开。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B苏莱曼，SC维塞，DD布朗，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]