[发明专利]燃烧器衬垫及其制造方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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衬垫，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，所述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1是包括本发明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是用于图示本发明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。

具体实施方式

图1说明了适合在燃气轮机中使用的类型的燃烧器10。燃烧器10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。外内衬垫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。整流罩组件26安装至外内衬垫12和14的上游端。环形开口28形成于整流罩组件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。每个漩流器组件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，本发明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。