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CN102057224B - 包括cmc偏转部的气体涡轮机燃烧室 - Google Patents

包括cmc偏转部的气体涡轮机燃烧室 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气体涡轮机燃烧室，包括：至少一个偏转部(12)，其安装在室端壁(11)上，所述室端壁(11)设置有用于碳化空气供应装置(13)的开口。所述偏转部(12)具有对应于所述室端壁开口的开口，并且具有环形柱形部分(12c)以连接到所述壁，所述柱形部分(12c)包括：机械连接装置(12c1)，其与被紧固到所述壁(11)的金属套(14，26)上的补充连接装置(14d，26d)配合；和柱形对中杯(16a，26a)，其通过一端固定到所述套(14，26)，并装容在所述偏转部(12)的柱形部分(12c)内。

Description

包括CMC偏转部的气体涡轮机燃烧室
技术领域
本发明涉及气体涡轮机领域，更具体地涉及这种涡轮机的燃烧室领域。
背景技术
气体涡轮机的燃烧室从上游高压压缩机接收压缩空气，并且提供在供应有燃料的燃烧区中燃烧而被加热的气体。这样，所述室包括室端壁，其位于上游并连接到各个燃料喷射系统。图1显示出现有技术的室。环形室1装容在压缩空气扩散器3下游的引擎壳体2内。其包括内壁4和外壁5，在他们之间限定一燃烧区。所述室在其上游部分包括其上形成有开口的横向室端壁6，每个开口装备有碳化空气供应系统7。这样的系统被供应以来自液体燃料注射器的燃料，并包括同心层叠的叶片以形成回旋空气流，以促使其与雾化燃料层混合。
一些来自扩散器的空气通过整流器8从燃料吸入区转向，并沿外壁外侧和沿内壁外侧流动。
沿碳化区内侧经过的部分越过室端壁6，混合物由布置在外环形壁上的火花塞点燃。主燃烧区因而位于室端壁的下游紧邻处。由金属材料制成的偏转部9沿室端壁内侧设置，他们的功能是保护其免于由主燃烧区产生的强辐射。空气通过在偏转部之后的室端壁中形成的孔引入以对它们进行冷却。此空气沿偏转部的后面流动，随后被引导而使其形成沿室纵向外壁的膜。
室端壁偏转部由于不受机械应力，因而没有结构负载，他们仅有的功能是提供热保护，为了优化空气流，希望能够减少沿室端壁的流并将其一部分分配至另一功能，显然可用于冷却内壁或外壁。
而且，越来越好的引擎性能导致需要维持越来越高的室温度。为了遵守室寿命的规范，有必要加强对室壁和室端壁偏转部的冷却。涉及增大冷却流速的方案将有碍于室效率。
为解决这一问题，提出将已知的金属偏转部替换为CMC(陶瓷基复合材料)偏转部。这种材料的高温性能比金属好得多。这种方案将可控制偏转部冷却空气的流动，并在相同的室工作温度下减少冷却空气的流动，使得其一部分可被重新分配进行某些其他功能，或者可对于相同冷却空气流可允许更高的工作温度。
CMC陶瓷基体部件本身是已知的。它们由碳纤维或耐高温的增强部和陶瓷基体形成。CMC的制造包括：形成纤维预成形体，用于构成结构增强部；和用基体的陶瓷材料密化预成形体。CMC的优点是，在氧化环境中直到高温均可保持其机械性能。
然而，将这种类型的部件装配到金属结构中由于其膨胀系数显著不同而具有明显难度。CMC所具有的热膨胀率是用于所述腔的金属的四分之一。而且，这种材料不可熔焊或硬焊。
发明内容
申请人自身的任务是，开发出一种将CMC类型材料制成的偏转部装配到燃烧室端壁上的方法。
根据本发明，使用具有主权利要求中所列特征的燃烧室而实现此目的。
优选地，套通过硬焊固定到壁上，机械紧固装置为爪联接类型。在偏转部柱形部分或金属套这两个部件中的一个上的径向齿与另一部件中的槽接合。
偏转部因而在不硬焊的情况下保持就位。
这种方案可在高温下使偏转部抵靠套保持就位。特别是当杯膨胀时将与偏转部柱形部分接合。
有利地，当燃烧室冷时，杯具有间隙地安装在偏转部柱形部分内，所述间隙在燃烧室工作温度下变小或消除。此间隙使各部件被组装并且考虑到其膨胀差异。
更特别地，所述杯包括径向法兰，并利用所述径向法兰通过硬焊固定到所述金属套上。
所述碳化空气供应系统包括：碗，其通过法兰固定到所述金属套上。
根据可替代形式的实施例，偏转部的机械连接装置与连接到套的偏转部支撑部配合。此支撑部形成中间部件，以使各个将金属部件硬焊在一起的区可相互分离，而不存在使制造偏转部的CMC材料损坏的风险。
如在前述实施例中，偏转部的柱形部分紧固到一杯形式柱形元件上，所述杯形式柱形元件在冷却时具有间隙地装容在所述偏转部的环形法兰内，所述杯形式元件当温度升高时引导所述偏转部。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明的两个非限制性实施例。
图1图示出现有技术的气体涡轮机的燃烧室的轴向半截面；
图2以轴向截面而部分地图示出根据本发明的室端壁，其中更详细显示出安装在室端的偏转部的区的放大细节；
图3至6显示出将偏转部装配到室端中的连续步骤；
图7是本发明的可选形式实施例的轴向截面。
具体实施方式
图2显示出根据本发明一个实施例的室端。室10的端壁11被保护免于来自CMC所制偏转部12的燃烧区的辐射。偏转部在形状上与现有技术偏转部9大致相同，并具有平行于壁11定位的大致平坦部分12a和朝向外壁和内壁弯曲的两个部分12b。偏转部12在其中心部分中开放，并包括与碳化空气供应系统13具有相同轴线的柱形部分12c。
金属套14固定在室端壁11的开口中。抛光的接头14a使套14保持抵靠壁11中开口的内边缘。该套包括柱形部分14b和径向部分14c，径向部分14c与熔焊到其周边的保持杯15形成空间。朝向壁11中的开口的轴线而定向的横向齿14d形成在套14的柱形部分14b的内侧上。对中杯16包括柱形部分16a以及径向和横向法兰16b。杯16位于套的柱形部分14b的内侧，并通过周边熔焊缝16c固定到套14。杯的柱形部分16a在柱形部分12c内。
偏转部12包括：在柱形部分12c的外面上的横向槽12c1，形成用于套的齿14d的空间。槽被穿孔，以使齿14d可在装配时沿轴向通过并之后可通过使套相对于偏转部12的柱形部分12c旋转而锁定。这种使偏转部机械连接到套的方法是爪联接的类型。其他机械连接方式也是可以想到的。如从图2a中可见，杯的柱形部分16a处于柱形部分12c内，在装配时具有径向间隙。
空气碳化和喷射装置整体上使用附图标记13图示。对于本发明的主题不涉及的方面，未给出细节。该装置的偏离的碗13a在外形上包括横向法兰13b，横向法兰13b装容在套14的径向面14c与保持杯15之间形成的空间中。
这是如何构建所述组件。
在图3中，套14被设置为抵靠室外侧上的室端壁11。其在壁11中的对应开口的内边缘上对中。
在图4中，偏转部12从室内侧定位在套14中。齿14d通过穿孔沿轴向被引入槽12c1中。套14转动以相对于环形法兰12c而沿轴向锁定所述齿。套14因而通过齿14d与槽12c1之间的配合而连接到偏转部12。
在图5中，套14通过硬焊固定到室端壁，其中使用硬焊缝14a(图2)，抗转销18设置在套直径与偏转部直径之间。对中杯16滑动至偏转部的柱形部分12c中，该杯由在此杯与套14之间的熔焊点或缝16c连接。
然后使用保持杯15装配燃料注射装置13并使其不可移动。此杯被熔焊到套上。
这种装配偏转部的方式，可使用机械紧固装置而使偏转部在室端壁中不可移动。熔焊仅在金属部分之间。考虑偏转部相对于金属环境的膨胀差异，对中杯通过沿径向膨胀而使偏转部就位而不可移动。
在套与偏转部之间的间隙以及在偏转部与对中杯之间的间隙，均需根据各部件的工作温度和直径进行优化。
现在参照图7描述可选择形式的实施例。
安装与前面大致相同，套和杯进行简单的修改。
偏转部12和室端壁11保持不变。中间套24从室外侧被装配到壁11的开口中；其在24a处沿开口边缘被硬焊。偏转部从室外侧被引入中间套24中。环形偏转部支撑套26包括与偏转部环形法兰的外槽12c 1接合的横向齿26d。支撑套26从室外侧沿轴向滑动，以通过槽的穿孔(不可见)将齿26d引入槽12c1中。围绕开口轴线的旋转使支撑套24可连接到偏转部上。为了在支撑套与偏转部之间保持机械连接，所有需要的是，在26b处将支撑套26熔焊到中间套24并与CMC偏转部分开一周边距离。
支撑套26包括柱形部分26a，其中柱形部分26a形成装配在法兰12c内的径向内柱形对中杯。当冷装配时，在支撑套柱形部分26a与偏转部的法兰12c之间留下间隙。对中由机械爪联接的连接装置实现。
在燃烧室工作温度下，偏转部支撑套比CMC偏转部膨胀得更为明显。柱形部分牢固压靠法兰12c的内面，并使偏转部对中。
如前所述，燃料注射装置13从室外侧安装，其中横向法兰13b在偏转部支撑部26的后面与被硬焊到支撑部的保持杯15之间不可移动。

Claims (6)

1.一种气体涡轮机燃烧室，包括：至少一个偏转部(12)，其安装在室端壁(11)上，所述室端壁(11)设置有用于碳化空气供应装置(13)的开口，其特征在于：所述偏转部(12)具有对应于所述室端壁开口的开口，并且具有环形柱形部分(12c)以连接到所述室端壁，所述环形柱形部分(12c)包括：机械紧固装置(12c1)，其与被紧固到所述室端壁(11)上的金属套(14，26)上的补充紧固装置(14d，26d)配合；和柱形对中杯(16a，26a)，其通过一端固定到所述金属套(14，26)上，并在所述燃烧室冷却时具有间隙地装容在所述环形柱形部分(12c)内，所述间隙在燃烧室工作温度下变小或消除，所述机械紧固装置(12c1)与所述补充紧固装置(14d，26d)间的机械连接类型是爪联接类型。
2.如权利要求1所述的燃烧室，其中，所述柱形对中杯(16a)包括径向法兰(16b)，并利用所述径向法兰(16b)通过硬焊固定到所述金属套(14)上。
3.如权利要求1所述的燃烧室，其中，所述碳化空气供应装置(13)包括：碗(13a)，其通过法兰(13b)固定到所述金属套上。
4.如权利要求1所述的燃烧室，其中，所述金属套替换为被硬焊到所述室端壁上的中间套(24)，以及连接到中间套的偏转部支撑套(26)，所述偏转部(12)的连接的机械紧固装置(12c1)与偏转部支撑套(26)上的补充紧固装置配合。
5.如权利要求4所述的燃烧室，其中，所述偏转部支撑套(26)紧固到一杯形式柱形元件(26a)上，其中所述杯形式柱形元件构成所述柱形对中杯，所述杯形式柱形元件(26a)在冷却时带有间隙地装容在所述偏转部的环形柱形部分(12c)内，所述杯形式柱形元件(26a)当温度升高时使所述偏转部对中。
6.如权利要求4所述的燃烧室，其中，所述偏转部支撑套(26)熔焊到中间套(24)并与所述偏转部分开一周边距离。
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