本发明涉及燃气涡轮发动机中的燃烧器装置，更具体地，涉及包括燃料供给管和燃料供给块的燃烧器装置，该燃料供给块具有接合燃料供给块以维持在燃料供给管与燃料供给块之间的密封耦合的耦合紧固件。
背景技术：
在燃气涡轮发动机中，燃料从一个或多个燃料源被递送到燃烧区段，该燃烧区段包括一个或多个燃烧器装置，在该处燃料与空气混合并被点燃以生成定义工作气体的热燃烧产物。工作气体从燃烧区段被引导到涡轮区段。每个燃烧装置可以包括一个或多个阶段，每个阶段供应待于相应的燃烧器装置以内被点燃的燃料。
技术实现要素：
根据本发明的第一个方面，在燃气涡轮发动机中提供燃烧器装置。燃烧器装置定义了燃烧区，空气和燃料在燃烧区中被燃烧以产生高温燃烧产物。燃烧器装置包括外壁，该外壁包括内面和外面，并且定义内体积并包括燃料入口开口。燃料供给管延伸通过在外壁中的燃料入口开口，该燃料供给管包括入口部和出口部。耦合组件包括在外壁的外面上邻近于燃料入口开口的耦合结构，该耦合结构包括螺纹内耦合部。耦合组件附加地包括嵌合构件，其围绕燃料供给管的入口部被设置并且与燃料供给管的入口部接合，并且包括螺纹外耦合部。螺纹外耦合部与耦合结构的内耦合部接合以产生与耦合结构的第一密封耦合，并且相对于外壁紧固燃料供给管。燃料喷射系统至少部分被定位于外壁的内体积中并且包括燃料供应结构以用于向至少一个燃料喷射器提供燃料，该至少一个燃料喷射器递送待于燃烧区中被燃烧的燃料。燃料供给结构包括燃料供给块，该燃料供给块包括与燃料供给管的出口部对准的燃料吸入通路，以及定义背对的内面和外面的外表面，该燃料供给块的内面被定位于面向外壁的内面。耦合紧固件靠着燃料供给块的外面被接合，从而产生与燃料供给管的出口部相邻的第二密封耦合以用于容纳从燃料供给管到燃料供给块中经过的燃料，以及相对于耦合组件紧固燃料供给块。
根据本发明的另一个方面，在燃气涡轮发动机中提供燃烧器装置。燃烧器装置定义了燃烧区域，在该燃烧区域中空气和燃料被燃烧以产生高温燃烧产物，该燃烧器装置包括外壁，该外壁包括内面和外面并且定义内体积并包括燃料入口开口。燃料供给管延伸通过在外壁中的燃料入口开口，该燃料供给管包括入口部和出口部。耦合连接将燃料供给管连接到外壁以产生燃料供给管与外壁之间的密封，并且相对于外壁紧固燃料供给管。燃料喷射系统至少部分位于外壁的内体积中并且包括燃料供应结构以用于向至少一个燃料喷射器提供燃料，该至少一个燃料喷射器递送待于燃烧区中被燃烧的燃料。燃料供给结构包括燃料供给块，该燃料供给块包括主体和凸缘部，该凸缘部从主体向外延伸并且具有定义燃料供给块的内面和外面的相对侧。凸缘部进一步包括多个孔。燃料吸入通路在主体中被形成并且与燃料供给管的出口部对准。多个螺纹孔从外壁的内面延伸到外壁中，并且多个螺栓延伸通过燃料供给块的凸缘部中的孔与螺纹孔接合，从而产生相邻于燃料供给管的出口部的密封耦合，以用于容纳从燃料供给管到燃料供给块中经过的燃料，并且将燃料供给块紧固到外壁。
根据本发明的另外的方面，在燃气涡轮发动机中提供燃烧器装置。燃烧器装置定义了燃烧区域，在该燃烧区域中空气和燃料被燃烧以产生高温燃烧产物，该燃烧器装置包括外壁，该外壁包括内面和外面并且定义内体积并包括燃料入口开口。燃料供给管延伸通过在外壁中的燃料入口开口，该燃料供给管包括入口部和出口部，以及从外部向外延伸的肩部。耦合连接将燃料供给管连接到外壁以产生燃料供给管与外壁之间的密封，并且相对于外壁紧固燃料供给管。燃料喷射系统至少部分位于外壁的内体积中并且包括燃料供应结构以用于向至少一个燃料喷射器提供燃料，该至少一个燃料喷射器递送待于燃烧区中被燃烧的燃料。燃料供给结构包括燃料供给块，该燃料供给块包括与燃料供给管的出口部对准的燃料吸入通路，以及定义背对的内面和外面的外表面，该燃料供给块的内面被定位于面向外壁的内面。耦合紧固件靠着燃料供给块的外面被接合。耦合紧固件在燃料供给管上的肩部与燃料供给块在燃料吸入通路处的内面之间的接合点处提供夹紧力，从而产生与燃料供给管的出口部相邻的密封耦合以用于容纳从燃料供给管到燃料供给块中经过的燃料，以及相对于燃料供给管紧固燃料供给块。
附图说明
虽然本说明书结尾的权利要求特别指出并清楚地要求保护本发明，相信本发明将更好地从下面的描述结合所附附图进行理解，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是根据本发明的实施例的用于在燃气涡轮发动机中使用的燃烧器装置的示意性截面图；
图2是图1的燃烧器装置的部分的侧截面图；
图2A是用于图2中所示的燃烧器装置的插件的透视图；
图2B是用于图2中所示的燃烧器装置的燃料供给块的平面图；
图3是图示了图2中所示的燃烧器装置的可替代配置的侧截面图；
图4是燃烧器装置的第一可替代实施例的侧截面图；
图4A是图4的实施例的外壁的一部分的截面图，图示了用于接纳燃料供给块的平整的壁部；
图5是燃烧器装置的第二可替代实施例的侧截面图；
图6是燃烧器装置的第三可替代实施例的分解透视图；以及
图6A是燃烧器装置的第三可替代实施例的侧截面图。
具体实施方式
在优选的实施例的以下详细描述中，参考了形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式而不是通过限制的方式被示出，可以在具体的优选实施例中实践本发明。要理解的是，可以利用其它实施例并且可以做出不脱离本发明的精神和范围的改变。
参照图1，示意性地示出了用于在燃气涡轮发动机14的燃烧区12中使用的燃烧器装置10。在图1中图示的燃烧器装置10可以形成环管燃烧部分12的部分，其可以包括燃烧器装置10的环形阵列，类似于图1中所示的和本文中所描述的那个。燃烧器装置10被提供以燃烧来自压缩器区段(未示出)的燃料和压缩空气以产生定义了热工作气体的热燃烧产物，其被提供至工作气体被膨胀以提供涡轮转子(未示出)的旋转并且提供输出功率(其可用来产生电力)的涡轮区段(未示出)。
在图1中图示的燃烧器装置10包括耦合到发动机外壳22的外壁20(也被称为燃烧器壳或入口壁)，定义燃料和压缩空气被混合并被燃烧以产生燃烧产物的燃烧区26的内胆24，被耦合到该内胆24以用于向涡轮区段递送燃烧产物的过渡管道28，以及被提供以将燃料递送到燃烧区26的主燃烧区26A中的主燃料喷射系统30。
在所示的实施例中的外壁20包括具有外面和内面21、23的大致圆柱形构件，并且定义了内体积32。在外壁20与内胆24之间的内体积32的外部定义了空气流通路34，待被递送到燃烧区26中的压缩空气通过该空气流通路34而流动。外壁20包括第一区段20A以及第二区段20B，该第一区段20A包括位于燃烧器装置10的头部端10A的第一端20A1，该第二区段20B例如通过螺栓被连接到第一区段20A并且包括第二端20B1，该第二端20B1远离第一端20A1并且被耦合到发动机外壳22。
在图示的实施例中，主燃料喷射系统30包括中央引燃燃料喷射器36和围绕引燃燃料喷射器36所设置的主燃料喷射器38的环形阵列。然而，主燃料喷射系统30可包括其它配置而不偏离本发明的精神和范围。引燃燃料喷射器36和主燃料喷射器38的每一个在发动机14的操作期间递送燃料进入燃烧区26的主燃烧区26A中。
在图1中图示的燃烧器装置10进一步包括预混燃料喷射组件40(也被称为C阶段燃料喷射系统)，其至少一部分被放置在外壁20与内胆24之间的外壁20的内体积32中。预混燃料喷射组件40将一定量的燃料递送到经过位于燃烧区的上游的空气流通路34的空气中，即，预混燃料喷射组件40递送燃料到燃烧区26的主燃烧区26A的上游。
预混喷射系统40包括燃料供应结构42和接受来自燃料供应结构42的燃料并将燃料喷射到经过空气流通路34的空气中的多个燃料喷射器44。虽然燃料喷射器44被示出在图1中作为在环形燃料环50中形成的开口，燃料喷射器44可包括任意合适类型的燃料喷射器。
在示出的实施例中的燃料供应结构42包括燃料供给块46、燃料供给管48以及环形燃料环50，其将燃料递送到燃料喷射器44。燃料环50可以经由被连接到外壁20的多个环支承件52(在图1中仅示出一个)被支承，该环支承件52可以围绕燃料环50的周界以一定间隔被设置。
燃烧器装置10附加地包括燃料供给组件60以用于向预混燃料喷射系统40递送燃料。燃料供给组件60包括延伸通过外壁20中的燃料入口开口64的燃料供给管62，其中燃料供给管62包括从外壁20的外面21向外布置的入口部66，以及从外壁20的外面21向内布置的出口部68。燃料供给管62通常可以包括诸如不锈钢之类的材料。例如，燃料供给管可以包括AISI304、AISI316、AISI346或其它类似不锈钢。这样的不锈钢通常具有质量上大约17％至25％的铬含量，以及质量上8％至15％的镍含量。
燃料供给块46包括被选为承受燃烧器装置10以内的高温的材料。燃料供给块46的材料可以包括基于镍的合金，诸如例为，INCONEL合金(INCONEL是特种金属公司SpecialMetalsCorporation的注册商标)，诸如INCONEL625、INCONEL617或INCONEL600，或HASTELLOY合金(HASTELLOY是Haynes国际公司的注册商标)，诸如HASTELLOYX。虽然燃料供给块46的材料优选地包括质量上至少约45％的镍，也可使用其它类型的金属或金属合金，诸如例为，基于铬的金属合金，或高强度的不锈钢，诸如AISI410。
燃料供给块46包括燃料入口通路54(图2)，其与燃料入口通路64和燃料供给管62对准。燃料供给管62诸如通过将燃料供给管62耦合到外壁20的耦合组件61被耦合到外壁20，并且燃料供给块46凭借靠着燃料供给块46的外部表面被接合的耦合紧固件而被支承，如将在以下详细描述的。
如在图2中所示，燃料供给管62的出口部68向内延伸经过外壁20的外面21到燃料供给管62的一端63介于外面和内面21、23之间的位置，即在燃料入口开口64以内。进而，嵌合构件76围绕燃料供给管62的入口部66的一部分被设置并且与燃料供给管62的入口部66的一部分接合，并且包括耦合构件78的耦合结构被附着到相邻于燃料入口开口64的外壁20外面21，并且优选地在焊接接合点135处被附接。嵌合构件76和耦合构件78可以包括不锈钢材料并且形成耦合组件61。
嵌合构件76包括四个部件76A-D。第一部件76A包括倾斜内表面80和螺纹的外耦合部82，该外耦合部82与耦合构件78的内耦合部84螺纹接合以产生第一密封耦合SCi。第二部件76B包括倾斜内表面86和倾斜外表面88，该外表面88在压缩嵌合安装期间沿着第一部件76A的倾斜内表面80滑动，如将在本文中讨论的。第三部件76C包括第一倾斜外表面90和第二倾斜外表面92，其中在压缩嵌合安装期间，第一倾斜表面90沿着第二部件76B的倾斜内表面86滑动并且第二倾斜表面92沿着第四部件76D的倾斜内表面94滑动。第四部件76D还包括螺纹区段96，其在压缩嵌合安装期间螺纹地接合第一部件76A的螺纹区段98，现在将对其进行描述。
在压缩嵌合安装期间，根据本发明的该实施例的嵌合构件76的第一部件76A通过将耦合构件76的第一部件76A的螺纹外耦合部82旋拧到耦合构件78的内耦合部84而被耦合到耦合构件78。之后，使得嵌合构件76的第二部件76B和第三部件76C被设置在第一部件76A和第四部件76D之间，第四部件76D通过将第四部件76D的螺纹区段96旋拧到第一部件76A的螺纹区段98而被耦合到第一部件76。在该步骤被执行处，相应的倾斜表面80、86、88、92、94沿着彼此滑动以迫使嵌合构件76的第二部件76B和第三部件76C向着燃料供给管62的入口部66，该入口部66最终被第二部件76B和第三部件76C在夹紧位置CL被结构性形变，以将燃料供给管62夹紧在位并且产生第二密封耦合SC2，因而影响压缩嵌合。
在嵌合构件76与耦合构件78之间的压缩嵌合产生了第一密封耦合SCi并且相对于外壁20结构地紧固燃料供给组件60，并且嵌合构件76附加地产生在嵌合构件76与燃料供给管62之间的第二密封耦合SC2。与相似类型的压缩嵌合有关的附加细节可以在美国专利号4,826,218中发现，其整体公开在此通过引用的方式并入本文。
参照图2、图2A和图2B，示出了根据本发明的第一实施例的第三密封耦合SC3。第三密封耦合通过在燃料供给块46、插件100与外壁20的内面23之间的接合而被提供。具体地，插件100包括圆柱形插件套筒102和从插件套筒102向外径向延伸的圆形插件凸缘104。插件套筒102具有大小被形成为滑动到燃料入口开口64中的外直径，并且优选具有略微小于燃料入口开口64的直径的直径。燃料供给管62的出口部68可以以滑动配合在插件套筒102中而被接纳，或者可替代地，螺纹连接可以被设置在出口部68的外部表面与插入套筒102的内部表面之间。
插件凸缘104是波状外形(contoured)的以匹配外壁20的内面23的曲率。特定地，插件凸缘104的内面106相对于插件凸缘104的外面108是波状外形的，即弯曲的，从而插件凸缘104的相对侧104a、104b具有比插件凸缘104的中央区段104c更薄的厚度。插件凸缘104还包括多个过孔105。
燃料供给块46包括主体110和从主体110向外延伸的凸缘部112。凸缘部112具有定义燃料供给块46的内面114和外面116的相对侧。如在图2B中所示，凸缘部112还包括被配置成与插件凸缘104中的孔105对准的多个孔118。外壁20包括多个螺纹孔119，并且螺纹孔119中的每一个被定位为接纳相应的螺栓122。螺栓122包括耦合紧固件，该耦合紧固件接合燃料供给块46的外部表面125并且延伸通过对准的孔105、118以将燃料供给块46紧固到外壁20，其中插件凸缘104被夹层在其间以形成第三密封耦合SC3。
附加地，一个或多个密封构件可以被设置到在燃料供给块46、插件100、外壁20与燃料供给管62之间形成的接合点或接口，从而确保从燃料供给管62经过燃料供给块46的燃料通过第三密封耦合SC3被容纳。例如，在优选实施例中，第一密封环133a被设置在供给块凸缘部112与插件凸缘104之间，并且另外的或第二密封环133b被设置在插件凸缘104与外壁20的内面23之间，从而防止污染物从外壁20进入燃料系统。
可替代地，插件100可以在插入套筒102的外端与燃料入口开口64之间的第一铜焊或者焊接接头124a处被密封到外壁20，并且可以进一步在插件凸缘104与外壁20的内面23之间的第二铜焊或焊接接头124b处被密封到外壁20。在可替代的密封配置中，密封环133a、133b中的一个或多个可以与焊接接头124a、124b中的一个或多个结合地使用。例如，第一密封环133a可以与焊接接头124a、124b中的一个或多个结合地使用。还可替代的是，密封环133a、133b两者可以与焊接接头124a、124b两者结合地使用。
在进一步可替代的或附加的密封配置中，燃料供给管62可以被铜焊或焊接到外壁20的外面21，如在129处图示的，从而防止燃料在外壁20与燃料供给管62之间泄漏。被施加到燃料供给管的焊接129还可以与环密封133a、133b和/或焊接接头124a、124b中的一个或多个结合地使用。
可理解的是，图2图示了用于将燃料从燃料供给管62导通到燃料供给块46的连续密封通路。附加地，燃料供给管62部分地延伸通过燃料供给入口到插件110中，并且燃料供给块46与燃料供给管62单独地进行支承。用于燃料供给组件的所描述的配置避免了在燃料供给块46以内形成应力，如已经被观察到在现有技术的燃料供给组件中发生的，燃料供给管被耦合到燃料供给块的内部表面，例如，在承载燃料供给管的一端与燃料供给块的螺纹开口之间的螺纹连接的负载处。特别地，在燃料供给块46与燃料供给管之间的所描述的燃料供给连接促进了形成以避免燃料供给块46和燃料供给管62的不同材料由于材料硬度和材料膨胀率的不同而导致的应力的方式的连接。
图3图示了图2中所示的结构的可替代配置，其中与针对图2描述的那些类似的部件被图示，除了形成图2的插件和插件凸缘的插件套筒102’被移除之外。插件套筒102’可以被一个或多个焊接点保持在位，诸如在插件套筒102’与外壁的外面21之间形成的焊接点124a’和/或相邻于外壁20的内面23形成的焊接点124b’，从而密封从外壁20的燃料通路。可替代地，插件套筒102’可以被定位在燃料供给入口64以内而不被焊接点保持在位。
此外，耦合构件内凸缘78a在插件套筒102’的外端之上向内延伸，使得即使焊接点124’破裂或释放插件套筒102’，插件也将通过燃料供给块46的内凸缘78a和内面114被困在燃料供给入口64以内。
如以上参照图2所描述的，燃料供给管62的出口部68可以以滑动配合在插件套筒102’中被接纳，或者可替代地，螺纹连接可以被设置在出口部68的外部表面与插入套筒102’的内部表面之间。可理解的是，在出口部68与插件套筒102’之间的螺纹连接可以被用来在焊接的连接不提供在插件套筒102’的任一端处的情况下促进将插件套筒102’保持在位。
在图4中所示的一个可替代实施例中，其中与以上参照图2描述的相似的结构具有相同附图标记加以100，第三密封耦合SC3被形成而没有加以100。特别地，燃料供给块146的凸缘部204包括靠着外壁120的内面123被直接接合的内面214。如在图4A中所示，为了容纳燃料供给块146的内面214的平坦表面在密封接口中，外壁120的内面123的一部分被研磨以形成围绕燃料供给入口164并且其尺寸被设置为接纳燃料供给块146的凸缘部204的平坦区域127。例如密封环233的密封构件可以被设置在供给块凸缘部212与外壁120的内面123之间以确保从燃料供给管162经过到燃料供给块146的燃料通过第三密封耦合SC3而被包含。
附加地，如在图4中所示，燃料供给管162的出口部168延伸通过燃料供给入口164和燃料入口通路154以将燃料供给管162的端部163定位在燃料供给块146以内。燃料入口通路154和燃料供给管162的相邻的外部表面可以不带螺纹，使得燃料供给管162并不包括会在燃料供给块146的内部与燃料供给管162之间产生应力集中的特征。然而，应当理解的是，燃料入口通路154和燃料供给管162的相邻外部表面可以包括配合的螺纹部。在任何情况下，用于燃料供给块146的承力支承通过被延伸到外壁120的螺纹孔219中的螺栓222定义的耦合紧固件所提供，并且用于燃料供给管162的支承可以通过耦合组件161所提供，该耦合组件161包括定义了密封耦合结构的嵌合构件176和耦合构件178，如以上参照图2所描述的。
在图5中所示的第二可替代实施例中，其中与以上参照图2描述的相似的结构具有相同附图标记加以200，第三密封耦合SC3被形成在燃料供给管262的出口部268上。特别地，燃料供给管262包括扩大部265，其定义了向外径向延伸到比燃料供给通路254的直径更大的直径的肩部267以用于在围绕燃料供给通路254的燃料供给块246的内面314处靠着外部表面325接合。
如在图5中所示，燃料供给管262的出口部268延伸通过燃料供给块246，并且相邻于燃料供给块246的外面216包括在燃料供给管262的外部表面上的螺纹端部269。包括螺纹螺母271的耦合紧固件被螺纹接合在螺纹端部269上并且被接合在燃料供给块246的外面216上以将肩部267偏置为与燃料供给块246的内面214处于密封接合。进而，诸如密封环(未示出)之类的密封构件可以被定位在介于肩部267与燃料供给块246的内面214之间的接触位置处，以促使形成第三密封耦合SC3以用于容纳从燃料管262到燃料供给块246中流动的燃料。
螺母271可以被拧紧到预定扭矩以伸展及向螺纹端部269与肩部267之间的燃料供给管262的区段提供预负载，以用于维持燃料供给管262与燃料供给块246之间的紧密连接。在燃料供给管262的外螺纹端部269处定位耦合紧固件连接将螺纹布置为远离燃料供给管262的弯曲的区域。
附加地，肩部267被形成为从燃料供给管262的平滑外部开始的平滑的径向延伸，并且优选包括圆角过渡部，使得集中在引起振动的负荷的位置处，即，在肩部267处的应力得以避免或大为减小。
针对燃料供给管262的支承可以由耦合组件261提供，其包括定义密封的耦合结构的耦合构件278和嵌合构件276，如以上参照图2所描述的。燃料供给管262通过由在螺纹端部269上接合的螺纹螺母271形成的耦合紧固件提供了针对燃料供给块246的支承结构。
应当理解的是，延伸通过燃料供给块246(即，在燃料供给块246的内面和外面214、216之间)的燃料供给管262的部分可以或者是非螺纹的或者是带螺纹的。由耦合紧固件269、271和肩部267所提供的到燃料供给块246的耦合提供了承力结构以避免可能是由于弯曲造成的沿着燃料供给块246以内的管262的区段以及在燃料供给管262与燃料供给块246之间的接触位置处所增加的应力集中，如上所述。附加地，出口开口273在螺纹端269与肩部267之间的燃料供给管246的一部分中形成，以用于提供用于从燃料供给管262到燃料供给块246中的燃料流的路径。
在图6和图6A中所示的第三可替代实施例中，其中与以上参照图2描述的相似的结构具有相同附图标记加以300，第三密封耦合SC3被形成在燃料供给管362的出口部368上。特别地，燃料供给管362包括扩大部365，在此被图示为燃料供给管凸缘365，其定义了向外径向延伸到比燃料供给通路354的直径更大的直径的肩部367以用于在围绕燃料供给通路354的燃料供给块346的内面314处靠着外部表面425接合。
肩部367被保持为通过被定义为夹钳组件369的耦合紧固件与燃料供给块346接合，该夹钳组件369通过螺纹螺栓422被保持处于夹紧接合。特别地，燃料供给块346的向外延伸的部分包括定义了用于接纳螺栓422的通孔418的凸缘部412。夹钳组件369包括三个可分开的夹钳部369a、369b、369c，定义了圆的几个扇形，当被连接时其形成环绕燃料供给管362的环并且定义了具有比凸缘365的直径更小的直径的开口。
夹钳部369a包括相应的端部369a1、369a2，夹钳部369b包括相应的端部369b1、369b2，并且夹钳部369c包括相应的端部369c1、369c2。夹钳部369a、369b、369c的它们彼此连接的相应端部被形成为具有减小的厚度以允许这些端部重叠，并且这些端部被形成为具有螺纹孔419以用于螺纹地接纳相应的螺栓422。
螺栓422在孔419中的螺纹接合提供了偏置夹钳部369a、369b的夹紧力，从而凸缘365的肩部367与燃料供给块346的内面314接合。进而，诸如密封环(未示出)之类的密封构件可以被定位在介于肩部367与燃料供给块346的内面314之间的接触位置处，以促使形成第三密封耦合SC3以用于容纳从燃料管362到燃料供给块346中流动的燃料。
针对燃料供给管362的支承可以由耦合组件361提供，其包括嵌合构件376和耦合构件378，具有针对图2的实施例进行描述的结构并且定义密封的耦合结构。燃料供给管362通过与夹钳部369a、369b、369c接合的螺纹螺栓422形成的耦合紧固件提供了针对燃料供给块346的支承结构。
应当理解的是，与以上描述的不同的耦合组件也可以被提供以用来将燃料供给管耦合到外壁。例如，以上所述的实施例中的任意一个可以利用焊接或相似的连接以将燃料供给管耦合到外壁。
虽然已经对本发明的特定实施例进行了图示和描述，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可以做出各种其它变化和修改而不偏离本发明的精神和范围。因此，意图的是在附加的权利要求中覆盖所有这些变化和修改，其均属于本发明的范围以内。