專利名稱：用于將點火器安置在燃氣輪機的襯套端口內的裝置的制作方法
背景技術：
本發明總的涉及燃氣輪機的點火器，尤其涉及將點火器安置在燃氣輪機的襯套端口內的裝置。
眾所周知，燃氣輪機使用點火器在其燃燒系統內點燃燃料/空氣混合物，并產生所希望的氣體。一般，點火器的位置比較接近通過外襯套端口從混合裝置排出的燃料/空氣混合物，結果使點火器突入該混合裝置下游的限定主燃燒區域的一個區域中。盡管對點火器本身及其冷卻作了各種改進(例如，DuBell等人提出的美國專利3990834)，但應了解，在開發將點火器保持在燃氣輪機燃燒室的外襯套端口內的裝置方面，進展仍很小。
為此所使用的當前的裝置已從簡單的管子發展至在頂部有一個法蘭的空心冷拔管子，以防止點火器管進入燃燒室的氣流通道中。這種法蘭可以是管子的一部分，或是焊接在簡單管子上的一個蓋板。其他點火器管一直是和一些套圈一起使用的，該套圈具有在密封表面下面延伸的耐磨套管。然而，目前這種點火器管通常具有一個孔內徑。
目前，技術人員關心的一個問題是如何檢查連接點火器管和襯套端口的焊接接頭。特別是，需要增加點火器管和襯套冷卻貴金屬塊之間的軸向間隙，以便能觀察檢查這種焊接接頭。目前要求該間隙至少為0.100英寸，以便用熒光穿透來進行檢查。
另外，點火器管沒有任何機構可防止在焊接損壞時，點火器管進入燃燒室氣流通道中。當沒有這種機構時，點火器管會滑入上述氣流通道中，直至上述法蘭與襯套接觸為止。這可以使點火器頂端被點火器管覆蓋，從而妨礙點火器的正常工作。
同樣，還發現點火器管所用的套圈的密封法蘭可能磨損，使套圈有可能進入燃燒室的氣流通道中。同時，為了使燃燒室殼體有更大的間隙，可以使用輪廓較小的套圈，在該套圈上，在點火器管的密封表面下面設置耐磨套管。
因此，考慮到上述問題，希望開發一種燃氣輪機的改進的點火器管，可使得這種點火器管保持在襯套端口內時，有較大的軸向間隙，可以觀察檢查焊接接頭。還希望這種點火器管，在可靠地防止點火器管和套圈進入燃燒室的氣流通道中的同時，可以使用輪廓較小的套圈。
發明概述在本發明的第一個示例性實施例中，燃氣輪機燃燒室點火器管有內表面，外表面和貫通的縱軸線。更具體地說，點火器管包括安置在燃燒室襯套端口內的第一個部分，靠近第一部分的第二部分，和靠近第二部分的第三部分。第一部分具有帶有內徑的內表面和帶有外徑的外表面。第二部分具有帶有內徑的內表面和帶有外徑的外表面，其中，第二部分的外徑從第一個末端上的第一部分的外徑，增加至第二個末端上的預先確定的外徑。第三部分具有帶有內徑的內表面和帶有外徑的外表面，其中，第三部分的外徑基本上與預先確定的外徑相等。另外，點火器管的第二部分的內徑，基本上與第一部分的內徑相等；而點火器管的第三部分的內徑，比第二部分的內徑大。
在本發明的第二個示例性實施例中，說明了一種將點火器安置在燃氣輪機燃燒室的襯套端口內的裝置。在該點火器中，縱軸線穿過上述燃氣輪機燃燒室的襯套端口。該裝置包括一個用于安放點火器和與襯套端口連接的點火器管的套圈。該套圈還包括第一個部分；基本上與縱軸線平行，從第一個部分伸出的一個耐磨套管；和基本上與縱軸線垂直延伸的密封法蘭。該點火器管還包括位于襯套端口內的第一部分，靠近第一部分的第二部分，和靠近第二部分的第三部分。第一部分具有帶有內徑的內表面和帶有外徑的外表面。第二部分具有帶有內徑的內表面和帶有外徑的外表面，其中，第二部分的內徑基本上與第一部分的內徑相等。第三部分具有帶有內徑的內表面和帶有外徑的外表面，其中，第三部分的內徑比第一部分和第二部分的內徑大。套圈的耐磨套管伸入點火器管的第三部分中，并可以基本上與縱軸線垂直地運動一個預先確定的量。
在本發明的第三個示例性實施例中，說明了將點火器安置在燃氣輪機燃燒室的襯套端口內的裝置。在該裝置中，點火器的縱軸線穿過上述襯套端口。該裝置包括安放點火器和與襯套端口連接的點火器管的套圈。該套圈還包括第一部分，從第一部分基本上與縱軸線平行伸出的一個耐磨套管，和基本上與縱軸線垂直延伸的一個密封法蘭。該點火器還包括安置在襯套端口內的第一部分，靠近第一部分的第二部分，和靠近第二部分的第三部分。第一部分具有帶有內徑的內表面和帶有外徑的外表面。第二部分具有帶有內徑的內表面和帶有外徑的外表面，其中，第二部分的外徑仍在第一個末端上的第一部分的外徑，增加至在第二個末端上的預先確定的外徑。第三部分具有帶有內徑的內表面和帶有外徑的外表面。其中，第三部分的外徑基本上與預先確定的外徑相等。點火器管的第二和第三部分的預先確定的外徑，比襯套端口的直徑大，以防止點火器管貫穿預先確定的距離。
附圖簡述
圖1為根據本發明的，包括一個點火器和將點火器安置在燃氣輪機燃燒室襯套內的裝置的燃氣輪機的橫截面圖；圖2為圖1所示裝置的分解透視圖；圖3為圖1和圖2所示的裝置的放大的截面圖；圖4為圖1~3所示的裝置的放大的截面圖，其中在點火器管內套圈已經橫向偏移；圖5為圖1~4所示的裝置的放大的截面圖，其中，與襯套端口的焊接接頭已經損壞，點火器管已經沿著縱向軸線向機內位置運動；和圖6為圖1~5所示裝置的放大的截面圖，其中，套圈的密封法蘭已磨損，并保留在點火器管內。
發明詳述現參見附圖。圖中相同的標號表示相同的零件。圖1表示燃氣輪機的一個燃燒室10。燃燒室10可以方便地產生燃燒氣體，燃燒氣體再通過高壓渦輪機噴咀組件12排出，排出的燃燒氣體分路進入通常的高壓渦輪機和低壓渦輪機。具體地說是，燃料/空氣混合物由混合裝置16送入燃燒室10的燃燒腔14。燃燒腔14一般由上游端的穹面部分17，外襯套18和內襯套20構成。
可以看出，外襯套18的口22和殼體26的開口24可使點火器組件28安置在燃燒腔14的上游端。這樣，點火器組件28可以點燃進入燃燒腔14的燃料/空氣混合物，以產生燃燒氣體。點火器組件28包括一個點火器30，其頂端部分32伸入燃燒腔14中。可以理解，點火器頂端部分32可以被電氣放電或其他類似與典型的燃料點火現象加熱。
在本發明中，包括點火器管34和一個套圈36的裝置，可將點火器30安置在襯套端口22內，并與襯套端口對準。最好利用焊接接頭38與襯套端口22連接的點火器管34，作成可允許時相鄰的外襯套18的冷卻貴金屬塊40和點火器管34之間的焊接接頭38進行觀察檢查。目前的設計提供了至少為0.100英寸的軸向間隙(圖4中用點火器管34和外襯套18之間的空間35表示)。
更具體地，從圖2中可看出，點火器管34一般具有一個內表面42，一個外表面44和貫穿的縱軸線46。縱軸線46也貫穿襯套端口22。點火器管34還包括位于襯套端口22內和與該襯套端口相鄰的第一部分48。點火器管的第一部分48具有帶有內徑52的內表面50，和帶有外徑56的外表面54。點火器管第一部分48的外徑56，最好基本上與襯套端口22直徑58相同，以便容易焊接。
點火器管34還包括鄰近點火器管第一部分48的第二部分60。該第二部分60具有帶有內徑64的內表面62和帶有外徑68的外表面66。最好，第二部分的外徑68從第一個末端70處的第一部分的外徑58，增大至第二個末端74處的預先確定的外徑。因此，第二部分的外表面66一般具有喇叭管的外形，并且最好與第一部分的外表面54成一個大約為5°~25°的角度76(見圖4)。角度76的更優選的范圍為大約9°~21°，最優選的范圍為大約12°~16°。點火器管第二部分60的內徑64最好基本上與點火器管第一部分48的內徑52相等。
第三部分78靠近點火器管的第二部分60，同樣具有帶內徑82的內表面80，和帶外徑86的外表面84。應當注意，點火器管的第三部分78的外徑86基本上固定不變，并且基本上與第二部分的最大外徑68相等。點火器管第二部分60的外表面66的最大外徑，最好比襯套端口22的直徑58大，以防止在焊接接頭38損壞(見圖5)時，點火器管34伸入機內一個預先確定的距離88。特別是，最好點火器管34沿著縱軸線46的移動不超過點火器管第二部分60的軸向長度的大約1/3~大約1/2，而外徑68可以保證無故障，使點火器管34不沿軸向移動穿過點火器管的第二部分60。確定預先確定的距離88的另一種方法是防止點火器管34沿軸向移動至點火器頂端部分32被覆蓋的位置，從而可使點火器30維持正常工作。
點火器管第三部分78的內徑82最好比點火器管第二部分60的內徑64大，并且形成一個表面90作為點火器管第二部分60的內表面62和點火器管第三部分78的內表面80之間的過渡部分。
最好，點火器管34包括鄰近其第三部分78的第四部分92。該第四部分基本上與縱軸線46垂直。點火器管的第四部分92象一個法蘭，它分別與點火器管的第一部分48，第二部分60和第三部分78成一個角度。如后面將更詳細地說明的那樣，點火器管的第四部分92的上表面94用作與套圈36的密封表面。
點火器管34還包括從所述點火器管的第四部分92的遠端97伸出的第5部分95。從圖2中可以看出，點火器管的第5部分95不需要連接360°地圍繞著密封法蘭126延伸。點火器管的第5部分95可以作成長度大約為30~90°的多個弧形部分99。每一個弧形部分99包括一個上表面101，將套圈36與點火器管34固定就位的座圈136可以固定在該上表面上。在點火器管34的相對末端使用二個弧形部分，則點火器管的第四部分92不需要完全圍繞點火器管34延伸。這樣，點火器管的第四部分92和座圈136不一定都是要圓形的，這有且于減少這些零件所需的材料量(和它們相應的重量)。
關于上述的套圈36，可以看出，這種套圈36包括安放點火器30的第一部分96。最好，套圈的第一部分96為截錐形，使外表面98和內表面100的直徑102和104分別從第一個末端106減小至第二個末端108。然而，為了阻止套圈的第一部分96，通過點火器管34進入燃燒腔14，套圈第一部分96的外徑102為放大直徑110。該最大直徑比點火器管的第三部分78的內徑82大。
耐磨套管112靠近套圈的第一部分96，并從該部分基本上與縱軸線46平行地伸出。耐磨套管112為管子形狀，它有內表面114和外表面116。耐磨套管112的外徑118最好小于點火器管的第三部分78的內徑82，而其軸向長度120比點火器管的第三部分78的軸向長度小，使外形輪廓較小的耐磨套管112能夠放入。還應注意，耐磨套管112可以在點火管第三部分78內，基本上與縱軸線46垂直地運動，但最好限制這種運動，使套管的內表面114不伸出點火管第二部分60的內表面62以外(外面)(參見圖4)。這樣，點火器30可以保持在基本上與縱軸線46平行的位置。這種限制的一種方法是設計點火器管34，使點火器管的第二和第三部分60與78的內表面62和80之間的過渡表面90的半徑方向長度122，不比耐磨套管112的厚度124大。
套圈36包括一個密封法蘭126，它基本上與縱軸線46垂直，并具有上表面128和下表面130。密封法蘭126安置在點火器管第四部分92的上表面94上，形成一個密封表面，可允許套圈36在基本上與縱軸線46垂直的方向滑動。密封法蘭126軸向放在套圈36上，大約在套圈的第一部分96和耐磨套管112的連接處，并且可增大套圈36的總的直徑132。這可防止套圈36軸向進入點火器管34中。由于密封法蘭的上表面128和座圈136之間的與點火器管第5部分95的高度138相當的間隙134的影響，套圈36可在點火器管第四部分92上面軸向移動一個小的量。即使密封法蘭126磨損，使套圈36能在點火器管34內向著燃燒腔14運動、點火器管第二部分60的內徑64比點火器管第三部分78的內徑82小所形成的埋頭孔結構，可防止套圈36進入燃燒腔14損壞內部物體(見圖6)。
已經說明了本發明的優選實施例，在不偏離本發明的范圍的條件下，具有普通技術熟練程度的人可對點火器管34和套圈36作適當的改進。
零件清單10-燃燒室(一般來說)12-高壓渦輪機噴咀組件，14-燃燒腔，16-燃料/空氣混合裝置17-圓蓋18-外襯套，20-內襯套，22-外襯套中的口，24-殼體中的開口，26-殼體，28-點火器組件(一般來說)，30-點火器，32-點火器的頂端部分，34-點火器管，35-可允許對套圈進行觀察檢查的點火器管和外襯套之間的空間，36-套圈38-點火器管和襯套端口之間的焊接接頭，40-外襯套的冷卻貴金屬塊，42-點火器管的內表面(一般來說)，44-點火器管的外表面(一般來說)，46-穿過點火器管的縱軸線，48-點火器管的第一部分，50-點火器管第一部分的內表面，52-點火器管第一部分的內徑，54-點火器管第一部分的外表面，56-點火器管第一部分的外徑，58-襯套端口的直徑，60-點火器管的第二部分，62-點火器管第二部分的內表面，64-點火器管第二部分的內徑，66-點火器管第二部分的外表面，
68-點火器管第二部分的外徑，70-點火器管第二部分的第一個末端，74-點火器管第二部分的第二個末端，76-第二部分外表面對第一部分外表面的角度，78-點火器管的第三部分；80-點火器管第三部分的內表面，82-點火器管第三部分的內徑，84-點火器管第三部分的外表面，86-點火器管第三部分的外徑，88-預先確定的軸向距離，90-點火器管第二部分的內表面和點火器管第三部分的內表面之間的過渡表面，92-點火器管的第四部分，94-點火器管第四部分的上表面，95-點火器管的第5部分，96-套圈的第一部分，97-點火器管第四部分的遠端，98-套圈第一部分的外表面，99-點火器管第5部分的弧形部分，100-套圈第一部分的內表面，101-弧形部分的上表面，102-套圈第一部分的外表面的直徑，104-套圈第一部分內表面的直徑，106-套圈第一部分的第一個末端，108-套圈第一部分的第二個末端，112-套圈的耐磨套管，114-套圈耐磨套管的內表面，116-套圈耐磨套管的外表面，118-套圈耐磨套管的外徑，120-套圈耐磨套管的軸向長度，122-過渡表面90的半徑方向長度，124-套圈耐磨套管的厚度，
126-套圈的密封法蘭，128-密封法蘭的上表面，130-密封法蘭的下表面，132-套圈的總的直徑，134-密封法蘭上表面和座圈之間的間隙，136-座圈，138-點火器管第5部分的高度。
權利要求
1.一種將點火器(30)安置在燃氣輪機燃燒室(10)的襯套端口(22)內的裝置，其中，縱軸線(46)穿過所述襯套端口(22)，所述裝置包括(a)用于安置所述點火器(30)的一個套圈(36)，它包括(1)第一部分(96)；(2)大致與所述縱軸線(46)平行地，從所述第一部分(96)伸出的一個耐磨套管(112)；和(3)基本上與所述縱軸線(46)垂直延伸的一個密封法蘭(126)；和(b)與所述襯套端口(22)連接的一個點火器管(34)，它包括(1)安置在所述襯套端口(22)內的第一部分(48)，所述第一部分(48)具有帶有內徑(52)的內表面(50)和帶有外徑(56)的外表面(54)；(2)靠近所述第一部分(48)的第二部分(60)，所述第二部分(60)具有帶有內徑(64)的內表面(62)，和帶有外徑(68)的外表面(66)；其中，所述第二部分的內徑(64)基本上與所述第一部分的內徑(52)相等；和(3)靠近所述第二部分(60)的第三部分(78)，所述第三部分(78)具有帶有內徑(82)的內表面(80)和帶有外徑(86)的外表面(84)，其中，所述第三部分的內徑(82)比所述第一和第二部分的內徑(52，64)大；其中，所述套圈的耐磨套管(112)伸入所述點火器管的第三部分(78)中，并且能夠基本上與所述縱軸線(46)垂直地運動一個預定的量。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征為，所述點火器管(34)還包括靠近所述第三部分(78)的第四部分(92)，所述第四部分(92)基本上與所述縱軸線(46)垂直地延伸，使所述套圈的密封法蘭(126)與該第四部分接合。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征為所述點火器管(34)還包括一個在所述第二部分的內表面(62)和所述第三部分的內表面(80)之間的過渡表面(90)，其中所述過渡表面(90)可防止所述套圈(36)平行于所述縱軸線(46)移動超過一預定的量。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征為，所述過渡表面(90)的半徑長度(122)不大于所述套圈的耐磨套管(112)的厚度(124)。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征為，所述點火器管的第二部分(60)的外徑(68)，從第一末端(70)處的所述第一部分的外徑(56)，增加至第二末端(74)處的預定的外徑(72)。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征為，所述點火器管的第三部分(78)的外徑(86)，基本上與所述預定的外徑(72)相等。
7.如權利要求5所述的裝置，其特征為，所述預定的外徑(72)，比所述襯套端口(22)的直徑(58)大，以防止所述點火器管(34)穿過預定的距離(88)。
8.如權利要求1所述的裝置，其特征為，所述襯套(18)和所述點火器管第二部分(60)之間的空間(35)，至少為一個預定的量。
9.如權利要求1所述的裝置，其特征為，所述套圈的第一部分(96)的外徑(102)，比所述點火器管第三部分(78)的所述內徑(82)大。
10.如權利要求1所述的裝置，其特征為，所述點火器管第三部分(78)的軸向長度，比所述套圈的耐磨套管(112)的軸向長度(120)大。
全文摘要
燃氣輪機燃燒室點火器管有一內、外表面和縱軸線。該點火器管包括安置在燃燒室襯套口內彼此鄰近的第一、第二和第三部分。第二部分的外徑從在第一末端處的第一部分的外徑，增加至在第二末端處的預定外徑。第三部分的外徑大致與該預定的外徑相同。第二部分的內徑基本上與第一部分的內徑相等，第三部分的內徑，比第二部分的內徑大。
文檔編號F23R3/42GK1490563SQ0311983
公開日2004年4月21日 申請日期2003年3月4日 優先權日2002年3月4日
發明者T·L·懷特, T L 懷特 申請人:通用電氣公司