专利名称：用于操作燃气轮机的燃烧室的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及燃气轮机，更具体地说涉及与燃气轮机一起使用的燃烧室。
背景技术：
已知的涡轮机包括用于压缩空气的压缩机，所述的空气合适地与燃料混合并且被引入到燃烧室，在燃烧室中，点燃混合物从而产生热的燃烧气。所述的热的燃烧气被引导到至少一个涡轮机处，该涡轮机从燃烧气体中提取能量以便供给压缩机能量，并且产生有用功，例如驱动车辆。
为了在恶劣的涡轮机环境中支撑涡轮机外壳和部件，通过多个支撑环支撑至少一些已知的外壳和部件，支持环连接在一起形成一个主要框架。该主要框架为从主干径向向内安置的部件提供结构支撑，并且也为围绕涡轮机连接的涡轮机外壳提供了一种装置。另外因为主要框架容易控制由涡轮机外壳和从主要框架径向向内安置的部件之间所限定的涡轮机间隙密封，这样的主要框架通常设计得尽可能刚硬。
至少一些与同流换热的涡轮机一起使用的已知的主要框架包括多个在前后法兰之间延伸的梁。出于空间的考虑，与包含在这样的涡轮机中的燃烧室一起使用的启动喷管穿过燃烧室的侧面而径向插入。更具体地说，因为这样的启动喷管相对于燃烧室的取向，从启动喷管排出的燃料以喷射角进入到燃烧室中，该喷射角大致相对穿过该燃烧室延伸的中心轴偏置60度。因此，由于在燃烧室中该启动喷管的取向和相对位置，该启动喷管暴露于燃烧室主要区域并且必须进行冷却。此外，至少一些已知的启动喷管包括尖端管套，该尖端管套也进行冷却并且围绕该启动喷管的喷射尖端周向延伸。然而，在至少一些已知的启动喷管中，并不调节向尖端管套的冷却流，从而如果管套尖端在涡轮机工作期间烧熔，冷却空气自由通过该喷射尖端，并且可能不利地影响燃烧室和启动喷管的性能。
发明内容
一方面，给出了用于组装燃气轮机的方法。该方法包括连接包含圆顶组件的燃烧室和燃烧室衬里，该燃烧室衬里从该圆顶组件下游向燃烧室外壳延伸，该燃烧室外壳从燃烧室向外径向设置；连接环支架和多个梁，其中该环支架包括第一径向法兰，第二径向法兰，梁从第一第二法兰之间向燃烧室外壳延伸；连接包含了喷射尖端的启动喷管到燃烧室上使得该启动喷管通过圆顶组件轴向延伸从而可以在该燃气轮机启动工作状态期间燃料从该启动喷嘴排放到该燃烧室中。
另一方面，提供了包括中心轴的燃气轮机燃烧室的启动喷管。该启动喷管包括入口，喷射尖端，主体和管套。该喷射尖端用于以充分平行于燃气轮机中心线轴的方向将燃料排放到燃烧室中。该主体在入口和喷射尖端之间延伸。该主体包括至少一个用于将喷管连接到主体的环形轴套，使得启动喷管被相对于燃烧室安置。该管套围绕喷射尖端和主体的至少一部分延伸，使得在该管套与该主体和喷射尖端中的至少一个之间限定了间隙。该管套包括多个周向间隔的开口，这些开口用于计量提供给喷射尖端的冷却空气。
在另外的方面，提供一种用于燃气轮机的燃烧系统。该燃烧系统包括燃烧室，燃烧室外壳和启动喷管。该燃烧室包括圆顶组件和燃烧室衬里，该燃烧室衬里从圆顶组件下游延伸。该燃烧室衬里限定了在其中的燃烧室。该燃烧室还包括中心线轴。该燃烧室外壳围绕该燃烧室延伸。该启动喷管经由燃烧室外壳和圆顶组件轴向延伸到燃烧室中以便在燃气轮机启动的工作状态期间沿燃烧室中心线轴将燃料供给到燃烧室中。
图1是燃气轮机的示意图；图2是图1中显示的燃气轮机的一部分的剖面视图；图3是与图2所示的燃气轮机一起使用的示例启动喷管的放大侧面视图；和图4是图3所示的沿线4-4截取的启动喷管的一部分的剖面图。
具体实施例方式
图1是燃气轮机10的示意图，该燃气轮机10包括高压力压缩机14，燃烧室16。燃气轮机10还包括高压力涡轮18和低压力涡轮20。压缩机14和涡轮18由第一轴24连接，涡轮20驱动第二输出轴26。输出轴26提供了旋转的原动力以便驱动从动机，例如但不局限于齿轮箱，传动装置，发电机，风机或者泵。燃气轮机10还包括回流换热器28，该换热器28具有串连连接在压缩机14和燃烧室16之间的第一流体路径30，和串连连接在涡轮20和环境34之间的第二流体路径32。在一个实施例中，该燃气轮机是可从俄亥俄州辛辛那提的通用电器公司获得的LV100。
工作中，空气流过高压力压缩机14。高度压缩的空气输出到换热器28，在这里来自涡轮20的热的废气将热量传递给压缩的空气。该加热的压缩空气输出到燃烧室16。来自燃烧室16的空气流驱动涡轮18和20并且在退出燃气轮机10之前通过换热器28。
图2是包括启动喷管30的燃气轮机10的一部分的剖视图。图3是启动喷管30的放大侧面视图。图4是沿线4-4截取的(图3)启动喷管道30的一部分的剖视图。在示范性实施例中，启动喷管30包括入口32，喷射尖端34和在其间延伸的主体36。入口32是已知的标准软管螺纹接套，该软管螺纹接套连接到燃料供应源和空气供应源，以便引导燃料和空气进入到启动喷管30中，如下面更详细描述的那样。另外，入口32还包括燃料过滤器(未示出)，该燃气过滤器过滤进入到喷管30中的燃气以便有利于减少在喷管30中的阻塞。
在示范性实施例中，喷管主体36基本上是圆形的并且包括多个沿主体外表面42的一部分形成的螺纹40。更具体地说，螺纹40使得喷管30连接在燃气轮机10中，并且设置在喷射尖端34和环形肩部44之间，该环形肩部从主体36向外径向延伸。正如下面更加详细描述的那样，当喷管30与燃烧室16连接时肩部44有利于将喷管30以合适的取向并与燃烧室16对齐来定位。喷管主体36还包括多个扳手平面50，这些扳手平面有利于组装和拆卸在燃烧室16中的启动喷管30。在一个实施例中，喷管主体36被加工形成多个平面50。
肩部44将该喷管主体36分成一个内部部分52和一个外部部分55，该内部部分52延伸到燃烧室16并且因此暴露于燃烧主要区域或者限定在燃烧室16中的燃烧腔室54，该外部部分55没有延伸到燃烧室16中。因此可变地选择内部部分52的长度L以便于限定暴露于在燃烧主要区域54中产生的幅射热的喷管30的数量。更具体地，内部部分长度L和肩部部分44的结合易于在燃烧室16中并且相对于燃烧室点火装置(未示出)以一个最佳位置定位启动喷管30。
管套56围绕喷射尖端34周向延伸，以利于保护喷射尖端34和内部部分52的一部分免受在燃烧主要区域54中产生的热量的干扰。特别地，管套56具有一个长度L2其比内部部分的长度L短，和一个直径D1其比靠近喷射尖端34的内部部分52的直径D2大。更具体地说，可变地选择管套直径D1使得其尺寸近似等于从燃烧室延伸的套圈60，如下更加详细的描述，使得易于将在喷管30和套圈60之间的燃烧腔室54的泄漏减小到最小。此外因为管套直径D1大于内部部分直径D2，环形间隙62限定在管套56的一部分和喷管主体36之间。
多个计量开口70延伸通过管套56并且与缝隙62流动连通。特别地开口70围绕管套56成排72地周向地间隔。通过开口70提供用于管套56的冷却空气，万一管套56的尖端76在燃烧室工作期间烧灼该开口70限制朝向管套56的空气流。在一个实施例中，供给到管套56的冷却空气是燃烧室入口的空气，该燃烧室入口的空气在被供应到燃烧室16之前通过换热器28循环，该换热器28将废气热量加入到压缩机排放空气中。
管套尖端76是截锥体，以易于将暴露于燃烧室16内的幅射热的表面积减小到最小。此外，多个延伸穿过管套尖端76并且在该管套尖端76上分布的冷却开口80易于提供设置在管套尖端76上的冷却薄膜，并且还易于通过在管套56和喷管主体36之间的缝隙62中提供冷却空气绝缘层来保护喷射尖端34。
燃烧室16包括环形外部衬里90，外部支架91，环形内部衬里92，内部支架93和在外部和内部衬里90和92之间延伸的圆顶端部94。外部衬里90和内部衬里92从燃烧室外壳95向内径向间隔并且限定了燃烧腔室54。燃烧室外壳95通常是环形的，并且围绕包括内部支架93和外部支架91的燃烧室16延伸。燃烧腔室54在形状上通常为环形并且从衬里90和92径向向内。外部支架91和燃烧室外壳95限定了外部通道98，内部支架93和燃烧室外壳95限定了内部通道100。外部和内部衬里90和92延伸到涡轮喷管(未示出)，该涡轮喷管在扩散器48下游。
燃烧室圆顶端部94包括套圈60。特别地，套圈60从塔组件102延伸，该塔组件102径向向外并且从圆顶端部94的上游延伸。套圈60具有一个内径D3其尺寸略微大于管套直径D1。因此当启动喷管30连接到燃烧室16上时，启动喷管30周向地接触套圈60以便将在喷管30和套圈60之间的燃烧腔室的泄漏减小到最小。
燃烧室外壳95的一部分形成了燃烧室的主要框架110，该主要框架110围绕燃烧室16周向延伸以便给在燃气轮机10中的燃烧室16提供结构支撑。环形环支架112连接到燃烧室主要框架110上。环支架112包括环形上游径向法兰114，环形下游径向法兰116和多个在其间延伸的周向间隔的梁118。在示范性实施例中，上游和下游法兰114和116基本上是圆形的并且基本上平行。特别地，环支架112在压缩机14(如图1所示)和涡轮18(如图1所示)之间轴向延伸，并且在压缩机14和涡轮18之间提供了结构支撑。
燃烧室外壳95的一部分还形成了轴套130，该轴套130为启动喷管30提供了对齐基座。特别地轴套130具有一个由轴套130的内部表面131限定的内部直径D4其小于启动喷管肩部44的外部直径D5并且大于管套直径D1。在内部表面131上刻螺纹以容纳其中的启动喷管螺纹。因此，当启动喷管30插入到燃烧室外壳轴套130，启动喷管肩部44接触轴套130以限定启动喷管内部部分52相对燃烧室16的插入深度。更具体地说，当启动喷管30连接到燃烧室16上时肩部44便于将启动喷管36定位在合适的取向上并且与燃烧室16对齐。
在组装燃气轮机10期间，在燃烧室16相对燃烧室外壳95固定到位之后，外壳95然后连接到环支架112上。启动喷管30然后插入到燃烧室外壳轴套130并且相对燃烧室16连接到位。特别地，喷管外螺纹40最初覆盖有润滑剂，例如Tiolube614-19B，其可以从HuntingtoBeach，California的注册商标Tiodize购买到。然后通过使用扳手平面50将启动喷管30螺纹连接到燃烧室轴套130上，扳手平面便于将启动喷管30与燃烧室外壳95连接/从燃烧室外壳95拆卸。特别地当启动喷管30连接到燃烧室外壳95上时，喷管30通过环支架112向外延伸，并且启动喷管管套56和喷射尖端34大致轴向通过圆顶端部94延伸。因此，进入腔室54的唯一路径是通过燃烧室圆顶端部94，使得如果许可，可以不用拆卸燃烧室16而替换启动喷管30。
在工作期间，燃料和空气供应给启动喷管30。特别地，燃烧室16需要在冷操作状态期间操作启动喷管30并且便于减少从燃烧室16产生的烟。更具体地说，因为相对燃烧室圆顶端部94定位启动喷管30，所以以相对圆顶端部94大致90度喷射锥形并且沿从圆顶端部94通过燃烧室16延伸的中心轴140排放供应给启动喷管30的燃料。同样，注射方向便于减少在燃烧室腔室54中的燃料点火时间。因此，从启动喷管30排放的燃料沿大致平行于中心线轴140的方向排放到燃烧腔室54中。
因此，在燃气轮机10被启动并且获得空转速度之后，在燃气轮机热启动期间，停止向启动喷管30的燃气流，这使得启动喷管30易于结焦并且尖端烧损。为了便于防止在启动喷管30内结焦，大致连续地用压缩机旁通空气清扫喷管30，该空气通过储存器供应，从而便于从启动喷管30除去残留燃料。特别地，该清扫空气的工作温度低于通过换热器循环并且供应给管套56的冷却空气的工作温度。该清扫空气还有利于减小在没有使用启动喷管30时在燃气轮机工作期间启动喷管30和喷射尖端34的工作温度。
上述的燃烧支架提供了有成本效益的可靠的装置以便操作包括启动喷管的燃烧室。更具体地说，启动喷管通过该燃烧室圆顶端部轴向插入到燃烧室中，使得从启动喷管排放的燃料沿大致平行于燃烧室中心轴线的方向排放到燃烧腔室中。该启动喷管还包括一个管套，该管套有利于将启动喷管与在燃烧室中产生的高温隔离。此外，该管套包括多个计量开口，这些开口以具有成本效益的和可靠的方式计量启动喷管的冷却气流。
上面详细描述了燃烧系统的示范性实施例。所示出的燃烧系统部件并不限于这里所描述的特别实施例，而是每个燃烧系统的部件，可以与这里描述的其它部件独立地和分别地利用。例如每个启动喷管还可以结合其它燃气轮机燃烧系统使用。
尽管本发明已经就不同的特别实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员将认识到本发明还可以在权利要求书的精神和范围内进行改进。
零件列表10燃气轮机14高压力压缩机16燃烧室18高压力涡轮20低压力涡轮24第一轴26输出轴28回流换热器29第一流动路径30启动喷管31第二流动路径32入口34喷射尖端35周围环境36主体40螺纹42主体外部表面44环形肩部48扩散器50扳手平面52内部部分54燃烧腔室55外部部分L 长度56管套L2长度D1直径D2直径60套圈62环形间隙
70计量开口72排76尖端80冷却开口90环形外部衬里92环形内部衬里93内部支架94圆顶端部95燃烧器外壳97外部通道100 内部通道102 塔组件D3直径110 主要框架112 环形环支架114 径向法兰116 径向法兰118 梁130 轴套D4直径131 内表面D5直径140 轴
权利要求
1.用于装配燃气轮机(10)的方法，所述的方法包括连接包含圆顶组件(94)的燃烧室(16)和燃烧室衬里(90，92)，该燃烧室衬里从该圆顶组件下游向燃烧室外壳(95)延伸，该燃烧室外壳(95)从燃烧室向外径向设置；连接环支架(91，93)和多个梁(118)，其中该环支架(91，92)包括第一径向法兰(114)，第二径向法兰(116)，梁(118)从第一第二法兰之间向燃烧室外壳延伸；和连接包括了喷射尖端(34)的启动喷管(30)到燃烧室上，使得该启动喷管轴向通过圆顶组件延伸从而可以在该燃气轮机启动工作状态期间燃料从该启动喷嘴排放到该燃烧室中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连接包含一个喷射尖端的启动喷管(30)到燃烧室上还包括将启动喷管连接到燃烧室上，使得沿大致平行于通过燃烧室延伸的中心线轴(140)的方向从该启动喷管轴向排放燃料到燃烧室中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连接包含了喷射尖端的启动喷管到燃烧室上还包括将启动喷管连接到燃烧室上，使得启动喷管通过环支架(112)延伸并且包括围绕该启动喷管喷射尖端周向延伸的管套(56)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连接包含了喷射尖端的启动喷管到燃烧室上还包括将空气源连接到启动喷管上，使得供应给启动喷管喷射尖端的冷却空气由多个穿过管套延伸的开口(70)计量，该管套围绕启动喷管喷射尖端周向地延伸。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括将空气源连接到启动喷管，从而便于在预定的喷管操作期间将来自启动喷管的残留燃料清扫到燃烧室中。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连接包含了喷射尖端的启动喷管到燃烧室上还包括将启动喷管螺纹连接到燃烧室外壳上，使得从启动喷管延伸的肩部(44)保持该启动喷管相对该燃烧室的定位。
全文摘要
一种容易安装燃气轮机(10)的方法。该方法包括连接包含圆顶组件(94)的燃烧室(16)和燃烧室衬里(90，92)，该燃烧室衬里从该圆顶组件下游向燃烧室外壳(95)延伸，该燃烧室外壳(95)从燃烧室向外径向设置；连接环支架(112)和多个梁(118)，其中该环支架(112)包括第一径向法兰(114)，第二径向法兰(116)，梁(118)从第一第二法兰之间向燃烧室外壳延伸；连接包括了喷射尖端(34)的启动喷管(30)到燃烧室上使得该启动喷管轴向通过圆顶组件延伸从而可以在该燃气轮机启动工作状态期间燃料从该启动喷管排放到该燃烧室中。
文档编号F23M5/04GK1576700SQ20041004210
公开日2005年2月9日 申请日期2004年4月30日 优先权日2003年7月2日
发明者T·P·麦卡弗里, S·J·霍维尔, J·C·雅各布森, B·F·巴恩斯 申请人:通用电气公司