燃气涡轮燃烧器的制造方法
【专利摘要】一种用于燃气涡轮的燃烧器(10)，其包括前面板(14)、具有第一端(22)和第二端(24)的长形套管(20)，以及安装在套管(20)中的喷燃器(30)。套管(20)的第二端(24)无密封件地安装在前面板(14)上。套管和喷燃器构造成使得喷燃器(30)能够可滑动地安装在套管(20)中。
【专利说明】燃气涡轮燃烧器
【技术领域】
[0001]本公开大体涉及用于在燃气涡轮中使用的燃烧器，并且更特别地，涉及适合这些燃烧器的预混合喷燃器构造和布置。
【背景技术】
[0002]工业燃气涡轮典型地包括压缩机和常规地布置在公共轴上的涡轮。在压缩机和涡轮之间的是燃烧室，典型地多个喷燃器位于燃烧室中。喷燃器从气态燃料和/或液体燃料的燃烧产生热燃烧气体。可在燃烧器中利用的类型的喷燃器包括喷管型可抽出式喷燃器。此类喷燃器的抽出典型地在外壳体中需要大小与喷燃器的直径相当的开口。喷燃器的直径越大，外壳体中相当的开口也越大，并且制造成本也越高。
[0003]燃烧燃料所必需的燃烧空气通过压缩机经由空气进料吸入、压缩，并且随后经由压缩空气导管馈送到充气室中，从那里，燃烧空气穿过对应的孔口进入喷燃器中。来自燃烧室的热燃烧气体经由热气导管传送到涡轮中，其中，在一个或更多个级中执行功。由于燃烧气体的温度和对确保燃烧气体不泄漏出去的需要，故燃烧器内的所有密封连结部需要典型地利用吹扫空气吹扫。然而，添加吹扫空气对燃气涡轮效率有不利的影响。因此合乎需要的是提供最小化对密封件的需要的设计。
[0004]可在此类工业燃气涡轮的燃烧器中出现的问题是压力振荡。压力振荡可缩短部件寿命，并且可导致涡轮功率输出减少。美国申请US 2004/001020 Al公开了一种控制单元，其控制燃料流率和空气的空气流率中的至少一个，以克服振荡。然而，存在对提供克服振荡的、不影响涡轮能力或性能的备选方法的需要。
【发明内容】
[0005]本公开意于提供一种燃烧器喷燃器，其便于喷燃器的更成本有效抽出，并且使得能够调节，以克服压力振荡。
[0006]试图借助于独立权利要求的主题来解决这些问题。在从属权利要求中给出有利实施例。
[0007]本公开基于提供喷燃器的大体思想，该喷燃器可移动地安装在套管内，该套管固定于燃烧器衬套的前面板的一部分，或者以别的方式形成燃烧器衬套的前面板的一部分。
[0008]本公开的一方面提供一种燃烧器，其中，喷燃器能够在套管内部沿轴向方向移动，并且在燃烧器的运行期间相对于套管移动。
[0009]方面提供一种用于燃气涡轮的燃烧器，其包括前面板，长形套管的第二端无密封件地安装于该前面板。燃烧器进一步包括安装在套管中的喷燃器。无密封件安装减少对燃烧器内的燃烧后空气吹扫的需要，将另外需要该燃烧后空气吹扫来阻止燃烧气体泄漏穿过密封件和保持密封温度。喷燃器可为燃烧器的混合区域，其中，燃料被引入并且与燃烧气体混合。在前面板的下游，燃烧器可具有燃烧区域。前面板大体定向成垂直于主流方向。在前面板处，流面积增加。典型地，这以逐步的方式增加流面积。
[0010]在另一方面，喷燃器构造为可滑动地抽出的喷燃器，并且安装在套管中使得能够沿轴向插入并且安装在套管内。由于套管不是喷燃器的一部分，故喷燃器直径最小化。这使得简化外壳体的设计成为可能。
[0011]在另一方面，喷燃器包括本体和锥形地展开的旋涡壳，该锥形地展开的旋涡壳在第一狭窄端处从本体延伸到较宽的第二远侧端。在该方面，套管罩住旋涡壳，以便确保沿着壳的均匀速度分布。这导致横跨喷燃器的较低压降。空气分配的效率进一步被套管提高，该套管在第一上游端处具有用于沿轴向方向引导燃烧气体的锥形口部。
[0012]在另一方面，套管的出口在第二下游端处具有用于提供火焰稳定性的钟形出口。
[0013]在另一方面，喷燃器包括喷燃器环，该喷燃器环具有第一上游端、第二远侧下游端、内表面和外表面，其中，喷燃器环在第一和第二喷燃器环端之间的点处在喷燃器环的内表面上固定地安装于旋涡壳的远侧第二端，以便至少部分地罩住旋涡壳。喷燃器环通过增大套管和喷燃器之间的轴向接触表面来改进喷燃器安装在套管内的稳定性。
[0014]在另一方面，用于密封形成于喷燃器环和套管之间的腔体的密封件位于喷燃器环或套管上，其中，密封件限定在喷燃器环和套管之间的安装点。密封件最小化喷燃器后面的气体泄漏的可能性。
[0015]在一方面，密封件是迷宫和活塞环密封件，并且密封件位于喷燃器环的外表面上。
[0016]在一方面，套管包括穿过套管的多个吹扫孔，通过该多个吹扫孔界定套管。吹扫孔使得能够吹扫喷燃器环和套管之间的腔体。优选地，吹扫孔定位成使得当喷燃器环安装在套管中时，吹扫孔能够将吹扫气体引导到环形间隙，该环形间隙形成于喷燃器环的外表面和套管之间并且从密封件的下游端延伸。
[0017]在一方面，密封件在喷燃器环的外表面上定位成朝向喷燃器环的第一上游端。密封件定位成朝向喷燃器环的上游端使得扩展喷燃器安装在套管内的轴向变化，同时使吹扫孔保持在密封件的下游端处成为可能。
[0018]在一方面，燃烧器包括本公开的其它方面的多个沿周向固定的套管和喷燃器，其中，喷燃器中的至少两个的轴向对齐是交错的。这由喷燃器在套管内的可滑动特性实现。在具有多个喷燃器的系统中，使喷燃器的相对位置沿轴向交错的能力提供解调压力振荡的有效手段，但不进一步需要调节燃料或空气流或其它运行条件。
[0019]本发明的又一个目的是克服或至少改善现有技术的缺点和缺陷，或者提供有用的备选方案。
[0020]从经由本公开的示出的示例性实施例结合附图进行的以下描述，本公开的其它方面和优点将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]经由示例，在下文参照附图更全面地描述本公开的实施例，其中:
图1是根据本公开的优选实施例的示例性燃烧器的剖面图，其中，图1a显示安装在套管中的喷燃器，而图1b显示从套管抽出的喷燃器；
图2是适合图1的燃烧器的喷燃器和套管的示例性实施例的剖面图；
图3是图2的喷燃器环和套管的截面的扩大剖面图；
图4是适合图1的燃烧器的喷燃器和套管的示例性实施例的剖面图； 图5是具有部分地剖开的套管的图1的喷燃器的示意图；以及图6是具有如图2中显示的多个示例性喷燃器的示例性实施例的剖面图，其中，喷燃器具有交错的轴向对齐。
[0022]部件列表 10燃烧器
12衬套 14前面板 20套管 22套管第一端 24套管第二端 30喷燃器 31喷燃器本体 32喷管
33喷燃器旋涡壳 34壳第一端 35壳第二端 36喷燃器环 37喷燃器环第一端 38喷燃器环第二端 39喷燃器环外表面 40密封件 42腔体 44吹扫孔。
【具体实施方式】
[0023]现在参照附图来描述本公开的示例性实施例，其中，同样的附图标记用于遍及附图表示同样的元件。在以下描述中，为了说明，阐述了许多具体细节，以提供本公开的彻底理解。但是，本公开可在没有这些具体细节的情况下实践，并且不限制于本文公开的示例性实施例。
[0024]遍及本说明书参照轴向方向。轴向方向表示喷燃器30的轴线。另外，当喷燃器30在使用中时，上游和下游参照正常燃料/空气流方向。
[0025]在图1中显示的示例性实施例中，用于燃气涡轮的燃烧器10包括衬套12，衬套12包括前面板14。衬套12的目的是为了经受住燃烧器温度，容纳燃烧器10中的燃烧气体，并且将它们引导到涡轮的第一级。前面板14的目的是为了提供从喷燃器30的正交地对齐的端面过渡到燃烧器10的轴向延伸部，以及对喷燃器30提供安装点。在燃烧器10的前面板14的第二下游端24处，长形套管20固定地安装于燃烧器10的前面板14。安装构造成使得在前面板14和套管20之间不存在移动。这涉及无间隙的连结，并且因此不需要密封件。然而，安装不限制于连结两个单独的件，而是还可包括单个元件，其中，前面板14部分与套管20部分集成地形成。
[0026]在图2中显示的示例性实施例中，相对于套管20的喷燃器30的安装和喷燃器30的形状使得喷燃器30可从套管20内可滑动地抽出，如图1b中显示的。当喷燃器30是可抽出型喷燃器30时，喷燃器30的直径减小简化抽出和外壳体设计，
如图2中显示的，示例性实施例的喷燃器30是旋涡流喷燃器30，其包括上游区段，该上游区段包括旋涡壳33，其中喷射燃料，并且使燃料与燃烧空气接触。旋涡壳33包括从喷燃器本体31延伸的以锥形展开的区段。燃料可沿着构造成促进旋涡流的旋涡壳33的轴向长度喷射。
[0027]如图2中显示的，在示例性实施例中，喷燃器30安装在套管20内，使得套管20围绕或罩住喷燃器30的至少一部分。喷燃器30安装在套管20内以及套管20沿轴向延伸使得套管20如图2中显示的围绕和/或罩住喷燃器30的旋涡壳33，并且沿下游轴向方向进一步延伸超过旋涡壳33。虽然套管20不是喷燃器30的组成部分，因为套管20未固定地安装于喷燃器30，但套管20执行旋涡壳33下游的混合区段的功能，以确保燃料和空气均匀地混合。
[0028]在如图2中显示的示例性实施例中，套管20在第一上游端处具有用于沿轴向方向引导燃烧气体的锥形口部。
[0029]喷燃器30可滑动地安装在套管20中，以便使得能够沿轴向调节喷燃器30。该可滑动安装进一步使得能够独立于套管20，从燃烧器10抽出喷燃器30。这由套管20和旋涡壳33的第二端的相对形状实现，如图1b中显示的。在示例性实施例中，套管20在形状上设置成具有直径恒定或几乎恒定的沿轴向延伸的区域。
[0030]在图2中显示的示例性实施例中，套管20的第二端(其为套管20的出口)具有钟形出口，以便协助火焰稳定。
[0031]在图2中显示的示例性实施例中，喷燃器环36附接于喷燃器旋涡壳33的轴向远侧端。通过在形状上设置成与套管20在套管20的远侧端之间的区域套管20中的内部形状互补，喷燃器环36便于将喷燃器30可滑动地安装在套管20内，该远侧端具有恒定或几乎恒定的直径。
[0032]在图3中显示的示例性实施例中，密封件40位于喷燃器环36和套管20之间的腔体42中。可位于喷燃器环36或套管20上的密封件40是喷燃器环36和套管20之间的接触点，所以在它们之间限定用于套管20上的喷燃器环36的安装点。在示例性实施例中，密封件40位于喷燃器环36的外表面39上。在图2中显不的又一个不例性实施例中，安装点是喷燃器环36和套管20之间的唯一接触点。
[0033]在图3中显示的示例性实施例中，喷燃器环36安装成使得喷燃器环的第一端37定位成朝向喷燃器30的上游端，并且喷燃器环第二端38定位成朝向喷燃器30的远侧下游端。在该布置中，密封件40位于喷燃器环36的外表面39上,朝向喷燃器环第一端37。
[0034]在图3中显示的示例性实施例中，密封件40是迷宫和活塞环密封件，然而可使用能够在燃烧器10的温度和压力条件下，在两个基本上平的表面之间保持密封的其它密封布置。
[0035]在图4中显示的又一个示例性实施例中，喷燃器本体31进一步包括喷管32，喷管32延伸穿过喷燃器本体31，并且进一步向外延伸到由喷燃器旋涡壳33形成的腔体中。在示例性实施例中，喷管32的目的是为了对油预混合气体和引燃喷射提供额外的燃料添加手段。
[0036]在图5中显示的示例性实施例中，套管20包括穿过套管20的多个吹扫孔,通过该多个吹扫孔界定套管20。吹扫孔44位于喷燃器环36和套管20之间的密封件40下游。吹扫孔的目的是为了提供吹扫形成于喷燃器环36和燃料/空气混合物的套管20之间的腔体42的手段，并且因而帮助防止混合物可能通过密封件40泄漏回去。
[0037]在图6中显示的示例性实施例中，燃烧器10包括多个固定的套管20和喷燃器30，其中，喷燃器30中的至少两个的轴向对齐是交错的。
[0038]虽然已经在本文显示和描述了构想为最实际的示例性实施例的本公开，但本公开可按其它具体形式体现，而不偏离其精神或实质特性。因此在各个方面都认为目前公开的实施例是说明性而不是约束性的。本公开的范围由所附权利要求而不是前述描述指示，并且落在其含义和范围以及等同物内的所有变化都意于包含在本文中。
【权利要求】
1.一种用于燃气涡轮的燃烧器(10)，包括: 前面板(14)； 长形套管(20)，其具有第一端(22)和第二端(24);以及 安装在所述套管(20)中的喷燃器(30)， 其特征在于，所述套管(20)的第二端(24)无密封件地安装在所述前面板(14)上。
2.根据权利要求1所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述喷燃器(30)能够在套管(20)内部沿轴向方向移动，并且在所述燃烧器(10)的运行期间相对于所述套管(20)移动。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述喷燃器(30)可滑动地安装在所述套管(20)中，以便使得能够在所述套管(20)内轴向调节所述喷燃器(30)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述套管(20)在所述第二端(24)处具有钟形。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述喷燃器(30)包括: 喷燃器本体(31);以及 锥形地展开的旋涡壳(33)，其从所述本体(31)延伸，具有狭窄的第一端(34)和较宽的远侧第二端(35)， 其中，所述套管罩住所述旋涡壳(33)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述喷燃器(30)包括: 喷燃器环(36)，其具有: 朝向所述喷燃器的轴向上游端的第一端(37)； 朝向所述喷燃器(30)的轴向下游端的第二远侧端(38);以及 外表面(39)， 其中，所述喷燃器环(36)在所述喷燃器环(36)的内表面上在所述喷燃器环第一端(37)和所述喷燃器环第二端(38)之间的点处，固定地安装于所述旋涡壳第二端(35)，以便至少部分地罩住所述旋涡壳(33)。
7.根据权利要求6所述的燃烧器(10)，其特征在于，进一步包括密封件(40)，其用于密封形成于所述喷燃器环(36)和所述套管(20)之间的腔体(42)，其中，所述密封件(40)位于所述喷燃器环(36)或所述套管(20)上。
8.根据权利要求7所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述密封件(40)是迷宫和活塞环密封件。
9.根据权利要求7或8所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述密封件(40)位于所述喷燃器环(36)的外表面(39)上。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述密封件(40)定位成朝向所述喷燃器环(36)的第一端(37)。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述密封件(40)在所述喷燃器环(36)的外表面(39)上定位成朝向所述喷燃器环第一端(37)。
12.根据权利要求7至10中的任一项所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述套管(20)包括穿过其的多个吹扫孔(44)，所述多个吹扫孔(44)构造和定位成使得所述吹扫孔(44)能够在所述密封件(40)和所述喷燃器环第二端(37)之间将吹扫气体引导到形成于所述喷燃器环外表面(39)和所述套管(20)之间的环形间隙中。
13.根据权利要求12所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述多个吹扫孔(44)界定所述套管(20)。
14.根据权利要求5至13中的任一项所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述喷燃器本体(31)进一步包括喷管(32)，所述喷管(32)沿轴向延伸穿过所述喷燃器本体(31)，并且从所述喷燃器本体(31)延伸出，进入形成于所述旋涡壳(33)中的腔体中，用于油预混合和气体引燃喷射。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述燃烧器(10)进一步包括多个套管(20)和喷燃器(30)，其中，所述套管(20)中的所述喷燃器(30)中的至少两个沿轴向交错。
【文档编号】F23R3/28GK104185763SQ201380017213
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年3月25日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】E.帕斯夸洛托, J.赫拉特, P.希斯塞 申请人:阿尔斯通技术有限公司