CN101556042A - 具有多个冷却流体通路的燃烧器密封件 - Google Patents

具有多个冷却流体通路的燃烧器密封件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有多个冷却流体通路的燃烧器密封件，具体而言，一种用于燃气涡轮机(10)的燃烧器包括第一燃烧器构件和第二燃烧器构件。该第二燃烧器构件可至少部分地插入该第一燃烧器构件，并且该第一燃烧器构件和该第二燃烧器构件限定燃烧流体通路。燃烧器密封件(60)位于第一燃烧器构件和第二燃烧器构件之间。燃烧器密封件(60)限定位于燃烧器密封件(60)和第二燃烧器构件之间的至少一个内部冷却通路，以及燃烧器密封件(60)和第一燃烧器构件之间的至少一个外部冷却通路，用于冷却第一燃烧器构件和第二燃烧器构件。还公开了一种用于冷却第一燃烧器构件和第二燃烧器构件的方法。

Description

具有多个冷却流体通路的燃烧器密封件
技术领域
[0001]本主题发明涉及燃烧器。更具体而言，本主题发明涉及燃烧器构件之间的密封。
背景技术
[0002]空气管理在燃烧器的设计中是重要的考虑事项。空气流为燃烧过程提供氧化剂，并且，还向燃烧器的热的构件提供冷却。密封件典型地设在燃烧器的不同的构件之间，以防止热的燃烧气体从燃烧器泄漏。在燃烧器内，密封件的构造和功能是唯一的。可能不期望提供从一个区域至另一个区域的流的完全密封的密封件，反而可能优选的是引起少量的冷却空气“泄漏”的密封件。在燃烧区内，必须适当地设计冷却，从而为构件提供足够的冷却且仅最低限度地干扰燃烧点火和稳定性。穿过密封件“泄漏”的冷却空气流还可能被引导以减小燃烧器的热声振荡。
[0003]这些密封件典型地包括C形圈、指状的呼啦圈、织物密封件等，并处于高温高压以及横跨密封件的大的压力和温度梯度条件下。对于提供冷却流可以进一步改进目前的密封件，从而克服在不同等级的气温和/或压力下，以及在温度和/或压力的过渡、和/或密封件的磨损期间围绕密封件的过度泄漏。
发明内容
[0004]用于燃气涡轮机的燃烧器包括第一燃烧器构件和第二燃烧器构件。第二燃烧器构件至少可部分地插入第一燃烧器构件，并且第一燃烧器构件和第二燃烧器构件限定燃烧流体通路。燃烧器密封件位于第一燃烧器构件和第二燃烧器构件之间。燃烧器密封件限定位于该燃烧器密封件和第二燃烧器构件之间的至少一个内部冷却通路，以及位于该燃烧器密封件和第一燃烧器构件之间的至少一个外部冷却通路，以冷却第一燃烧器构件和第二燃烧器构件。
[0005]一种用于冷却第一燃烧器构件和第二燃烧器构件的方法包括：在第一燃烧器构件和第二燃烧器构件之间沿着径向定位燃烧器密封件。冷却流体流过由燃烧器密封件和第二燃烧器构件限定的至少一个内部冷却通路。冷却流体还流过由燃烧器密封件和第一燃烧器构件限定的至少一个外部冷却通路。用过的冷却流体然后流入燃烧流体。
[0006]通过结合附图的以下描述，这些和其它的优点以及特征将变得更清楚。
附图说明
[0007]被认为是本发明的主题在本说明书所附的权利要求中被特别指出并被明确地主张。通过结合相关附图的以下的具体描述，本发明的前述和其它的对象、特征以及优点是显而易见的，在附图中：
[0008]图1是燃气涡轮机的截面示意图。
[0009]图2是图1的包括燃烧器密封件的一个实施例的燃气涡轮机的燃烧器的一部分的截面图。
[0010]图3是图2的燃烧器密封件的部分分解图。
[0011]图4是反转的图2的密封件的一个实施例的截面图。
[0012]图5是包括盘管的燃烧器密封件的一个实施例的截面图。
[0013]图6是图5的燃烧器密封件的平面图。
[0014]图7是燃烧器密封件的又一个实施例的截面图。
[0015]图8是图7的燃烧器密封件的平面图。
[0016]图9是具有多个波形段的燃烧器密封件的一个实施例的截面图。
[0017]图10是图9的燃烧器密封件的平面图。
[0018]图11是具有网状构造的燃烧器密封件的截面图。
[0019]图12是图11的燃烧器密封件的平面图。
[0020]参考附图，详细的描述以实例的形式说明本发明的实施例以及优点和特征。
部件列表
10燃气涡轮机
12压缩机
14燃烧器
16涡轮
18转子轴
20过渡件
22上游端
24燃烧器衬套
26下游端
28后框架
30燃烧器套管
32燃烧器流通道
34燃烧器盖
36上游端
38喷嘴
40燃烧室
42冲击套管
44过渡流通道
46排出流
48扩散器
50冲击孔
56搭接
58下游端
60密封件
62外部密封件
64内部密封件
66支撑件
68内部密封槽
70上游内部密封端
72下游内部密封端
74扇形孔
76冲击孔
78外部密封端
80波形段
82波形槽
84第一部分
86第二部分
88盘管
90套管
92盘管绕组
94管状杆
96冷却槽
98密封层
100、102密封端
104波形段
106端槽
108内部网状层
110外部网状层
112内部线材
114内部网状通道
116外部线材
118外部网状通道
120通道角
具体实施方式
[0021]图1中所示的是燃气涡轮机。该燃气涡轮机10包括向燃烧器14提供压缩流体的压缩机12。燃料被注入到燃烧器14内，与压缩空气混合并被点火。燃烧的热的气体产物流向涡轮16，该涡轮16从热的气体提取功以驱动转子轴18，该转子轴18又驱动压缩机12。过渡件20在上游端22在燃烧器衬套24处连接到燃烧器14上，并且在下游端26连接到涡轮16的后框架28上。过渡件20从燃烧器衬套24向涡轮16输送热的气体流。燃烧器14包括燃烧器套管30，该燃烧器套管30从燃烧器衬套24径向向外地隔开，在其间限定了燃烧器流通道32。燃烧器盖34连接在燃烧器衬套24的上游端36上，且包括至少一个喷嘴38，该喷嘴38设置于燃烧器盖34内，并伸入由燃烧器盖34和燃烧器衬套24限定的燃烧室40内。冲击套管42连接在燃烧器套管30上，并从过渡件20径向地隔开，在其间限定了过渡流通道44。
[0022]在运行中，排出流46从压缩机12通过扩散器48流向冲击套管42。排出流46继续穿过该冲击套管42中的多个冲击孔50，并在过渡流通道44中流向燃烧器14。排出流46从过渡流通道44继续前进并穿过燃烧器流通道32，直到其最终穿过至少一个喷嘴38而被引导至燃烧器衬套24。除了为燃烧过程向燃烧器14提供空气外，相对较冷的排出流46还向暴露于热的燃烧气体的构件(诸如燃烧器衬套24和过渡件20)提供非常需要的冷却。
[0023]如图2中所示，暴露于热的燃烧气体的邻近的构件(诸如过渡件20和燃烧器衬套24)之间的截面构造为搭接56，其中，例如燃烧器衬套24的下游端58构造成能够插入过渡件20的上游端22。密封件60在过渡件20和燃烧器衬套24的重叠部分之间沿着径向设置，并绕着搭接56圆周地延伸。这种应用的另一个实例为，其中密封件60设置在燃烧器衬套24和燃烧器盖34的重叠部分之间。这种应用的又一个实例为，其中密封件60设置在燃烧器盖34和至少一个喷嘴38的重叠部分之间。在一个实施例中，密封件60构造成具有波形的截面，并包括两层，外部密封件62和内部密封件64。在一些实施例中，密封件60包括由诸如焊缝构成的至少一个支撑件66，该支撑件66将密封件60固定于过渡件20或燃烧器衬套24中的至少一个部件上。
[0024]现在参看图3，内部密封件64包括至少一个内部密封槽68，该内部密封槽68设置在上游内部密封端70处且在上游内部密封端70处开口。内部密封件64还包括至少一个内部密封槽68，该内部密封槽68设置在下游内部密封端72处且在下游内部密封端72处开口。至少一个内部密封槽68可包括一个或多个扇形孔74，以在内部密封槽68处减小内部密封件64中的应力。外部密封件62包括设置在上游外部密封端78处的多个冲击孔76。至少其中一个冲击孔76位于至少一个内部密封槽68上方。外部密封件62的波形段80包括至少一个波形槽82，该波形槽82可以包括一个或多个扇形孔74，以在波形槽82处减小外部密封件62中的应力。
[0025]现在参看图2，密封件60设置在过渡件20和燃烧器衬套24之间，使得内部密封件64在上游内部密封端70和下游内部密封端72处接触燃烧器衬套24。外部密封件62在波形段80处接触过渡件20。在运行中，穿过过渡流通道44的流的一部分流过过渡件20的上游端22并在过渡件20和燃烧器衬套24之间流动。流的第一部分84继续前进穿过至少一个波形槽82，从而向过渡件20提供冷却，而流的第二部分86穿过内部密封槽68和/或冲击孔76，从而向燃烧器衬套24提供冷却。虽然图3的实施例具有两个密封层，但是，在本公开的范围内，设想具有诸如一层或三层的不同数量的密封层的构造。
[0026]在图4中所示的实施例中，图2的密封件60可以反转或翻转，使得上游内部密封端70和下游内部密封端72接触过渡件20，且密封件60在波形段80处接触燃烧器衬套24。图4中所示的密封件60的反转可以加强燃烧器衬套24的冷却，从而可以减小或消除流向燃烧器衬套24的其它冷却流。在该实施例中，密封件60被固定在过渡件20上，因而过渡件20的热膨胀和/或安装位移将不影响密封件60的性能。
[0027]在如图5中所示的另一个实施例中，密封件60包括盘管88，该盘管88在过渡件20和燃烧器衬套24之间沿着径向设置，并接触过渡件20和燃烧器衬套24。盘管88绕着搭接56圆周地延伸，并通过至少一个支撑件66固定于过渡件20或燃烧器衬套24中的至少一个部件上。示出为具有环状截面的套管90位于盘管88内。盘管88和套管90构造成允许流在如图6中所示的盘管绕组92之间前进。再次参看图5，当套管90提供密封以防止热的气体从过渡件20的不希望的流出时，第一部分84在盘管绕组92之间继续前进，以向过渡件20提供冷却，且第二部分86在盘管绕组92之间继续前进，以向燃烧器衬套24提供冷却。
[0028]在图7中所示的另一个实施例中，密封件60包括实心的或管状的杆94，该管状的杆94在过渡件20和燃烧器衬套24之间沿着径向设置并接触过渡件20和燃烧器衬套24。杆94绕着搭接56圆周地延伸，并通过至少一个支撑件66固定于过渡件20或燃烧器衬套24中的至少一个部件上。多个冷却槽96设置在如图8中所示的杆94中，以向过渡密封件20和燃烧器衬套24提供冷却流。图8中所示的冷却槽96大致轴向地设置在该杆94中，但是，应当意识到，在本公开的范围内，设想以其它的角度方向设置的冷却槽96。
[0029]图9中图示了密封件60的另一个备选的实施例。该密封件60包括至少一个密封层98，该密封层98具有上游密封端100、下游密封端102、以及设置在其间的多个波形段104。密封层98绕着搭接56圆周地延伸，并通过至少一个支撑件66固定于过渡件20或燃烧器衬套24中的至少一个部件上，且包括设置在每个密封端100、102处的至少一个端槽106。各波形段104接触过渡件20或燃烧器衬套24中的一个部件，并包括如图10中所示的至少一个波形槽82。至少一个波形槽82可以包括一个或多个扇形孔74，以在波形槽82处减小密封层98中的应力。再次转到图9，第一部分84继续穿过波形槽82以向过渡件20提供冷却，且第二部分86继续前进穿过设置在上游密封端100处的端槽106，穿过波形槽82，并穿过设置在下游密封端102处的端槽106，以向燃烧器衬套24提供冷却。虽然图9中所示的实施例包括三个波形段104和接触燃烧器衬套24的密封端100、102，但是，通过本公开，设想其它数量的波形段104和密封端100、102的其它方位。
[0030]图11中图示了密封件60的又一个实施例。该实施例的密封件60包括多层网。图11中的网具有内部网状层108和外部网状层110。内部网状层108由例如多条内部线材112形成，内部线材112排列以限定多个内部网状通道114。同样地，外部网状层110由例如多条外部线材116形成，外部线材116排列以限定多个外部网状通道118。如图12中所示，内部网状层108和外部网状层110构造成使得在内部网状通道114和外部网状通道118之间存在通道角120。图12的通道角120为大致90度，但是，应当意识到，根据所期望的冷却效果，设想其它的通道角120。为了提供冷却，第一部分84继续前进穿过外部网状通道118，以向过渡件20提供冷却，而第二部分86继续前进穿过内部网状通道114，以向燃烧器衬套24提供冷却。
[0031]虽然以上实施例描述了设置在过渡件20和燃烧器套管24之间的密封件60，但是密封件60可以被应用于燃烧器14或燃气涡轮机10中的其它位置，例如，过渡件20和后框架28之间或燃烧器衬套24和燃烧器盖34之间。
[0032]虽然仅结合了有限数量的实施例详细地描述了本发明，但是应该容易理解，本发明并不限于此类公开的实施例。相反，可以修改本发明以结合此前未描述但与本发明的要旨和范围相称的任意数量的变型、变更、置换或等价装置。此外，虽然已经描述了本发明的不同实施例，但是应当理解，本发明的各方面可仅包括其中一些所描述的实施例。因此，本发明不能被视为由前述描述所限制，而是仅由所附权利要求的范围限定。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮机(10)的燃烧器(14)，包括：
第一燃烧器构件；
第二燃烧器构件，所述第二燃烧构件能够至少部分地插入所述第一燃烧器构件，所述第一燃烧器构件和所述第二燃烧器构件限定燃烧流体通路；以及
燃烧器密封件(60)，其设置在所述第一燃烧器构件和所述第二燃烧器构件之间，所述燃烧器密封件(60)限定位于所述燃烧器密封件(60)和所述第二燃烧器构件之间的至少一个内部冷却通路，以及位于所述燃烧器密封件(60)和所述第一燃烧器构件之间的至少一个外部冷却通路，以冷却所述第一燃烧器构件和所述第二燃烧器构件。
2.如权利要求1所述的燃烧器(14)，其特征在于，所述燃烧器密封件(60)包括：
内部密封层(64)，其接触所述第二燃烧器构件，并限定穿过所述内部密封层的所述至少一个内部冷却通路，用于从所述燃烧流体通路的外面提供冷却流体，以冷却所述第二燃烧器构件；以及
外部密封层(62)，其接触所述第一燃烧器构件，并限定穿过所述外部密封层的所述至少一个外部冷却通路，用于从所述燃烧流体通路的外面提供冷却流体，以冷却所述第一燃烧器构件。
3.如权利要求2所述的燃烧器(14)，其特征在于，所述内部密封层(64)和所述外部密封层(62)中的至少一个密封层具有波形的截面(80)。
4.如权利要求2所述的燃烧器(14)，其特征在于，所述内部密封层(64)包括至少一个内部密封槽(68)，该内部密封槽限定所述至少一个内部冷却通路。
5.如权利要求2所述的燃烧器(14)，其特征在于，所述外部密封层(62)包括至少一个外部密封槽(82)，该外部密封槽限定所述至少一个外部冷却通路。
6.如权利要求1所述的燃烧器(14)，其特征在于，所述燃烧器密封件(60)包括：
至少一个盘管(88)，其包括多个绕组(92)；以及
至少一个套管(90)，其设置在所述至少一个盘管(88)内，从而限定位于所述第二燃烧器构件、所述至少一个套管(90)以及邻近的盘管的绕组(92)之间的所述至少一个内部冷却通路。
7.如权利要求1所述的燃烧器(14)，其特征在于，所述燃烧器密封件(60)包括至少一个杆(94)，该杆(94)在所述第一燃烧器(14)构件和所述第二燃烧器(14)构件之间沿着径向设置，所述至少一个杆(94)包括：
至少一个内部槽(96)，其限定位于所述至少一个杆(94)和所述第二燃烧器构件之间的所述内部冷却通路；以及
至少一个外部槽(96)，其限定位于所述至少一个杆和所述第一燃烧器构件之间的所述外部冷却通路。
8.如权利要求1所述的燃烧器(14)，其特征在于，所述燃烧器密封件(60)包括：
内部网状层(108)，其具有多条内部线材(112)，该多条内部线材限定位于邻近的内部线材(112)之间的所述至少一个内部冷却通路；以及
外部网状层(110)，其具有多条外部线材(116)，该多条外部线材限定位于邻近的外部线材(116)之间的所述至少一个外部冷却通路。
9.一种用于冷却第一燃烧器构件和第二燃烧器构件的方法，包括：
在所述第一燃烧器构件和所述第二燃烧器构件之间沿着径向定位燃烧器密封件(60)，所述第二燃烧构件能够至少部分地插入所述第一燃烧器构件，所述第一燃烧器构件和所述第二燃烧器构件限定燃烧流体通路；
使冷却流体从所述冷却流体通路的外面流过由所述燃烧器密封件(60)和所述第二燃烧器构件限定的至少一个内部冷却通路；以及
使冷却流体从所述冷却流体通路的外面流过由所述燃烧器密封件(60)和所述第一燃烧器构件限定的至少一个外部冷却通路。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使冷却流体流过至少一个内部冷却通路包括使所述冷却流体流过所述燃烧器密封件(60)中的至少一个内部密封槽(68)。
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