CN101561139A - 涡轮机的燃烧器及其改装和建造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涡轮机的燃烧器及其改装和建造方法，具体而言，提供了一种涡轮机的燃烧器、一种改装涡轮机的燃烧器的方法以及一种建造涡轮机的燃烧器的方法。该燃烧器包括：燃烧室，沿着该燃烧室限定掺混口；壳体，其周向地包围燃烧室以限定壳体和燃烧室之间的气流，该气流成形为经由掺混口向燃烧室供给掺混空气；以及容易调整的掺混气流调节部分，其设置在壳体上并与气流连通。掺混气流调节部分构造成增加和/或减少向燃烧室供给的掺混空气的可用量。

Description

涡轮机的燃烧器及其改装和建造方法
技术领域
[0001]本发明的方面涉及涡轮机的燃烧器、改装涡轮机的燃烧器的方法、以及建造涡轮机的燃烧器的方法，并且，更具体而言，涉及包括掺混空气调节部件的涡轮机的燃烧器、改装带有掺混空气调节部件的涡轮机的燃烧器的方法、以及建造带有掺混空气调节部件的涡轮机的燃烧器的方法。
背景技术
[0002]由于调节需要改变，人们已经注意到燃气涡轮发动机的安装和/或修理中的低效率。换言之，应当理解，在燃气涡轮发动机的燃烧室内保持一定量的掺混空气对于燃气涡轮发动机的高效运行和调节而言是必要的。还应当理解，通过增大或减小燃烧室的衬套中的掺混口的大小，能够实现保持这样的量的掺混空气。然而，与增大或减小掺混口的大小相关的过程费时且昂贵，而且，为了达到目前要求的所期望的结果，可能需要重复多次来调节燃烧器。
[0003]例如，如果发现燃气涡轮机因为掺混口(dilution breach)需要扩大而低效地运行，那么至少需要移除整个燃气涡轮机的壳体。这可能包括关闭燃烧器，拆卸盖组件、端盖、燃料管路和衬套，以及从壳体的每个凸缘移除20个螺栓。一旦将衬套移除，则可以扩大掺混口并可以重新建造组件。在该点处，如果仍然发现燃气涡轮发动机低效地运行，那么可能需要重复该过程。
发明内容
[0004]根据本发明的一个方面，提供了一种涡轮机的燃烧器，其包括：燃烧室，在该燃烧室内发生燃料燃烧，且沿着该燃烧室限定掺混口；壳体，其周向地包围燃烧室以限定壳体和燃烧室之间的气流，该气流成形为经由掺混口向燃烧室供给掺混空气；以及掺混气流调节部分，其设置在壳体上并与气流连通，掺混气流调节部分构造成增加和/或减少向燃烧室供给的掺混空气的可用量。
[0005]根据本发明的另一个方面，提供了一种改装涡轮机的燃烧器的方法。该涡轮机包括燃料燃烧室，以及周向地包围燃烧室并限定气流的壳体，从该气流经由掺混口向燃烧室供给掺混空气。该方法包括：测量燃料燃烧特征；确定向燃烧室供给的掺混空气的可用量低于基于测量的燃料燃烧特征的预先确定的阈值；以及将掺混气流调节部分安装在壳体上并使其与气流连通，以增加和/或减少向燃烧室供给的掺混空气的可用量。
[0006]根据本发明的另一个方面，提供了一种建造涡轮机的燃烧器的方法。该方法包括：形成燃料燃烧室；沿着燃烧室的外部形成掺混口；用壳体周向地包围燃烧室，以限定壳体和燃烧室之间的气流，气流成形为经由掺混口向燃烧室供给掺混空气；以及将掺混气流调节部分安装在壳体上并使其与气流连通，由此将其定位成增加和/或减少向燃烧室供给的掺混空气的可用量。
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说明，本发明的前述和其它的对象、特征以及优点将变得显而易见，其中：
[0008]图1是一个示范性的燃气涡轮发动机的部分截面图；
[0009]图2A和图2B分别是根据本发明的示范性实施例的、形状与火花塞相似的掺混空气调节装置和形状与窜火管相似的掺混空气调节装置的透视图；
[0010]图3是根据本发明的示范性实施例的掺混空气调节构件的透视图；以及
[0011]图4是与图1的示范性的燃气涡轮发动机共同使用的控制器和伺服机构的透视图。
部件列表
1燃气涡轮发动机
10燃烧器
20燃烧室
21环状的燃烧衬套
22文丘里喉管区
23排气端口
24掺混口
25过渡管道
30流套管
35气流
40壳体
41第一凸缘
42螺栓
43外部壳体
44第二凸缘
45螺栓容纳空间
50盖组件
60主燃料喷嘴
70从燃料喷嘴
80掺混气流调节部分
81第一轴向位置
82第二轴向位置
100第一掺混空气调节装置
101轴线
110第二掺混空气调节装置
120掺混气流调节构件
121内部构件
122外部构件
125第一排放孔
126第二排放孔
200伺服机构
205信号
210控制器
具体实施方式
[0012]参考图1，一个示范性的燃气涡轮发动机1包括压缩机(未显示)、燃烧器10以及位于燃烧器10的下游的涡轮(未显示)。压缩机10包括在其中发生空气和燃料的燃烧的燃烧室20、从燃烧室20向下游延伸的过渡管道25、以及封闭燃烧室10的壳体40。
[0013]燃烧室20包括环状的燃烧衬套21。文丘里喉管区22被沿着燃烧衬套21限定，且包括会聚部分和发散部分，燃烧衬套21在会聚部分变窄，发散部分设置在会聚部分的下游且燃烧衬套21在发散部分扩大。排气端口23被沿着燃烧衬套21限定，以容许冷却并协助前进至燃烧室20内的燃烧。掺混口24在燃烧衬套21中被限定在燃烧室20的第二轴向位置82处。掺混口24允许掺混空气进入燃烧室20内，并且，当掺混口24的大小对于燃气涡轮发动机1校准时，掺混口24构造成为燃烧室20内的燃烧保持适当水平的掺混空气。
[0014]燃烧室20被壳体40包围，从而绕着燃烧室20的外部限定环状的气流35。流套管30联接到壳体40的内表面上并引导气流35中的气流从壳体40的远端至少流向掺混口24。
[0015]壳体40包括被第一螺栓42支撑的第一凸缘41、联接到第一凸缘41上的外部壳体43、以及联接到外部壳体43上且被第二螺栓支撑的第二凸缘44，第二螺栓容纳在螺栓容纳空间45中。包括主燃料喷嘴60和从燃料喷嘴70的盖组件50设置在壳体40的端部处，并至少通过第二螺栓联接到第二凸缘44上。
[0016]由于第一螺栓42和第二螺栓各自以约二十(20)个螺栓的组提供，因而组装和拆卸壳体40的过程每次都是费时的。换言之，壳体40的组装包括将第一凸缘41、外部壳体43、第二凸缘44以及盖组件50定位，以及拧紧大约四十(40)个螺栓，而壳体40的拆卸则至少要求移除四十(40)个螺栓。因此，减少要执行组装过程和拆卸过程的次数以例如重新校准掺混口24的大小可能是有利的。
[0017]为此，将掺混气流调节部分80设置在壳体40上并与气流35连通。掺混气流调节部分80构造成增加和/或减少向燃烧室20供给的掺混空气的可用量，并且因此充分地降低或消除重复地拆卸以校准掺混口24的必要，否则校准掺混口24将要求至少重复地组装/拆卸壳体40。
[0018]根据本发明的一个实施例，掺混气流调节部分80位于燃烧器10的第一轴向位置81处。此处，第一轴向位置81从设置有掺混口24的第二轴向位置82沿着燃气涡轮发动机1的纵轴线向前。进一步具体而言，应当注意，第一轴向位置81可能贴近盖组件50，但不限于该位置。
[0019]参考图2A、3和4，应当注意，掺混气流调节部分80可以包括形状与火花塞相似的第一掺混空气调节装置100。在本发明的一个备选实施例中，并参照图2B，应当注意，掺混气流调节部分80可以包括形状与窜火管相似的第二掺混空气调节装置110。
[0020]进一步具体而言，如即将参考第一掺混空气调节装置100的情况所述，第一掺混空气调节装置100的掺混空气孔隙率决定了气流35中存在的掺混空气的可用量。因此，由于可以增加和/或减少第一掺混空气调节装置100的掺混空气孔隙率，因而可以增加和/或减少气流35中的掺混空气的可用量。为此，第一掺混空气调节装置100可以包括掺混气流调节构件120，该掺混气流调节构件120具有例如由操作员将扳手应用于第一掺混空气调节装置100的适合的部分而可以绕着其轴线101旋转的部件(例如，内部构件121)。该旋转增加和/或减少第一掺混空气调节装置100的掺混空气孔隙率，并由此增加和/或减少气流35内的掺混空气的可用量。
[0021]进一步参考图3，掺混气流调节构件120可以包括内部构件121和外部构件122，该内部构件121具有与壳体40的外部连通的第一排放孔125，该外部构件122具有与气流35连通的第二排放孔126。在此，外部构件联接在第一掺混空气调节装置100上并相对于该装置固定，而内部构件121可以绕着轴线101相对于外部构件122旋转。所以，内部构件121的旋转使得第一排放孔125和第二排放孔126彼此位置一致和/或不一致，并由此提供掺混空气的增加和/或减少的可用量。
[0022]现在参考图4，在本发明的又一个实施例中，伺服机构200可以构造成操纵第一掺混空气调节装置100的掺混气流调节构件120，以增加和/或减少其掺混空气孔隙率。在此，控制器210可以可操作地联接到燃烧室20和伺服机构200上。控制器210构造成监视燃烧室20中的燃烧，并向伺服机构200传送指示伺服机构操纵掺混气流调节构件120的信号205。
[0023]根据本发明的另一方面，提供了一种改装燃气涡轮发动机1的燃烧器10的方法。如上所述，燃烧器10包括在其中发生燃料燃烧的燃烧室20以及壳体40，该壳体40周向地包围燃烧室20以限定壳体40和燃烧室20之间的气流35。气流35成形为经由掺混口24向燃烧室20供给掺混空气。该方法包括：测量例如燃料燃烧室内的燃料燃烧特征；确定向燃烧室供给的掺混空气的可用量低于基于测量的燃料燃烧特征的预先确定的阈值；以及将掺混气流调节部分80安装在壳体40上并使其与气流35连通，以增加和/或减少向燃烧室20供给的掺混空气的可用量。
[0024]在此，该方法还可以包括确定掺混空气的可用量的数量。确定了掺混空气的可用量的数量之后，如果确定掺混空气的可用量的数量低于预先确定的阈值，那么可以操纵掺混气流调节装置80以增加和/或减少掺混空气的可用量。该预先确定的阈值对于每个改装的燃烧器10而言可以是唯一的，但是，通常将与足以保持燃烧室20内的理想水平的燃烧的掺混空气的量相关。
[0025]根据本发明的又一方面，提供了一种建造燃气涡轮发动机1的燃烧器10的方法。该方法包括：形成燃烧室20；沿着燃烧室20的外部形成掺混口24；用壳体40周向地包围燃烧室20，以限定壳体40和燃烧室20之间的气流35，气流35成形为经由掺混口24向燃烧室20供给掺混空气；以及将掺混气流调节部分80安装在壳体40上并使其与气流35连通，由此将其定位成增加和/或减少向燃烧室20供给的掺混空气的可用量。
[0026]在此，掺混口24的形成可以包括将掺混口24的尺寸设定为其初始值，而掺混气流调节部分80的安装可以包括将掺混气流调节部分80的掺混空气孔隙率设定为根据掺混口24的尺寸的初始值而估计的初始水平。于是，如上所述，可以确定掺混空气的可用量的数量，并且，如果确定该数量低于预先确定的阈值，那么可以操纵掺混气流调节装置80以增加和/或减少掺混空气的可用量。
[0027]在本发明的每个以上提及的方面，将掺混气流调节部分80设在壳体40上包括至少以下其中一个步骤：在掺混口24的前方贴近盖组件50安装掺混气流调节部分80，但不必限于该区域；用形状与火花塞相似的第一掺混空气调节装置100替换燃烧器的火花塞；用形状与窜火管相似的第二掺混空气调节装置110替换燃烧器的窜火管；在没有其他构件已安装于壳体40的位置处，将掺混气流调节部分件80安装于壳体40上；或者建造新的壳体，且凸起部设置在壳体上以支撑掺混气流调节部分80。一旦如此安装后，可以操纵掺混空气调节部件80并由此增加和/或减少掺混空气的可用量。
[0028]虽然已经结合了仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但是，容易理解本发明并不限于这些公开的实施例。相反，可以修改本发明以结合此前未描述却与本发明的要旨和范围相称的任意数量的变型、变更、置换或同等配置。此外，虽然已经描述了本发明的不同的实施例，但是应当理解，本发明的各方面可以仅包括其中一些所描述的实施例。因此，本发明不能被视为仅限于上述的描述，而仅由所附的权利要求的范围限定。

Claims (10)

1.一种涡轮机(1)的燃烧器(10)，包括：
燃烧室(20)，在该燃烧室内发生燃料燃烧，且沿着该燃烧室限定掺混口(24)；
壳体(40)，其周向地包围所述燃烧室(20)，以限定所述壳体(40)和所述燃烧室(20)之间的气流(35)，所述气流(35)成形为经由所述掺混口(24)向所述燃烧室(20)供给掺混空气；以及
掺混气流调节部分(80)，其设置在所述壳体(40)上并与所述气流(35)连通，所述掺混气流调节部分(80)构造成增加和/或减少向所述燃烧室(20)供给的所述掺混空气的可用量。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述掺混气流调节部分(80)包括掺混空气调节装置(100，110)。
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述掺混空气调节装置(100)具有火花塞的形状。
4.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述掺混空气调节装置(110)具有窜火管的形状。
5.一种改装涡轮机(1)的燃烧器(10)的方法，该燃烧器包括燃料燃烧室(20)，以及周向地包围所述燃烧室(20)并限定气流(35)的壳体(40)，从该气流经由掺混口(24)向所述燃烧室(20)供给掺混空气，所述方法包括：
测量燃料燃烧特征；
确定向所述燃烧室(20)供给的所述掺混空气的可用量低于基于所述测量的燃料燃烧特征的预先确定的阈值；以及
将掺混气流调节部分(80)安装在所述壳体(40)上并使该掺混气流调节部分(80)与所述气流(35)连通，以增加和/或减少向所述燃烧室(20)供给的所述掺混空气的可用量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述掺混气流调节部分(80)安装在所述壳体(40)上包括：
用掺混空气调节装置(100)替换所述燃烧器(10)的火花塞。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述掺混气流调节部分(80)安装在所述壳体(40)上包括：
用掺混空气调节装置(110)替换所述燃烧器(10)的窜火管。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述掺混气流调节部分(80)安装在所述壳体(40)上包括：
最初将凸起部安装在所述壳体(40)上，以支撑所述掺混气流调节部分(80)。
9.一种提供涡轮机(1)的燃烧器(10)的方法，包括：
形成燃料燃烧室(20)；
沿着所述燃烧室(20)的外部形成掺混口(24)；
用壳体(40)周向地包围所述燃烧室(20)，以限定所述壳体(40)和所述燃烧室(20)之间的气流(35)，所述气流(35)成形为经由所述掺混口(24)向所述燃烧室(20)供给掺混空气；以及
将掺混气流调节部分安装在所述壳体上并使该掺混气流调节部分与所述气流连通，由此将该掺混气流调节部分定位成增加和/或减少向所述燃烧室供给的所述掺混空气的可用量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述掺混气流调节部分(80)安装在所述壳体(40)上包括：
将所述掺混气流调节部分(80)安装在事先安装于所述壳体(40)上的凸起部上。
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