CN102042091A - 用于在涡轮机中分配燃料的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在涡轮机中分配燃料的系统和方法。具体而言，一种涡轮机包括压缩机、操作地连接到压缩机上的涡轮，以及流体地连接在压缩机和涡轮之间的燃烧组件。燃烧组件包括端盖，该端盖包括多个燃料回路、流体地连接到该多个燃料回路中的至少一个上的燃料分配凸缘、流体地连结到该多个燃料回路中的至少一个上的喷嘴组件，以及构造和设置成用以传输燃料至燃料分配凸缘的燃料分配系统。燃料分配系统选择性地起动，以在足够的压力下分级地传输燃料至该多个燃料回路中的至少一个来实现在喷嘴组件处的雾化而不需要补充的雾化空气流，之后在一定的压力下传输燃料至该多个燃料回路中的其它回路来实现雾化而不需要补充的雾化空气流。

Description

用于在涡轮机中分配燃料的系统和方法

技术领域

文中所公开的主题涉及涡轮机领域，且更具体地涉及用于在涡轮机中分配燃料的系统和方法。

背景技术

涡轮机通常包括供送燃料至各自燃烧室的多个燃烧器组件。燃料供送至包括多个燃料回路的端盖，这些燃料回路中的各个均终止于燃料喷嘴。在液体燃料的情况下，端盖包括将该多个燃料回路中的各个连结到燃料源上的凸缘。凸缘将液体燃料进给至各个喷嘴。除了燃料，水可通过另一凸缘供送至各个喷嘴，以及可从压缩机提供补充的雾化空气源给各个喷嘴。

最初，燃料和水输送至凸缘以便分配给特定端盖上的所有燃料回路。在一定时段例如启动期间，燃料在低压下传送至各个燃料回路。因此，必须添加呈压缩空气形式的补充雾化空气，用以确保燃料在各个喷嘴处的适当雾化。如果燃料未经适当雾化，则不会发生燃烧。压缩空气通常获取自相关压缩机的中间级。更具体而言，压缩空气抽取自工作流体路径，传送至进一步增加压力的补充压缩机，以及输送至端盖用以使燃料雾化。自工作流体路径抽取空气降低了涡轮操作效率。除了降低涡轮效率，对于补充压缩机和相关联的管路传输压缩空气至端盖的需求增加了投资成本以及维护和操作成本

发明内容

根据本发明的一个方面，一种涡轮机包括压缩机、操作地连接到压缩机上的涡轮，以及流体地连接在压缩机和涡轮之间的燃烧组件。燃烧组件包括端盖，该端盖包括多个燃料回路、流体地连接到该多个燃料回路中的至少一个上的燃料分配凸缘(flange)、流体地连结到该多个燃料回路中的至少一个上的喷嘴组件，以及构造和设置成用以传输燃料至燃料分配凸缘的燃料分配系统。燃料分配系统选择性地起动，以在足够的压力下分级地传输燃料至该多个燃料回路中的至少一个，从而在喷嘴组件处实现雾化而无需补充的雾化空气流，之后在足够的压力下传输燃料至该多个燃料回路中的其它回路从而在喷嘴组件处实现雾化而无需补充的雾化空气流。

根据本发明的另一方面，一种分配燃料至提供在涡轮机燃烧器组件的端盖中的多个燃料回路的方法，包括传输燃料至流体地连接到该多个燃料回路中的至少一个上的燃料分配凸缘、引导来自该多个燃料回路中的至少一个的燃料至喷嘴组件，以及在喷嘴组件处雾化燃料而无需使用补充的雾化空气流。

根据示例性实施例的又一方面，一种涡轮机包括压缩机、操作地连接到压缩机上的涡轮、流体地连接在压缩机和涡轮之间的燃烧组件。燃烧组件包括端盖，该端盖包括多个燃料回路、流体地连接到该多个燃料回路中的至少一个上的燃料分配凸缘、流体地连结到该多个燃料回路中的至少一个上的喷嘴组件，以及构造和设置成用以传输燃料至该燃料分配凸缘的燃料分配系统。该燃料分配系统选择性地起动，以分级地传输燃料至该多个燃料回路中的至少一个上，之后传输燃料至该多个燃料回路中的其它回路。

这些及其它的优点和特征根据以下描述并结合附图将变得更为清楚。

附图说明

视为本发明的主题在权利要求中具体地指出并清楚地主张权利。本发明的上述及其它特征以及优点根据以下详细描述并结合附图而变得清楚，在附图中：

图1是包括根据示例性实施例的燃料分配系统的涡轮机的局部截面侧视图；以及

图2是图1中的涡轮机的端盖的透视图。

详细描述通过参照附图以举例的方式阐述了本发明的实施例以及优点和特征。

零件清单

2     涡轮机

4     压缩机

6     燃烧器组件

8     端盖

14    燃烧器喷嘴组件

16    燃烧器喷嘴组件

20    燃烧室

24    涡轮

26    压缩/涡轮轴或转子

40    本体部件

43    第一/外表面

44    第二/内表面

51    多个凸缘

55，56    燃料分配凸缘

57    燃料分配

58    第三凸缘(水)

60，61，62，63    附加凸缘

71，72，73，74，75    入口部件

85    第一管道

86    第一燃料回路

88    第二管道

89    第二燃料管道

91     第一端部(85)

92     第二端部(85)

96     第二端部(88)

104    第三管道

105    第三燃料回路

107    第四管道

108    第四燃料回路

110    第五管道

111    第五燃料回路

113    第一端部(104)

114    第二端部(104)

117    第一端部(107)

118    第二端部(107)

121    第一端部(110)

122    第二端部(110)

130，131，132，133，134    水回路

144    燃料分配系统

148    燃料源

具体实施方式

参看图1，根据示例性实施例所构成的涡轮机大体上示出为2。涡轮机2包括压缩机4和多个沿周向隔开的燃烧器组件，其中的一个示出为6。燃烧器组件6包括端盖8，该端盖支承多个燃烧器喷嘴组件，其中的两个示出为14和16。如下文将要更充分讨论的是，喷嘴组件14和16引导燃料到燃烧室20中。燃料在燃烧室20中点燃，形成引向涡轮24的热气体。如图所示，涡轮24通过公共的压缩机/涡轮轴或转子26操作(或起作用)地连结到压缩机4上。

在操作中，空气流动到压缩机4中并经受压缩。一部分的压缩空气然后供送至燃烧器组件6。燃料经引导通向燃烧室20，在其中燃料与空气相混合并点燃。生成燃烧气体并将其引导至涡轮24，在其中热气体中的热能转换成驱动轴26的机械旋转能。应懂得的是，如文中所用，用语“燃料”包括流动的任何介质或材料，并且不限于一种类型的燃料。燃料还应理解为包括燃料和水的混合物，或其它流体，或各种燃料的混合物。

现在将参照图2描述根据示例性实施例的端盖8。如图所示，端盖8包括具有第一或外表面43和相对的第二或内表面44的本体部件40。端盖8包括用作通向燃烧器组件6的入口的多个凸缘。更具体而言，端盖8包括第一和第二燃料分配凸缘55和56，它们以下文将更为全面详述的方式传输液体燃料至燃烧器组件6。此外，端盖8包括传输水至燃烧器组件6的第三凸缘58，以及传输其它材料如气体燃料和吹扫空气的各种附加凸缘60-63。端盖8还示出为包括多个入口部件71-75，它们流体地连结到与燃烧器组件6相关联的喷嘴组件上。更具体而言，入口部件71流体地连接到喷嘴组件14上，而入口部件75则流体地连接到喷嘴16上。入口部件71-75中的其它入口部件连接到附加的喷嘴组件(未示出)上。

如图2中进一步所示，第一燃料分配凸缘55经由限定第一燃料回路(未单独标示)的第一管道85流体地连接到入口部件72上。第一燃料分配凸缘55还经由限定第二燃料回路(也未单独标示)的第二管道88而连接到入口部件75上。如图所示，第一管道85包括第一端部91，该第一端部91从第一燃料分配凸缘55延伸，通向连接到入口部件72的顶部上的第二端部92。类似的是，第二管道88包括第一端部(未示出)，该第一端部从燃料分配凸缘55延伸，通向连接到入口部件75的顶端上的第二端部96。如在图2中进一步所示，第二燃料分配凸缘56经由限定第三燃料回路的第三管道104流体地连接到流体部件71上，经由限定第四燃料回路的第四管道107连接到入口部件73上，以及经由限定第五燃料回路的第五管道110连接到入口部件74。

类似于上述方式，第三管道104包括第一端部113，该第一端部从第二燃料分配凸缘56延伸，通向连接到入口部件71的上部上的第二端部114。第四管道107包括第一端部117，该第一端部从第二燃料分配凸缘56延伸，通向与入口部件73的上部相连接的第二端部118，而第五管道110包括第一端部121，该第一端部从第二燃料分配凸缘56延伸，通向连接到入口部件74的上部上的第二端部122。除了该五个燃料回路，端盖8包括五个水回路130-134，它们流体地连接第三凸缘58与多个入口部件71-75中的各个的侧部部分。水回路130-134将水引至由端盖8承载的多个喷嘴组件中的各个。

根据示例性实施例，涡轮机2包括流体地连接燃料源148与第一和第二燃料分配凸缘55和56的燃料分配系统144。燃料分配系统144容许分级地分配燃料至与端盖8相关联的五个燃料回路中的各个。更具体而言，在例如启动期间，燃料输送至第一燃料分配凸缘55以便传输至入口部件72和75。通过仅传输燃料至入口部件72和75，在第一和第二管道85和88内的压力高于如果燃料输送至五个燃料回路中的各个的情况。以此方式，传送自与第一和第二入口部件72和75相关联的喷嘴组件的燃料不需要补充的雾化空气流。也就是说，根据示例性实施例，流经第一和第二管道的燃料以高于至少1磅/秒(lb/sec)(0.45kg/sec)的速率流动。在传送经过第一和第二燃料回路的燃料点燃且涡轮2开始获得速度之后，通向第一燃料传输凸缘55的流率增加至处在大约1lb/sec和大约2lb/sec(0.907kg/sec)之间的水平。

一旦燃料的流率足够高，则附加的燃料输送至第二燃料分配凸缘56以便传输至剩余的燃料回路。以此方式，传送至剩余燃料回路的燃料处在足够的流率下以从喷嘴组件引起雾化而不需要附加的、补充的雾化空气流。通过消除对补充雾化的需要，涡轮效率得到增强。也就是说，示例性实施例不需要引导从涡轮24的下游部分回到燃烧器组件6以便建立补充雾化空气流的提取。通过消除对该种提取的需要，更多能量经过涡轮24，增强了总体涡轮机效率。此外，根据示例性实施例的涡轮机将不需要辅助的压缩机来进一步压缩补充的雾化空气流，从而降低了投资成本和消除了各种维护问题。

尽管本发明结合了仅有限数目的实施例进行了详细地描述，但应容易理解的是，本发明不限于此类公开的实施例。确切而言，本发明可进行修改以结合此前并未描述但与本发明的精神和范围相匹配的任一数目的变型、变体、替代方案或等同布置。此外，尽管已描述了本发明的各种实施例，但应理解的是，本发明的各方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应视作为由前述描述所限制，而是仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (9)

1.一种涡轮机(2)，包括：

压缩机(4)；

操作地连接到所述压缩机(4)上的涡轮(24)；

流体地连接在所述压缩机(4)和所述涡轮(24)之间的燃烧组件(6)，所述燃烧组件(6)包括：

包括多个燃料回路(86，89，105，108，111)的端盖(8)；

流体地连接到所述多个燃料回路(86，89，105，108，111)中的至少一个上的燃料分配凸缘(55，56)；

流体地连结到所述多个燃料回路(86，89，105，108，111)中的至少一个上的喷嘴组件(14，16)；以及

构造和设置成用以传输燃料至所述燃料分配凸缘(55，56)的燃料分配系统(144)，所述燃料分配系统(144)选择性地起动，以在足够的压力下分级地传输燃料至所述多个燃料回路(86，89，105，108，111)中的至少一个来在所述喷嘴组件(14，16)处实现雾化而无需补充的雾化空气流，之后在足够的压力下传输燃料至所述多个燃料回路(86，89，105，108，111)中的其它燃料回路来在所述喷嘴处实现雾化而无需补充的雾化空气流。

2.根据权利要求1所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述燃烧组件(6)还包括流体地连接到所述多个燃料回路(86，89，105，108，111)中的至少一个其它燃料回路上的另一燃料分配凸缘(55，56)，以及流体地连接到所述多个燃料回路(86，89，105，108，111)中的至少一个其它燃料回路上的另一喷嘴组件(14，16)，其中，所述燃料分配系统(144)仅在燃料压力足以在所述另一喷嘴处实现雾化而不需要补充的雾化空气流时引导燃料通向所述多个燃料回路(86，89，105，108，111)中的至少一个其它燃料回路。

3.根据权利要求2的所述涡轮机(2)，其特征在于，所述端盖(8)包括至少五个燃料回路，所述至少五个燃料回路中的各个均流体地连接到相关联的喷嘴组件(14，16)上。

4.根据权利要求3所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述燃料分配凸缘(55，56)连接到所述至少五个燃料回路中的一个上。

5.根据权利要求3所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述燃料分配凸缘(55，56)连接到所述多个燃料回路(86，89，105，108，111)中的仅两个上。

6.根据权利要求2所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述燃料传输系统构造和设置成用以分级地传输液体燃料至所述燃料分配凸缘(55，56)和所述另一燃料分配凸缘(55，56)中的各个。

7.根据权利要求6所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述燃料传输系统仅在所述燃料分配凸缘(55，56)处的燃料流高于至少1磅/秒(0.45kg/sec)之后传送燃料至所述另一燃料分配凸缘(55，56)。

8.根据权利要求6所述的涡轮机(2)，其特征在于，所述燃料传输系统仅在所述燃料分配凸缘(55，56)处的燃料流处在至少1磅/秒(0.45kg/sec)和大约2磅/秒(0.907kg/sec)之间以后传送燃料至所述另一燃料分配凸缘(55，56)。

9.一种分配燃料至提供在涡轮机(2)燃烧器组件(6)的端盖(8)中的多个燃料回路(86，89，105，108，111)的方法，所述方法包括：

传输燃料至流体地连接到所述多个燃料回路(86，89，105，108，111)中的至少一个上的燃料分配凸缘(55，56)；

引导所述燃料从所述多个燃料回路(86，89，105，108，111)中的至少一个通向喷嘴组件(14，16)；以及

在所述喷嘴组件(14，16)处雾化燃料而不采用补充的雾化空气流。

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