CN102356224A - 燃烧器组件 - Google Patents

Abstract

一种燃烧器组件(6)包括：支撑壳体(25)，所述支撑壳体(25)具有包括燃料通道系统(49、51、53、55、57)的供给歧管(27、127)和具有从所述供给歧管(27)延伸并且通过所述供给歧管(27、127)的所述燃料通道系统(49、51、53、55、570)供给燃料的燃料喷嘴(29)。所述供给歧管(27)把至少两个从属部件(37、39、41)夹在中间。

Description

燃烧器组件

技术领域

本发明涉及一种燃烧器组件，尤其是一种用于燃气轮机的燃烧器组件。此外，本发明涉及一种燃气轮机。

背景技术

典型的燃气轮机燃烧器组件，如它主要使用在所谓的环管燃烧系统中，在例如US 6,082,111和US 2004/0055306A1中描述。该燃烧器组件典型地包括安装支撑壳体的盖板。支撑壳体包括歧管和燃料喷嘴，歧管具有机加工在其内部的燃料和燃油通道，燃料喷嘴从歧管延伸并通过燃气和燃油通道供给燃料，所谓的火箭喷口(rocket)。在燃料喷嘴中的喷射孔引导燃料流出喷嘴进入由燃气轮机的压缩器到燃烧器组件输送的空气的流动通道中。在该流动通道中存在漩流器(swirler)，用于提供涡旋以实现燃料和空气完全的混合。支撑壳体的设计包括8个燃料喷嘴(火箭发动机)，例如，其被焊接到歧管上，也被焊接到主漩流器组件的漩流器上。

然而，在提到的现有技术中描述的设计妥协于歧管生产的高成本，因为在歧管里机加工燃气和燃油通道是精巧的并且需要歧管的高厚度。在机加工燃料通道以后，盖板焊接到歧管上以使得闭合通道。在焊接过程中，由于在焊接过程中引入的热，不得不小心不要在歧管材料中产生太多的应力。并且，因为燃料与机加工在歧管内部的燃气或燃油通道的壁形成接触，用于歧管的材料需要由耐腐蚀的材料制造。此外，在使用燃烧器组件中，歧管会具有比传输通过歧管的燃料明显高的温度。因此，材料也需要是耐应力的。因此，现有技术的燃烧器组件的歧管和燃料喷嘴通常由需要通过研磨技术精加工的锻造的部件(piece)制成以减少对张力裂缝的敏感性。材料需求增加了制造歧管的成本。此外，耐腐蚀和耐应力材料通常难于加工，其甚至更增加了制造成本。

发明内容

因此，本发明的一个目标是提供一种有利的有助于降低制造支撑壳体成本的燃烧器组件。

本发明的另一个目标是提供一种有利的燃气轮机。

第一个目标通过权利要求1中所述的燃烧装置解决，第二个目标通过权利要求13中所述的燃气轮机解决。从属权利要求包含本发明的进一步的改进。

发明的燃烧器组件包括具有供给歧管和从供给歧管延伸的燃料喷嘴的支撑壳体。向燃料喷嘴供给燃料的燃料通道系统存在在供给歧管内。供给歧管由至少两个从属部件(subparts)夹合而成。

当歧管例如通过系紧(bracing)或者焊接由连接到一起的不同的从属部件夹层时，燃料通道如燃气和/或燃油通道，能够在连接从属部件为一个部件，即，夹层的供给歧管之前，在每个从属部件中机加工。那么机加工能够从从属部件的一侧完成，该从属部件的该侧会被连接到另一从属部件，即，在将该从属部件组合成夹层歧管之后，该侧会是一个内部界面(interface)。

那么在机加工后额外的焊接连接来覆盖通道并随之的热传入所涉及的应力是不必要的。此外，不同从属部件之间的连接能够位于低受应力的区域以使得夹层概念的寿命状况得以增加。因此，通过夹层供给歧管，能够简化燃料通道的机加工，因此，降低制造成本。

燃料通道系统可以包括机加工在至少其中一个从属部件中的一个或者多个凹口。特别地，支撑歧管可以由盘状的从属部件夹层，每一个盘状的从属部件具有两个相对的盘面，至少一个凹口在至少一个盘状从属部件的至少一个盘面中加工。与现有技术的歧管中的燃料通道相比，这些凹口易于机加工进从属部件里，因为与整体的现有技术的歧管相比，能够在其中机加工凹口的面的数量增加了。在连接从属部件后，凹口能随后与邻接的从属部件的凹口或者面一起形成夹合歧管的燃料通道。特别地，通过在每一个盘状从属部件的至少一个盘面中机加工至少一个凹口，可以实现复杂的燃料通道系统，特别是双燃料系统，即用于燃气和燃油的系统。更多数量的从属部件允许用于实现更复杂的燃料通道系统。如果属于不同盘状从属部件并且在夹合歧管中被布置为彼此相对位置的盘面中的凹口定位成使得在连接从属部件以后彼此对齐，能够实现燃料通道的更大的横截面。

通过从每一个凹口延伸到燃料喷嘴的至少一个通孔，燃料喷嘴能够被流体连接到燃料通道系统。

在本发明的燃烧装置，一个或者多个凹口可以本身形成燃料通道系统的至少一个燃料通道。然而，在本发明的进一步的改进中，形成燃料通道系统的至少一个燃料通道的至少一个燃料管可以被容纳在至少一个凹口中和/或在至少一个通孔中。通过不使用凹口自身作为燃料通道，可以降低材料的耐腐蚀的需要，这是因为燃料不与歧管材料形成接触。相反，燃料仅与燃料管形成接触，燃料管可以由高耐腐蚀材料制成。然而，由该材料制作燃料管与由该材料制作整个供给歧管相比更容易和便宜。当容纳燃料管在该凹口中时，供给歧管的外轮廓不需要关于气体动力学地优化的现有技术的轮廓被改变。

至少一个燃料管的端部可以通过焊接或者系紧被固定到歧管，燃料管的材料可以是比歧管的从属部件的材料更高的等级。通过这种方式，可以避免与燃料管密封有关的问题，燃料管即燃气和/或燃油管。

一种本发明的燃气轮机包括至少一个本发明的燃烧器组件。通过使用本发明的燃烧器组件，可以降低与制造燃气轮机燃烧器有关的成本。

附图说明

进一步本发明的的特征、特性和优势将从接下来结合附图的本发明的实施例的描述变得清楚。

图1示出了燃气轮机高度示意性的视图。

图2以透视图示出了本发明的燃烧器组件的实施例。

图3以分解截面图示出了燃烧器组件的供给歧管的第一变型。

图4以组装截面图示出了图3的供给歧管。

图5以截面图示出了燃烧器组件的供给歧管的第二变型。

图6示出了燃烧器组件中燃料管的布置图。

具体实施方式

图1以高度示意性视图示出了一种燃气轮机1，该燃气轮机1包括压缩器段3，具有多个环管的燃烧器5和具有设置在燃烧器中的燃烧器组件6的燃烧器段4，以及涡轮段7。转子9延伸穿过所有段并且在压缩器段3中支撑多列压缩器叶片11，并在涡轮段7中，支撑多列涡轮叶片13。在压缩叶片11的相邻的列之间和涡轮叶片13的相邻的列之间，多列压缩器定子叶片15和涡轮定子叶片17分别从燃燃气涡轮1的壳体19径向地向内朝向转子9延伸。

在燃气轮机1的工作中，空气通过压缩器段3的空气入口21吸入。空气通过转动压缩器叶片11被压缩并且同时引导向燃烧器段4的燃烧器组件6。在燃烧器组件6中，空气与气体或液体燃料混合并且混合物在燃烧器5中燃烧。由燃烧燃料-空气混合物产生的热的和加压的燃烧气体被供给涡轮段7。在它穿过涡轮段7的路线上，热的和加压的气体在膨胀和冷却的同时传输动量到涡轮叶片13，因此赋予驱动压缩器和例如用于产生电力的发电机或者工业机器的消耗装置的转子9转动运动。多列涡轮定子叶轮17作用为用于引导热的和加压的燃烧气体的喷嘴，以优化动量传输到涡轮叶片13。最后，膨胀和冷却的燃烧气体通过排燃气装置23离开涡轮段7。

图2示出了本发明的燃烧器组件6的实施例的透视图，燃烧器组件6包括，作为主要部件的歧管27，从歧管27延伸的8个燃料喷嘴29和围绕燃料喷嘴29的尖端的8个漩流器31。歧管27和燃料喷嘴29一起形成了燃烧器组件的支撑壳体25，穿过该支撑壳体，燃料通道系统延伸到燃料喷嘴29的尖端中的燃料喷射开口(因为喷射开口由漩流器31围绕，因此不可见)。

请注意虽然8个燃料喷嘴29(有时候也称作火箭发动机(rocket))存在于燃烧器组件6中，燃料喷嘴29的数量不限于8个。原理上可以多于或少于8个燃料喷嘴，例如，6个燃料喷嘴或者12个燃料喷嘴。此外，引燃燃料喷嘴(未示出)可以插入歧管27的中心开口35中。

当被安装到环管燃烧器上时，歧管借助于法兰被安装到燃烧器上游端部，以使得燃料喷嘴29面朝向燃烧器中的燃烧区。压缩器空气可以被引导穿过漩流器31，在那里空气与燃料混合随后引导进入燃烧区，在燃烧区，燃料-空气混合物燃烧以制造燃燃气涡轮的工作流体。

根据本发明，燃烧器组件6的歧管27是多个具有盘状形状的从属部件37到41的夹层结构。图3以分解截面透视图示出了歧管27的从属部件37到41，以及图4示出了装配好的状态中的供给歧管27的透视截面图。为了制造供给歧管27，从属部件37到41被装配以使得它们的盘面36，38，40，42彼此邻接。随后它们沿着周边的外部接缝43和内部接缝45(位于中心开口35中)被焊接或者系紧。在歧管27装配好的状态中彼此邻接的盘面36，38，40和42在接下来被称作内盘面以把它们与盘面44和46区分开，盘面44和46会形成装配后的歧管27的外表面。盘面44和46接下来被称作外盘面。

在本实施例中，所有内盘面36，38，40和42设置有在相应盘的圆周上全部或者局部延伸的凹口。在本实施例中，盘37的内盘面36中的凹口47和盘39的内盘面38中的凹口37位于各自盘37，39的径向外部分，而位于盘39的内盘面40中以及盘41的内盘面42中的凹口47位于相应盘的径向内部分。

在径向外部位置的凹口47定位成使得当供给歧管27装配时彼此对齐。凹口一起形成歧管燃料通道系统的燃气通道49。以同样的方式，位于径向内部位置的凹口47当供给歧管27装配时彼此对齐。这些凹口一起形成燃料通道系统的燃油通道51。形成在盘状部分中并且沿着歧管27轴向方向延伸多或者少的通孔53和55也是燃料通道系统的一部分，分别用于供给燃气到燃气通道45(通孔53)和供给燃油到燃油通道51(通孔55)。此外，进一步的通孔57连接燃油通道51与燃料喷嘴29(图4未示出)的内部燃料通道系统。类似的通孔连接燃气通道49与燃料喷嘴29的内部燃气通道系统。

注意根据本实施例的燃烧器组件是所谓的双燃料燃烧器组件，即，能够或者由气体燃料或者由液体燃料驱动的燃烧器组件。为了实现它，四个燃料喷嘴29经通孔57连接到燃油通道51而其它燃料喷嘴29经通孔55连接到燃气通道49。然而，本发明的燃烧器组件也可以实施作为单一燃料燃烧器。在这种情况中仅存在一个燃油通道51或者仅有一个燃气通道49并且所有的燃料喷嘴连接到同一燃料通道。在这种情况中，也可以实施本发明的燃烧器组件仅具有两个盘状从属部件而不是三个盘状从属部件。此外，虽然本发明实施例中燃料通道49，51由位于相对位置的内盘面的对应的凹口47形成，当从属部件被一起组装时，仅在两个相对的盘面的其中一个内形成凹口以使得另一盘面(没有凹口)本身形成相应燃料通道的壁也是足够的。

供给歧管27的夹层结构设计允许在装配歧管27之前形成燃料通道49，51。这是有利的，由于燃料通道49，51不需要像现有技术中那样从外部面44，46形成。从外部面形成的燃料通道，在机加工该通道后，需要焊接到外部面的盖板，用于覆盖燃料通道。然而，该盖板位于歧管的关键区域。因此，本发明的夹层结构设计允许在该关键区域移除焊缝。歧管的周边中的焊接的或者系紧的接缝相比外部面的焊缝不是那么关键的。从关键区域移除焊缝提高了燃烧器组件的寿命状况。此外，从属部件易于装配并且能够在单一工作步骤中焊接或者系紧。

燃烧器组件的供给歧管的可替代的实施例示出在图5和6中。像在图3和4中示出的实施例，供给歧管127是三个盘状从属部件137，139，141的夹层结构。内盘面136，138，140，142设置有凹口137，当装配歧管时，凹口137与相对盘面中的对应凹口对齐。分别位于从属部件137和139的内盘面136和内盘面138中的凹口147一同形成径向的外部的通道139，而分别位于从属部件139和141的内盘面140和内盘面142中的凹口137一同形成径向的内部的通道151。也示出在图5中的是在歧管127的外部周边的焊接或者系紧接缝143和在内部周边的焊接或者系紧接缝145。

与示出在图3和4中的实施例相比，通道149和151没有被用作燃料通道但是用于容纳燃料管150，152。径向外燃料管150被用作燃气管，而径向内燃料管152被用作燃油管。至少一个供给管154穿过通孔153，该通孔153将通道147与从属部件137的外盘面146相连接。以同样的方式，一个或者多个供给管156延伸穿过连接通道151到从属部件137的外部盘面146的多个通孔155。通孔155包括分别延伸穿过从属部件137和从属部件139的从属段(subsection)。通孔段在两个从属部件137、139中的位置使得当歧管127装配时，这些通孔段(section)彼此对齐。此外，四个供给管158从燃油管152到从属部件141的外部面146延伸穿过通孔157。以类似的方式，四个供给管从燃气管150穿过通孔159延伸到从属部件141的外部面146。类似于通孔155，通孔159包括两个从属段，该两个从属段延伸通过不同从属部件139、141，并且该两个从属段在该从属部件中定位成使得当歧管127装配时它们彼此对齐。

连接到燃油管152的四个供给管158进一步与自歧管127(图中未示出)延伸的四个燃油喷嘴的内部燃油通道系统连接。燃气供给通道160每一个连接到四个燃气喷嘴其中之一的相应的内部燃气供给系统。所有的供给管154、156、158、160被焊接到供给歧管127的相应的外部面144、146。通过这种方式，供给歧管127的密封得以实现。替代于被焊接到外部面144、146，供给管可以被系紧到外部面。

燃油管152，燃气管150和相应的供给管154、156、160、158以透视图在图6中示出，但图6中没有示出供给歧管。注意到虽然用于双燃料燃烧器组件的供给歧管127示出在图5和6中，供给歧管也能作为单一燃料系统实施。仅一个燃料管150、152是必需的。在这种情况中，供给歧管127也能够仅由两个从属部件装配。

图5和6中示出的实施例允许降低供给歧管的材料成本，这是因为供给歧管的材料不与燃料接触。因此，与第一实施例相比，能够选择更低耐腐蚀的材料，这降低了材料成本。燃料管和供给管在耐腐蚀方面能够用比从属部件更高等级的材料容易地制造，以使得整体成本降低效果仍然存在。然而，除了成本效果外，还存在如下效果，即：用于供给歧管的可使用的低等级材料也更容易机加工，以使得制造时间和成本也降低。所有的这些优势能够获得而不需要明显地改变供给歧管的结构设计。特别是，装配的供给歧管的外部和内部周边的形状根本不需要被改变。因此，示出在图5和图6中的实施例可以被实现而不改变供给歧管的气体动力学(aerodynamics)。

与实施例无关，本发明的燃烧器组件降低了制造成本，这是因为夹层结构的歧管易于机加工并且从属部件能够像批量产品那样被制造，与现有技术相比，通过从关键位置移除焊缝实现了同样的或者更好的寿命状况。

Claims (13)

1.一种燃烧器组件(6)，包括：

支撑壳体(25)，所述支撑壳体(25)具有包括燃料通道系统(49、51、53、55、57、150、152、154、156、158、160)的供给歧管(27、127)和具有从所述供给歧管(27、127)延伸并且通过所述供给歧管(27、127)的所述燃料通道系统(49、51、53、55、57、150、152、154、156、158、160)供给燃料的燃料喷嘴(29)，

其特征在于：

所述供给歧管(27、127)由至少两个从属部件(37、39、41、137、139、141)夹合而成。

2.根据权利要求1所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：所述从属部件(37、39、41、137、139、141)被焊接或者系紧在一起。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：所述燃料通道系统(49、51、53、55、57、150、152、154、156、158、160)包括至少一个燃气通道(49、150)和至少一个燃油通道(51、152)。

4.根据权利要求1至3任一项所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：所述燃料通道系统(49、51、53、55、57、150、152、154、156、158、160)包括在至少一个所述从属部件(37、39、41、137、139、141)中机加工的一个或多个凹口(47、147)。

5.根据权利要求4所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：所述供给歧管(27、127)由盘状从属部件(37、39、41、137、139、141)夹合而成，每一个所述盘状从属部件具有两个相对的盘面(36、38、40、42、136、138、140、142)，至少一个凹口在至少一个所述盘状从属部件(37、39、41、137、139、141)的至少一个所述盘面(36、38、40、42、136、138、140、142)中机加工。

6.根据权利要求5所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：至少一个凹口(47、147)在每一个盘状从属部件(37、39、41、137、139、141)的至少一个所述盘面(36、38、40、42、136、138、140、142)中机加工。

7.根据权利要求6所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：属于不同的盘状从属部件(37、39、41、137、139、141)且在所述夹层供给歧管(27、127)中以彼此相对关系布置的凹口(47、147)被定位成彼此对齐。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：至少一个通孔(57、157、159)从每个凹口(47、147)延伸到燃料喷嘴(29)。

9.根据权利要求4至8任一项所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：所述一个或多个凹口(47)和/或一个或多个通孔(57)形成所述燃料通道系统的至少一个燃料通道(49、51)。

10.根据权利要求4至8中任一项所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：形成所述燃料通道系统的至少一个燃料通道的至少一个燃料管(150、152、154、156)容纳在所述至少一个凹口(47)和/或至少一个通孔中。

11.根据权利要求10所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：所述至少一个燃料管(150、152)的材料比所述歧管(127)的所述从属部件(137、139、141)的材料更高等级。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的燃烧器组件(6)，其特征在于：至少一个燃料管(154、156)的端部通过焊接或系紧被固定到所述歧管(127)。

13.一种包括至少一个前述权利要求中任一项所述的燃烧器组件(6)的燃气轮机。

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