CN102639939B - 燃烧器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧器装置，包括燃料分配环（27），一些燃料喷嘴（29），它们沿流动方向安装在燃料分配环（27）上，其中燃料分配环（27）沿流动方向有一个环形表面（54），以及其中燃料分配环（27）具有面朝环中心的外部内侧面（56）和相对置的外部外侧面（58），以及其中，在表面（45）上燃料喷嘴（29）之间存在至少一个缝隙（60），以及其中，所述至少一个缝隙（60）在表面（54）上从外侧面（58）一直延伸到内侧面（56），以及其中，在表面（54）上设至少一个凹槽（66），以及所述至少一个凹槽（66）部分还包括燃料分配环（27）的外侧面（58）。

Description

燃烧器装置

技术领域

本发明涉及一种燃烧器装置以及尤其燃气轮机的燃烧器装置。

背景技术

燃气轮机作为主要的组成部分包括压气机、有工作叶片的涡轮和至少一个燃烧室。涡轮的工作叶片在大多通过整个燃气轮机延伸的轴上排列成工作叶片环，轴与消耗器，例如产生电流的发电机连接。设有工作叶片的轴也称涡轮转子或转子。处于工作叶片环之间的是导向叶片环，它们起到为通过涡轮的工质导向的喷嘴的作用。

在燃气轮机运行时，向燃烧室供给来自压气机的压缩空气。压缩空气与燃料例如油或煤气混合，以及混合物在燃烧室内燃烧。最后，高温燃气作为工质通过燃烧室出口输入涡轮，工质在那里通过膨胀和冷却将冲量传递给工作叶片并由此做功。导向叶片在这里用于优化冲量传递。

燃气轮机的一种典型的燃烧器装置，如在US6082111中所介绍的以及如尤其考虑使用于所谓单管燃烧室中那样，通常有一个环形支架，包括围绕环的圆周均匀分布的喷嘴导管。在这些喷嘴导管内设燃料喷口，燃料可通过它们喷入空气输送通道内。燃料喷嘴意味着是燃烧器的主级，它用于产生预混火焰，亦即一种在点火前其中混合空气与燃料的火焰。为了使火焰中形成的NO_X减到最低程度，预混燃烧器用贫空气燃料混合物，亦即用包含较少燃料的混合物工作。

典型地，一个主控燃烧器通过环形的燃料分配环中心延伸，它设计为扩散式燃烧器，亦即它产生一个火焰，其中燃料直接喷入火焰中，不事先与空气混合。除了用于燃气轮机起动外，主控燃烧器还用于稳定预混火焰，为了使有害物排放量最小，它往往在空气与燃料的一个混合比范围内工作，这一范围在不支持主控火焰的情况下会导致火焰不稳定。

在高的燃烧温度时，燃料分配环的特点在于其短的使用寿命。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是，提供一种具有燃料分配环的有利的燃烧器装置，这种燃料分配环有特别长的使用寿命。本发明另一个技术问题是提供一种具有这种燃烧器装置的有利的燃气轮机。

上述技术问题通过按权利要求1所述的燃烧器装置得以解决。涉及燃气轮机的技术问题通过按权利要求12所述的燃气轮机得以解决。从属权利要求含有本发明有利的扩展设计。

在这里，燃烧器装置包括燃料分配环和一些燃料喷嘴，燃料喷嘴沿流动方向安装在燃料分配环上。燃料分配环沿流动方向具有一个环形表面。此外，燃料分配环具有一个面朝环中心的外部内侧面和一个相对置的外部外侧面。

因为燃料分配环从外部，亦即在其外侧面，被高达500℃的热压缩空气绕流，但是在内部流过冷的燃料，它在极端情况下只有20℃，所以可以看出，由此在燃料分配环上产生高的温度梯度，与之相关联地产生非常大的应力。由此严重影响构件的使用寿命。尤其在燃料分配环的表面产生高应力。

现在按本发明，在表面上在燃料喷嘴之间存在至少一个缝隙。通过所述的缝隙在燃料分配环的材料内造成更好的热量分布，由此减小应力和具有更长的预期寿命。在这里，减荷缝隙的深度、宽度和长度可以改变，并与具体的燃料分配环相适应。所述至少一个缝隙在表面上从外侧面一直延伸到内侧面。因此在一个宽大的表面区内保证应力消减。在所述表面上设至少一个凹槽。通过所述的至少一个凹槽，尤其与所述缝隙结合，形成一种最佳的几何结构，通过这种几何结构在燃料分配环的材料内造成更好的热量分布。由于这种更好的热量分布，不再产生过大的局部应力以及可以达到更长的寿命周期。因此在所述区域内应力可以从原先的超过950MPa降为600MPa。

所述至少一个凹槽部分还包括燃料分配环的外侧面。按优选的扩展设计，所述至少一个凹槽基本上是圆形。

按优选的扩展设计，存在多个燃料喷嘴，其中，在各相邻燃料喷嘴之间存在一个缝隙。因此，所述燃料分配环的整个环形表面都设有减荷缝隙。

优选地，所述少一个y形缝隙基本上是圆形。在这里，所述至少一个y形缝隙包括两个臂和一条腿，以及基本上y形缝隙的两个臂面朝燃料分配环的外侧面。与之不同或除此之外，例如按交替的顺序，基本上y形缝隙的两个臂也可以面朝燃料分配环的内侧面。

所述至少一个凹槽在这里可以有一个半径，沿流动方向看半径逐渐减小。

优选地，燃料分配环包括至少一种镍合金，尤其一种镍钼合金，或一种镍铬铁钼合金。这些合金可耐特别高的温度。

优选地，燃料分配环在其内部包括至少两个燃料通道用于两个燃烧级A和B。按有利的扩展设计，所述两个燃料通道包括两个供应接头。因此燃料喷嘴可以彼此独立并根据机器的载荷状况供给燃料。

所述燃烧器装置尤其在燃气轮机中使用。

附图说明

由下面参见附图对实施例的说明中，提供本发明的其他特征、特性和优点。

图1非常示意性地表示燃气轮机；

图2表示具有燃烧器装置的燃气轮机燃烧器的透视图；

图3表示具有按本发明的燃烧器装置的燃气轮机燃烧器的透视图；

图4表示按本发明的燃烧器装置的剖视图；以及

图5表示按本发明的燃烧器装置的俯视图。

具体实施方式

下面借助非常示意性地表示的燃气轮机剖视图说明燃气轮机的结构和功能。燃气轮机1包括压气机部分3、燃烧部分4、以及涡轮部分7，在本实施例中燃烧部分4包括多个其上配置有然烧器6单管燃烧室5，但原则上也可以包括一个环形燃烧室。转子9通过所有的部分延伸，以及在压气机部分3内装有压气机叶片环11，而在涡轮部分7内装有涡轮叶片环13。在相邻的压气机叶片环11之间以及在相邻的涡轮叶片环13之间，配置由压气机导向叶片15组成的环或由涡轮导向叶片17组成的环，它们从燃气轮机1的机匣19出发，沿径向朝转子9的方向延伸。

在燃气轮机1运行时，空气通过空气进口21吸入压气机部分3。在那里空气被旋转的压气机工作叶片11压缩并引向燃烧器6进入燃烧部分4。空气在燃烧器6中与气态或液态燃料混合，混合物在燃烧室5中燃烧。然后处于高压状态的热燃气作为工质供给涡轮部分7。在工质经过涡轮部分的路程中，燃气将冲量传递给涡轮工作叶片13，在此过程中燃气膨胀并冷却。最后，经膨胀和冷却的燃气通过排气口23离开涡轮部分7。所传递的脉中导致转子旋转运动，它驱动压气机和消耗器，例如产生电流的发电机或工业做功机械。涡轮导向叶片环17在这里起导引工质的喷嘴的作用，使得给涡轮工作叶片13的冲量传递最佳化。

图2示意性表示燃烧部分4的燃烧装置6。作为主要构件，燃烧器6包括燃料分配环27、八个燃料喷嘴29，它们从燃料分配环27起延伸、以及八个设置在燃料喷嘴29顶部区域的扰流器31。燃料分配环27和燃料喷嘴29共同构成燃烧器外壳，燃料管路通过它朝设置在扰流器31内部的喷入孔延伸。燃料喷嘴29可以焊接在燃料分配环27上。燃烧器可以通过多个接管（未表示）与燃料供给管路连接。燃烧器6可借助法兰35固定在单管燃烧室上，使燃料喷嘴29朝着燃烧室内部的方向。

虽然在图2中表示的燃烧器6有八个燃料喷嘴29，但也可以为它配备有其他数量的燃料喷嘴29。在这里燃料喷嘴29的数量可以多于或少于八个，例如可以存在六个燃料喷嘴29或十二个燃料喷嘴29，它们各有一个自己的扰流器。此外，通常将主控燃料喷嘴设在燃烧器的中心。为了视图清晰起见在图2中没有表示主控燃料喷嘴。

在燃烧过程中，空气从压气机通过扰流器31导引，空气在那里与燃料混合。接着，空气燃料混合物在燃烧室5的燃烧区内燃烧，以形成工质。

燃料分配环27的任务是将燃料分配给燃料喷嘴29。为此它在内部制有两个燃料通道41、42，其中每一个作为级A和级B分别为一些喷嘴29（在本具体情况下各为四个喷嘴29）供应燃料（图3和图4）。这两个燃料通道41、42包括两个输送燃料的供应接头51、52。在这里也可以涉及不同类型的燃料。燃料分配环27在外部被高达500℃的热压缩空气绕流，但是在内部流过冷的燃料，它在极端情况下只能有20℃的温度。由此在燃料分配环27上产生非常大的应力。尤其在燃料分配环27的面朝喷嘴29的表面侧45产生很高的应力，从而不能达到长的使用寿命。

存在一些它们沿流动方向安装在燃料分配环27上的燃料喷嘴29。此外，燃料分配环27沿流动方向有一个环形表面54，以及有一个面朝环中心的外部内侧面56和一个对置的外部外侧面58。

现在按本发明在表面45上燃料喷嘴29之间存在至少一个缝隙60。它基本上呈y形（图3和图5）。在这里，基本上呈y形的含义是，包括所有能想到的近似于字母Y的形状，也就是说有两个臂61和一条腿63。有利地，在表面45上喷嘴29之间的所有间隙均制有这种缝隙60。缝隙60，尤其y形缝隙60，在表面54上从外侧58一直延伸到内侧56。由此可在工作中避免高的温度梯度并因而避免形成应力。从而显著延长燃烧器装置尤其燃料分配环27的使用寿命。

在这里，基本上y形缝隙60的两个臂62可以有利地设在燃料分配环27表面54的外侧58上。但基本上y形缝隙60的两个臂62也可以面朝燃料分配环27表面54的内侧56。也可以采用交替的顺序。

此外，在表面54上设有凹槽66（图5）。这些凹槽66如此布设在表面54上，亦即，它们部分还包括燃料分配环27的外侧58，也就是说，存在燃料分配环27外侧58的凹槽。凹槽66的深度和形状可以改变。但优选地在这里涉及基本上圆的凹槽66。

凹槽66可以有一个半径以及沿流动方向看半径逐渐减小。由此可以更加有效地避免工作时高的温度梯度和由此形成的应力。

优选地，燃料分配环27包括至少一种镍合金，尤其一种镍钼合金。这种材料特别耐热并因而非常适用于燃烧器。

按本发明的燃烧器装置可尤其在燃气轮机中使用。

通过在燃料分配环27表面45上在燃料喷嘴29之间所述至少一个按本发明的缝隙60和凹槽，可以避免燃料分配环27上因运行引起的高应力。

采用燃料分配环27的这种显著改善的几何结构，使热量更好地分布在燃料分配环27材料内。由于更好的热量分布不再产生过大的局部应力。其结果是显著延长寿命周期。

由此实现将在此区域内的应力从超过950MPa改善为600MPa。

按本发明的缝隙60和凹槽66可以通过加工技术构建在已存在的燃料分配环27上，因为它不需要彻底改造并因而在加工技术上易于转化。对燃烧器迄今的气动特性也仅造成最小的影响。

Claims (12)

1.一种燃烧器装置，包括

-燃料分配环(27)，

-一些燃料喷嘴(29)，它们沿流动方向安装在燃料分配环(27)上，

-其中燃料分配环(27)沿流动方向具有环形表面(54)，

-其中燃料分配环(27)具有面朝环中心的外部内侧面(56)和一个相对置的外部外侧面(58)，

其特征为：在所述表面(54)上在所述燃料喷嘴(29)之间存在至少一个缝隙(60)，以及其中，所述至少一个缝隙(60)在所述表面(54)上从燃料分配环(27)的外部外侧面(58)一直延伸到燃料分配环(27)的外部内侧面(56)，以及其中，在所述表面(54)上设有至少一个凹槽(66)，以及所述至少一个凹槽(66)部分还包括燃料分配环(27)的外部外侧面(58)。

2.按照权利要求1所述的燃烧器装置，其特征为，存在多个燃料喷嘴(29)，其中，在各相邻的燃料喷嘴(29)之间存在缝隙(60)。

3.按照权利要求1所述的燃烧器装置，其特征为，所述至少一个缝隙(60)基本上是y形。

4.按照权利要求3所述的燃烧器装置，其特征为，所述至少一个y形缝隙(60)包括两个臂(62)和一条腿(63)，以及基本上y形缝隙(60)的两个臂(62)面朝燃料分配环(27)的外部外侧面(58)。

5.按照权利要求3所述的燃烧器装置，其特征为，所述至少一个y形缝隙(60)包括两个臂(62)和一条腿(63)，以及基本上y形缝隙(60)的两个臂(62)面朝燃料分配环(27)的外部内侧面(56)。

6.按照权利要求1所述的燃烧器装置，其特征为，所述至少一个凹槽(66)基本上是圆形。

7.按照权利要求6所述的燃烧器装置，其特征为，所述至少一个凹槽(66)具有一个半径以及沿流动方向看半径逐渐减小。

8.按照权利要求1所述的燃烧器装置，其特征为，燃料分配环(27)包括至少一种镍合金。

9.按照权利要求8所述的燃烧器装置，其特征为，燃料分配环(27)包括至少一种镍钼合金。

10.按照权利要求1所述的燃烧器装置，其特征为，燃料分配环(27)在其内部包括至少两个燃料通道(41、42)用于两个燃烧级A和B。

11.按照权利要求10所述的燃烧器装置，其特征为，所述两个燃料通道(41、42)包括两个供应接头(51、52)。

12.一种具有按照前列诸权利要求之一所述燃烧器装置的燃气轮机。