CN103090414A - 用于燃气涡轮机的燃烧器组件 - Google Patents

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CN103090414A CN2012104412995A CN201210441299A CN103090414A CN 103090414 A CN103090414 A CN 103090414A CN 2012104412995 A CN2012104412995 A CN 2012104412995A CN 201210441299 A CN201210441299 A CN 201210441299A CN 103090414 A CN103090414 A CN 103090414A
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Abstract

本发明涉及并公开一种涡轮机燃烧器组件，包括燃烧器壳体、布置在燃烧器壳体中的第一燃烧区域、布置在第一燃烧区域下游的第二燃烧区域、以及定位在第一燃烧区域下游和第二燃烧区域上游的一个或更多个喷射器组件。一个或更多个喷射器组件包括具有第一中心线轴线的第一喷射器构件和具有第二中心线轴线的第二喷射器构件。第二喷射器构件延伸通过第一喷射器构件，第二中心线轴线从第一中心线轴线偏置。还进一步公开了一种燃烧涡轮机燃烧器组件中的流体的方法。

Description

用于燃气涡轮机的燃烧器组件
技术领域
本发明涉及涡轮机技术，更加具体地涉及用于燃气涡轮机的燃烧器组件。
背景技术
一般地，燃气涡轮机燃烧释放热能的燃料/空气混合物以形成高温气体流。高温气流经由热气体路径引导至涡轮部。涡轮部将来自高温气流的热能转换成使涡轮轴旋转的机械能。涡轮部可以用于各种应用中，例如用于向泵或发电机提供动力。
涡轮机效率随着燃烧气体流的温度的升高而提高。令人遗憾的是，更高的燃气流温度产生更高水平的氮氧化物（NOx），这是受联邦政府和州政府管制的排放物。因此，在以有效范围操作燃气涡轮机与同时还确保NOx的排放保持在联邦和州政府指定水平以下之间存在缜密的平衡作用。实现低NOx水平的一个方法是在燃烧之前确保燃料和空气的良好的混合，并且提供导致燃料/空气混合物的更加完全燃烧的环境。
发明内容
根据示例性实施例的一个方面，涡轮机燃烧器组件包括燃烧器壳体、布置在燃烧器壳体中的第一燃烧区域、布置在第一燃烧区域下游的第二燃烧区域、以及定位在第一燃烧区域下游和第二燃烧区域上游的一个或更多个喷射器组件。一个或更多个喷射器组件包括具有第一中心线轴线的第一喷射器构件和具有第二中心线轴线的第二喷射器构件。第二喷射器构件延伸通过第一喷射器构件，第二中心线轴线从第一中心线轴线偏置。
根据示例性实施例的另一个方面，涡轮机包括压缩机部，操作地连接至压缩机部的涡轮部，以及流体地连接压缩机部与涡轮部的燃烧器组件。燃烧器组件包括燃烧器壳体、布置在燃烧器壳体中的第一燃烧区域、布置在第一燃烧区域下游的第二燃烧区域、以及定位在第一燃烧区域下游和第二燃烧区域上游的一个或更多个喷射器组件。一个或更多个喷射器组件包括具有第一中心线轴线的第一喷射器构件和具有第二中心线轴线的第二喷射器构件。第二喷射器构件延伸通过第一喷射器构件，第二中心线轴线从第一中心线轴线偏置。
根据示例性实施例的又一个方面，一种燃烧涡轮机燃烧器组件中的流体的方法，包括在布置于燃烧器组件中的第一燃烧区域中燃烧第一可燃混合物，通过喷射器组件的第一喷射器构件从第一燃烧区域下游引入第二可燃混合物的第一部分，通过喷射器组件的第二喷射器构件从可燃混合物的第一部分的实质部分的上游引入第二可燃混合物的第二部分。第二喷射器构件延伸通过第一喷射器构件并且相对于第一喷射器构件轴向地偏置。
从结合附图的以下说明中将更加清楚地理解这些及其他优势和特征。
附图说明
本发明在说明书结尾处的权利要求中被特别地指出并且清楚地请求保护。通过结合附图的以下详细说明将清楚地理解本发明的上述及其他特征和优势，其中：
图1是根据示例性实施例的包括具有喷射器组件的燃烧器组件的涡轮机的原理图；
图2是根据示例性实施例的一个方面的图1的燃烧器组件的局部剖视图；
图3是根据示例性实施例的喷射器组件的局部透视图；
图4是根据示例性实施例的另一个方面的图1的燃烧器组件的局部剖视图；
图5是根据又一示例性实施例的图1的燃烧器组件的局部剖视图；以及
图6是根据又一示例性实施例的的图1的燃烧器组件的局部剖视图。
详细的说明书参考附图通过举例方式阐明本发明的实施例连同优势和特征。
具体实施方式
参考图1和图2，根据示例性实施例构造的涡轮机大致以2表示。涡轮机2包括通过共用压缩机/涡轮轴或转子8操作地联接至涡轮部6的压缩机部4。压缩机部4还经由具有燃烧器壳体12的燃烧器组件10流体地连接至涡轮部6。在示出的示例性实施例中，燃烧器组件10通过过渡件20连接至涡轮部6。过渡件20包括具有内表面23的衬层22，内表面23限定管道24。管道24将来自燃烧器组件10的燃烧产物输送到热气体路径（未示出）内并且朝向涡轮部6的第一级（也未示出）。
如在图2中进一步示出的，燃烧器壳体12包括从第一端部28延伸至第二端部30的外壁25，第二端部30联接至过渡件20。燃烧器壳体12还示出为包括限定燃烧室34的内壁32。燃烧器组件10包括将可燃混合物引导到燃烧室34内的大致表示为38的多个喷射器构件或喷管。来自喷射器构件38的可燃混合物在第一燃烧区域43中燃烧以形成热气体，热气体朝向涡轮部6流过过渡件20的管道24。燃烧器组件10还包括布置在喷射器构件38和第一燃烧区域43的下游并且延伸通过燃烧器壳体12的多个喷射器组件，其中一个表示为50。在所示出的示例性实施例中，喷射器组件50将第二可燃混合物输送到燃烧室34内，第二可燃混合物在布置于第一燃烧区域43下游的第二燃烧区域54中燃烧。在第二燃烧区域54中形成的燃烧气体与在第一燃烧区域43中形成的燃烧气体结合并且朝向涡轮部6流动。第二可燃混合物的燃烧不仅形成燃烧的副产物，而且便于燃烧从第一燃烧区域43经过的任何未燃烧的产物。
如在图3中最佳地示出的，喷射组件50包括具有外表面62的主体60，外表面62具有限定翼型64的空气动力学轮廓。翼型64包括前缘68和后缘72。在所示出的示例性实施例中，主体60还包括限定中央通道80的内表面77，中央通道80建立第一喷射器构件83。第一喷射器构件83包括中心线轴线86，中心线轴线86通过主体60相对于燃烧器壳体12径向地延伸。第一喷射器构件80还示出为包括出口部分89，出口部分89朝向第二燃烧区域54输送比如为空气的第一流体。在这一点上，应当理解，可以改变喷射器组件50相对于燃烧器组件10的特别的定向。
喷射器构件50还包括第二喷射器构件94，第二喷射器构件94相对于中心线轴线86偏置地延伸通过中央通道80。第二喷射器构件94包括具有外表面100和内表面102的本体98，内表面102限定具有中心线轴线108的中央管路105。中央管路105包括出口部111，在所示出的示例性实施例中，出口部111与第一喷射器构件83的出口部分89基本共面。当然，应当理解，可以改变出口部111和出口部分89的相对定位。如上所述，第二喷射器构件94相对于第一喷射器构件83的中心线轴线86偏置。在所示出的示例性实施例中，第二喷射器构件94布置在前缘68处。根据该布置，比如为燃料的第二流体被从第一流体的大部分的稍微的上游引入。第二流体相对于第一流体的特定的引入点产生流体的更加完全的混合，接着引起更加完全的燃烧。另外，第二喷射器构件94相对于第一喷射器构件83的特定定位减小了燃烧气体的局部金属温度梯度和压降。
在这一点上，应当理解，示例性实施例提供用于在涡轮机中燃烧可燃混合物的系统。更具体地，示例性实施例公开了一种具有翼型轮廓的喷射器组件，该翼型轮廓建立第一喷射器构件并且提供用于第二、上游喷射器构件的空间。喷射器构件的特定的几何形状允许可燃混合物的更加完全的混合，以减少某些燃烧副产物，比如NOx。减少某些燃烧副产物对于涡轮机来说提供增强的调节能力。另外，第一和第二喷射器构件的相对定位引起减小的热梯度，以便改进部件寿命。此外，虽然示出为布置在燃烧器壳体12中，但应当理解，喷射器组件50还可以布置在比如在图4中示出的过渡件20中，在图4中，相同的附图标记在相应的视图中代表对应的部分。在图4中，喷射器组件50在管道24内建立第二燃烧区域140。喷射器组件50的具体定位可以根据所需的操作要求改变。此外，应当理解，可以改变喷射器组件的数目。还应当理解，喷射器组件50可以部分地延伸到燃烧室34内，比如如图5所示，其中，相同的附图标记代表对应的部分。应当理解，喷射器组件50还可以定位成部分地延伸到过渡件20内，比如如图6中所示。
虽然已经结合仅有限的实施例详细地说明了本发明，应当容易理解，本发明不局限于这些公开的实施例。相反地，本发明可被修改为采用并未在此之前说明但与本发明的精神和范围相称的许多变化、变型、替代物或等同布置。另外，虽然已说明了本发明的各个实施例，但可以理解，本发明的各方面可以包括所说明的实施例的仅一些。因此，本发明不被视为由上述说明书所限制，而仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (20)

1.一种涡轮机燃烧器组件，包括：
燃烧器壳体；
布置在所述燃烧器壳体中的第一燃烧区域；
布置在所述第一燃烧区域下游的第二燃烧区域；以及
定位在所述第一燃烧区域下游和所述第二燃烧区域上游的一个或多个喷射器组件，所述一个或多个喷射器组件包括具有第一中心线轴线的第一喷射器构件和具有第二中心线轴线的第二喷射器构件，所述第二喷射器构件延伸通过所述第一喷射器构件，所述第二中心线轴线从所述第一中心线轴线偏置。
2.根据权利要求1所述的涡轮机燃烧器组件，其特征在于，所述第一喷射器构件包括空气动力学轮廓，所述空气动力学轮廓限定具有前缘和后缘的翼型。
3.根据权利要求2所述的涡轮机燃烧器组件，其特征在于，所述第二喷射器构件布置在所述翼型的所述前缘处。
4.根据权利要求1所述的涡轮机燃烧器组件，其特征在于，所述一个或多个喷射器组件布置在所述燃烧器壳体中。
5.根据权利要求4所述的涡轮机燃烧器组件，其特征在于，所述一个或多个喷射器组件包括出口，所述出口布置成与所述燃烧器壳体的内表面基本齐平。
6.根据权利要求1所述的涡轮机燃烧器组件，还包括：联接至所述燃烧器壳体的过渡件，所述过渡件包括限定管道的衬层，所述第二燃烧区域布置在所述管道中。
7.根据权利要求6所述的涡轮机燃烧器组件，其特征在于，所述一个或多个喷射器组件布置在所述过渡件处。
8.根据权利要求7所述的涡轮机燃烧器组件，其特征在于，所述一个或多个喷射器组件包括出口，所述出口布置成与所述衬层的内表面基本齐平。
9.根据权利要求6所述的涡轮机燃烧器组件，其特征在于，所述一个或多个喷射器组件部分地延伸通过所述燃烧器壳体和所述衬层中的一个。
10.一种涡轮机，包括：
压缩机部；
操作地连接至所述压缩机部的涡轮部；以及
流体地连接所述压缩机部与所述涡轮部的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
燃烧器壳体；
布置在所述燃烧器壳体中的第一燃烧区域；
布置在所述第一燃烧区域下游的第二燃烧区域；以及
定位在所述第一燃烧区域下游和所述第二燃烧区域上游的一个或多个喷射器组件，所述一个或多个喷射器组件包括具有第一中心线轴线的第一喷射器构件和具有第二中心线轴线的第二喷射器构件，所述第二喷射器构件延伸通过所述第一喷射器构件，所述第二中心线轴线从所述第一中心线轴线偏置。
11.根据权利要求10所述的涡轮机，其特征在于，所述第一喷射器构件包括空气动力学轮廓，所述空气动力学轮廓限定具有前缘和后缘的翼型。
12.根据权利要求11所述的涡轮机，其特征在于，所述第二喷射器构件布置在所述翼型的所述前缘处。
13.根据权利要求10所述的涡轮机，其特征在于，所述一个或多个喷射器组件布置在所述燃烧器壳体中。
14.根据权利要求13所述的涡轮机，其特征在于，所述一个或更多个喷射器组件包括出口，所述出口布置成与所述燃烧器壳体的内表面基本齐平。
15.根据权利要求10所述的涡轮机，还包括联接至所述燃烧器壳体的过渡件，所述过渡件包括限定管道的衬层，所述第二燃烧区域布置在所述管道中。
16.根据权利要求15所述的涡轮机，其特征在于，所述一个或多个喷射器组件布置在所述过渡件处。
17.根据权利要求16所述的涡轮机，其特征在于，所述一个或更多个喷射器组件包括出口，所述出口布置成与所述衬层的内表面基本齐平。
18.根据权利要求15所述的涡轮机，其特征在于，所述一个或多个喷射器组件部分地延伸到所述燃烧器壳体和所述衬层中的一个内。
19.一种燃烧涡轮机燃烧器组件中的流体的方法，所述方法包括：
在布置于所述燃烧器组件中的第一燃烧区域中燃烧第一可燃混合物；
通过喷射器组件的第一喷射器构件从所述第一燃烧区域下游引入第二可燃混合物的第一部分；
通过所述喷射器组件的第二喷射器构件从所述可燃混合物的所述第一部分的实质部分的上游引入所述第二可燃混合物的第二部分，所述第二喷射器构件延伸通过所述第一喷射器构件并且相对于所述第一喷射器构件轴向地偏置。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，通过所述第一喷射器构件引入所述第二可燃混合物的所述第一部分包括使所述第二可燃混合物的所述第一部分穿过具有空气动力学轮廓的喷射器构件。
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