CN103375820B - 燃烧器以及用于组装该燃烧器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃烧器以及用于组装该燃烧器的方法。所述燃烧器大体包括：在所述燃烧器的至少一部分内径向和周向地延伸的板。所述燃烧器还可包括：护罩，所述护罩至少部分地围绕所述板；以及多个管路，所述多个管路延伸穿过所述板。一个或多个挠性联轴节可至少部分地围绕所述多个管路中的至少一些管路，并且所述一个或多个挠性联轴节可连接到所述板。

Description

燃烧器以及用于组装该燃烧器的方法

技术领域

本发明大体上涉及燃气涡轮机中的燃烧器以及用于组装该燃烧器的方法。

背景技术

燃烧器常常用于工业生产和发电操作中，用以点燃燃料，以产生高温高压的燃烧气体。典型的燃气涡轮机可以包括位于前部的轴式压缩机、环绕中间的一个或多个燃烧器、和位于后部的涡轮。环境空气等工作流体可以供应到压缩机中，以产生高能状态的压缩工作流体。随后，压缩工作流体离开压缩机并流到设在燃烧器内的燃烧室中，在燃烧室中，压缩工作流体与燃料混合并燃烧，从而产生高温高压的燃烧气体。燃烧气体从燃烧器流到涡轮中以做功。例如，燃烧气体在涡轮中的膨胀可以使连接到发电机的轴发生旋转，从而发电。

在一项特殊燃烧器设计中，多个管路可以径向布置在一个或多个管束内，从而为压缩工作流体和/或燃料提供流体连通，使其流经所述一个或多个管束并进入到燃烧室中。所述多个管中至少一些管可以延伸穿过一个或多个板，所述一个或多个板在一个或多个管束中的每个管束内大体径向和周向地延伸。在典型的配置中，这些管可以钎焊和/或焊接到一个或多个板，从而在这些管与所述一个或多个板之间提供密封件。然而，随着燃烧器在各种操作条件下循环，所述管与一个或多个板之间的接头会因为所述管和板的轴向和径向热膨胀和收缩而发生损坏。因此，燃料和/或空气会通过损坏的接头而泄漏。作为补充或替代，由于燃烧器动力学（dynamics）的原因，损坏的接头会大大限制所述管和/或板的机械寿命。因此，改良的燃烧器和用于组装该燃烧器的方法是有帮助的，它可以补偿所述管和/或板的轴向和/或径向热膨胀，同时保持管路与板之间的密封。

发明内容

以下说明将阐明本发明的各个方面和优点，或者说，这些方面和优点在说明中可以显而易见，或者说，可以通过实践本发明而习得。

本发明的一项实施例是一种燃烧器，所述燃烧器具有：在所述燃烧器的至少一部分内径向和周向延伸的板；至少部分地围绕所述板的护罩；延伸穿过所述板的多个管；以及一个或多个挠性联轴节（couplings），所述挠性联轴节至少部分地围绕多个管中的至少一些管、并且连接到所述板。

本发明的另一项实施例是一种具有第一板的燃烧器，所述第一板在所述燃烧器的至少一部分内径向和周向地延伸。第二板在燃烧器内大体径向和周向地延伸，并且所述第二板位于所述第一板的下游。护罩在第一板与第二板之间延伸。多个管延伸穿过第一板和第二板，并且一个或多个挠性联轴节至少部分地围绕多个管中的至少一些管。所述一个或多个挠性联轴节连接到多个管中的所述至少一些管，并且连接到第一板或第二板中的至少一者。

本发明还可以包括一种用于组装燃烧器的方法。所述方法大体包括：将至少一个挠性联轴节与延伸穿过板的通道对齐；将挠性联轴节的第一端连接到所述板；将管穿过所述通道插入；以及将所述至少一个挠性联轴节的第二端连接到所述管。

通过审阅本说明书，所属领域的一般技术人员可以更好地了解此类实施例的特征及方面以及其他方面。

附图说明

本说明书接下来会参考附图为所属领域的技术人员以完整且可实现的方式来详细揭示本发明，包括其最佳模式，其中：

图1所示为根据本发明的燃烧器的截面图；

图2所示为图1示出的燃烧器的放大截面图；

图3所示为根据本发明的至少一项实施例的图2所示燃烧器的放大截面图；以及

图4所示为根据本发明的至少一项实施例的图2所示燃烧器的放大截面图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各项实施例，附图中图示了本发明实施例的一个或多个实例。具体实施方式中使用数字和字母标识来指代附图中的特征。附图和描述中相同或类似的标识用于指代本发明中相同或类似的部分。本专利申请文件所用的术语“第一”、“第二”以及“第三”可以互换使用以区分不同部件，并且这些术语并不旨在表示单个部件的位置或重要性。此外，术语“上游”和“下游”指部件在流体通路中的相对位置。例如，如果流体从部件A流向部件B，则部件A在部件B的上游。相反，如果部件B从部件A接收流体流，则部件B在部件A的下游。

各个实例用于解释本发明而非限制本发明。事实上，所属领域的技术人员容易了解，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以对本发明做出各种修改和变化。例如，可以将被说明或描述为某项实施例中一部分的特征用到另一项实施例中，从而得到又一项实施例。因此，本发明应涵盖所附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和变化。

本发明的各种实施例包括一种燃烧器以及用于组装该燃烧器的方法。所述燃烧器大体包括管束，所述管束设置在所述燃烧器内并且与燃料源流体连通。所述管束可以包括至少一个板，所述至少一个板在燃烧器的至少一部分内大体径向和周向延伸。护罩可以至少部分地围绕所述板，并且多个管可以延伸穿过所述板。一个或多个挠性联轴节可以至少部分地围绕所述多个管中的至少一些管，并且所述一个或多个挠性联轴节可以连接到所述板。在特定实施例中，所述一个或多个挠性联轴节也可以连接到所述管，从而当燃烧器在各种热条件下循环时允许所述管穿过所述板进行膨胀和收缩。尽管为了便于说明，本发明的示例性实施例将大体在并入燃气涡轮机的燃烧器的背景下进行描述，但所属领域的一般技术人员容易了解，除非权利要求书中特别指出，否则本发明的各实施例可以用于任意燃烧器，并且不限于燃气涡轮机的燃烧器。

图1所示为根据本发明的至少一项实施例的示例性燃烧器10的简化截面图，而图2和图3提供了图1中所示燃烧器的放大截面图。如图1所示，外壳12大体上围绕燃烧器10，以容纳流到所述燃烧器10的工作流体14。外壳12可以包括位于一端的端盖16，以提供用于向燃烧器10供应燃料、稀释剂和/或其他添加剂的接口。至少一个燃料喷嘴17可以自端盖16向下游延伸。喷嘴17的特定形状和大小可以根据燃烧器10的各种操作要求发生变化。

如图1和图2所示，一个或多个流体导管18可以从端盖16大体轴向延伸到设置在所述端盖下游的至少一个管束20。尽管在本发明中描述了一个管束20，但是所属领域的一般技术人员应明白，燃烧器10可以包括各种形状和大小的多个管束20，其中每个管束20与设置在燃烧器10内的一个或多个流体导管18流体连通。所述一个或多个流体导管18可以提供燃料源（未图示）与管束20之间的流体连通。管束20可以经配置以大体径向和周向地延伸穿过燃烧器10的至少一部分。

衬里22大体围绕管束20的一部分，并且大体在管束20的下游延伸。衬里22至少部分地界定位于管束20下游的燃烧室24。如图1所示，外壳12周向地围绕管束20和/或衬里22，从而构成了至少部分地围绕管束20和衬里22的环形通道26。通过这种方式，工作流体14可以沿着衬里22的外部流经环形通道26，从而向所述衬里22提供对流冷却。当工作流体14到达端盖16时，所述工作流体14可以逆转方向，流经管束20的至少一部分并且可以在此处与燃料混合，然后被喷射到燃烧室24中。

如图1和图2所示，管束20大体包括与下游端30轴向分离的上游端28。如图1到图4所示，管束20大体包括位于管束20上游端28的下游的一个或多个板32。所述一个或多个板32中的每个板在管束20和/或燃烧器10的至少一部分内大体径向和周向地延伸。如图1到图4所示，所述一个或多个板32中的每个板具有与下游表面36轴向分离的上游表面34。在特定实施例中，所述一个或多个板32可以包括接近管束20上游端28（如图1和图2中所示）的第一板38、以及位于第一板38下游的第二板40。所述一个或多个板32中的每个板可以具有任何厚度并且可以由任何材料制成，该厚度和材料经设计用于承受燃烧器10内的操作环境。

如图2到图4所示，多个通道42可以大体轴向地延伸穿过所述一个或多个板32中的每个板。所述多个通道42可以具有任何大小和形状。多个管44大体轴向地延伸穿过所述一个或多个板32中的至少一个板。在特定实施例中，所述多个管44中的至少一些管延伸穿过所述多个通道42。管44的特定形状、大小、数量和布置方案可以根据燃烧器10的要求发生变化。例如，通常将所述多个管44描绘为具有圆柱形状；然而，本发明范围内的替代实施例可以包括具有几乎任何几何横截面的管44。在各种实施例中，多个燃料口46可以延伸穿过所述多个管44中的至少一些管，从而允许通过管44的流体连通。在特定实施例中，径向间隙48可以在所述一个或多个板32与所述多个管44之间形成。作为补充或替代，所述多个管44可以压入通道42中，以使径向间隙48最小或为零。

如图2到图4所示，护罩50可以至少部分地围绕所述一个或多个板32。在特定实施例中，护罩50可以从第一板38延伸到第二板40。室52可以至少部分在第一板38、第二板40以及护罩50之间形成。在特定实施例中，室52可以与所述一个或多个流体导管18中的至少一者流体连通。通过这种方式，燃料可以流经所述一个或多个流体导管18进入室52中。随后，燃料可以流经多个燃料口46并且进入多个管44中的至少一些管中。通过这种方式，燃料可以与流经管束20中的管44的工作流体14混合，然后喷射到燃烧室24中以点燃。

在特定实施例中，如图3和图4所示，一个或多个挠性联轴节54可以至少部分地围绕多个管44中的至少一些管。所述一个或多个挠性联轴节54中的每一者可以包括与第二端58分离的第一端56。所述一个或多个挠性联轴节54的第一端56可以连接到延伸穿过一个或多个板32的多个管44中的至少一些管。在特定实施例中，第一端与多个管44中的至少一些管之间的连接，可以提供位于挠性联轴节54的第一端56与多个管44中的至少一些管之间的密封件60。第一端56可以通过所属领域中已知的任何方式连接到多个管44中的至少一些管。例如，但不限于，第一端56可以钎焊和/或焊接到多个管44中的至少一些管。

所述一个或多个挠性联轴节54的第二端58可以连接到一个或多个板32的上游表面34和/或下游表面36。例如，但不限于，第二端58可以钎焊和/或焊接到板32。在特定实施例中，挠性联轴节54第二端58与一个或多个板32的上游表面34和/或下游表面36之间的连接，可以提供挠性联轴节54第二端58与一个或多个板32之间的密封件62。一个或多个挠性联轴节54可以为任何类型、形状或大小，只要其可以允许所述管相对于板32和/或板通道38大体轴向地移动。通过这种方式，随着管44在燃烧器10的操作过程中由于热增长而膨胀，管44可以增长而轴向穿过板32和/或板通道42，且不会牺牲密封件60&62。在特定实施例中，一个或多个挠性联轴节54可以是波纹管形的。例如，但不限于，一个或多个波纹管形的挠性联轴节54可以是环状类型或螺旋状类型的波纹管。

在特定实施例中，如图3所示，一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到一个或多个板32上游表面34。作为补充或替代，一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到一个或多个板32下游表面36。在某些实施例中，一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第一板38下游表面36，并且一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第二板40上游表面34。在替代性实施例中，一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第一板38上游表面34，并且一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第二板40下游表面36。在其他实施例中，一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第一板38上游表面34，并且一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第二板40上游表面34。

如图4所示，在各种实施例中，一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到一个或多个板32的上游表面34、或下游表面36，并且可以延伸穿过多个通道42中的至少一些通道。例如，在特定实施例中，一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第一板38上游表面34，并且可以延伸穿过延伸穿过第一板38的多个通道42，并且一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第二板40上游表面34，并且可以延伸穿过延伸穿过第二板40的多个通道42。作为补充或替代，一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第一板38下游表面36、并且延伸穿过延伸穿过第一板38的多个通道42，并且一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第二板40上游表面34、并且可以延伸穿过延伸穿过第二板40的多个通道42。作为补充或替代，一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第一板38上游表面34、并且延伸穿过延伸穿过第一板38的多个通道42，并且一个或多个挠性联轴节54中的至少一些挠性联轴节可以连接到第二板40下游表面36、并且可以延伸穿过延伸穿过第二板40的多个通道42。尽管描述了某些配置，但是所属领域的一般技术人员应明白，一个或多个挠性联轴节54可以用任何配置进行连接，所述配置允许多个管44穿过通道42进行膨胀和收缩，而不会损坏或牺牲管44与一个或多个板32、38和40之间的密封件60、62、和/或连接。

图1到图4中所示的各种实施例也可以提供用于组装燃烧器10的方法。在特定实施例中，所述方法可以包括：将至少一个挠性联轴节54与延伸穿过一个或多个板32中至少一个板的多个通道42中的一个通道对齐；将每个挠性联轴节54的第一端连接到所述板32；将多个管44中的一个管插入穿过每个通道42；以及将每个挠性联轴节54的第二端连接到多个管44中的所述一个管。在其他实施例中，所述方法可以进一步包括将多个挠性联轴节54中每个挠性联轴节的第二端密封到每个管44。所述方法还可以包括将多个挠性联轴节54中每个挠性联轴节的第一端密封到板32。这可以包括如先前所揭示的第一板38和/或第二板40。所述方法还可以包括：将每个挠性联轴节54的第一端焊接到板32、38或40，以及/或者将每个挠性联轴节54的第一端钎焊到板32、38或40。在其他实施例中，所述方法可以包括将每个挠性联轴节54的第二端焊接和/或钎焊到管44。

本说明书使用了多个实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并且可以包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，那么此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (17)

1.一种燃烧器，其包括：

a.板，所述板在所述燃烧器的至少一部分内径向和周向地延伸；

b.护罩，所述护罩至少部分地围绕所述板；

c.多个管，所述多个管延伸穿过所述板上界定的对应的孔；以及

d.至少部分地围绕所述多个管中的一个管的挠性联轴节，其中所述挠性联轴节的第一端被密封地固定连接到所述一个管，所述挠性联轴节的第二端被密封地固定连接到所述板，并且其中所述一个管可穿过所述板上对应的孔移动。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，进一步包括位于所述挠性联轴节与以下项中至少一者之间的密封件：所述板或所述多个管中的所述一个管。

3.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述挠性联轴节是波纹管联轴节。

4.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述挠性联轴节采用钎焊或其它焊接方式中的至少一项连接到所述板。

5.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述挠性联轴节采用钎焊或其它焊接方式中的至少一项连接到所述多个管中的所述一个管。

6.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述多个管中的每个管至少部分地被至少一个挠性联轴节围绕。

7.根据权利要求1所述的燃烧器，进一步包括位于所述板与所述多个管中的所述一个管之间的径向间隙，其中所述挠性联轴节延伸穿过所述径向间隙。

8.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述板包括与下游表面轴向分离的上游表面，并且至少一个所述挠性联轴节连接到所述上游表面，且至少一个所述挠性联轴节连接到所述下游表面。

9.一种燃烧器，其包括：

a.第一板，所述第一板在所述燃烧器的至少一部分内径向和周向地延伸；

b.第二板，所述第二板在所述燃烧器内径向和周向地延伸，所述第二板位于所述第一板的下游；

c.护罩，所述护罩在所述第一板与所述第二板之间延伸；

d.多个管，所述多个管延伸穿过所述第一板和所述第二板，所述多个管包括第一管；以及

e.至少部分地围绕所述多个管中的所述第一管的第一挠性联轴节，其中所述第一挠性联轴节被密封地固定连接到所述多个管中的所述第一管和所述第一板，并且所述第一管可穿过所述第一板移动；

f.至少部分地围绕所述第一管的第二挠性联轴节，其中所述第二挠性联轴节被密封地固定连接到所述第一管和所述第二板，并且所述第一管可穿过所述第二板移动。

10.根据权利要求9所述的燃烧器，进一步包括所述第一和第二挠性联轴节中的至少一个与以下项中至少一者之间的密封件：所述第一板、所述第二板或所述多个管中的所述第一管。

11.根据权利要求9所述的燃烧器，其中所述第一和第二挠性联轴节中的至少一个是波纹管联轴节。

12.根据权利要求9所述的燃烧器，其中所述第一和第二挠性联轴节中的至少一个采用钎焊或其它焊接方式中的至少一项连接到所述第一板或所述第二板。

13.根据权利要求9所述的燃烧器，进一步包括至少部分在所述第一板、所述第二板以及所述护罩之间形成的室，其中所述室与燃料源流体连通。

14.一种用于组装燃烧器的方法，所述方法包括：

a.将至少一个挠性联轴节与延伸穿过板的通道对齐；

b.将所述至少一个挠性联轴节的第一端密封性地固定连接到所述板；

c.将管插入穿过所述通道；以及

d.将所述至少一个挠性联轴节的第二端密封性地固定连接到所述管，其中所述至少一个挠性联轴节构造成允许所述管穿过所述板的所述通道的移动。

15.根据权利要求14所述的方法，其中将每个挠性联轴节的所述第一端延伸穿过单独通道，进一步包括将每个挠性联轴节的所述第一端焊接到所述板。

16.根据权利要求14所述的方法，其中将每个挠性联轴节的所述第一端延伸穿过单独通道，进一步包括将每个挠性联轴节的所述第一端钎焊到所述板。

17.根据权利要求14所述的方法，其中将每个挠性联轴节的所述第二端连接到一个单独管，进一步包括将每个挠性联轴节的所述第二端钎焊到所述管。