CN103486615A

CN103486615A - 用于燃气涡轮机系统的燃烧器内衬冷却组件

Info

Publication number: CN103486615A
Application number: CN201310232827.0A
Authority: CN
Inventors: V.波利塞蒂; S.V.科杜库拉
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-01-01
Also published as: JP2013256950A; US20130333388A1; EP2674677A2; RU2013126601A

Abstract

本发明涉及并提供一种用于燃气涡轮机系统（10）的燃烧器内衬冷却组件，该燃烧器内衬冷却组件包括燃烧器内衬（20），燃烧器内衬（20）限定了燃烧室（22）。还包括流套筒（24），流套筒（24）包绕燃烧器内衬的至少一部分，其中流套筒包括至少一个孔洞行，该至少一个孔洞行包括多个孔洞（32），多个孔洞中的每一个都将冷却流射流（34）冲击到燃烧器内衬上。还包括多个流动重导向部件（38），多个流动重导向部件（38）布置成接近流套筒的后端（28），其中多个流动重导向部件使与冷却流射流相对垂直地流动的冲击横流（36）转向，由此为冷却流射流提供到燃烧器内衬的不受干扰的流动路径。

Description

用于燃气涡轮机系统的燃烧器内衬冷却组件

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机系统，并且更具体地，涉及燃烧器内衬冷却组件。

背景技术

燃气涡轮机系统的燃烧器部段通常包括布置成相对邻近过渡件的燃烧室，在过渡件处，热气体通过过渡件从燃烧室通向涡轮部段。燃烧室的至少一部分通常由流套筒包绕，而过渡件的至少一部分由冲击套筒包绕。流套筒通常包括多个孔洞，以用于为燃烧器内衬的一部分提供冲击冷却。额外的空气流从由冲击套筒和过渡件所限定的区域通向由流套筒和燃烧器内衬所限定的区域。通过沿与从接近冲击套筒的区域流向接近流套筒的区域的额外的空气流相对垂直的方向将冷却射流推送到内衬上来实现对燃烧器内衬的冲击冷却。额外的空气流通常破坏冷却射流，由此造成冷却效率的降低。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种用于燃气涡轮机系统的燃烧器内衬冷却组件包括燃烧器内衬，燃烧器内衬限定了燃烧室。还包括流套筒，流套筒包绕燃烧器内衬的至少一部分，其中流套筒包括至少一个孔洞行，该至少一个孔洞行包括多个孔洞，多个孔洞中的每一个都将冷却流射流冲击到燃烧器内衬上。还包括多个流动重导向部件，多个流动重导向部件布置成接近流套筒的后端，其中多个流动重导向部件使与冷却流射流相对垂直地流动的冲击横流转向，由此为冷却流射流提供到燃烧器内衬的不受干扰的流动路径。

根据本发明的另一个方面，一种用于燃气涡轮机系统的燃烧器内衬冷却组件包括燃烧器内衬，燃烧器内衬限定了燃烧室。还包括流套筒，流套筒包绕燃烧器内衬的至少一部分并且具有后端，其中流套筒包括多个孔洞，以用于将多个冷却流射流冲击到燃烧器内衬上。还包括冲击套筒，冲击套筒布置成接近流套筒的后端，其中冲击流动路径由冲击套筒和过渡管道限定，其中冲击横流通过冲击流动路径流入位于流套筒与燃烧器内衬之间的区域中。还包括多个流动重导向部件，多个流动重导向部件布置成接近流套筒的后端，其中多个流动重导向部件使冲击横流转向。

根据本发明的又一个方面，一种用于燃气涡轮机系统的燃烧器内衬冷却组件包括燃烧器内衬，燃烧器内衬限定了燃烧室。还包括流套筒，流套筒包绕燃烧器内衬的至少一部分并且具有后端，其中流套筒包括多个孔洞行，其中多个孔洞行中的每一个都包括围绕流套筒沿周向延伸的多个孔洞，其中多个孔洞中的每一个都将冷却流射流冲击到燃烧器内衬上。还包括多个流动重导向部件，多个流动重导向部件布置在前套筒上，前套筒定位成接近流套筒的后端和冲击套筒的前端，其中多个流动重导向部件中的每一个都与相应的第一行孔洞周向地对齐，以用于使接近流套筒的后端进入位于流套筒与燃烧器内衬之间的区域的冲击横流转向。所述多个流动重导向部件中的每一个都包括半圆形几何形状，所述半圆形几何形状具有布置成使所述冲击横流转向的流动重导向表面；所述多个流动重导向部件中的每一个都包括三角形几何形状，所述三角形几何形状具有布置成使所述冲击横流转向的流动重导向顶点。

通过下文结合附图的描述，这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。

附图说明

被认为是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且明确要求保护。通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中：

图1是燃气涡轮机系统的燃烧器部段的局部示意图；

图2是图1的部段II的放大图，其中示出了燃烧器内衬冷却组件；

图3是燃烧器内衬冷却组件的多个流动重导向部件的透视图；

图4是多个流动重导向部件的第一实施例的流动重导向部件的放大透视图；

图5是接近图4的第一实施例的流动重导向部件的流动分布（flowprofile）的横截面图；

图6是流动重导向部件的第二实施例的透视图；

图7是流动重导向部件的第三实施例的透视图；

图8是流动重导向部件的第四实施例的透视图；

图9是流动重导向部件的第五实施例的透视图；以及

图10是流动重导向部件的第六实施例的透视图。

参照附图通过示例的详细描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

参照图1，部分示意性地示出了燃气涡轮机系统的燃烧器部段并且总体以附图标记10表示。燃烧器部段10包括具有过渡管道14的过渡件12，过渡管道14至少部分地由相对于过渡管道14沿径向向外布置的冲击套筒16包绕。在过渡件12的上游，燃烧器内衬20接近冲击套筒16的前端18，燃烧器内衬20限定了燃烧室22。燃烧器内衬20至少部分地由相对于燃烧器内衬20沿径向向外布置的流套筒24包绕。前套筒26定位在冲击套筒16的前端18与流套筒24的后端28之间的接合部处。

燃烧器部段10使用可燃液体和/或气体燃料（例如天然气或富氢合成气）来运行燃气涡轮机系统。燃烧室22被构造成接收和/或提供空气-燃料混合物，由此形成产生热加压排气的燃烧。燃烧室22引导热加压气体通过过渡件12进入涡轮部段（未示出）中，从而引起涡轮部段旋转。热加压排气的存在使包绕燃烧室22（特别是接近燃烧器内衬20的下游端部30处）的燃烧器内衬20的温度升高。为了克服与过度热暴露于燃烧器内衬20相关的问题，流套筒24内的多个孔洞32布置成提供呈到达燃烧器内衬20上的多个冷却射流34的形式的冲击空气。多个孔洞32可以任选地包括朝向燃烧器内衬20突起的“套管”（未示出），从而提供封闭区域来朝向燃烧器内衬20传递多个冷却射流34。冲击横流36与多个冷却射流34相对垂直地流动并且在沿燃烧器内衬20从下游向上游流动的同时对燃烧器内衬20提供对流冷却作用。具体而言，冲击横流36从由冲击套筒16和过渡管道14所限定的区域流向由流套筒24和燃烧器内衬20所限定的区域。

参照图2，更详细地示出了流套筒24的后端28、前套筒26以及冲击套筒16的前端18的放大视图。流套筒24内的多个孔洞32可以接近流套筒24的后端28布置成一个或多个周向行。前套筒26包括可操作地联接到其上的以沿周向间隔开的布置沿前套筒26的内表面布置的至少一个（但通常是多个）流动重导向部件38。多个流动重导向部件38可以与前套筒24整体形成或者可以紧固至前套筒24。多个流动重导向部件38中的每一个都包括布置成与冲击横流36相互作用的流动重导向表面40，冲击横流36朝向燃烧器内衬20和流套筒24向上游流动。多个流动重导向部件38中的每一个都与多个孔洞32中的至少一个相对周向地对齐。

尽管上文将多个流动重导向部件38描述和显示成可操作地联接至前套筒26，但是能够构想，备选的实施例可以包括多个流动重导向部件38接近冲击套筒16的前端18可操作地联接至冲击套筒16。此外，能够构想，如果多个流动重导向部件38布置在多个孔洞32的下游，则多个流动重导向部件38可以可操作地联接到流套筒24的后端28。

参照图3至图5，多个流动重导向部件38的第一实施例包括半圆形几何形状，其中流动重导向表面40布置成与冲击横流36相互作用，如上文所描述。当冲击横流36与流动重导向表面40相互作用时，冲击横流36围绕流动重导向表面40转向。如上文所注意到的，多个流动重导向部件38与多个孔洞32相对对齐，并且因此还和与冲击横流36相对垂直地流动的多个冷却射流34相对对齐。通过使冲击横流36转向，基于缺少冲击横流36与多个冷却射流34之间的直接相互作用，多个冷却射流34中的每一个的干扰降低，由此允许多个冷却射流34对燃烧器内衬20进行更高效地冷却。此外，冲击横流36的转向使冲击横流36的平均速度增大，从而使与冲击横流36在燃烧器内衬20上方的流动相关联的对流传热增加。

现在参照图6，多个流动重导向部件38的第二实施例被示出并且与图3至图5中所示的第一实施例的构造类似。具体而言，多个流动重导向部件38的第二实施例包括多个孔42，以用于减少在冲击横流36通过流动重导向表面40之后再循环时形成旋涡。

参照图7，多个流动重导向部件38的第三实施例被示出并且与上文所描述的实施例的构造类似。多个流动重导向部件38的第三实施例包括第一部分44，第一部分44具有上文所描述的半圆形几何形状，第一部分44包括终止于第一端部46和第二端部48的流动重导向表面40。第二部分50从第一端部46和第二端部48中的至少一个沿轴向向上游延伸，第二部分50提供额外的轴向结构，以用于使冲击横流36沿其流动。由第二部分50提供的额外结构减小多个流动重导向部件38与多个冷却射流34之间的轴向空间，由此减少冲击横流36扰乱多个冷却射流34的可能性。第三实施例示为具有上文结合第二实施例所描述的多个孔42，然而，应当领会，第三实施例可以包括第二部分50但不包括多个孔42。

现在参照图8至图10，示出了多个流动重导向部件38的其它的实施例。尽管所述其它的实施例与上文所描述的实施例类似，但是不是半圆形几何形状，所述其它的实施例包括三角形几何形状。具体而言，多个流动重导向部件38的第四实施例（图8）包括三角形几何形状，该三角形几何形状具有布置成与冲击横流36相互作用的流动重导向顶点52，如上文参照半圆形实施例的流动重导向表面40所描述的。此外，第五实施例（图9）包括多个孔42。像上文所描述的包括多个孔42的实施例的情况一样，多个孔42可以以各种角度并且以各种数量和形状布置，并且将取决于使用应用。第六实施例（图10）包括从流动重导向顶点52延伸至第一端部56和第二端部58的第一三角形部分54，其中至少一个第二部分60可以从第一三角形部分54延伸，与上文所描述的第三实施例类似。像第三实施例的情况一样，尽管示为具有多个孔42，但是应当领会，第六实施例可以包括至少一个第二部分60但不包括多个孔42。多个流动重导向部件38在上文被描述成具有特定的几何形状，然而，应当理解，可以采用能够使冲击横流36转向的任何合适的几何形状作为多个流动重导向部件38。

尽管已经仅结合数量有限的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当易于理解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此外，尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不视为受到上文的描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。

Claims

1.一种用于燃气涡轮机系统（10）的燃烧器内衬冷却组件，所述燃烧器内衬冷却组件包括：

燃烧器内衬（20），所述燃烧器内衬（20）限定了燃烧室（22）；

流套筒（24），所述流套筒（24）包绕所述燃烧器内衬的至少一部分，其中所述流套筒包括至少一个孔洞行，所述至少一个孔洞行包括多个孔洞（32），所述多个孔洞中的每一个都将冷却流射流（34）冲击到所述燃烧器内衬上；以及

多个流动重导向部件（38），所述多个流动重导向部件（38）布置成接近所述流套筒的后端（28），其中所述多个流动重导向部件使与所述冷却流射流相对垂直地流动的冲击横流（36）转向，由此为冷却流射流提供到所述燃烧器内衬的不受干扰的流动路径。

2.根据权利要求1所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述至少一个孔洞行（32）布置成接近所述流套筒（24）的所述后端（28），其中所述多个流动重导向部件（38）沿周向定位并且布置成与所述至少一个孔洞行的多个孔洞（32）周向地对齐。

3.根据权利要求1所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述燃烧器内衬冷却组件还包括前套筒（26），所述前套筒（26）布置成接近所述流套筒（24）的所述后端（28）以及冲击套筒（16）的前端（18），其中所述多个流动重导向部件（38）可操作地联接至所述前套筒的内表面。

4.根据权利要求1所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述燃烧器内衬冷却组件还包括冲击套筒（16），所述冲击套筒（16）布置成接近所述流套筒（24）的所述后端（28），其中所述多个流动重导向部件（38）可操作地联接至所述冲击套筒的内表面。

5.根据权利要求1所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述冲击横流（36）从由冲击套筒（16）和过渡管道（14）所限定的区域流向所述流套筒（24）的所述后端（28）并且进入由所述流套筒（24）和所述燃烧器内衬（20）所限定的区域中。

6.根据权利要求1所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述多个流动重导向部件（38）中的每一个都包括半圆形几何形状的第一部分（44）。

7.根据权利要求1或6所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述多个流动重导向部件（38）中的每一个都包括至少一个孔。

8.根据权利要求1或6所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述多个流动重导向部件（38）中的每一个还包括第二部分（50），所述第二部分（50）从所述第一部分（44）的至少一个端部沿轴向延伸。

9.根据权利要求1所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述多个流动重导向部件（38）中的每一个都包括三角形几何形状的第一部分（54）。

10.根据权利要求9所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述多个流动重导向部件（38）中的每一个都包括至少一个孔。

11.根据权利要求9所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述多个流动重导向部件（38）中的每一个还包括第二部分（50），所述第二部分（50）从第一部分（44）的至少一个端部沿轴向延伸。

12.一种用于燃气涡轮机系统（10）的燃烧器内衬冷却组件，所述燃烧器内衬冷却组件包括：

流套筒（24），所述流套筒（24）包绕所述燃烧器内衬的至少一部分并且具有后端（28），其中所述流套筒包括多个孔洞（32），以用于将多个冷却流射流（34）冲击到所述燃烧器内衬上；

冲击套筒（16），所述冲击套筒（16）布置成接近所述流套筒的所述后端，其中冲击流动路径由所述冲击套筒和过渡管道（14）限定，其中冲击横流（36）通过所述冲击流动路径流入位于所述流套筒与所述燃烧器内衬之间的区域中；以及

多个流动重导向部件（38），所述多个流动重导向部件（38）布置成接近所述流套筒的所述后端，其中所述多个流动重导向部件使所述冲击横流转向。

13.根据权利要求12所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述多个孔洞（32）包括第一孔洞行，其中所述多个流动重导向部件（38）沿周向定位并且布置成与所述第一孔洞行的多个孔洞周向地对齐。

14.根据权利要求12所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述多个流动重导向部件（38）中的每一个都包括半圆形几何形状，所述半圆形几何形状具有布置成使所述冲击横流（36）转向的流动重导向表面（40）。

15.根据权利要求12所述的燃烧器内衬冷却组件，其特征在于，所述多个流动重导向部件（38）中的每一个都包括三角形几何形状，所述三角形几何形状具有布置成使所述冲击横流（36）转向的流动重导向顶点（52）。