CN104246371A - 涡轮机燃烧器组装件 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮机燃烧器组装件包含燃烧器主体(20)以及布置在燃烧器主体(20)内的燃烧器衬套(24)。燃烧器衬套(24)限定具有头端(32)和排出端(37)的燃烧室(30)。多个燃烧器喷嘴(44-49)被以环形阵列布置在燃烧室(30)的头端(32)，并且流体输送喷嘴(90)被基本中心地布置在燃烧室(30)的头端(32)处的环形阵列内。流体输送喷嘴(90)包含穿过壁部分(100)延伸到第二端部分(99)的第一端部分(98)。壁部分(100)包含至少一个燃烧室出口(113)。流体输送喷嘴(90)被配置为将非可燃流体输送到多个燃烧器喷嘴(44-49)中的至少一个燃烧器喷嘴和燃烧室(30)内。

Description

涡轮机燃烧器组装件
技术领域
本文公开的主题涉及涡轮机领域，并且更具体地涉及涡轮机燃烧器组装件。
背景技术
许多涡轮机包含压缩机部分，该压缩机部分通过公共压缩机/涡轮轴杆或转子和燃烧器组装件连结到涡轮部分。压缩机部分引导压缩气流通过多个连续级直到燃烧器组装件。在燃烧器组装件内，压缩气流与燃料混合以形成可燃烧的混合物。可燃烧的混合物在燃烧器组装件内燃烧以形成热气。热气被过渡件引导到涡轮部分。热气膨胀通过涡轮部分而做功，所述功被输出以便为例如发电机、泵提供动力或者为车辆提供动力。除了提供压缩空气用于燃烧外，一部分压缩气流被传送经过涡轮部分以用于冷却的目的。
燃烧器组装件包含限定燃烧室的衬套部分。可燃烧混合物在燃烧室内燃烧以形成热气。随着时间的推移，衬套由于暴露在热气中而开始腐蚀。经常地，腐蚀开始于位于燃烧器喷嘴的相邻出口部分的高温区。腐蚀将对要求昂贵的且周期性的维护和更换以维持涡轮机操作的燃烧器操作寿命具有负面影响。
发明内容
根据示例实施例的一个方面，一种涡轮机燃烧器组装件包含燃烧器主体以及被布置在燃烧器主体内的燃烧器衬套。燃烧器衬套限定具有头端和排出端的燃烧室。多个燃烧器喷嘴被以环形阵列布置在燃烧室的头端，并且流体输送喷嘴被基本中心地布置在燃烧室的头端处的环形阵列内。流体输送喷嘴包含穿过壁部分延伸到第二端部分的第一端部分。壁部分包含至少一个燃烧室出口。流体输送喷嘴被配置为将非可燃流体输送到多个燃烧器喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴。
根据示例实施例的另一方面，一种将非可燃流体引入涡轮机燃烧器的方法包含将非可燃流体输送到延伸进入涡轮机燃烧器的燃烧室内的流体输送喷嘴，传送非可燃流体的第一部分进入绕着流体输送喷嘴排列的多个燃烧器喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴，以及传送非可燃流体的第二部分通过在流体输送喷嘴的末端处形成的燃烧室出口进入燃烧室。
根据示例实施例的又一方面，一种涡轮机包含压缩机部分、机械连结到压缩机部分的涡轮部分以及流体连接到压缩机部分和涡轮部分的燃烧器组装件。燃烧器组装件包含燃烧器主体以及布置在燃烧器主体内的燃烧器衬套。燃烧器衬套限定具有头端和排出端的燃烧室。多个燃烧器喷嘴被以环形阵列布置在燃烧室的头端处，并且流体输送喷嘴被基本中心地布置在燃烧室的头端处的环形阵列内。流体输送喷嘴包含穿过壁部分延伸到第二端部分的第一端部分，所述壁部分包含被流体连接到多个燃烧器喷嘴中的两个相邻燃烧器喷嘴的多个燃烧器喷嘴出口。所述壁部分包含在第二端部分内形成的第一燃烧室出口以及在与第二端部分相邻的壁部分内形成的第二燃烧室出口。至少一个额外非可燃流体出口形成在与燃烧室的头端相邻的衬套内，所述至少一个额外非可燃流体出口被配置并设置为在多个燃烧器喷嘴中的相邻燃烧器喷嘴之间输送非可燃流体流。
这些和其他的优点和特征将通过结合附图的以下描述中变得更明显。
附图说明
被视为本发明的主题在说明书的结论处的权利要求书中被特别地指出且被清楚地声明。本发明的前述及其他特征和优点通过结合附图的以下具体实施方式是明显的，其中：
图1是根据示例实施例包含燃烧器组装件的涡轮机的示意图；
图2是根据示例实施例的燃烧器组装件的部分横截面图；
图3是图2中的燃烧器组装件的端视图；以及
图4是示例实施例的燃烧器组装件的流体输送喷嘴的细节图。
参考附图，通过示例的方法，具体实施方式解释了本发明的实施例连同优点和特征。
具体实施方式
参考图1和图2，根据示例实施例构造的涡轮机被总体标示为2。涡轮机2包含可操作地连接到涡轮部分6的压缩机部分4。燃烧器组装件8被流体连接到压缩机部分4和涡轮部分6。燃烧器组装件8由多个周向隔开的燃烧器形成，其中一个燃烧器被标示为10。当然，应理解的是燃烧器组装件8可以包含燃烧器的其他布置。压缩机部分4也通过公共压缩机/涡轮轴杆12被连结到涡轮部分6。在这种布置下，压缩机部分4把压缩空气输送到燃烧器组装件8。压缩空气与可燃流体或燃料混合以形成可燃混合物。可燃混合物在燃烧器10内燃烧以形成燃烧产物或热气，该燃烧产物或热气通过过渡件14被输送到涡轮部分6。热气沿着气体路径(未独立标识)膨胀通过涡轮部分6以便为例如发电机、泵、车辆等(也未示出)提供动力。
根据示例实施例，燃烧器10包含燃烧器主体20，在该燃烧器主体20内布置有燃烧器衬套24。燃烧器衬套24与燃烧器主体20间隔开以便限定通道26。燃烧器衬套24限定燃烧室30，该燃烧室30具有用燃烧器盖34提供的第一端或头端32以及被流体耦接到过渡件14的第二端或排出端37。燃烧器10包含布置在头端32的多个燃烧器喷嘴44-49(图3)。燃烧器喷嘴44-49被布置成具有中心区域的环形阵列(未独立标识)。
在所示的示例实施例中，燃烧器喷嘴44包含围绕中心排出部分53的外喷嘴部分52。外喷嘴部分52与中心排出部分53间隔开以形成流体腔室55。如以下将更全面地论述的，流体腔室55接收非可燃流体(例如空气、蒸汽和/或惰性气体)。非可燃流体与通过延伸穿过燃烧器盖34的燃料入口56所接收的可燃流体混合。可燃流体穿过中心排出部分53并且与非可燃流体混合以形成可燃混合物。非可燃流体也向燃烧器喷嘴44提供冷却。用与以上所述相似的方式，燃烧喷嘴45包含外喷嘴部分57、中心排出部分58以及流体腔室60；燃烧器喷嘴46包含外喷嘴部分62、中心排出部分63以及流体腔室65；燃烧器喷嘴47包含外喷嘴部分68、中心排出部分69以及流体腔室71；燃烧室喷嘴48包含外喷嘴部分73、中心排出部分74以及流体腔室76；以及燃烧器喷嘴49包含外喷嘴部分78、中心排出部分79以及流体腔室80。
进一步根据示例实施例，燃烧器10包含流体输送喷嘴90，该流体输送喷嘴90被布置在头端32并且被定位在燃烧器喷嘴44-49的中心区域(未独立标识)内。流体输送喷嘴90被流体连接到非可燃流体入口92并且包含喷嘴主体94，该喷嘴主体94具有穿过壁部分100延伸到第二端部分99的第一端部分98。流体输送喷嘴90包含在壁部分100内形成的多个燃烧器喷嘴出口，其中一个喷嘴出口被标示为110。流体输送喷嘴90也包含在壁部分100内提供的第一组多个燃烧室出口(其中一个被标示为113)、第二组多个燃烧室出口(其中一个被标示为115)以及第三组多个燃烧室出口117。第一组多个燃烧室出口113采取在壁部分100内形成的开口(未独立标识)的形式。虽然被显示为绕着喷嘴主体94延伸的单一行，但第一组多个燃烧室出口113的数量或行以及尺寸可以变化。第二组多个燃烧室出口115采取具有多个开口122的微型喷流板120的形式。第三组多个燃烧室出口117采取在壁部分100内形成于燃烧器喷嘴出口110和第一燃烧室出口113之间的开口125的形式。开口125被形成在一对流动重定向元件处，其中一个元件被标示为128，其被提供在壁部分100的外表面(未独立标识)上。
通过这种布置，可燃流体或燃料被传送穿过燃料进口56直到燃烧器喷嘴44-49。燃料从每个中心排出部分53、58、63、69和74经过。通常在同一时间，非可燃流体或空气被传送穿过非可燃流体入口92直到流体输送喷嘴90。非可燃流体沿着喷嘴主体94流动并且穿过燃烧器喷嘴出口110进入每个流体腔室55、60、65、71和76。更具体地，燃烧器喷嘴出口110被配置为将非可燃流体输送到燃烧器喷嘴44-49中的两个相邻喷嘴中。通过这种布置，非可燃流体以特定的方向进入每个流体腔室55、60、65、71和76。例如，如图3所示，进入流体腔室55的非可燃流体可以按照逆时针漩涡流动并且非可燃流体可以按照顺时针漩涡进入流体腔室60。因此，相邻喷嘴内的漩涡以相反的方向流动。非可燃流体与可燃流体混合并且作为可燃混合物从每个燃烧器喷嘴44-49中经过，所述可燃混合物在燃烧室30内燃烧以形成热气。热气从燃烧器10流入过渡件14并且继续直到涡轮部分6的第一级。
此外，进入流体喷嘴90的第二部分非可燃流体穿过第一燃烧室出口113，第三部分非可燃流体穿过第二燃烧室出口115，第四部分非可燃流体穿过第三燃烧室出口117。从第一燃烧室出口113经过的第二部分非可燃流体从流体喷嘴90中径向流入燃烧室30以便与可燃混合物混合以辅助更完全的燃烧。第三部分流体穿过第二燃烧室出口115轴向进入燃烧室30并且为微型喷流板120提供冷却。微型喷流板120的存在创建了在流体喷嘴90内建立期望压力的流动约束。最后，第四部分非可燃流体穿过第三燃烧室出口117并且出于冷却的目的被流动重定向构件118重新定向以形成在壁构件100的外表面(未独立标识)上流动的薄膜冷却流。
除了可燃流体与非可燃流体混合并且从燃烧器喷嘴44-49和流体喷嘴90中流过之外，燃烧器10包含在燃烧器衬套24内形成的额外非可燃流体出口134。额外非可燃流体出口134引导另一非可燃流体(例如排气(EG)、蒸汽或另一惰性气体)进入燃烧室30以进一步增强燃烧并导致减少排放。额外非可燃流体出口134引导额外非可燃流体在径向上向内直到流体输送喷嘴90。更具体地，额外非可燃流体出口134被定位成引导燃烧器喷嘴44-49中的相邻喷嘴之间的额外非可燃流体与可燃混合物混合并且与可燃烧混合物一起燃烧。额外非可燃流体的引入向燃烧器衬套的内表面(未独立标识)提供冷却并且进一步导致来自涡轮机2的较低排放。冷却燃烧衬套的内表面导致燃烧衬套的使用寿命增加，并且延长燃烧器的使用寿命。亦即，通过增加燃烧器的使用寿命，昂贵的维护程序和涡轮机的停机时间一起被减少。此外，由流体输送喷嘴和额外非可燃流体提供的可燃流体与非可燃流体的混合导致各种物质(例如CO等)的更完全燃烧，由此导致来自气体涡轮机2的较低排放。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但应该容易理解的是，本发明并不局限于这些公开的实施例。相反，本发明能够被修改以包含在此之前没有描述的但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的变化、改动、替换或者等效布置。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，应当理解的是，本发明的各个方面可以仅包含某些所描述的实施例。因此，本发明不应被视为由前面的说明书限制，而是仅由随附的权利要求书的范围限制。

Claims (20)

1.一种涡轮机燃烧器组装件，其包括：
燃烧器主体；
燃烧器衬套，其被布置在所述燃烧器主体内，所述燃烧器衬套限定具有头端和排出端的燃烧室；
多个燃烧器喷嘴，其被以环形阵列布置在所述燃烧室的所述头端；
流体输送喷嘴，其被基本中心地布置在所述燃烧室的所述头端处的所述环形阵列内，所述流体输送喷嘴包含穿过壁部分延伸到第二端部分的第一端部分，所述壁部分包含至少一个燃烧室出口，所述流体输送喷嘴被配置为将非可燃流体输送到所述多个燃烧器喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴。
2.根据权利要求1所述的涡轮机燃烧器，其中壁部分包含被流体连接到所述多个燃烧器喷嘴的多个燃烧器喷嘴出口。
3.根据权利要求2所述的涡轮机燃烧器组装件，其中所述多个燃烧器喷嘴出口之一被流体连接到所述多个燃烧器喷嘴中的两个相邻喷嘴。
4.根据权利要求1所述的涡轮机燃烧器组装件，其中所述至少一个燃烧室出口包含在所述第二端部分形成的第一燃烧室出口和在与所述第二端部分相邻的所述壁部分内形成的第二燃烧室出口。
5.根据权利要求4所述的涡轮机燃烧器组装件，其中所述流体输送喷嘴的所述第一燃烧室出口包括在所述第二端部分处提供的喷流板，所述喷流板具有多个开口，所述多个开口部分地阻止从所述流体输送喷嘴传送进入所述燃烧室的流动。
6.根据权利要求5所述的涡轮机组装件，其中所述第二燃烧室出口包含在所述第二端部分处的所述壁部分内形成的多个开口。
7.根据权利要求6所述的涡轮机组装件，其中所述多个开口绕着在所述第二端部分处的所述壁部分周向延伸。
8.根据权利要求1所述的涡轮机燃烧器组装件，其进一步包括：在与所述燃烧室的所述头端相邻的所述燃烧器衬套内形成的至少一个额外非可燃流体出口，所述至少一个额外非可燃流体出口被配置并设置为朝向所述多个燃烧器喷嘴输送额外的非可燃流体。
9.根据权利要求8所述的涡轮机燃烧器组装件，其中所述额外的非可燃流体包含排气和惰性气体之一。
10.根据权利要求1所述的涡轮机燃烧器组装件，其中所述非可燃流体是空气。
11.一种将非可燃流体引入涡轮机燃烧器的方法，所述方法包括：
将非可燃流体输送到延伸进入所述涡轮机燃烧器的燃烧室内的流体输送喷嘴中；
传送所述非可燃流体的第一部分在径向上向外穿过所述流体输送喷嘴进入绕着所述流体输送喷嘴排列的多个燃烧器喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴；以及
传送所述非可燃流体的第二部分穿过在所述流体输送喷嘴的末端处形成的燃烧室出口进入所述燃烧室。
12.根据权利要求11所述的方法，其中传送所述非可燃流体的所述第一部分进入所述多个燃烧器喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴包含传送所述非可燃流体的所述第一部分穿过在所述流体输送喷嘴的壁内形成的燃烧器喷嘴出口进入所述多个燃烧器喷嘴中的两个相邻燃烧器喷嘴。
13.根据权利要求11所述的方法，其中传送所述非可燃流体的所述第一部分进入所述多个燃烧器喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴包含传送所述非可燃流体的所述第一部分进入第一燃烧器喷嘴以创建在第一方向上绕着所述第一燃烧器喷嘴的流动，并且进入第二燃烧器喷嘴以创建在与所述第一方向相反的第二方向上绕着所述第二燃烧器喷嘴的流动。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：传送所述非可燃流体的第三部分穿过在所述流体输送喷嘴的所述末端处形成的另一燃烧室出口，所述非可燃流体的所述第二部分在径向上经过所述流体输送喷嘴进入所述燃烧室并且所述第三部分的所述非可燃流体的所述第三部分在轴向上经过所述流体输送喷嘴进入所述燃烧室。
15.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：传送额外的非可燃流体穿过所述涡轮机燃烧器的衬套到所述流体输送喷嘴。
16.根据权利要求15所述的方法，其中传送所述额外的非可燃流体到所述流体输送喷嘴包含在所述多个燃烧器喷嘴中的相邻喷嘴之间传送排气和惰性气体之一。
17.一种涡轮机，其包括：
压缩机部分；
涡轮部分，其被机械地连结到所述压缩机部分；以及
燃烧器组装件，其被流体连接到所述压缩机部分和所述涡轮部分，所述燃烧器组装件包括：
燃烧器主体；
燃烧器衬套，其被布置在所述燃烧器主体内，所述燃烧器衬套限定具有头端和排出端的燃烧室；
多个燃烧器喷嘴，其被以环形阵列布置在所述燃烧室的所述头端处；
流体输送喷嘴，其被基本中心地布置在所述燃烧室的所述头端处的所述环形阵列内，所述流体输送喷嘴包含穿过壁部分延伸到第二端部分的第一端部分，所述壁部分包含被流体连接到所述多个燃烧器喷嘴中的两个相邻喷嘴的多个燃烧器喷嘴出口，所述壁部分包含在所述第二端部分中形成的第一燃烧室出口以及在与所述第二端部分相邻的壁部分中形成的第二燃烧室出口；以及
在与所述燃烧室的所述头端相邻的所述衬套中形成的至少一个额外非可燃流体出口，所述至少一个额外非可燃流体出口被配置并设置为在所述多个燃烧器喷嘴的相邻喷嘴之间输送非可燃流体流。
18.根据权利要求17所述的涡轮机，其中所述流体输送喷嘴的所述第一燃烧室出口包括在所述第二端部分处提供的喷流板，所述喷流板具有部分地阻止从所述流体输送喷嘴传送到所述燃烧室的流动的多个开口。
19.根据权利要求18所述的涡轮机，其中所述第二燃烧室出口包含在所述第二端部分处的所述壁部分中形成的多个开口。
20.根据权利要求19所述的涡轮机，其中所述多个开口绕着所述第二端部分处的所述壁部分周向延伸。
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