CN104344426A - 用于将燃料供应到燃烧器的燃料供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于将燃料供应到燃烧器的燃料供给系统。所述系统包括至少部分限定所述燃烧器内热气路径的环形管道。孔口至少部分由所述环形管道限定，并且所述孔口限定穿过所述环形管道进入所述热气路径的流动路径。多个燃料喷射器周向布置在所述环形管道周围，以提供穿过所述环形管道进入所述热气路径的流体通道。燃料分配歧管设置在邻近所述环形管道的外侧处。所述燃料分配歧管包括主体，所述主体至少部分限定用于接收燃料的入口、与所述燃料喷射器流体连通的出口以及使所述入口与所述孔口之间流体连通的燃料净化通道。

Description

用于将燃料供应到燃烧器的燃料供给系统

技术领域

本发明大体上涉及一种用于燃气涡轮机的燃烧器。更确切地讲，本发明涉及一种将燃料供应到燃料喷射器的系统，所述燃料喷射器设置在限定于所述燃烧器内的初级燃烧区的下游。

背景技术

燃烧器普遍用于工业操作和发电操作，用以点燃燃料以便产生具有高温和高压的燃烧气体。例如，如燃气涡轮机的涡轮机器通常包括一个或多个燃烧器来发电或产生推力。典型燃气涡轮机包括入口段、压缩机段、燃烧段、涡轮机段和排气段。入口段清洁并且调节“工作流体”(例如，空气)并且将工作流体供应至压缩机段。压缩机段渐进地增加工作流体的压力，并且将压缩工作流体供应至燃烧段。在燃烧段内燃料与压缩工作流体混合，并且所述混合物在限定于燃烧段内的燃烧室中燃烧，以便产生具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体流向涡轮机段，在涡轮机段中，燃烧气体膨胀做功。例如，燃烧气体在涡轮机段中的膨胀可使连接至发电机的轴转动以发电。

典型的燃烧器包括联接至压缩机排出壳体的端盖、在所述压缩机排出壳体内径向和轴向延伸的环形帽组件、在所述帽组件下游延伸的环形燃烧衬套，以及具有在所述燃烧衬套与第一级固定喷嘴之间延伸的环形过渡管道的过渡连接件。所述固定喷嘴定位在大体邻近涡轮机段入口处。

在一种特定燃烧器设计中，一个或多个燃料喷射器(又称延迟贫燃料喷射器)在燃料喷嘴下游周向布置在燃烧衬套周围。所述燃料喷射器用于提供穿过所述衬套并进入热气路径的流体连通。目前用于将燃料供应到所述燃料喷射器的系统包括不同的流体导管和流体联接器，所述导管和联接器在所述压缩机排出壳体内延伸，以便将燃料从燃料源传送到所述延迟贫燃料喷射器。由于在压缩机排出壳体内提供的有限空间，在燃烧器安装和/或拆除期间进入所述不同的流体联接器、流体导管和/或所述延迟贫燃料喷射器可能受到限制。从而，在燃料源与延迟贫燃料喷射器之间进行的燃料连接是具有挑战性的且劳动强度大。因此，一种用于将燃料供应到燃烧器、特别是延迟贫燃料喷射器的改良系统将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点会在以下说明中进行阐述，或可以从说明书中清楚，或可以通过实践本发明来了解。

本发明的一个实施例是一种用于燃气涡轮机燃烧器的燃料供给系统。所述燃料供给系统包括至少部分限定了所述燃烧器内的热气路径的环形管道。所述环形管道包括内侧和外侧。孔口至少部分由所述环形管道限定。所述孔口限定穿过所述环形管道进入所述热气路径的流动路径。多个燃料喷射器周向地布置在所述环形管道周围。所述燃料喷射器提供穿过环形管道进入热气路径的流体连通。所述系统进一步包括设置在邻近环形管道外侧处的燃料分配歧管。所述燃料分配歧管包括主体，所述主体至少部分限定用于接收燃料的入口、与所述燃料喷射器流体连通的出口、以及使所述入口与所述孔口之间流体连通的燃料净化通道。

本发明的另一个实施例是一种燃烧器。所述燃烧器包括至少部分围绕所述燃烧器的外壳和端盖。燃料喷嘴在所述端盖下游轴向延伸，并且环形管道从所述燃料喷嘴下游延伸。所述环形管道至少部分限定了所述燃烧器内的热气路径。孔口在所述燃料喷嘴下游限定穿过所述环形管道进入所述热气路径的流动路径。多个燃料喷射器周向地布置在所述环形管道周围。所述燃料喷射器用于在燃料喷嘴下游提供穿过环形管道进入热气路径的流体连通。燃料分配歧管联接至位于所述燃料喷射器上游的所述环形管道。所述燃料分配歧管包括主体，所述主体至少部分限定用于接收燃料的入口、与所述燃料喷射器流体连通的出口、以及与所述孔口流体连通的燃料净化通道。所述燃料净化通道限定所述主体内用于将泄露燃料从所述入口传送至热气路径的流动路径。

本发明的另一个实施例是一种燃气涡轮机。所述燃气涡轮机包括压缩机、设置在所述压缩机下游的燃烧器以及设置在所述燃烧器下游的涡轮机。外壳和盖端至少部分围绕所述燃烧器。燃料喷嘴在所述端盖下游轴向延伸，并且环形管道在所述燃料喷嘴下游延伸。所述环形管道至少部分限定了所述燃烧器内的热气路径。孔口在所述燃料喷嘴下游限定穿过所述环形管道进入所述热气路径的流动路径。多个燃料喷射器周向地布置在所述环形管道周围。所述燃料喷射器用于在燃料喷嘴下游提供穿过环形管道进入热气路径的流体连通。燃料分配歧管联接至位于所述燃料喷射器上游的所述环形管道。所述燃料分配歧管包括主体，所述主体至少部分限定用于接收燃料的入口、与所述燃料喷射器流体连通的出口、以及与所述孔口流体连通的燃料净化通道。所述燃料净化通道限定所述主体内用于将泄露燃料通过所述孔口从所述入口传送至热气路径的流动路径。

所属领域的一般技术人员可通过查看说明书的内容来更好地了解此类实施例的特征和方面，以及其他内容。

附图说明

在说明书剩余部分中向所属领域的技术人员更具体地阐述了本发明的完整和实践内容，包括本发明的最佳模式，其中参考附图进行阐述，在附图中：

图1为本发明范围内的示例性燃气涡轮机的功能框图；

图2为示例性燃气涡轮机的一部分的截面侧视图，包括了可涵盖本发明多个实施例的示例性燃烧器；

图3为根据本发明一个实施例的用于将燃料供应到图2所示燃烧器的系统的透视图；

图4为根据本发明一个实施例的图3所示系统的一部分的截面侧视图；

图5为根据本发明一个实施例的图3所示系统的截面侧视图；

图6为根据本发明一个实施例的图2所示燃烧器的截面侧视图；以及

图7为根据本发明一个实施例的用于将燃料供应到图6所示燃烧器的所述系统的透视图。

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。附图和说明中类似或相同的标识用于指代本发明的类似或相同的部分。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。术语“上游”和“下游”是指关于流体路径中流体流动而言的相对方向。例如，“上游”是指流体流动所来的方向，而“下游”是指流体流动所去的方向。术语“径向”指的是实质上垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向，并且术语“轴向”指的是实质上平行于特定部件的轴向中心线的相对方向。

每个实例均以解释本发明，而非限制本发明的方式提供。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，可以将说明或描述为某个实施例中一部分的特征用到另一个实施例中，从而得到又一个实施例。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。尽管出于说明目的，本发明的示例性实施例将大体在并入燃气涡轮机中的燃烧器的背景下描述，但所属领域的技术人员将容易了解，除非在权利要求中特别指出，否则本发明的各实施例可以用于并入任何涡轮机器中的任何燃烧器，且不限于燃气涡轮机燃烧器。

现在参照附图，其中在整个附图中，相同数字指示相同元件，图1提供可结合本发明各实施例的示例性燃气涡轮机10的功能框图。如图所示，燃气涡轮机10大体上包括入口段12，所述入口段12可包括一系列过滤器、冷却盘管、去湿器和/或其他装置，用于纯化和以其他方式调节进入燃气涡轮机10的工作流体(例如，空气)14。工作流体14流向压缩机段，在压缩机段中，压缩机16渐进地将动能注入工作流体14中，以产生压缩工作流体18。

压缩工作流体18与来自燃料源22(例如燃料滑轨(fuel skid))的燃料20混合，以在一个或多个燃烧器24内形成可燃性混合物。所述可燃性混合物燃烧以产生具有高温、高压和高速的燃烧气体26。燃烧气体26流过涡轮机段的涡轮机28以做功。例如，涡轮机28可连接到轴30，以便涡轮机28的旋转驱动压缩机16产生压缩工作流体18。替代地或附加地，轴30可将涡轮机28连接到发电机32以发电。来自涡轮机28的排出气体34流过排气段36，所述排气段36在涡轮机28下游将涡轮机28连接到排气烟囱38。例如，排气段36可包括用于在释放到环境中之前清洁排出气体34并提取其中的额外热量的热回收蒸汽发生器(未显示)。

图2提供根据本发明各实施例的示例性燃烧器24的简化截面侧视图。如图2所示，外壳40和设置在燃烧器24一端并联接至外壳40的端盖42可至少部分围绕燃烧器24，以便容纳从压缩机16流到燃烧器24的压缩工作流体18。燃料喷嘴44在端盖42下游轴向延伸。燃料喷嘴44可与在端盖42内和/或穿过端盖42延伸的一个或多个流体回路(未显示)流体连通。在特定的构型中，帽组件46在外壳40内径向、周向且轴向延伸。帽组件46至少部分包围燃料喷嘴44。

在特定的实施例中，环形管道48(如燃烧衬套或过渡管道)在燃料喷嘴44下游延伸。环形管道48大体包括与外侧或冷却侧52径向分离的内侧或燃烧侧50。环形管道48的上游端或前端54可在帽组件46的一部分周围周向延伸。环形管道48至少部分在帽组件46与涡轮机28(图1)的入口56之间延伸。

如图2所示，环形管道48可至少部分限定在燃烧器24内位于燃料喷嘴44下游的燃烧室58。环形衬套48至少部分限定了在燃烧器24内的热气路径60，用于将燃烧气体26从燃烧室58传送穿过燃烧器24并进入涡轮机26(图1)。在特定的实施例中，如图2所示，至少一个外套筒62(如冲击套筒或流动套筒)周向包围环形管道48。外套筒62与环形管道48径向分离，以便在其间限定冷却流动通道64。多个冲击孔或流动孔66可延伸穿过外套筒62，用于将一部分压缩气体18传送至冷却流动通道64中。

环形管道48至少部分限定多个燃料喷射器孔口68，孔口68在燃料喷嘴44下游周向布置在环形管道48周围。多个燃料喷射器70(又称延迟贫喷射器(LLI))周向布置在环形管道48周围，并且延伸为至少部分穿过燃料喷射器开口68。燃料喷射器70可通过任何适用于燃烧器24内操作环境的手段连接至环形管道48，所述手段例如为焊接、铜焊或机械紧固件(如螺栓或铆钉)。

如图2所示，燃料喷射器70可至少部分被外套筒62包围。例如，燃料喷射器70可至少部分设置在冷却流动通道64内。燃料喷射器70提供穿过环形管道48进入位于燃料喷嘴44下游的热气路径60的流体连通。例如，燃料喷射器70可用于提供冷却流动通道64与热气路径60之间的流体连通。在特定的实施例中，环形管道48至少部分限定孔口72，孔口72限定穿过环形管道48进入热气路径60的流动路径74。在一个实施例中，如图2所示，孔口72限定在燃料喷嘴44下游、且在燃料喷射器开口68上游和/或燃料喷射器70上游。

在不同的实施例中，一种用于将燃料从燃料源供应到燃料喷射器70的系统(本说明书称为“系统100”)主要在外壳40内延伸。图3提供根据一个实施例的图2所示系统100的透视图。在一个实施例中，如图2和图3所示，系统100大体包括燃料分配歧管102和燃料供给导管104，所述燃料供给导管104可提供燃料源22(图1)与燃料分配歧管102之间的流体连通。

在一个实施例中，如图2和图3所示，系统100包括在燃料喷射器70上游且在所述燃料源下游与燃料分配歧管102流体连通的环形流体导管106，以及使环形流体导管106与燃料喷射器70之间流体连通的多个流体导管108。如图2所示，燃料分配歧管102在燃料喷射器70上游大体邻近外侧52处联接至环形管道48。在一个实施例中，如图2所示，燃料分配歧管102在大体邻近上游端54处连接至环形管道48。在特定的实施例中，燃料分配歧管102的一部分延伸穿过孔口72。

图4提供燃烧器24一部分的截面侧视图，包括了系统100、环形管道48、外壳40和外套筒62的一部分。如图3和图4所示，燃料分配歧管102包括主体110。主体110至少部分限定入口112和与入口112流体连通的至少一个出口114。在至少一个实施例中，环形流体导管106与出口114流体连通。入口112构造成用于与燃料供给导管104配对，以便从燃料源22(图1)接收燃料。在一个实施例中，如图3和图4所示，燃料供给导管104包括可弯曲部分116，所述可弯曲部分116用于在装配期间调节潜在公差问题、以及/或在操作燃烧器24期间允许环形管道48与外壳40和/或端盖42之间的相对移动。例如，可弯曲部分116可包括波纹管。

返回参看图2，外壳40可至少部分限定用于提供穿过外壳40进入燃烧器24的通路的开口或狭缝118。在一个实施例中，燃料供给导管104延伸穿过开口118。燃料供给导管104可使用板120或其他固定/密封装置固定就位，以便密封开口118。在替代性实施例中，燃料供给导管104可流体联接至端盖42。例如，燃料供给导管104可联接至固定在端盖42上的流体配件122。流体配件122可与所述燃料源流体连通。

返回参看图4，在特定的实施例中，主体110限定燃料净化通道124。所述燃料净化通道124包括与入口112流体连通的入口孔口126和与孔口72流体连通的出口孔口128。燃料净化通道124使入口112与孔口72和/或热气路径60之间流体连通。

图5提供根据一个实施例的图4所示系统100一部分的截面侧视图。在操作过程中，如图5所示，从燃料源22(图1)提供燃料130穿过流体导管106并进入燃料分配歧管102的入口112。燃料130流经出口114，并进入环形流体导管106(图2和图3)。燃料130随后被分配通过流体导管108(图2和图3)进入燃料喷射器70(图2和图3)，在燃料130被注入喷嘴44(图2)下游的热气路径60(图2)之前，燃料130在燃料喷射器70中与部分压缩工作流体18混合。

在一个实施例中，如图5所示，燃料130的一部分可能经过设置在燃料分配歧管102主体110中的金属密封件76(如“C”形密封)在流体导管104与入口112之间泄露。泄露的燃料132被吸入到入口孔口126中，这部分是由于在入口112、冷却流动通道64和热气路径60之间的压降。净化空气136与泄露燃料132组合并且流过燃料净化通道124，从出口孔口128出来、穿过孔口72、并且进入在燃料喷嘴44(图2)下游且燃料喷射器70(图2)上游的热气路径60。如图5所示，任何泄露燃料132都绕过出口114和燃料喷射器70。当未燃烧的泄露燃料132混合流经热气路径60的燃烧气体26时，未燃烧的泄露燃料132在热气路径60内燃烧。因此，防止了泄露燃料132在入口112和/或燃烧器24内停滞，从而减小了在热气路径60(图2)和/或燃烧室54(图2)之外燃烧的可能性。

图6提供根据本发明另一个实施例的包括燃烧器24和系统100的燃气涡轮机10一部分的截面侧视图。图7提供如图6所示的系统100的透视图。如图6所示，燃料分配歧管102可沿着环形管道48的外侧52设置在大体邻近燃料喷射器70处。燃料供给导管104可沿着外表面52朝向端盖42延伸。燃料供给导管104可延伸穿过狭缝118，或可联接至端盖42和/或端盖配件122，以便提供所述燃料源与燃料分配歧管102入口112之间的流体连通。

如图7所示，多个流体导管134在燃料喷射器70之间周向延伸以提供其间的流体通道。如图6所示，多个流体导管134和燃料喷射器70周向布置在环形管道48周围。在替代方案中，如图7所示，燃料喷射器70可周向布置在环形流体导管106周围，并且流体连接至环形流体导管106。流体导管134中的至少一个与燃料分配歧管102的出口114流体连通。如图6所示，孔口72在燃料喷射器70处或下游延伸穿过环形管道48，从而提供在燃料喷射器70处或下游进入热气路径60的流体连通。

在操作中，如图5所示，从入口112泄露的燃料132被传送通过入口孔口126、穿过燃料净化通道124、从出口孔口128出来、进入孔口72并进入热气路径60。如图6所示，泄露的燃料132在燃料喷射器70和/或燃料喷射器开口68处或下游被传送到热气路径60中。泄露的燃料132与燃烧气体26、以及与燃料130、和从燃料喷射器70提供至热气路径60的压缩工作流体18混合时燃烧。

本说明书使用各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，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包含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，或如果此类实例包含的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于燃气涡轮机燃烧器的燃料供给系统，所述燃料供给系统包括：

a.至少部分限定所述燃烧器内热气路径的环形管道，所述环形管道具有内侧和外侧；

b.至少部分由所述环形管道限定的孔口，其中所述孔口限定穿过所述环形管道进入所述热气路径的流动路径；

c.周向布置在所述环形管道周围的多个燃料喷射器，其中所述燃料喷射器提供穿过所述环形管道进入所述热气路径的流体连通；以及

d.邻近所述环形管道的所述外侧的燃料分配歧管，所述燃料分配歧管具有主体，所述主体至少部分限定用于接收燃料的入口、与所述燃料喷射器流体连通的出口、以及使所述入口与所述孔口之间流体连通的燃料净化通道。

2.如权利要求1所述的燃料供给系统，其中所述孔口提供进入位于所述燃料喷射器上游的所述热气路径的流体连通。

3.如权利要求1所述的燃料供给系统，其中所述孔口提供进入位于所述燃料喷射器下游的所述热气路径的流体连通。

4.如权利要求1所述的燃料供给系统，所述燃料供给系统进一步包括使燃料源与所述燃料分配歧管的所述入口之间流体连通的燃料供给导管。

5.如权利要求1所述的燃料供给系统，所述燃料供给系统进一步包括在所述燃料喷射器之间周向延伸以使其相互之间流体连通的多个流体导管，其中所述流体导管中的至少一个与所述燃料分配歧管的所述出口流体连通。

6.如权利要求1所述的燃料供给系统，所述燃料供给系统进一步包括与位于所述燃料喷射器上游的所述燃料分配歧管的所述出口流体连通的环形流体导管。

7.如权利要求6所述的燃料供给系统，所述燃料供给系统进一步包括使所述环形流体导管与所述燃料喷射器之间流体连通的多个流体导管。

8.一种燃烧器，所述燃烧器包括：

a.至少部分围绕所述燃烧器的外壳和端盖；

b.从所述端盖下游轴向延伸的燃料喷嘴；

c.从所述燃料喷嘴下游延伸并且至少部分限定所述燃烧器内热气路径的环形管道；

d.限定穿过所述环形管道进入位于所述燃料喷嘴下游的所述热气路径的流动路径的孔口；

e.周向布置在所述环形管道周围的多个燃料喷射器，其中所述燃料喷射器用提供穿过所述环形管道进入位于所述燃料喷嘴下游的所述热气路径的流体通道；

f.联接至位于所述燃料喷射器上游的所述环形管道的燃料分配歧管，所述燃料分配歧管具有主体，所述主体至少部分限定用于接收燃料的入口、与所述燃料喷射器流体连通的出口、以及与所述孔口流体连通的燃料净化通道；以及

g.其中所述燃料净化通道限定所述主体内用于将泄漏的燃料从所述入口传送至所述热气路径中的流动路径。

9.如权利要求8所述的燃烧器，其中所述孔口提供进入位于所述燃料喷射器上游的所述热气路径的流体连通。

10.如权利要求8所述的燃烧器，其中所述孔口用于提供进入位于所述燃料喷射器下游的所述热气路径的流体连通。

11.如权利要求8所述的燃烧器，所述燃烧器进一步包括多个流体导管，所述多个流体导管围绕所述环形管道在所述燃料喷射器之间周向延伸以使其相互之间的流体连通，其中所述流体导管中的至少一个与所述燃料分配歧管的所述出口流体连通。

12.如权利要求8所述的燃烧器，所述燃烧器进一步包括与位于所述燃料喷射器上游的所述燃料分配歧管的所述出口流体连通的环形流体导管，以及使所述环形流体导管与所述燃料喷射器之间流体连通的多个流体导管。

13.如权利要求8所述的燃烧器，所述燃烧器进一步包括使燃料源与所述燃料分配歧管的所述入口之间流体连通的燃料供给导管，其中所述燃料供给导管流体联接至所述端盖。

14.如权利要求8所述的燃烧器，所述燃烧器进一步包括使燃料源与所述燃料分配歧管的所述入口之间流体连通的燃料供给导管，以及限定在所述外壳中用于提供穿过所述外壳进入所述燃烧器的通路的狭缝，其中所述燃料供给导管延伸穿过所述狭缝。

15.如权利要求14所述的燃烧器，其中所述燃料供应导管包括在所述入口上游的可弯曲部分。

16.一种燃气涡轮机，所述燃气涡轮机包括：

a.压缩机；

b.设置在所述压缩机下游的燃烧器；

c.设置在所述燃烧器下游的涡轮机；以及

其中所述燃烧器包括：

i.至少部分围绕所述燃烧器的外壳和端盖；

ii.从所述端盖下游轴向延伸的燃料喷嘴；

iii.从所述燃料喷嘴下游延伸并且至少部分限定所述燃烧器内热气路径的环形管道；

iv.限定穿过所述环形管道进入位于所述燃料喷嘴下游的所述热气路径的流动路径的孔口；

v.周向布置在所述环形管道周围的多个燃料喷射器，其中所述燃料喷射器提供穿过所述环形管道进入进行所述燃料喷嘴下游的所述热气路径的流体连通；

vi.联接至位于所述燃料喷射器上游的所述环形管道的燃料分配歧管，所述燃料分配歧管具有主体，所述主体至少部分限定用于接收燃料的入口、与所述燃料喷射器流体连通的出口以及与所述孔口流体连通的燃料净化通道；以及

vii.其中，所述燃料净化通道限定所述主体内用于将泄露的燃料通过所述孔口从所述入口传送至所述热气路径中的流动路径。

17.如权利要求16所述的燃气涡轮机，其中所述孔口提供进入位于所述燃料喷射器上游的所述热气路径的流体连通。

18.如权利要求16所述的燃气涡轮机，所述燃气涡轮机进一步包括环形流体导管，所述环形流体导管与位于所述燃料喷射器上游的所述燃料分配歧管的所述出口流体连通，以及使所述环形流体导管与所述燃料喷射器之间流体连通的多个流体导管。

19.如权利要求16所述的燃气涡轮机，所述燃气涡轮机进一步包括使燃料源与所述燃料分配歧管的所述入口之间流体连通的流体导管，其中所述流体导管流体联接至所述端盖。

20.如权利要求16所述的燃气涡轮机，所述燃气涡轮机进一步包括使燃料源与所述燃料分配歧管的所述入口之间流体连通的流体导管，以及用于提供穿过所述外壳的通路的狭缝，其中所述流体导管延伸穿过所述狭缝。