CN105276622B - 燃气涡轮机的环形燃烧室和带有这种燃烧室的燃气涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有机器轴线的燃气涡轮机的环形燃烧室，所述燃烧室包括至少两个区域，其中第一区域接收多个焚烧器的燃料/空气混合物，并且第二区域引导由所述焚烧器产生的热气从所述第一区域至所述燃气涡轮机的涡轮机区段的入口，其中包括多个衬套片段的环形过渡衬套位于所述第一区域和第二区域之间的过渡处，其中所述衬套片段中的每一个包括关于轴向热气流的前缘、后缘、以及两个侧壁，并且在所述前和后缘处设有轴向安装机构，使得所述衬套片段可在轴向方向安置并通过邻近的第一区域的相应片段来轴向地固定。局部间隔肋设置在所述衬套片段的前缘，以便建立在所述衬套片段和邻近的第一区域的所述固定片段之间最小宽度的缝隙。

Description

燃气涡轮机的环形燃烧室和带有这种燃烧室的燃气涡轮机
技术领域
本发明涉及燃气涡轮机的技术。它意指根据权利要求1的前序部分的燃气涡轮机的环形燃烧室。
它进一步意指带有这种环形燃烧室的燃气涡轮机。
背景技术
如同在图1中以透视图显示的申请人的GT13E2的工业燃气涡轮机在全世界带有或未带有联合循环的发电厂中成功运转好多年。图1的燃气涡轮机10包括转子12，其绕着机器轴线A旋转。燃气涡轮机10设有沿着机器轴线A布置的在外壳13中的压缩机14、燃烧器15、17和涡轮机区段16。
压缩机14压缩在空气入口11进入机器的空气。压缩空气与燃料混合并且混合物被引入燃烧器的环形燃烧室15并通过多个圆周分布的焚烧器17焚烧。产生的热气进入涡轮机区段16并驱动机器。
从文件EP 2282124 A1知道的燃烧室15在图2中以剖视图显示。图2的环形燃烧室15细分成两个区域18和19。第一区域18接收焚烧器17的焚烧空气/燃料混合物，其在上游侧通向燃烧室。第二区域19引导通过焚烧器17产生的热气从所述第一区域18至燃气涡轮机10的涡轮机区段16的入口。
燃烧室15的第一区域18被环形外衬套20同心地包围，并同心地包围衬套套21。外衬套20由在不同的行1至3中沿轴向方向布置的单独片段23组成。衬套套21也由在不同的行1至3中沿轴向方向布置的单独片段21a至c组成。在第一区域18和第二区域19之间的过渡处设有过渡衬套22，其也由单独的衬套片段组成。
关于该过渡衬套22，存在若干要解决的问题：
·为了维持用于过渡衬套的片段所必需的膜冷却，在它的片段和邻近的第一区域18的片段21c之间的轴向缝隙在热情况期间必须维持在最小的宽度。
·片段的冷却必须是充分的。
·过渡衬套22的片段的组装和拆卸持续时间必须被最小化以减少维护时间。
其他的现有技术文件(例如US4,555,901 A)描述了未显示两个区域的燃烧室，第一区域接收多个焚烧器的燃料/空气混合物，以及第二区域引导由所述焚烧器产生的热气从所述第一区域至所述燃气涡轮机的涡轮机区段的入口。因此，没有衬套片段是位于所述第一区域和第二区域之间的过渡处的环形过渡衬套的部分。
文件WO 2008/017551 A2公开了燃烧室，但是未能教导位于在第一区域和第二区域之间的过渡处的环形过渡衬套。在文件EP 1767835A1、EP 2728255 A1和EP 0387123 A1中描述另外的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种与改善的热性能结合的环形燃烧室，其避免现有衬套的缺点并允许快速的组装和拆卸。
本发明的另一个目的是提供带有这样的燃烧室的燃气涡轮机。
这些和其他目的通过根据权利要求1的环形燃烧室和根据权利要求11的燃气涡轮机来获得。
具有机器轴线的燃气涡轮机的环形燃烧室，所述燃烧室包括至少两个区域，其中第一区域接收多个焚烧器的燃料/空气混合物，并且第二区域引导由所述焚烧器产生的热气从所述第一区域至所述燃气涡轮机的涡轮机区段的入口，其中包括多个衬套片段的环形过渡衬套位于所述第一区域和第二区域之间的过渡处，其中所述衬套片段中的每一个包括关于轴向热气流的前缘、后缘，以及两个侧壁，并且所述衬套片段在所述前和后缘处设有轴向安装机构，使得所述衬套片段可在轴向方向安置并通过邻近的第一区域的相应片段来轴向地固定。
它的特征在于，局部间隔肋设置在所述衬套片段的前缘处，以便建立在所述衬套片段和邻近的第一区域的所述固定片段之间的最小宽度的缝隙。
根据本发明的实施例，所述轴向安装机构包括轴向地定向的钩，以用于在所述过渡衬套下设置的相应承载器中轴向地钩住所述衬套片段。
根据本发明的又一实施例，所述衬套片段的所述前缘和后缘被设计，使得来自邻近的上游片段的吹扫空气流被指引到下游片段的要冷却的区上，以便最小化所述吹扫空气流和所述热气流之间的相互作用。
根据本发明的再一实施例，在所述衬套元件的侧壁处设置冷却孔以用于冷却和/或吹扫所述侧壁和在邻近的衬套片段的相邻侧壁之间圆周方向上的缝隙。
根据本发明的又一实施例，所述衬套片段在它的内侧上设有冲击冷却机构。
具体地，所述冲击冷却机构包括冲击板，其带有多个以预定的模式分布在所述冲击板的区上的冲击孔，其中所述冲击板以预定的距离平行于所述衬套片段的体的内壁而安装。
更具体地，在所述冲击板中的所述冲击孔的模式和直径与在所述衬套片段的热气侧上的喷射冷却相关联，使得随着在所述衬套片段的所述热气侧上的喷射冷却膜的增加撞击，所述冲击孔的直径和分布密度减小。
还更具体地，在所述衬套元件的所述热气侧上的所述喷射冷却膜受多个喷射冷却孔影响，其以预定的模式分布在所述衬套元件的所述热气侧上。
此外，在所述衬套片段的所述热气侧上的所述喷射冷却孔可具有沿着所述衬套片段的纵向和横向轴线的各种定向，以允许在所述衬套片段的外区域中更有效的冷却。
根据本发明的又一实施例，所述衬套片段的热气侧涂有隔热涂层(TBC)以便允许冷却剂质量流的降低，由此引起更高效的总体冷却空气分布并继而引起燃气涡轮机的良好的散发性能。
本发明的燃气涡轮机包括压缩机、带有带多个焚烧器的环形燃烧室的燃烧器、以及涡轮机区段，其中所述环形燃烧室具有分段的环形外衬套和分段的环形衬套套。
它的特征在于，所述环形燃烧室是根据本发明的燃烧室。
附图说明
现在通过不同的实施例并且关于附图更仔细地解释本发明。
图1以透视图显示申请人的GT13E2类型的工业燃气涡轮机(现有技术)；
图2显示根据图1的燃气涡轮机(现有技术)的燃烧器的剖视图；
图3以放大图显示根据图2按照本发明的实施例的燃烧器的过渡衬套和衬套片段；
图4以更加放大的视图显示图3的过渡衬套和衬套片段的细节；
图5至8以不同的透视图显示图4的过渡衬套的单个衬套片段，带有安装的冲击板(图5)，显示用于侧壁的冷却孔(图6)，没有冲击板(图7)，以及显示间隔肋(图8)。
符号说明：
10 燃气涡轮机(例如，GT13E2)
11 空气入口
12 转子
13 外壳
14 压缩机
15 燃烧室
16 涡轮机区段
17 焚烧器
18 区域1
19 区域2
20 外衬套
21 衬套套
21a-c 片段(衬套套、区域1)
22 过渡衬套
22a 片段(过渡衬套)
23 片段(外衬套)
24 承载器
25 在承载器24内形成的气室
26 体(衬套片段)
27、31 钩(衬套片段)
28 冲击板
29 缝隙
30 间隔肋
32 支撑鼻
33 固定元件
34 冲击孔
35a 前缘(衬套片段22a)
35b、c 侧壁(衬套片段22a)
35d 后缘(衬套片段22a)
36 冷却孔
37 支柱
38 热气流
39 吹扫空气流
A 轴线。
具体实施方式
如在图3和4中所示，过渡衬套22和它的衬套片段22a(图5至8)布置在第一区域18的第三行片段的衬套片段21c和第二区域19的衬套之间。衬套片段通过钩27、31在轴向方向被钩入相应的承载器24。在衬套片段22a的上游侧的局部间隔肋30限定带有在衬套片段22a和邻近的第一区域(区域1)18的衬套套21的片段21c之间最小宽度的缝隙29。
片段22a在轴向方向(其本质上与热气流38(图2、3)的流动方向相一致)的安置确保轴向固定穿过邻近的区域1片段21c，其继而被安装在圆周方向上。在承载器24和衬套片段22a之间没有自由移动形式的配合；如果相应的区域1片段21c(轴向固定)被拆卸并转移到圆周上，那么单独的衬套片段22a可被移除。这导致在组装或拆卸期间燃气涡轮机的中断时间的减少。
在轴向方向上，至邻近的区域1片段21c的缝隙的宽度通过(在本实施例中：三个)局部间隔肋30被维持(图8)。在热运转期间，这维持最小的缝隙以提供衬套片段22a所必需的冷却。局部间隔肋30还用作另外的轴线固定。
承载器24的竖直螺栓连接通过固定直径而允许两个相邻片段(例如，22a，21c)在径向方向的缝隙保持未改变，还保持在热运转期间和在片段的钩27和31的制造公差的范围内未改变。在承载器24内形成的开口25用作气室以用于空气供给至片段22。
衬套片段22a包括关于轴向热气流38的前缘35a、后缘25d、以及两个侧壁35b、35c(见例如图5)。片段的前和后缘35a、35d被设计使得来自上游片段的吹扫空气流39(图3和4)被“指引”到下游片段的要冷却的区上，使得在吹扫空气流39和热气流38之间的相互作用最小化。
由于衬套22a的冷却已经表现燃烧器冷却的第二阶段，用于冷却以及用于片段侧壁35b、35c(即，沿圆周方向在衬套片段22a之间的缝隙)的吹扫的空气在冲击冷却的上游取出，使得全压降是可得到的。在衬套元件22a的侧壁35b、35c处，一行相应的冷却孔36(图6；图6c)被提供以用于供给所述的冷却空气至缝隙。冷却孔36的出口区已经被设计成在邻近的片段的侧壁上也维持冷却效果，不用考虑在两个邻近的片段之间的缝隙大小。类似的原理在EP 2728255 A1中描述，其由相同的申请人提交。
如在图5中所显示的，衬套片段22a在它的衬套上设有形式为冲击板28的冲击冷却机构，冲击板28带有多个以预定的模式分布在所述冲击板28的区上的冲击孔34。冲击板28通过支柱37、在侧面分布的支撑鼻32、和固定元件33以预定的距离平行于衬套片段22a的体26的内壁而安装(图5、7和8)。
孔34在冲击板28中的布置小心地匹配于在衬套片段22a的热气侧上的喷射冷却孔的孔(在图中未显示)，使得随着在片段的热气侧上的喷射冷却膜的增加撞击，在冲击板28中的冲击孔34在直径上变小，并不那么密集地布置(图5)。
在衬套片段22a的热气侧上的喷射孔具有沿着片段的纵向和横向轴线的各种定向，以允许在片段的外区域中更有效的冷却。通过沿着纵向轴线的喷射孔的定向的适当选择，在热气38之间的相互作用、焚烧器类型和随后在涡轮机的入口处的温度分布的最优化是可能的。
根据本技术的带有隔热涂层(TBC)的衬套片段的涂层允许冷却剂质量流的减少，其引起更高效的总体冷却空气分布并继而引起燃烧器的良好的散发性能。

Claims (11)

1.一种具有机器轴线(A)的燃气涡轮机(10)的环形燃烧室(15)，所述燃烧室(15)包括至少两个区域(18、19)，其中第一区域(18)接收多个焚烧器(17)的燃料/空气混合物，并且第二区域(19)引导由所述焚烧器(17)产生的热气从所述第一区域(18)至所述燃气涡轮机(10)的涡轮机区段(16)的入口，其中包括多个衬套片段(22a)的环形过渡衬套(22)位于所述第一区域(18)和第二区域(19)之间的过渡处，其中所述衬套片段(22a)中的每一个包括关于轴向热气流(38)的前缘(35a)、后缘(35d)、以及两个侧壁(35b，35c)，并且所述衬套片段在所述前和后缘(35a、35d)处设有轴向安装机构(27、31)，使得所述衬套片段(22a)能在轴向方向安置并通过邻近的第一区域(18)的相应片段(21a)来轴向地固定，其特征在于，局部间隔肋(30)设置在所述衬套片段(22a)的前缘(35a)处，以便建立在所述衬套片段(22a)和所述邻近的第一区域(18)的所述固定片段(21c)之间最小宽度的缝隙(29)。
2.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述轴向安装机构包括轴向地定向的钩(27、31)，以用于在所述过渡衬套(22)下设置的相应承载器(24)中轴向地钩住所述衬套片段(22a)。
3.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述衬套片段(22a)的所述前缘(35a)和后缘(35d)被设计使得来自邻近的上游片段的吹扫空气流(39)被指引到下游片段的要冷却的区上，以便最小化所述吹扫空气流(39)和所述热气流(38)之间的相互作用。
4.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，在所述衬套元件(22a)的侧壁(35b、35c)处设置冷却孔(36)，以用于冷却和/或吹扫所述侧壁(35b、35c)和在邻近的衬套片段(22a)的相邻侧壁之间圆周方向上的缝隙。
5.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述衬套片段(22a)在它的内侧上设有冲击冷却机构(28至34)。
6.根据权利要求5所述的燃烧室，其特征在于，所述冲击冷却机构包括冲击板(28)，其带有多个以预定的模式分布在所述冲击板(28)的区上的冲击孔(34)，其中所述冲击板(28)以预定的距离平行于所述衬套片段(22a)的体(26)的内壁而安装。
7.根据权利要求6所述的燃烧室，其特征在于，在所述冲击板(28)中的所述冲击孔(34)的模式和直径与在所述衬套片段(22a)的热气侧上的喷射冷却相关联，使得随着在所述衬套片段(22a)的所述热气侧上的喷射冷却膜的增加撞击，所述冲击孔(34)的直径和分布密度减小。
8.根据权利要求7所述的燃烧室，其特征在于，在所述衬套元件(22a)的所述热气侧上的所述喷射冷却膜受多个喷射冷却孔影响，其以预定的模式分布在所述衬套元件(22a)的所述热气侧上。
9.根据权利要求8所述的燃烧室，其特征在于，在所述衬套片段(22a)的所述热气侧上的所述喷射冷却孔具有沿着所述衬套片段(22a)的纵向和横向轴线的各种定向，以允许在所述衬套片段(22a)的外区域中更有效的冷却。
10.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述衬套片段(22a)的热气侧涂有隔热涂层(TBC)，以便允许冷却剂质量流的降低，由此引起更高效的总体冷却空气分布并继而引起所述燃气涡轮机(10)的良好的散发性能。
11.一种燃气涡轮机(10)，包括压缩机(14)、带有带多个焚烧器(17)的环形燃烧室(15)的燃烧器、以及涡轮机区段(16)，其中所述环形燃烧室(15)具有分段的环形外衬套(20)和分段的环形衬套套(21)，其特征在于，所述环形燃烧室(15)是按照所述权利要求1至10中的一项的燃烧室。
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