CN107869735B - 用于燃气涡轮机的燃烧室前组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃气涡轮机的燃烧室前组件，具体而言，涉及用于燃气涡轮机动力装置的一种燃烧室前组件，其中，燃烧室前组件设有用于允许气流进入燃烧腔室的至少一个通孔，燃烧室前组件包括：燃烧室前板，其具有至少一个通孔并且在燃烧腔室的外部设有外表面；至少一个燃烧室前节段，其具有通孔并且与燃烧室前板的外表面联接，使得前节段的通孔与前板的通孔对齐；其中：燃烧室前节段被夹持就位并挤靠燃烧室前板的外表面。

Description

用于燃气涡轮机的燃烧室前组件
技术领域
本发明涉及用于燃气涡轮机动力装置的燃烧室前组件。
特别地，本发明涉及适于优选地与多个EV燃烧器关联的环形燃烧室前组件。
此外，本发明涉及设有上述燃烧室前组件的燃气涡轮机动力装置。
背景技术
燃气涡轮机动力装置(以下仅指燃气涡轮机)在主燃气流之后包括用空气供给的压缩机，用压缩空气供给的一个或更多燃烧室，燃料在燃烧室中喷射、混合至空气流并且燃烧以便产生高压气体，以及用高压气体供给的涡轮。
在燃气涡轮机设有环形燃烧室的情况下，燃烧腔室是包围燃气涡轮机轴线的环形结构。此环形燃烧腔室向外并向内被侧壁限界，上游由与多个燃烧器联接的前组件限界而下游由面向涡轮的热气体排放通道限界。
术语向外/外和向内/内与燃气涡轮机轴线相关。术语上游和下游与主燃气流方向相关。
图1中示意性地图示了此类燃气涡轮机的一个示例，其中标号M指主燃气流方向。特别地，燃气涡轮机1包括覆盖转子3的壳体2，转子3能够围绕轴线4旋转。在上游侧，燃气涡轮机1包括用来压缩流入气室6的空气的压缩机5。在气室6内，燃气涡轮机1包括环形燃烧腔室7，该环形燃烧腔室7与轴线4同心地布置并且设有内壳13和外壳14。在入口侧，环形燃烧腔室7包括围绕轴线4成环形的燃烧室前组件8。在出口侧，环形燃烧腔室7包括与涡轮10的入口连接的热气体通道9。图1公开了联接到燃烧室前组件8上的燃烧器11，特别是EV燃烧器。当然，沿着燃气涡轮机1的燃烧室前组件8包括等距隔开的多个燃烧器11。气体离开燃烧器并穿过燃烧室前组件8进入环形燃烧腔室7。燃烧期间形成的热空气流12穿过在环形燃烧腔室7的出口侧的上述热气体通道9抵达涡轮10。热气体流进入涡轮10后膨胀在轴线4上做旋转功。燃烧腔室7优选地由外冷却护罩15和内冷却护罩16包围以便实现外冷却通道17和内冷却通道18。在冷却通道17、18中，冷却空气沿相对于热气体流12相反的方向沿着燃烧腔室7的壁流入燃烧室罩19。空气从燃烧室罩19流入燃烧器11，或者穿过前冷却通道20直接进入燃烧腔室7。
如前文所述，图1中公开的燃烧器优选地是EV燃烧器，此处EV代表“环境型”燃烧器。备选地，燃烧器可为AEV燃烧器，此处AEV代表“先进环境型”。此类燃烧器的特征在于非常低的NOx水平。例如，EP0851172, EP2423597和WO 2009/019113公开了EV燃烧器，其设有单个或双重锥体，并且在燃烧腔室之前在燃烧器的出口处包括旋流发生器和混合管。混合管构造成稳定旋流。优选地，EV燃烧器在旋流发生器和混合管之间还包括过渡件。
图2特别示出了根据现有技术的燃烧室前组件的一部分的放大视图。如已知的那样，燃烧室前组件包括围绕燃气涡轮机轴线成环形的燃烧室前板32。燃烧室前板32可布置成相对于燃气涡轮机轴线4正交或者如图1中所公开的那样倾斜。燃烧室前板32包括沿着燃烧室前板32等距地隔开的多个通孔21。这些通孔21限定用于使热气体从燃烧器11到环形燃烧腔室7的多个通道。特别地，前板32的每个通孔21都与相关的燃烧器11联接，优选地在EV燃烧器的情况下与混合管联接。如图2中所公开的那样，在燃烧室前组件的前板32上包括多个燃烧室前节段22，它们是瓦片形的，并且在燃烧器11侧覆盖前板32的整个长度。每个前节段22都包括通孔23，一旦节段22与板32联接，该通孔23就轴向地与前板通孔21对齐。如图2中所公开的那样，前节段22包括前壁29和侧壁30。
图3是根据现有技术图2的燃烧室前组件沿着截面线A-A的示意性截面视图。特别地，图3示出了根据现有技术前节段22如何与前板32联接。根据此实施例，燃烧室前组件包括挂钩构件24，该挂钩构件24具有基部25和挂钩末端27，基部25容纳在实现在前板32中的相关基座26中，而挂钩末端27构造成与实现在前节段22的侧壁20中的通槽28联接。挂钩构件24被螺钉或螺栓构件31固定并推靠在前板32上，以便将前节段22保持在正确的位置上。
然而，燃烧室前节段22暴露于高水平的振动和热变形之下，并且不幸地是，因为高接触磨损，现有技术的前述挂钩固定系统解决方案易遭受频繁的失效，高接触磨损常导致前节段22与燃烧室板32脱开。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种用于燃气涡轮机的燃烧室前组件，其允许增加燃烧室前板和燃烧室前节段之间的固定和密封系统的寿命和可靠性。
为了实现上述目标，本发明提供了一种用于燃气涡轮机的燃烧室前组件，其中，该燃气涡轮机包括：
- 围绕轴线旋转的转子；
- 联接到转子上用于压缩空气的上游压缩机；
- 燃烧腔室，压缩空气在其中与燃料混合并燃烧以便产生高压气体；
- 联接到转子上的下游涡轮，高压气体在其中膨胀从而在轴线上做旋转功。
优选地，包括的燃烧腔室是与涡轮机轴线同心地布置的环形燃烧腔室并且包括与多个燃烧器例如EV燃烧器联接的燃烧室前组件。
燃烧室前组件设有至少一个通孔(在环形燃烧腔室的情况下是多个通孔)以便允许气体流离开燃烧器并进入燃烧腔室。特别地，燃烧室前组件包括：
- 燃烧室前板，其具有至少一个通孔并且在燃烧室腔室外设有外表面；
- 至少一个燃烧室前节段，其具有通孔，并且联接到燃烧室前板的外表面上，使得前节段的通孔与前板的通孔对齐。
根据本发明，燃烧室前节段夹持到燃烧室前板的外表面上。换言之，根据本发明，燃烧室前节段以夹持的方式紧靠前板被保持就位。
在环形燃烧室的情况下，燃烧室前组件包括瓦片形的多个燃烧室前节段，它们覆盖燃烧室前板的整个外表面。
有利地，基于前节段和前板之间的夹持系统的本发明的固定系统确保了鲁棒性并且降低了启动阶段、稳态操作机制期间以及长操作期之后由于前节段脱离的失效风险。
特别地，每个瓦片形的燃烧室前节段都包括前壁和两个相对的L形侧壁，前壁与燃烧室前板的外表面隔开并与之平行。每个L形侧壁都包括第一部分与第二部分，第一部分正交于燃烧室前板的外表面并且与前壁连接，第二部分与面向燃烧室前板的外表面的前壁隔开并与之平行。燃烧室前节段的侧壁的此第二部分被夹持并挤靠在燃烧室前板的外表面上。
特别是，每个瓦片形的燃烧室前节段都包括两个侧夹持条，侧夹持条具有等于侧壁的长度并且还构造成将侧壁的第二部分推靠在燃烧室前板的外表面上。
有利地，夹持和推动效果沿着侧壁的整个长度作用并且因此接触压力分布在大的区域上。因此，此解决方案允许减小沿着前节段的侧壁磨损的风险。
特别是，每个瓦片形的燃烧室前节段都包括两个侧闭合条，侧闭合条面向侧夹持条并且构造成用于在侧夹持条和侧闭合条之间夹持侧壁的第二部分的自由端。
特别地，每个瓦片形燃烧室前节段都包括L形外壁和内壁，它们具有第一部分和第二部分，第一部分正交于燃烧室前板的外表面并与前壁连接，而第二部分与前壁隔开并平行于前壁。燃烧室前节段的此类外壁和内壁的第二部分夹持并推靠在燃烧室前板的外表面上。
有利地，前节段和前板之间的本发明的夹持系统也沿着内壁和外壁确保了足够的鲁棒性。
特别地，每个瓦片形燃烧室前节段都包括布置在外壁和内壁中间的内中间夹持板和外中间夹持板。这样的中间夹持板构造成将外壁和内壁的第二部分夹持并推靠在燃烧室前板的外表面上。同样沿着外壁和内壁每个瓦片形燃烧室前节段都包括内闭合条和外闭合条。每个闭合条都面向相关的中间夹持板，以便将外壁和内壁的第二部分的自由端夹在中间夹持板和内外闭合条之间。
有利地，夹持效果沿着中间夹持板的整个长度作用，并且因此接触压力分布在大的区域上。因此，此解决方案允许减少沿着前节段的内壁和外壁磨损的风险。
特别地，中间夹持板也紧靠实现在前节段的通孔的内表面中的阶梯基座上。
有利地，此解决方案允许确保中间夹持板的正确定位。此外，根据此特征，稳态操作条件期间前节段由于其热变形而是自我约束的。
特别是，内外闭合条以及侧闭合条彼此成整体以形成单个方形框架。
有利地，此解决方案允许确保前节段的容易而快速的组装。
特别是，燃烧室前组件包括在燃烧室前节段和燃烧室前板的外表面之间的密封件。优选地，该密封件是容纳在实现于燃烧室前板的外表面中的周向凹槽中的绳索密封件。
有利地，此解决方案允许该密封件以有限的移动而被夹持就位。因此，密封件的寿命被优化。
特别是，燃烧室前板的外表面由直的部分构成。
有利地，这样的平面部分确保了实现前板和前节段之间良好受控的间隙。
应该理解的是前述概略描述和以下详细描述都是示例性的，并且旨在提供所要求保护的本发明的进一步解释。本发明的其他优点和特征由以下描述、附图和权利要求将变得明显。
被相信是新颖的本发明的特征特别在所附权利要求书中进行阐述。
附图说明
在适当参考附图仔细阅读详细说明之后，本发明的进一步益处和优点将变得明显。
但是，通过参考本发明的以下详细描述，可最佳地理解本发明本身，详细描述描述了结合附图所取的本发明的示例性实施例，其中：
图1是设有环形燃烧腔室的燃气涡轮机的示意性截面视图；
图2是根据现有技术的前燃烧器组件的示意性部分透视图；
图3是沿着截面线A-A图2的燃烧室前组件的示意性截面视图；
图4是根据本发明的前燃烧器组件的示意性部分透视图；
图5是沿着截面线B-B图4的燃烧室前组件的示意性截面视图；
图6是沿着截面线C-C图4的燃烧室前组件的示意性截面视图；
图7是相关燃气涡轮机的稳态操作机制期间图4的燃烧室前组件在热变形下的示意性部分透视图；
图8是沿着截面线C-C图7的燃烧室前组件的示意性截面视图；
图9是沿着截面线D-D图7的燃烧室前组件的示意性截面视图；
图10是没有根据本发明的任何前节段的燃烧室前板的示意性部分透视图；且
图11是根据本发明的前燃烧器节段的示意性分解透视图。
具体实施方式
结合附图，本发明的技术内容和详细描述根据优选实施例在后文进行了描述，优选实施例不用于限制其执行范围。根据所附权利要求书的任何等效变型和改型都被由本发明要求保护的权利要求书所覆盖。
特别地，将参考图4-11，它们详细公开了本发明的一个实施例。对图1的参考将仅为了解释本发明如何与相关燃气涡轮机配合，图1是燃气涡轮机的示意性视图。
现在参考图4，其为根据本发明在燃烧器侧上的前燃烧室组件的示意性部分透视图。
特别是，图4公开了环形燃烧室前板34的一部分，该前板围绕涡轮机轴线4定心(同样见图1)，并且瓦片形燃烧室前节段38联接到燃烧室前板34的外表面36上。外表面36是在燃烧腔室7的外面面向燃烧器11的前板34的表面(同样见图1)。
根据图4，燃烧室前板34设有等距隔开的多个通孔35而每个燃烧室前节段38都包括通孔39。一旦燃烧室前节段38被联接到燃烧室前板34的外表面36上，前节段38的通孔39就与前板34的通孔35对齐，以便实现用于从燃烧器11流向燃烧腔室7的气体的通道。前节段38沿着前板34布置以便覆盖整个外表面36。
根据图4，前板34包括构造成将前板34联接到燃烧腔室7的内壳13和外壳14上的固定部分55(同样见图1)。每个瓦片形燃烧室前节段38都包括前壁40、侧壁41、内壁和外壁46。
现在参考图5，它是沿着截面线B-B图4的燃烧室前组件的示意性截面视图。
根据图5，前节段38的前壁40相对于前板34的外表面36隔开并与之平行。前节段38的侧壁41是L形的并且包括第一部分42和第二部分43，第一部分42正交于燃烧室前板34的外表面36，第二部分43具有自由端，与前壁40隔开并与之平行。燃烧室前节段38的侧壁41的第二部分43面向前板34的外表面36。此类第二部分43的自由端夹在呈平行于侧壁41的轨道的形式的侧夹持条44和相应的侧闭合条45之间。相应地，侧夹持条44与燃烧室前节段38的侧壁41的第二部分43的内表面(在前节段38内)联接，而侧闭合条45联接到燃烧室前节段38的侧壁41的第二部分43的外表面(面向前板34)上。通过作用在穿过前板34和侧夹持条44的螺钉或螺栓构件31上(见图5)，侧夹持条44允许夹持第二部分43的自由端并将第二部分43推靠到燃烧室前板34的外表面36上。实际上，如图5中公开的那样，侧闭合条45布置在燃烧室前板34的外表面36的下部56中，使得侧壁41的第二部分43的主要部分紧靠燃烧室前板34的外表面36的周向上部57。图5公开了密封件53，它布置在实现于燃烧室前板34的外表面36的周向上部57中的凹槽54中。特别地，该密封件在燃烧室前板34的外表面36和侧壁41的第二部分43之间。
考虑前述描述，前节段38可限定成夹靠在前板34上，因为前节段38的侧壁41的自由端夹持并且压靠在外表面36上，特别是靠在周向上部57上。
现在参考图6，它是沿着截面线C-C图4的燃烧室前组件的示意性截面视图。
图6公开了前节段38的内壁和外壁46也是L形并且包括第一部分47和第二部分48，第一部分47正交于燃烧室前板34的外表面36并且与前壁40连接。此类第二部分48与前壁40隔开并与之平行，面向前板34的外表面36。
对于侧壁41，外壁和内壁46的第二部分38的自由端被夹持在内外中间夹持板49和内外闭合条50之间，内外中间夹持板49布置在外壁和内壁46的中间。通过作用在穿过前板34和中间夹持板49的螺钉或螺栓构件31上(见图6)，中间夹持板49继续夹持第二部分48的自由端，并将第二部分48推靠到燃烧室前板34的外表面36上。根据图6，中间夹持板49也靠置在实施于孔39的内表面中的阶梯基座52上。图6还公开了密封件53，它布置在实现于燃烧室前板34的外表面36的周向上部57中的凹槽54中。密封件53置于燃烧室前板34的外表面36和内外壁46的第二部分48之间。
现在参考图7-9，它们是图4的燃烧室前组件在相关燃气涡轮机的稳态操作机制期间的示意性视图。换言之，图7公开了处在操作热变形下的图4的燃烧室前组件。特别地，图8和9是沿着截面线C-C和D-D的图7的燃烧室前组件的示意性截面视图。这些图公开了本发明的夹持系统是自我约束的。实际上，沿着线C-C，即，在内壁和外壁46处，作用在侧夹持条44上的热变形产生位于夹持区和阶梯基座52处的附加推力。
沿着线D-D，即，在前节段38的角部处，热变形产生作用在前节段38处抵靠前板34的附加推力。在图8和9中这些附加推力作用的位置已经由参考标号58示意性地示出。前壁40上方的点划线59示意性地示出了燃气涡轮机的稳态操作机制期间前节段38的变形。
现在参考图10，其是没有前节段38的图4的燃烧室前板34的示意性部分透视图。特别地，图10公开了燃烧室前板34的外表面36的下部56和上部57。根据本发明，燃烧室前板34的外表面36的这些部分56，57是直的。在下部56和上部57之间，燃烧室前板34的外表面36包括实现用于密封件53的基座的阶梯。
现在参考图11，其是根据本发明的前燃烧器节段的示意性分解透视图。根据此实施例，内闭合条和外闭合条50以及侧闭合条45彼此成整体以形成单个方形框架51。根据图11，这样的方形框架51通过螺栓或者螺钉60相对于中间夹持板49固定就位并固定到侧夹持条44上。
尽管已经关于如上所提及的其优选实施例解释了本发明，但是应该理解的是可做出许多其他可能的改型和变型而不背离本发明的范围。因此，设想所附权利要求或权利要求书将覆盖落入本发明真实范围之内的此类改型和变型。

Claims (12)

1.用于燃气涡轮机动力装置(1)的燃烧室前组件，其中，所述燃烧室前组件(8)设有用于允许气流进入燃烧腔室(7)的至少一个通孔(33)，所述燃烧室前组件(8)包括：
- 燃烧室前板(34)，其具有至少一个通孔(35)并且在所述燃烧腔室(7)的外部设有外表面(36)；
- 至少一个燃烧室前节段(38)，其具有通孔(39)并且与所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)联接，使得所述前节段(38)的通孔(39)与所述前板(34)的通孔(35)对齐；
其中所述燃烧室前节段(38)被夹持就位并挤靠所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)；
其中每个燃烧室前节段(38)都包括与所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)隔开并与之平行的前壁(40)，具有第一部分(47)和第二部分(48)的L形的外壁和内壁(46)，第一部分(47)正交于所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)并与所述前壁(40)连接，第二部分(48)与所述前壁(40)隔开并与之平行；所述燃烧室前节段(38)的所述外壁和内壁(46)的所述第二部分(48)被夹持并推靠在所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)上；
其中每个燃烧室前节段(38)都包括内夹持板和外夹持板(49),所述内夹持板和外夹持板(49)布置在所述外壁和内壁(46)的中间，作用在所述燃烧室前节段(38)内的所述外壁和内壁(46)的所述第二部分(48)上；且
其中每个燃烧室前节段(38)都包括内闭合条和外闭合条(50),所述内闭合条和外闭合条(50)面向所述内夹持板和外夹持板(49)，用于将所述外壁和内壁(46)的所述第二部分(48)的自由端夹持在所述夹持板(49)和所述内闭合条和外闭合条(50)之间。
2.如权利要求1所述的燃烧室前组件，其特征在于，所述燃气涡轮机(1)包括具有轴线(4)的转子(3)且所述燃烧室前板(34)围绕所述轴线(4)成环形；所述燃烧室前板(34)设有沿着所述前板(34)等距隔开的多个通孔(35)；所述燃烧室前组件(8)包括覆盖所述燃烧室前板(34)的整个外表面(36)的瓦片形的多个燃烧室前节段(38)。
3.如权利要求2所述的燃烧室前组件，其特征在于，每个燃烧室前节段(38)都包括与所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)隔开并与之平行的前壁(40)，具有第一部分(42)和第二部分(43)的L形的两个相对的侧壁(41)，第一部分(42)正交于所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)并与所述前壁(40)连接，第二部分(43)与所述前壁(40)隔开并与之平行；所述燃烧室前节段(38)的所述侧壁(41)的所述第二部分(43)被夹持并推靠在所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)上。
4.如权利要求3所述的燃烧室前组件，其特征在于，每个燃烧室前节段(38)都包括两个侧夹持条(44)，侧夹持条(44)具有与所述侧壁(41)相等的长度，作用在所述燃烧室前节段(38)内所述侧壁(41)的所述第二部分(43)上。
5.如权利要求4所述的燃烧室前组件，其特征在于，每个燃烧室前节段(38)都包括面向所述侧夹持条(44)的两个侧闭合条(45)，用于将所述侧壁(41)的所述第二部分(43)的所述自由端夹持在所述侧夹持条(44)和所述侧闭合条(45)之间。
6.如权利要求1所述的燃烧室前组件，其特征在于，所述夹持板(49)紧靠实现于孔(39)的内表面中的阶梯基座(52)。
7.如权利要求5所述的燃烧室前组件，其特征在于，所述内闭合条和外闭合条(50)和所述侧闭合条(45)彼此成整体，以形成单个方形框架(51)。
8.如权利要求1所述的燃烧室前组件，其特征在于，其在所述燃烧室前节段(38)和所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)之间包括密封件(53)。
9.如权利要求8所述的燃烧室前组件，其特征在于，所述密封件是容纳在周向凹槽(54)中的绳索密封件(53)，所述周向凹槽(54)实现在所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)中。
10.如权利要求8所述的燃烧室前组件，其特征在于，所述燃烧室前板(34)的所述外表面(36)由直的部分构成。
11.燃气涡轮机动力装置(1)，包括：
- 围绕轴线(4)旋转的转子(3)；
- 联接到所述转子(3)上用于压缩空气的上游压缩机(5);
- 环形燃烧腔室(7)，压缩空气在其中与燃料混合并燃烧以便产生高压气体；
- 联接到所述转子(3)上的下游涡轮(10)，所述高压气体在其中膨胀，从而在所述转子(3)上做功；
所述环形燃烧腔室(7)与所述轴线(4)同心地布置并且包括与多个燃烧器(11)联接的燃烧室前组件(8);
其特征在于
所述燃烧室前组件(8)根据任意前述权利要求实现。
12.如权利要求11所述的燃气涡轮机动力装置，其特征在于，所述燃烧器(11)是EV燃烧器或者AEV燃烧器。
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