CN109323286A - 用于燃气涡轮组件的顺序燃烧器组件 - Google Patents

Abstract

一种用于燃气涡轮组件(1)的顺序燃烧器组件设有：第一级燃烧器(8)；沿气体流布置在第一级燃烧器(8)下游的第二级燃烧器(9)；布置在第一级燃烧器(8)与第二级燃烧器(9)之间的混合器(11)；以及喷枪(19)，其沿主轴线(B)布置且延伸穿过第一级燃烧器(8)、穿过混合器(11)且至少部分地穿过第二级燃烧器(9)；喷枪(19)包括至少一个第一空气通道(21)；喷枪(19)包括容纳在第一级燃烧器(8)中的入口部分(22)、容纳在混合器(11)中的中间部分(23)，以及容纳在第二级燃烧器(9)中的出口部分(24)；喷枪(19)沿中间部分(23)设有至少一个第一空气出口(28;30,31,32)。

Description

用于燃气涡轮组件的顺序燃烧器组件

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2017年7月31日提交的申请号为17184122.4的欧洲专利申请的优先权，其公开内容通过引用并入。

技术领域

本发明涉及一种用于燃气涡轮组件的顺序燃烧器组件。具体而言，本发明涉及一种用于燃气涡轮组件的顺序燃烧器组件，该燃气涡轮组件为用于电功率的产生的设备的部分。

背景技术

已知的是，顺序燃烧器组件包括第一级燃烧器和沿着气体流布置在第一级燃烧器下游的第二级燃烧器。

混合器布置在第一级燃烧器与第二级燃烧器之间。在使用中，在所述混合器中选择性地喷射稀释空气。

然而，在该类型的顺序燃烧器组件中，如果在第二级燃烧器的入口处存在温度波动，可发生燃烧不稳定性。

所述温度波动的特征在于非常低的频率。因此，带有谐振器的解决方案是不切实际的，因为它将需要过大的阻尼量。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种顺序燃烧器组件，其允许避免或至少减轻所述的缺点。

特别而言，本发明的目的在于提供一种顺序燃烧器组件，其中发生燃烧不稳定性的风险显著地降低。

根据本发明，提供了一种用于燃气涡轮组件的顺序燃烧器组件；顺序燃烧器组件沿着主轴线延伸并且包括：

第一级燃烧器；

第二级燃烧器，其沿着气体流布置在第一级燃烧器下游；

混合器，其布置在第一级燃烧器与第二级燃烧器之间；以及

喷枪，其沿着所述主轴线布置并且延伸穿过第一级燃烧器、穿过混合器并且至少部分地穿过第二级燃烧器；喷枪包括至少一个第一空气通道；喷枪包括容纳在第一级燃烧器中的入口部分、容纳在混合器中的中间部分，以及容纳在第二级燃烧器中的出口部分；喷枪沿着中间部分设有至少一个第一空气出口。

这样，由喷枪喷射到混合器中的空气有助于在混合器中产生均匀的温度分布。混合器中的温度波动的阻尼可通过适当地调节第一空气入口的轴向位置来优化。这样，进入第二级燃烧器的流的温度波动减小至最小，并且顺序燃烧器组件中的燃烧的不稳定性也减小。

该解决方案是有成本效益的，并且不需要额外的零件添加至顺序燃烧器组件。利用喷枪的简单且有成本效益的重新设计，可达到效率方面的巨大改进。

根据本发明的优选实施例，喷枪设有沿周向对准并且沿着圆周均匀分布的多个第一空气出口。这样，可在混合器中达到更好的均匀温度分布。

根据本发明的优选实施例，多个第一空气出口具有相同的出口区段。这样，可控制流到混合器中的空气的量。

根据本发明的优选实施例，至少一个第一空气出口设有插入件。这样，有可能调节出口区段和/或产生湍流和/或使流沿期望的方向偏离和/或改变混合器内部的空气流的喷射的径向位置。

根据本发明的优选实施例，喷枪沿着中间部分设有与第一空气出口轴向地间隔的至少一个第二空气出口。这样，如有必要的话，可获得混合器的另一区域中的温度波动的阻尼。

根据本发明的优选实施例，喷枪沿着中间部分设有与第一空气出口轴向地间隔的多个第二空气出口。这样，可在混合器中达到更好的均匀温度分布。

根据本发明的优选实施例，多个第二空气出口沿周向对准。

根据本发明的优选实施例，第一空气出口和第二空气出口与第一空气通道流体连通。这样，通过第一空气出口和第二空气出口喷射的空气的压力是相同的。

根据本发明的优选实施例，喷枪包括与第一空气通道不同的至少一个第二空气通道；第一空气出口与第一空气通道流体连通，而第二空气出口与第二空气通道流体连通。这样，通过第一空气出口和第二空气出口离开的空气的压力可不同地调节，以便获得优化的阻尼效果。

根据本发明的优选实施例，顺序燃烧器组件包括衬套；衬套的部分限定混合器；衬套设有沿着混合器的至少一个第一空气喷射部。

这样，空气也沿着混合器的周边区域喷射，因此在混合器的不同位置提供温度波动的阻尼，并且带有不同的时间延迟(如果需要)。

由于至少一个第一空气喷射部的存在，喷枪的至少一个第一空气出口所需的用以产生均匀的温度分布的空气射流渗透较低，这是因为空气从衬套壁和中心喷枪两者喷射。因此，至少一个空气出口中所需的压降也较低。根据本发明的优选实施例，衬套设有沿着混合器与第一空气喷射部轴向地间隔的至少一个第二空气喷射部。这样，可获得阻尼的调节和优化。

根据本发明的优选实施例，至少一个第一空气喷射部与相应的衬套空气压室流体连通；其中衬套压室中的空气的压力大于喷枪的第一空气通道中的空气的压力。

此外，本发明的目的在于提供一种具有改进效率的涡轮组件。根据本发明，提供一种如权利要求15中要求保护的燃气涡轮组件。

附图说明

现在将参照示出一些非限制性实施例的附图来描述本发明，在附图中：

-图1为燃气涡轮组件的简化框图；

-图2为穿过根据本发明的实施例的顺序燃烧器组件的纵向截面；

-图3为穿过根据本发明的另一实施例的顺序燃烧器组件的纵向截面。

具体实施方式

在图1中，参考标号1表示燃气涡轮组件。燃气涡轮组件1包括压缩机区段2、顺序燃烧器组件3以及涡轮区段5。压缩机区段2和涡轮区段3沿着主轴线A延伸。

在使用中，在压缩机区段2中压缩的气流与燃料混合并且在顺序燃烧器组件3中焚烧。焚烧的混合物然后膨胀至涡轮区段5并且以机械功率转换。

参照图2，顺序燃烧器组件3包括至少一个罐6，其沿着主轴线B延伸，并且包括沿着气体流方向G顺序地布置的第一级燃烧器8和第二级燃烧器9。换句话说，第二级燃烧器9沿着气体流布置在第一级燃烧器8下游。

燃烧器组件3还包括布置在第一级燃烧器8与第二级燃烧器9之间的混合器11。

更特别地，第一级燃烧器8包括至少一个焚烧器13和第一燃烧室14。

第二级燃烧器9包括第二燃烧室16。

燃烧器组件3还包括过渡元件17，其布置在罐6下游，用于将第二燃烧室16联接至涡轮区段5(未示出)。

第一燃烧室14、第二燃烧室16以及混合器11流体连通并且由轴向延伸的衬套18限定。

优选地，衬套18沿着第一燃烧室14为基本圆柱形的，沿着混合器11为圆锥形的，并且沿着第二燃烧室16再次为基本圆柱形的。优选地，在混合器11中，衬套18沿着气体流方向G会聚。

燃烧器组件3还包括喷枪19，其轴向地延伸穿过第一级燃烧器8的第一燃烧室14、穿过混合器11并且在第二燃烧室16中排出。

优选地，喷枪19沿着轴线B布置，即，相对于衬套18基本居中地布置。

喷枪19构造成供给空气和至少一种燃料。

参照图3，喷枪19包括至少一个燃料通道20和至少一个空气通道21。

在空气通道21中流动的空气来自相应的喷枪压室(未示出)，其中空气具有确定的压力。

根据未示出的变型，喷枪包括另一燃料通道。

根据未示出的另一变型，喷枪包括多个空气通道，来自具有优选不同的空气压力的不同压室的空气在该多个空气通道中的各个中流动。

在此处公开和示出的非限制性示例中，燃料通道20居中地布置，而空气通道21围绕燃料通道20延伸。

参照图2，喷枪19包括容纳在第一燃烧室14中的入口部分22、中间部分23，以及容纳在第二燃烧室16中的出口部分24。

喷枪19在出口部分24中设有至少一个燃料排出口26以便将燃料提供至第二燃烧室16。在图2中示出的非限制性示例中，喷枪19包括旋流器27和位于旋流器27处的一个第一燃料排出口26，以及位于喷枪19的末端附近的至少一个第二燃料排出口26。

喷枪19还沿着容纳在混合器11的中间部分23设有至少一个空气出口28。

在图2中示出的非限制性示例中，喷枪19设有沿周向对准的多个空气出口28。

优选地，多个空气出口28沿着圆周均匀地分布。

根据未示出的变型，多个空气出口不均匀地分布以便产生基本分开的空气喷射区域。

优选地，多个空气出口28具有相同的出口区段。

根据未示出的变型，多个空气出口可具有不同的出口区段以便调节进入混合器11的空气流率。

根据未示出的另一变型，至少一个空气出口28设有插入件。

插入件可构造成调节出口区段和/或产生湍流和/或使流沿期望的方向偏离和/或改变混合器内部的空气流的喷射位置。

根据未示出的变型，空气出口28可为在喷枪19的中间部分23上实现的槽。优选地，槽为环形槽。

根据图3中示出的变型，沿着中间部分23，喷枪19设有至少一个第一空气出口30、至少一个第二空气出口31，以及优选地，至少第三空气出口32。

第一空气出口30、第二空气出口31以及第三空气出口32沿着中间部分23轴向地间隔。

与带有少于三个空气出口的情况相比，三个轴向地间隔的空气出口30,31,32的存在允许在较宽的频率范围内阻尼温度波动。

在此处公开和示出的非限制性实施例中，通过第一空气出口30、第二空气出口31以及第三空气出口32离开的空气来自相同的空气通道21。

根据未示出的变型，通过第一空气出口、第二空气出口以及第三空气出口离开的空气来自相应的单独的空气通道，其供应有来自具有不同空气压力的不同压室的空气。

在此处公开和示出的非限制性实施例中，喷枪19设有多个第一空气出口30、多个第二空气出口31，以及优选地，多个第三空气出口32。

优选地，多个第一空气出口30沿周向对准，多个第二空气出口31沿周向对准，并且多个第三空气出口32沿周向对准。

优选地，多个第一空气出口30、多个第二空气出口31以及多个第三空气出口32沿着相应的圆周均匀地分布。

优选地，衬套18设有沿着混合器11的至少一个空气喷射部35。

更优选地，衬套18设有第一空气喷射部35a、第二空气喷射部35b以及第三空气喷射部35c。第一空气喷射部35a、第二空气喷射部35b以及第三空气喷射部35c沿着混合器11轴向地间隔。

这样，空气通过空气出口30,31,32从中心喷枪19进入混合器11，并且通过空气喷射部35a,35b,35c从周边衬套18进入。

在此处公开和示出的非限制性实施例中，衬套18设有多个第一空气喷射部35a、多个第二空气喷射部35b以及多个第三空气喷射部35c。

优选地，通过空气喷射部35或者通过空气喷射部35a,35b,35c离开的空气来自相应的衬套压室(未示出)，其中空气具有确定的压力。

优选地，在衬套压室中，空气具有与喷枪压室中的空气的压力不同的压力。

根据未示出的变型，衬套压室和喷枪压室可具有相同的压力。例如，衬套压室和喷枪压室可重合。由于空气喷射部35a,35b,35c的存在，喷枪16中的空气出口28,30,31,32所需的用以产生均匀的温度分布的空气射流渗透较低，这是因为空气从衬套壁(穿过空气喷射部35a,35b,35c)和中心喷枪16(穿过空气出口28,30,31,32)两者喷射。因此，空气出口28,30,31,32中所需的压降也较低。空气喷射部35a,35b,35c和空气出口30,31,32的轴向位置可在设计阶段中限定，以便方便地阻尼第二级燃烧器9的入口处的温度波动。

实际上，来自喷枪19的空气有助于利用穿过空气出口30,31,32的较低的总压降在混合器11中产生更均匀的温度分布，因为需要较低的射流渗透以在混合器11的出口处生成均匀的温度轮廓。这样，进入第二级燃烧器9的流的温度波动减小至最小，并且顺序燃烧器组件3中的燃烧的不稳定性也减小。

有利地，空气喷射部35a,35b,35c可设计成以便将空气朝向混合器11在衬套18的壁附近的远侧区域引导，而空气出口30,31,32可设计成以便将空气朝向混合器11在喷枪16附近的近侧区域引导。换句话说，空气出口30,31,32主要将空气朝向混合器的相对于轴线B在径向近侧的区域引导，而空气喷射部35a,35b,35c主要将空气朝向混合器的相对于轴线B在径向远侧的区域引导。

此外，可选择空气喷射部35a,35b,35c和空气出口30,31,32的轴向位置，以便具有从喷枪16以及从衬套18喷射的空气的均匀分布，或者以便使空气喷射朝向混合器11的一个或更多个区域(其中温度波动为特别相关的)集中。这样，可优化空气喷射部35a,35b,35c和空气出口30,31,32的设计和轴向位置，以便阻尼影响混合器11的不同的不稳定模式。

最后，清楚的是，在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可对本文中描述的顺序燃烧器组件3和燃气涡轮组件1作出改型和变型。

Claims (15)

1.一种用于燃气涡轮组件(1)的顺序燃烧器组件；所述顺序燃烧器组件(3)沿着主轴线(B)延伸并且包括：

-第一级燃烧器(8)；

-第二级燃烧器(9)，其沿着气体流布置在所述第一级燃烧器(8)下游；

-混合器(11)，其布置在所述第一级燃烧器(8)与所述第二级燃烧器(9)之间；以及

-喷枪(19)，其沿着所述主轴线(B)布置并且延伸穿过所述第一级燃烧器(8)、穿过所述混合器(11)并且至少部分地穿过所述第二级燃烧器(9)；所述喷枪(19)包括至少一个第一空气通道(21)；所述喷枪(19)包括容纳在所述第一级燃烧器(8)中的入口部分(22)、容纳在所述混合器(11)中的中间部分(23)，以及容纳在所述第二级燃烧器(9)中的出口部分(24)；所述喷枪(19)沿着所述中间部分(23)设有至少一个第一空气出口(28;30,31,32)。

2.根据权利要求1所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述喷枪(19)设有沿周向对准的多个第一空气出口(28;30,31,32)。

3.根据权利要求2所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述多个第一空气出口(28;30,31,32)沿着圆周均匀地分布。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述多个第一空气出口(28;30,31,32)具有相同的出口区段。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述至少一个第一空气出口(28;30,31,32)设有插入件。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述喷枪(19)沿着所述中间部分(23)设有与所述第一空气出口(30,31,32)轴向地间隔的至少一个第二空气出口(31,32,30)。

7.根据权利要求6所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述喷枪(19)沿着所述中间部分(23)设有与所述第一空气出口(30,31,32)轴向地间隔的多个第二空气出口(31,32,30)。

8.根据权利要求7所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述多个第二空气出口(31,32,30)沿周向对准。

9.根据权利要求6至权利要求8中的任一项所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述第一空气出口(30,31,32)和所述第二空气出口(31,32,30)与所述第一空气通道(21)流体连通。

10.根据权利要求6至权利要求8中的任一项所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述喷枪(19)包括与所述第一空气通道(21)不同的至少一个第二空气通道；所述第一空气出口(30,31,32)与所述第一空气通道(21)流体连通，而所述第二空气出口(31,32,30)与所述第二空气通道流体连通。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述顺序燃烧器组件包括衬套(18)；所述衬套(18)的部分限定所述混合器(11)；所述衬套(18)设有沿着所述混合器(11)的至少一个第一空气喷射部(35;35a,35b,35c)。

12.根据权利要求11所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述衬套(18)设有沿着所述混合器(11)与所述第一空气喷射部(35a,35b,35c)轴向地间隔的至少一个第二空气喷射部(35b,35c,35d)。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述至少一个第一空气喷射部(35;35a,35b,35c)与相应的衬套空气压室流体连通。

14.根据权利要求13所述的顺序燃烧器组件，其特征在于，所述衬套压室中的空气的压力大于所述喷枪(19)的所述第一空气通道(21)中的空气的压力。

15.一种燃气涡轮组件，其包括压缩机区段(2)、涡轮区段(5)；以及如前述权利要求中的任一项所述的顺序燃烧器组件(3)。