CN109724108A - 燃烧器以及包括其的燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃烧器以及包括其的燃气轮机。该燃烧器包括：燃料注入器，用于注入燃料；炉衬，内侧与燃烧腔室接触，并且在外侧形成有供压缩空气流动的流路；以及喷嘴部，与炉衬连结，并且用于将从燃料注入器供给的燃料与压缩空气混合并喷射，喷嘴部向与燃烧腔室对置的面排出压缩空气的一部分以使燃烧腔室的燃烧气体不流向喷嘴部的内部。由此，具有能够阻止燃烧气体通过间隙流向喷嘴部并能够保持喷嘴部的耐久性的优点。

Description

燃烧器以及包括其的燃气轮机
技术领域
本发明涉及燃烧器以及包括其的燃气轮机。
背景技术
燃气轮机是将在压缩机中压缩的压缩空气与燃料混合而进行燃烧，并利用燃烧产生的高温气体使涡轮旋转的动力发动机。燃气轮机用于驱动发电机、航空器、船舶、火车等。
一般而言，燃气轮机包括压缩机、燃烧器以及涡轮。压缩机在将外部空气吸入并压缩之后传递到燃烧器。在压缩机中压缩的空气成为高压且高温的状态。燃烧器将从压缩机流入的压缩空气与燃料混合而进行燃烧。由燃烧产生的燃烧气体向涡轮排出。通过燃烧气体使涡轮内部的涡轮叶片旋转，由此产生动力。产生的动力用于发电、机械装置的驱动等多种领域。
在燃烧器设置有将在燃烧腔室制成的高温燃烧气体传递到涡轮的燃烧管道组装体。燃烧管道组装体包括：炉衬，在上侧设置有喷嘴部和头部；过渡件；以及与炉衬连结而用于将产生的燃烧气体引向涡轮侧。
此时，头部包括通过端板支撑的多个燃料注入器，喷嘴部包括通过喷嘴壳体、喷嘴罩等支撑的多个喷嘴。
但是，喷嘴部的与燃烧腔室对置的面始终暴露在高温环境的燃烧腔室，从而存在燃烧气体中的一部分通过细微的间隙流向内部的情况下，其耐久性降低的问题。
专利文献：韩国公开专利第10-2006-0087872号(发明名称：具备压缩机内部空气的冷却装置的燃气轮机装置)
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，目的在于提供能够阻止燃烧气体流向喷嘴部的燃烧器以及包括其的燃气轮机。
为了实现上述目的，本发明的一实施例所涉及的燃烧器包括：燃料注入器，用于注入燃料；炉衬，内侧与燃烧腔室接触，并且在外侧形成有供压缩空气流动的流路；以及喷嘴部，与炉衬连结，并且用于将从燃料注入器供给的燃料与压缩空气混合并喷射，喷嘴部向与燃烧腔室对置的面排出压缩空气的一部分以使燃烧腔室的燃烧气体不流向喷嘴部的内部。
燃烧器的特征在于，喷嘴部包括：喷嘴，设置在燃料注入器的端部；喷嘴罩，设置在喷嘴的外侧，并且用于将压缩空气与燃料混合；喷嘴壳体，支撑喷嘴罩并与燃烧器壳体结合，在一侧形成有空气导入孔而另一侧开放；喷嘴帽，设置在喷嘴壳体的另一侧与喷嘴罩之间，并且形成有多个穿孔以排出流入到空气导入孔的压缩空气；环形的旁通管，设置在喷嘴帽与喷嘴罩之间，形成向喷嘴罩的外侧分隔的间隙，并且形成有使流入到空气导入孔的压缩空气中的一部分向间隙流出的旁通孔。
燃烧器的特征在于，喷嘴罩以管状形成为比喷嘴长，从而使喷嘴的端部隐藏设置在喷嘴罩的内侧。
燃烧器的特征在于，喷嘴壳体在其外侧周围夹设多个固定架并与燃烧器壳体内侧以放射状结合。
燃烧器的特征在于，喷嘴壳体在其外侧周围夹设弹簧密封件并被压入到炉衬的内侧。
燃烧器的特征在于，空气导入孔沿喷嘴壳体的圆周方向形成有多个。
燃烧器的特征在于，喷嘴帽在喷嘴壳体的另一侧内部夹设支架而被固定，并且在与燃烧腔室对置的板面整体形成有多个穿孔。
燃烧器的特征在于，旁通管被喷嘴帽的内侧支撑。
燃烧器的特征在于，旁通孔沿旁通管的圆周方向被形成有多个，并且相对于旁通管的长度方向倾斜。
本发明的一实施例所涉及的燃气轮机包括：压缩机，用于压缩空气；燃烧器，接收压缩机的压缩空气并使该压缩空气与燃料混合而进行燃烧；以及涡轮，在燃烧器中燃烧的气体的作用下发生旋转而产生动力，燃烧器包括：燃料注入器，用于注入燃料；炉衬，内侧与燃烧腔室接触，并且在外侧形成有供压缩空气流动的流路；以及喷嘴部，包括：喷嘴，设置在燃料注入器端部；喷嘴罩，设置在喷嘴的外侧，并且用于将压缩空气与燃料混合；喷嘴壳体，支撑喷嘴罩并与燃烧器壳体结合，在一侧形成有空气导入孔而另一侧开放；喷嘴帽，设置在喷嘴壳体的另一侧与喷嘴罩之间，并且形成有多个穿孔以排出流入到空气导入孔的压缩空气；环形的旁通管，设置在喷嘴帽与喷嘴罩之间，形成向喷嘴罩的外侧分隔的间隙，并且形成有使流入到空气导入孔的压缩空气中的一部分向间隙流出的旁通孔。
燃气轮机的特征在于，喷嘴罩以管状形成为比喷嘴长，从而使喷嘴的端部隐藏设置在喷嘴罩的内侧。
燃气轮机的特征在于，喷嘴壳体在其外侧周围夹设多个固定架并与燃烧器壳体内侧以放射状结合。
燃气轮机的特征在于，喷嘴壳体在其外侧周围夹设弹簧密封件并被压入到炉衬的内侧。
燃气轮机的特征在于，空气导入孔沿喷嘴壳体的圆周方向形成有多个。
燃气轮机的特征在于，喷嘴帽在喷嘴壳体的另一侧内部夹设支架而被固定，并且在与燃烧腔室对置的板面整体形成有多个穿孔。
燃气轮机的特征在于，旁通管被喷嘴帽的内侧支撑。
燃气轮机的特征在于，旁通孔沿旁通管的圆周方向被形成有多个，并且倾斜地形成。
如上所述，根据本发明所涉及的燃烧器以及包括其的燃气轮机，具有能够阻止燃烧气体通过间隙流向喷嘴部，并保持喷嘴部的耐久性的优点。
附图说明
图1是示出本发明的一实施例所涉及的燃气轮机的内部的图。
图2是示出图1的燃烧器的剖面的图。
图3是示出图2的主要部分的立体图。
图4是将图3的“A”放大示出的图。
图5是示出图3的喷嘴部外形的图。
图6是将图5的“B”放大示出的图。
图7是示出本发明的一实施例所涉及的燃气轮机的燃烧器工作状态的图。
附图标记说明
1000：燃气轮机；1100：压缩机；1200：燃烧器；1210：燃烧器壳体；1220：头部；1222：燃料注入器；1240：燃烧腔室；1250：炉衬；1251：内部炉衬；1252：外部炉衬；1260：内部过渡件1270：外部过渡件；1280：弹性支撑机构；1290：喷嘴部；1291：喷嘴；1292：喷嘴罩；1293：喷嘴壳体；1293a：空气导入孔；1294：喷嘴帽；1294a：穿孔；1295：旁通管；1295a：旁通孔；1300：涡轮。
具体实施方式
本发明可以包括多种改变以及多种实施例，下文中以特定实施例为示例进行详细说明。但这并不旨于将本发明限定为特定的实施方式，应理解将包含在本发明的构思以及技术范围内的所有改变、等同方案以及替代方案都包含在内。
本发明中使用的用语只是为了说明特定的实施例而使用的，并不旨于限定本发明。对于单数的表述，除非另有明确的相反记载，否则也包括复数的表述。在本发明中，“包含”或者“具有”等用语是为了表示存在说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或者它们的组合，应理解这并不排除一个或更多的其他特征数字、步骤、动作、构成要素、部件或者它们的组合的存在或者可附加性。
下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。此时，应注意在附图中对相同的构成要素尽可能用相同的附图标记来表示。另外，对于可能会使本发明的主旨不清楚的公知功能以及结构，省略其详细说明。基于相同的理由，在附图中，一部分构成要素可能会被放大或者省略，或者被示意性示出。
图1是示出本发明的一实施例所涉及的燃气轮机的内部的图，图2是示出图1的燃烧器的剖面的图。
参照图1以及图2，燃气轮机1000的压缩机1100起到将空气吸入并压缩的作用，主要发挥的功能是向燃烧器1200供给燃烧用空气，并向燃气轮机1000中需要冷却的高温区域供给冷却用空气。被吸入的空气会在压缩机1100中经过绝热压缩过程，因此在压缩机1100中通过的空气的压力和温度将上升。在图1所示的大型燃气轮机1000中，压缩机1100由多级轴流压缩机构成，随着经过各级而将大量空气压缩到目标压缩比。
并且，燃烧器1200将从压缩机1100的出口供给的压缩空气与燃料混合而进行等压燃烧，从而制成高能量的燃烧气体。燃烧器1200配置在压缩机1100的下游侧，并沿着呈环形的燃烧器壳体1210配置有多个头部1220。在各头部1220具备通过端板1221支撑的多个燃料注入器1222，向该燃料注入器1222供给的燃料与空气以适当比例混合而成为适合燃烧的状态。
对于燃气轮机1000，可以使用气体燃料、液体燃料、或者将它们组合的复合燃料。创建用于减少作为法规限制对象的一氧化碳和氮氧化物等排出气体的量的燃烧环境是较重要的，虽然在燃烧控制方面相对较难，但由于具有降低燃烧温度并实现均匀的燃烧从而能够缩减排出气体的优点，所以近来使用预混合燃烧(pre-mixed combustion)的情况较多。
在进行预混合燃烧的情况下，压缩空气在与从燃料注入器1222喷射的燃料混合之后，进入燃烧腔室1240内。预混合气体的最初点火利用点火器来实现，然后在燃烧变稳定之后，通过供给燃料和空气来维持燃烧。
由于燃烧器1200在燃气轮机1000中构成温度最高的环境，所以需要进行适当的冷却。尤其在燃气轮机1000中，涡轮入口温度(Turbine InletTemperature，TIT)被视为非常重要，这是因为一般随着涡轮入口温度的升高，燃气轮机1000的效率会增加。另外，涡轮入口温度越高，对于燃气轮机联合发电也越有利。因此，在对燃气轮机1000划分等级时，也会以涡轮入口温度为基准。
为了提高涡轮入口温度，最终还是需要提升燃烧气体的温度，因此当然需要使高温的燃烧气体流动的燃烧器1200的燃烧腔室1240和形成流路的燃烧管道组装体的材质具有强耐热性能，而且设计成具有优异的冷却性能非常重要。
参照图2中放大示出的部分，压缩空气沿着连结燃烧器1200与涡轮1300之间并且供高温的燃烧气体流动的燃烧管道组装体、即由炉衬1250和过渡件构成的燃烧管道组装体的外表面流动而向燃料注入器1222侧供给，在该过程中，被高温的燃烧气体加热的燃烧管道组装体被适当冷却。
燃烧管道组装体由分别以双层管构成的炉衬1250和过渡件经由弹性支撑机构1280的结合来构成。此时，过渡件被分为内部过渡件1260和外部过渡件1270，炉衬1250作为与后述的喷嘴部1290连结的管部件，其内部空间形成燃烧腔室1240。并且，与炉衬1250连结的内部过渡件1260与涡轮1300的入口连结，从而起到将高温的燃烧气体引向涡轮1300的作用。
由于炉衬1250内部和过渡件内部与高温的燃烧气体直接接触，因而需要进行适当的冷却。为此，在外部过渡件1260可以沿着其外周面具备多个冷却孔(省略附图标记)。对于这种冷却孔的个数并无特殊限制，可以根据需要进行调节。
并且，由于炉衬1250和过渡件各自的一端分别固定于燃烧器1200和涡轮1300侧，所以设置成能够通过弹性支撑机构1280来接收热膨胀所引起的直径方向上的伸长。即，弹性支撑机构1280的一侧被炉衬1250支撑而另一侧与炉衬1250分隔设置，从而能够进行弹性移动，通过这种结构能够支撑过渡件的前端。
炉衬1250可以由内侧与燃烧腔室1240接触的内部炉衬1251、和包围内部炉衬1251的外侧并形成使流入的压缩空气能够流动的冷却流路C的外部炉衬1252构成。内部炉衬1251与燃烧腔室1240中产生的高温的燃烧气体直接接触，而从燃烧气体直接接受热传递。外部炉衬1252被配置为与内部炉衬1251分隔，以在与内部炉衬1251之间形成冷却流路C。冷却流路C是供流入的压缩空气流动的通道，可以在外部炉衬1252形成流入孔(省略图示)，以使压缩空气流向该冷却流路C。
通过流入孔流向冷却流路C的空气可以为从燃气轮机的压缩机1100供给的压缩空气。炉衬1250可以被设置在壳体罐(省略图示)内部，在压缩机中产生的压缩空气在流向壳体罐内部之后沿着炉衬1250的外表面流动的过程中，通过流入孔流向冷却流路C。流入到冷却流路C的压缩空气在流动的过程中与内部炉衬1251发生接触，在该过程中能够使内部炉衬1251冷却。
图3是示出图2的主要部分的立体图，图4是将图3的“A”放大示出的图。参照图3以及图4，在各燃料注入器1222一体设置有喷嘴部1290，从而将压缩空气与燃料混合而喷射。
这种喷嘴部1290包括：喷嘴1291，设置在燃料注入器1222端部；喷嘴罩1292，设置在喷嘴1291的外侧，并且用于将压缩空气与燃料混合；喷嘴壳体1293，支撑喷嘴罩1292并与燃烧器壳体1210结合，并且在一侧形成有空气导入孔1293a而另一侧开放；喷嘴帽1294，设置在喷嘴壳体1293的另一侧与喷嘴罩1292之间，并且形成有多个穿孔1294a，以使流入到空气导入孔1293a的压缩空气排出；环形的旁通管1295，设置在喷嘴帽1294与喷嘴罩1292之间，形成向喷嘴罩1292的外侧分隔的间隙G，并且形成有使流入到空气导入孔1293a的压缩空气中的一部分向间隙G流出的旁通孔1295a。
各喷嘴1291的端部可以被隐藏在喷嘴罩1292的内侧的一定深度处，以免受燃烧产生的高温气体的影响，并且并非仅限定于图示的双层管状。
反之，喷嘴罩1292的一端以管状形成为略长于喷嘴1291，虽然是有限的，但能够使喷嘴1291免受高温气体的影响，而另一端作为接收压缩空气的部分，具有内径被构成为相对较大的结构。在各喷嘴罩1292的另一端内部，还可以设置有旋流器(省略图示)。
图5是示出图3的喷嘴部外形的图。参照图5，喷嘴壳体1293在其外侧周围夹设多个固定架1293-1并与燃烧器壳体1210内侧以放射状结合，并且夹设弹簧密封件1293-2并被压入到内部炉衬1251的内侧。空气导入孔1293a可以沿喷嘴壳体1293的圆周方向(放射状)形成有多个，但并不限定于此。
喷嘴帽1294在喷嘴壳体1293的另一侧内部夹设支架1294-1而被固定，在与燃烧腔室1240对置的板面整体形成有多个穿孔1294a，从而将压缩空气供给到燃烧腔室1240，使喷嘴部1290免受高温气体的影响。
图6是将图5的“B”放大示出的图。如图6所示，旁通管1295可以被喷嘴帽1294的内侧支撑，多个旁通孔1295a可以沿圆周方向形成，从而使流向喷嘴帽1294的穿孔1294a的压缩空气中的一部分流向旁通孔1295a中。
流入到多个旁通孔1295a的压缩空气可以通过形成在喷嘴罩1292的外侧的间隙G向燃烧腔室1240排出。这种旁通孔1295a可以相对于旁通管1295的长度方向以一定角度倾斜地形成。
下面，参照附图对本发明的一实施例所涉及的燃烧器的工作进行说明。
图7是示出本发明的一实施例所涉及的燃气轮机的燃烧器工作状态的图。参照图7，压缩空气通过形成在内部炉衬1251与外部炉衬1252之间的冷却流路C而向箭头方向流动，向喷嘴罩1292的内侧供给而用于冷却。
而且，在喷嘴壳体1293设置有多个空气导入孔1293a，朝向喷嘴罩1292的内侧的压缩空气的一部分能够沿图7所示的垂直方向的箭头方向被导入多个空气导入孔1293a。这样被导入多个空气导入孔1293a的压缩空气的大部分通过设置在喷嘴帽1294的多个穿孔1294a排向燃烧腔室1240，而保护喷嘴部1290免受高温状态的燃烧腔室1240的影响。
本发明中，能够使通过多个穿孔1294a排出之前通过形成在旁通管1295的多个旁通孔1295a而被导入多个空气导入孔1293a的压缩空气中的一部分沿倾斜图示的箭头方向流入，并且如图6所示通过间隙G排向燃烧腔室1240。
经过这样的过程而在燃烧器1200产生的高温且高压的燃烧气体通过燃烧管道组装体被供给到涡轮1300。在涡轮1300中，燃烧气体随着绝热膨胀，碰撞到以放射状配置在涡轮1300的旋转轴的多个叶片，并对其赋予反作用力，由此燃烧气体的热能转换成使旋转轴旋转的机械能。从涡轮1300得到的机械能的一部分被供给为在压缩机中压缩空气所需的能量，剩余部分被用作驱动发电机来产生电力等的有效能量。
根据如上所述的本发明的燃烧器以及包括其的燃气轮机，具有阻止燃烧气体通过间隙流向喷嘴部而能够保持喷嘴部的耐久性的优点。
如上所述，通过有限的实施例和附图对本发明进行了说明，但本发明并不限定于此，能够由本领域技术人员在本发明的技术构思和随附的权利要求书的等同范围内进行多种修改以及变形是理所当然的。

Claims (17)

1.一种燃烧器，其特征在于，
包括：
燃料注入器，用于注入燃料；
炉衬，内侧与燃烧腔室接触，并且在外侧形成有供压缩空气流动的流路；以及
喷嘴部，与上述炉衬连结，并且用于将从上述燃料注入器供给的燃料与上述压缩空气混合并喷射，
上述喷嘴部向与上述燃烧腔室对置的面排出上述压缩空气的一部分，以使上述燃烧腔室的燃烧气体不流向上述喷嘴部的内部。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，
上述喷嘴部包括：喷嘴，设置在上述燃料注入器的端部；喷嘴罩，设置在上述喷嘴的外侧，并且用于将上述压缩空气与燃料混合；喷嘴壳体，支撑上述喷嘴罩并与燃烧器壳体结合，在一侧形成有空气导入孔而另一侧开放；喷嘴帽，设置在上述喷嘴壳体的另一侧与上述喷嘴罩之间，并且形成有多个穿孔以排出流入到上述空气导入孔的压缩空气；以及环形的旁通管，设置在上述喷嘴帽与上述喷嘴罩之间，形成向上述喷嘴罩的外侧分隔的间隙，并且形成有使流入到上述空气导入孔的压缩空气中的一部分向间隙流出的旁通孔。
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，
上述喷嘴罩以管状形成为比上述喷嘴长，从而使上述喷嘴的端部隐藏设置在上述喷嘴罩的内侧。
4.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，
上述喷嘴壳体在其外侧周围夹设多个固定架并与上述燃烧器壳体的内侧以放射状结合。
5.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，
上述喷嘴壳体在其外侧周围夹设弹簧密封件并被压入到上述炉衬的内侧。
6.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，
上述空气导入孔沿上述喷嘴壳体的圆周方向形成有多个。
7.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，
上述喷嘴帽在上述喷嘴壳体的另一侧内部夹设支架而被固定，并且在与上述燃烧腔室对置的板面整体形成有多个穿孔。
8.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，
上述旁通管被上述喷嘴帽的内侧支撑。
9.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，
上述旁通孔沿上述旁通管的圆周方向被形成有多个，并且相对于上述旁通管的长度方向倾斜。
10.一种燃气轮机，其特征在于，
包括：压缩机，用于压缩空气；燃烧器，接收上述压缩机的压缩空气并使该压缩空气与燃料混合而进行燃烧；以及涡轮，在上述燃烧器中燃烧的气体的作用下发生旋转而产生动力，
上述燃烧器包括：
燃料注入器，用于注入上述燃料；
炉衬，内侧与燃烧腔室接触，并且在外侧形成供上述压缩空气流动的流路；以及
喷嘴部，包括：喷嘴，设置在上述燃料注入器的端部；喷嘴罩，设置在上述喷嘴的外侧，并且用于将上述压缩空气与燃料混合；喷嘴壳体，支撑上述喷嘴罩并与燃烧器壳体结合，在一侧形成有空气导入孔而另一侧开放；喷嘴帽，设置在上述喷嘴壳体的另一侧与上述喷嘴罩之间，并且形成有多个穿孔以排出流入到上述空气导入孔的压缩空气；以及环形的旁通管，设置在上述喷嘴帽与上述喷嘴罩之间，形成向上述喷嘴罩的外侧分隔的间隙，并且形成有使流入到上述空气导入孔的压缩空气中的一部分向间隙流出的旁通孔。
11.根据权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，
上述喷嘴罩以管状形成为比上述喷嘴长，从而使上述喷嘴的端部隐藏设置在上述喷嘴罩的内侧。
12.根据权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，
上述喷嘴壳体在其外侧周围夹设多个固定架并与上述燃烧器壳体的内侧以放射状结合。
13.根据权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，
上述喷嘴壳体在其外侧周围夹设弹簧密封件并被压入到上述炉衬的内侧。
14.根据权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，
上述空气导入孔沿上述喷嘴壳体的圆周方向形成有多个。
15.根据权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，
上述喷嘴帽在上述喷嘴壳体的另一侧内部夹设支架而被固定，并且在与上述燃烧腔室对置的板面整体形成有多个穿孔。
16.根据权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，
上述旁通管被上述喷嘴帽的内侧支撑。
17.根据权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，
上述旁通孔沿上述旁通管的圆周方向被形成有多个，并且倾斜地形成。
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