CN113123868A - 燃气涡轮组件 - Google Patents

Abstract

一种燃气涡轮组件，包括：压缩机(3)，其构造成压缩空气；压缩机(3)沿纵向轴线延伸，并设有出口扩散器(26)和压缩机壳(9a)；气室(30)，其是至少由联接到压缩机壳(9a)的外壳(31)和出口扩散器(26)界定的封闭容积；出口扩散器(26)设计成将压缩空气排放到气室(30)中；燃烧器(4)，其部分地布置在气室(30)中；至少一个压力传感器(7;7a;7b;7c)，其面向包括在外壳(31)和出口扩散器(26)之间的气室(30)的区域。

Description

燃气涡轮组件

与相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2019年12月31日提交的欧洲专利申请no.19425103.9的优先权，其全部公开内容通过引用而并入本文。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮组件。

特别地，本发明的燃气涡轮组件是用于产生电能的发电厂的一部分。

背景技术

如已知的，用于发电厂的燃气涡轮组件包括压缩机、燃烧器和涡轮。

特别地，压缩机包括被供应空气的入口和压缩通过的空气的多个旋转叶片。离开压缩机的压缩空气流入气室，即由外壳界定的封闭容积，并且从那里进入燃烧器。在燃烧器之内，压缩空气与至少一种燃料混合并燃烧。产生的热气离开燃烧器并在涡轮中膨胀。在涡轮中，热气膨胀使连接到转子的旋转叶片运动，从而做功。

近年来，在有关污染物质的排放的日益严格的法规的压力下，燃烧技术已转向使用所谓的“贫预混”技术，该技术规定了燃烧器的使用：在燃烧器中燃料在燃烧前与空气预混。

在其中燃烧贫燃料混合物的这种类型的燃烧器中，在高功率下，可能会自发地触发声音振荡(在此及下文中，用基准扇区中典型使用的术语“嗡嗡声”来标识)，这对燃烧器的结构完整性具有破坏性。

因此，监测燃烧器中的声压振荡对于燃气轮机组件的可靠和高效操作是至关重要的。

但是，应该以可靠的方式对声压振荡进行监测，因为与非最佳监测相关的风险非常严重：功率输出的降低以及燃烧器构件完整性的损失。

但是，当前的解决方案不能以可靠的方式检测压力波动。特别地，对于正确的发动机操作，尤其是对于某些感兴趣的频率带宽，已知的解决方案没有对感兴趣的动态现象表现出完全的敏感性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种燃气涡轮组件，其能够避免或至少减轻所描述的缺点。

特别地，本发明的目的是提供一种构造成允许可靠地检测压力波动的燃气涡轮组件。

根据本发明，提供了一种燃气涡轮组件，包括：

·压缩机，其构造成压缩空气；压缩机沿纵向轴线延伸，并设有出口扩散器和压缩机壳；

·气室，其是至少由联接到压缩机壳的外壳和出口扩散器界定的封闭容积；出口扩散器设计成将压缩空气排放到气室中；

·燃烧器，其部分地布置在气室中；

·至少一个压力传感器，其面向包括在外壳和出口扩散器之间的气室的区域。

得益于根据本发明的压力传感器的布置，在明显改进发动机调谐和操作且不影响在空气消耗或操作条件变化方面的整体发动机效率的情况下，实现了对压力幅度的增强的监控。特别地，得益于根据本发明的压力传感器的位置，对于所有感兴趣的频率带宽实现了更好的灵敏度。

有利地，本发明可以应用于现有的燃气涡轮组件。

附图说明

现在将参照示出了一些非限制性实施例的附图描述本发明，其中：

-图1是根据本发明的燃气涡轮组件的示意性截面图(其中移除了一些部件)；

-图2是图1的燃气轮机组件的细节的放大图；

-图3是图1的燃气涡轮组件的进一步的细节的示意性截面图(其中移除了一些部件)；

-图4是根据备选实施例的图2的燃气涡轮组件的进一步的细节的示意性截面图(其中移除了一些部件)。

具体实施方式

在图1中，附图标记1指代燃气涡轮组件(在图1中示意性地示出)。

燃气涡轮组件1包括压缩机3、燃烧器4、燃气涡轮5、至少一个压力传感器7和控制设备(在附图中未示出)。

压缩机3和涡轮5安装在同一轴上，以形成沿轴线A延伸的转子8。

转子8联接至发电机(为简单起见，未在附图中示出)。

更详细地，转子8包括前轴10、多个转子组件11和后轴13。

每个转子组件11包括转子盘15和联接到转子盘15并径向布置的多个转子叶片16。

多个转子盘15连续地布置在前轴10和后轴13之间，并且优选地通过中心拉杆14成套地夹紧。作为备选方案，转子盘可以被焊接在一起。

中心轴17将压缩机3的转子盘15与涡轮5的转子盘15分开，并延伸通过燃烧器4。

此外，定子组件22与压缩机转子组件11交替。

每个定子组件22包括定子环24和径向地布置并联接到定子环24的多个定子导叶25。

特别地，压缩机3中的定子导叶25联接到定子环24和压缩机定子壳9a，而涡轮5中的定子导叶25联接到定子环24和涡轮定子壳9b。

压缩机3还设有出口扩散器26，其布置在压缩机3的出口处。

扩散器26设计成将压缩空气排放到气室30中。

参考图2，扩散器26包括两个壳体27a, 27b，其限定了具有不断增大的截面的通道，以便降低行进的气流的速度。壳体27a, 27b联接压缩机定子壳9a。

优选地，面向气室30的壳体27a设有基本上圆柱形的第一部分28a，以及折叠在第一部分28a上的基本上截锥形的第二部分28b。第一部分28a限定外部面29a，而第二部分基本上限定外部面29b。

气室30是至少由外壳31和出口扩散器26界定的封闭容积，来自出口扩散器26的压缩空气收集在其中。

气室30也由燃气涡轮组件1的其它部件界定，如燃气涡轮壳9b。

燃烧器4的至少一部分布置在气室30中。

外壳31联接到压缩机定子壳9a。

优选地，外壳31具有至少一个截锥形的部分32。

优选地，部分32设有容纳燃烧器4的燃料供应管35的多个孔33。

优选地，部分32的半径朝向涡轮5增大。

优选地，外壳31通过螺栓39固定到压缩机定子壳9a的第一部分38。

优选地，在压缩机定子壳9a的第二部分42和外壳31之间布置有隔板40。

优选地，隔板40布置在基本上垂直于纵向轴线A的平面上。

更优选地，隔板40与压缩机3的最后定子级22布置在基本上相同的轴向位置处。

隔板40优选地基本上联接到部分32的具有最小半径的端部。

优选地，压缩机定子壳9a的第二部分42构造成至少支撑压缩机3的最后定子级22。

在这里公开和示出的非限制性示例中，压缩机定子壳9a的第二部分42构造成支撑压缩机3的最后七个定子级22。

扩散器26联接到压缩机定子壳9a的第二部分42。

优选地，外壳31也联接至涡轮定子壳9b。

在使用中，对压缩机3供应空气。在压缩机3中，与定子组件22交替的压缩机转子组件11的旋转压缩通过的空气。

离开压缩机3的压缩空气通过扩散器26流入气室30。压缩空气从气室30流入燃烧器4。在燃烧器4之内，压缩空气与至少一种燃料混合并燃烧。产生的热气离开燃烧器4并在涡轮5中膨胀。

在压缩机3中和在涡轮5中，流沿前进方向D前进。

参照图2，燃气涡轮组件1包括至少一个压力传感器7，其面向包括在扩散器26和外壳31之间的气室30的区域。

优选地，燃气涡轮组件1包括至少一个压力传感器7，其面向包括在扩散器26和外壳31的部分32之间的气室30的区域。

优选地，燃气涡轮组件1包括至少一个压力传感器7a，其在扩散器26和外壳31的部分32之间的气室30中布置成与离外壳31相比，离扩散器26更近。

优选地，燃气涡轮组件1包括至少一个压力传感器7a，其在扩散器26和外壳31的部分32之间布置成更靠近扩散器26。

更优选地，压力传感器7a面向包括在外部面29a和外部面29b之间的区域。

在这里公开和示出的非限制性示例中，压力传感器7a被布置成靠近壳体27a和压缩机定子壳9a之间的联接区域。

优选地，压力传感器7a联接到壳体27a的联接至压缩机定子壳9a的部分。

在这里公开和示出的非限制性示例中，多个压力传感器7a沿围绕纵向轴线A延伸的圆周布置。换句话说，压力传感器7a布置在气室30的不同扇区中。

优选地，燃气涡轮组件1包括至少一个压力传感器7b，其布置在外壳31中制造的测压接口43中。

在这里公开和示出的非限制性示例中，测压接口43由容纳在外壳31的孔46中的管45限定。

优选地，孔46制造在外壳31的部分32中。

根据未示出的变型，传感器可以在扩散器26和外壳31的部分32之间布置成与离扩散器26相比，离外壳31更近。

在这里公开和示出的非限制性示例中，多个压力传感器7b沿围绕纵向轴线A延伸的圆周布置。换句话说，压力传感器7b布置在气室30的不同扇区中。

根据未示出的实施例，燃气涡轮组件在传感器7a和传感器7b之间仅包括一个传感器。

由传感器7a和/或传感器7b检测到的传感器数据被发送到控制设备。

图4示出了根据本发明的备选实施例，其中传感器7b被传感器7c代替，传感器7c布置在从外壳31延伸到气室30中的管道47的端部48处。管道47被定向为使得端部48布置成与离外壳31相比，离扩散器26更近。

在这里公开和示出的非限制性示例中，管道47容纳在外壳31的孔49中。

优选地，孔49制造在外壳31的部分32中。

在这里公开和示出的非限制性示例中，多个压力传感器7c沿围绕纵向轴线A延伸的圆周布置。换句话说，压力传感器7c布置在气室30的不同扇区中。

由传感器7a和/或传感器7c检测到的传感器数据被发送到控制设备。

根据未示出的实施例，燃气涡轮组件在传感器7a和传感器7c之间仅包括一个传感器。

根据未示出的实施例，燃气涡轮组件包括所有传感器7a，7b和7c。

优选地，要安装在燃烧器4中的压力传感器7a和/或7b和/或7c的总数主要与必须被监测的声学模式有关。

传感器7a和/或7b和/或7c的最终位置取决于要监测的声学模式，还要考虑热结构行为和/或避免对现有构件产生任何干涉的必要性。

优选地，压力传感器7a和/或7b和/或7c是压力探头。

最后，清楚的是，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明范围的情况下，可以对本文所述的方法和燃气涡轮组件进行修改和变型。

Claims (15)

1.一种燃气涡轮组件，包括：

•压缩机(3)，所述压缩机(3)构造成压缩空气；所述压缩机(3)沿纵向轴线延伸，并设有出口扩散器(26)和压缩机壳(9a)；

•气室(30)，所述气室(30)是至少由联接到所述压缩机壳(9a)的外壳(31)和所述出口扩散器(26)界定的封闭容积；所述出口扩散器(26)设计成将压缩空气排放到所述气室(30)中；

•燃烧器(4)，所述燃烧器(4)部分地布置在所述气室(30)中；

•至少一个压力传感器(7; 7a; 7b; 7c)，所述至少一个压力传感器(7; 7a; 7b; 7c)面向包括在所述外壳(31)和所述出口扩散器(26)之间的所述气室(30)的区域。

2. 根据权利要求1所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述外壳(31)包括截锥形的部分(32)；所述至少一个压力传感器(7; 7a; 7b; 7c)面向在所述部分(32)和所述出口扩散器(26)之间的所述气室(30)的区域。

3.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮组件，其特征在于，至少一个第一传感器(7a)在包括在所述外壳(31)和所述出口扩散器(26)之间的所述气室(30)的所述区域中布置成与离所述外壳(31)相比，离所述出口扩散器(26)更近。

4. 根据权利要求3所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述出口扩散器(26)包括至少两个壳体(27a, 27b)，其限定具有不断增大的截面的通道，所述至少两个壳体(27a, 27b)联接到压缩机定子壳(9a)；面向所述气室(30)的壳体(27a)设有基本上圆柱形的第一部分(28a)，以及折叠在所述第一部分(28a)上的基本上截锥形的第二部分(28b)；所述第一部分(28a)限定第一外部面(29a)；所述第二部分限定第二外部面(29b)。

5.根据权利要求4所述的燃气涡轮组件，其特征在于，至少一个第一传感器(7a)布置成面向包括在所述第一外部面(29a)和所述第二外部面(29b)之间的所述区域。

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述第一压力传感器(7a)被布置成靠近所述出口扩散器(26)和所述压缩机定子壳(9a)之间的联接区域。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的燃气涡轮组件，其特征在于，包括多个第一压力传感器(7a)，所述多个第一压力传感器(7a)沿围绕所述纵向轴线(A)延伸的圆周布置。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮组件，其特征在于，至少一个第二压力传感器(7b)在所述扩散器(26)和所述外壳(31)之间布置成与离所述扩散器(26)相比，离所述外壳(31)更近。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮组件，其特征在于，至少一个第二压力传感器(7b)布置在所述外壳(31)中制造的测压接口(43)中。

10.根据权利要求9所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述测压接口(43)由容纳在所述外壳(31)的孔(46)中的管(45)限定。

11.根据权利要求8至10中的任一项所述的燃气涡轮组件，其特征在于，包括多个第二压力传感器(7b)，所述多个第二压力传感器(7b)沿围绕所述纵向轴线(A)延伸的圆周布置。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮组件，其特征在于，至少一个第三传感器(7c)布置在从所述外壳(31)延伸到所述气室(30)中的管道(47)的端部(48)处。

13.根据权利要求12所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述管道(47)被定向成使得所述端部(48)布置成与离所述外壳(31)相比，离所述出口扩散器(26)更近。

14.根据权利要求12或13所述的燃气涡轮组件，其特征在于，所述管道(47)容纳在所述外壳(31)的孔(49)中。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的燃气涡轮组件，其特征在于，包括多个第三压力传感器(7c)，所述多个第三压力传感器(7c)沿围绕所述纵向轴线(A)延伸的圆周布置。

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