CN1139735A - 环形燃烧室燃气轮机的燃料输入管道 - Google Patents

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Abstract

本发明的任务是提出一种环形燃烧室燃气轮机的简单和紧凑的燃料输入管道，并改进燃气轮机的运行安全性。本发明是这样实现上述任务的：只用一根集中主气输入管道(15)和一根集中控制气输入管道(16)与环形燃烧室(1)连接，在燃气轮机壳体(5)或燃烧器外套(3)的内部构成一根主气环形管道(13)和一根控制气环环管道(14)，这两根环形管道(13、14)在上流分别与主气输入管道(15)和控制气输入管道(16)连接，而在下流则与环形燃烧室(1)连接。

Description

环形燃烧室燃气轮机的燃料输入管道
本发明涉及燃烧器可用气体燃料或液体燃料的环形燃烧室燃气轮机的燃料输入管道。
燃气轮机运行所需的全部燃料都必须从燃气轮机壳体外部输入。根据燃烧器种类和数量已公知了各种不同的燃料输入管道，而且不论哪种情况，都必须在燃气轮机壳体上设置许多燃料输入管道的孔口。
德国专利DE-A14306956公知了一种环形燃烧室燃气轮机的燃料输入管道，这种环形燃烧室采用既适用液体燃料又适用气体燃料的多个双锥形燃烧器工作。这些燃烧器分别通过一根固定在燃气轮机壳体上的燃料喷管供给液体燃料，亦即每个燃烧器都有它自己的燃料输入管道。为了将不同的燃料输入喷管，分别在每根燃料喷管的上流端上单独用一个管接头与相应的输入管道螺丝连接。每根燃料喷管都有三个管接头，这对燃烧器较少的燃气轮机来说几乎是没有问题的。但环形燃烧室通常都采用较多的燃烧器，这时就需要许多管接头和与管接头连接的输入管道，从而会出现复杂的、又不醒目的燃料输入管道，这对安装和拆卸都是非常麻烦的，而且这样多螺丝连接的管接头也难于实现可靠的密封。
本发明旨在克服上述诸弊并提出一种环形燃烧室燃气轮机的简单和紧凑的燃料输入管道。此外，应改善燃气轮机的运行可靠性。
本发明是这样实现这个任务的：只用一根集中主气输入管道和一根集中控制气输入管道与环形燃烧室连接。燃气轮机壳体或公知的燃烧器外套的后壁内部构成一根主气环形管道和一根控制气环形管道，这两根环形管道在上流与主气输入管道和控制气输入管道连接，而在下流则与环形燃烧室连接。
在主气环形管道和控制气环形管道敷设在燃气轮机壳体或燃烧器外套后壁内以后，这个承受压力的后壁就具有另一种功能，即具有向燃烧器分配燃料的功能。由于每根环形管道都只配置一根主气输入管道或一根控制气输入管道，所以实现了简单而又醒目的燃料输入。
在本发明第一种结构形式中，主气环形管道和控制气环形管道设置在燃烧器外套后壁的内部。主气输入管道和控制气输入管道都固定在这个后壁上。每个燃烧器的主气管都通入燃烧器外套的后壁。为了使燃烧器可选择地燃用液体燃料或固体燃料，配置了一根只用液体燃料管道组成的燃料喷管。
每个燃烧器在燃烧器外套后壁上都设置有两个分配孔，它们与主气管或控制气管的主气环形管道或控制气环形管道连接。在燃烧器的主气管和控制气管中分别设置有一个与一个分配孔对应的孔。
这个方案业以证明是特别有利的：主气和控制气分别只通过燃气轮机壳体的一个孔口集中输入。所以不需要在燃气轮机壳体上设置迄今为止公知的并根据燃烧器的数目设置许多相当大的孔口来安装燃料喷管。
在燃气轮机用燃油时，在燃气轮机壳体上除了气体燃料的两个孔口外还附加了燃料喷管用的另外的但尺寸很小的孔口，即它的液体燃料管道的孔口，而在纯粹燃气时，则不需要这些另外的孔口，所以明显提高了燃气轮机壳体的稳定性，从而使燃气轮机设备可用更高的压力运行。
如果在燃烧室外套后壁内表面和主气环形管道或控制气环形管道之间设置带伸缩缝的嵌入套管，则是特别有利的。
这种嵌入式套管用来减小热应力，亦即用于环形管道对燃烧器外套的热后壁的隔热，因为由于流入集流腔室的压气机出口空气使后壁温度显著上升。通过这样的隔热，流入环形管道中的主气和控制气当然也就不会显著变热，从而可将它较均匀地分配到所有燃烧器。嵌入式套管的直径变化通过伸缩缝补偿。
如果将集中式主气输入管道和集中控制气输入管道分别至少用一个锁紧件固定在燃气轮机壳体的一个孔口上，则是特别适宜的。在锁紧件上至少设置一个伸缩件，最好是波纹伸缩节，用它补偿两根燃料输入管道中的压差，这样就提高了整个燃料输入管道的寿命。
在一个公知的两段环形燃烧室中，分别设置一根集中主气输入管道和一根集中控制气输入管道，但只配置一根共同的主气环形管道和一根共同的控制气环形管道。
这种结构方便了环形燃烧室的打开，因为只需松开一根主气输入管道或一根控制气输入管道。
在多排布置燃烧器时，同样只设置一根集中主气输入管道和一根集中控制气输入管道以及一根主气环形管道和一根控制气环形管道。主气环形管道和控制气环形管道敷设在各排燃烧器之间并分别通过燃烧器外套后壁上的两个分配孔与两排燃烧器的相应燃烧器的主气管或控制气管连接。
这样，即使在使用大量燃烧器时也能实现简单而又醒目的燃料输入管道。
在本发明的另一种结构形式中，主气环形管道和控制气环形管道设置在燃气轮机壳体的内部。主气输入管道和控制气输入管道都固定在燃气轮机壳体上。主气管伸过燃气轮机壳体。主气管伸过燃气轮机壳体的部分过渡到第一个端块。在端块上分别设置主气输入管道的第一个管接头和控制气输入管道的第二个管接头，这些管接头按公知的方式在燃料喷管内与主气管或控制气管连接。在主气环形管道和第一个管接头之间以及在控制气环形管道和第二个管接头之间分别设置一根连接管并用螺丝与相应的管接头连接。
在这个结构形式的改进结构中，在主气管中设置了一根由控制气管道和液体燃料管道组成的燃料喷管。在第一端块的上流端上摩擦固定了第二端块，通过第三管接头与输入管道连接的液体燃料管道按公知的方式通入第二端块。
在这个改进结构中，由于取消了设置在燃气轮机壳体外部的环形管道及其固定件而获得一个紧凑的结构。
在本发明另一个结构形式中，主气环形管道和控制气环形管道也设置在燃气轮机壳体的内部。但主气管和控制气管已经分别进入燃气轮机壳体上的一个孔口中。与本发明第一结构形式相似，每个燃烧器都配置两个分配孔，只不过不是在燃烧器外套的后壁内，而是在燃气轮机壳体上。同样，与分配孔对应的两个孔也设置在主气管或控制气管内。
燃烧器的主气管分别在上流从一个内部直接固定在燃气轮机壳体上的法兰引出。控制气管道在上流分别与一个罩形的端块焊接。这个端块向外封闭燃气轮机壳体上的孔口。
在一个改进结构中，液体燃料管道通过一个罩形的端块向外延长并止于一个独立的端块上，液体燃料的输入管道通过一个管接头连接在这个端块上。
通过主气环形管道或控制气环形管道分别与主气管或控制气管在燃气轮机壳体内部的直接连接大大减少了固定在燃料喷管上的可拆卸的管接头数目。这样就只剩下液体燃料输入管道的管接头。全部取消了燃料喷管的单独连接管道。这样只需要相当少的输入管道，也即是说，结构变得紧凑了，管接头的密封变得更简单了。
下面结合带环形燃烧器的燃气轮机的附图来说明本发明的几个实施例。
附图是：
图1表示带有燃气轮机壳体、燃料喷管和本发明燃料输入管道的燃气轮机的部分纵截面，即第一实施例；
图2表示从两段环形燃烧室剖开的、有相应数目的燃料输入管道的横截面；
图3表示与图1相当，只不过布置有两排燃烧器；
图4表示另一个实施例的相当于图1的部分纵截图，图中示出了两个方案；
图5表示带燃料喷管和本发明燃料输入管道的燃气轮机的部分纵截面，又一个实施例。
在以上图中只示出了为便于理解本发明所需的主要部件。工作介质的流动方向用箭头表示。
第一实施例(图1)表示带有一个环形燃烧室1和多个固定在环形燃烧器外套3的后壁2上的燃烧器4的燃气轮机。燃烧器4根据欧洲专利EP-B1321809做成所谓双锥形燃烧器，并从燃气轮机壳体5外部供应燃料。
为了输入液体燃料6，每个双锥形燃烧器4都分别与一根设置在燃气轮机壳体5上的一个孔口8中的燃料喷管7连接。燃料喷管7由唯一的一根做成液体燃料管道9的燃料输入管道组成并与一个相应的喷嘴10连接。所以，可做成相当小的尺寸。
气体燃料11、12即主气和控制气的燃料输入管道由分别设置在燃烧器外套3后壁2内的一根主气环形管道13和一根控制气环形管道14组成。环形管道13、14在上流分别与一根做成主气输入管道15或控制气输入管道16的集中燃料输入管道连接，而这根集中燃料输入管道本身则固定在燃气轮机壳体5的孔口17中。环形管道13、14在下流与环形燃烧室1连接。
此外，每个双锥形燃烧器4都与一根同轴主气管18焊接，在此管的内部装有一根控制气管19和燃料喷管7。主气管18和控制气管19都通入燃烧器外套3的后壁2，它们在那里通过第一或第二孔20、21以及分别通过一个相应的设在后壁2内的分配孔22、23与主气环形管道13或控制气环形管道14连接。
只燃用气体燃料11、12的环形燃烧室1不需要燃料喷管7。在这种情况中，整个环形燃烧室1的燃料输入只通过集中主气输入管道15和集中控制气输入管道16进行，所以，燃气轮机壳体5上只需作两个孔口17，从而显著提高了燃气轮机壳体的稳定性。
在后壁2内表面与设置在其中的主气环形管道13和控制气环形管道14之间设置带伸缩缝25的嵌入套管24。从燃烧器外套3的后壁2引出的主气输入管道15和控制气输入管道16通过燃气轮机壳体5内的一个所谓的集流腔室26，即一个引入压缩空气的空间并分别与一个做成法兰的固定件27固定在燃气轮机壳体5上。为此，法兰27紧贴在燃气轮机壳体5，并从外边用两个螺丝28拧紧。在法兰27上设置了一个做成波形伸缩节的、并在固定方向和受拉方向起伸缩作用的伸缩件29。
在燃气轮机运行时，通过主气输入管道15和控制气输入管道16输入环形管道13、14中的主气11和控制气12在业已支承压力的燃烧器外套3中分配到双锥形燃烧器4的主气管18和控制气管19。这样就大大简化了燃料的输入管道。
环形管道13、14与双锥形燃烧器4之间的全部连接都用焊接，这样就防止了由于可拆卸的螺丝连接可能引起的漏气，从而提高了燃气轮机的运行安全和利用率。此外，也保证了快速拆卸，因为只需要松开很少的管接头。
嵌入式套管24用来对集流腔室26中的热压气机空气与主气和控制气11、12的隔热。这样就避免了开始时相当冷的气体燃料11、12过分加热并保证了全部双锥形燃烧器4的均匀的燃料供给。嵌入式套管24的直径变化通过伸缩缝25补偿。波形伸缩节29可承受主气输入管15和控制气输入管16的不同运动。
在水平分开的燃气轮机中，环形燃烧室1做成两段(图2)，每个环形段30都配置一个集中主气输入管道15和集中控制气输入管道16。所以在打开环形燃烧室1时只需松开这两根输入管道15、16即可。
在第二个实施例中，在环形燃烧室1中配置两排双锥形燃烧器4(图3)。在这个实施例中也只是配置了一根(图中未示出的)集中主气输入管道和一根控制气输入管道以及一根主气环形管道13和一根控制气环形管道14。这两根环形管道13、14设置在两排双锥形燃烧器4之间并分别通过燃烧器外套3内壁2上的两个分配孔22、23与相应双锥形燃烧器4的主气管18或控制气管19连接。
这样，即使布置两排双锥形燃烧器4也解决了燃气轮机的简单和醒目的燃料输入问题。
在本发明另一个实施例中(图4)，环形燃烧室1的全部双锥形燃烧器4都固定在燃气轮机壳体5上。这些燃烧器同样从燃气轮机壳体5外面供给液体燃料6或气体燃料11、12。为此，每个双锥形燃烧器4都和一根同轴主气管18焊接。主气管18装一根内部带有控制气管19和液体燃料管道9的燃气喷管31。主气管18从双锥形燃烧器4通过集流腔室26延伸并通过燃气轮机壳体5延长。在燃气轮机壳体5外面主气管18过渡到第一端块32，在此端块上侧向安装有主气11的第一管接头33。包围主气管18的一根外管34焊接在第一端块32上并往回延伸到燃气轮机壳体5。外管34从燃气轮机壳体5外面与一个内部设置的法兰35用螺丝连接，这样，主气管18和第一端块32都与燃气轮机壳体5牢固连接在一起。
此外，第二端块36用螺丝与第一端块32连接，并在侧向设置了控制气12的第二管接头37和另一根输入管道39的第三个管接头38(图4中燃料喷管31上方)。
在这个实施例的第二方案中，第二管接头37用螺丝连接在第一端块32上，如图4燃料喷管31下方所示。这样在更换液体燃料管道9时可把第二端块36取掉，而无需松开控制气12的第二个管接头37。
气体燃料11、12的输入管道由设置在燃气轮机壳体5内部的主气环形管道13和控制气环形管道14组成。这两根环形管道13、14在上流分别与集中主气输入管道15和集中控制气输入管道16连接，而这两根输入管道15、16则固定在燃气轮机壳体5上。环形管道13、14在下流与环形燃烧室1连接。为此，在主气环形管道13和第一管接头33之间以及在控制气环形管道14和第二管接头37之间分别配置了一根连接管道40、41。
在燃气轮机壳体5上设置了与双锥形燃烧器4的数目一致的孔口42，主气管18通过这些孔口42并用法兰35固定在孔口上。
在燃气轮机运行时，主气11通过集中主气输入管道15输入主气环形管道13中，并从该处通过连接管道40分配到与双锥形燃烧器4连接的主气管18，最后在环形燃烧室1中燃烧。为了改善双锥形燃烧器4的调节范围所用的控制气12通过集中控制气输入管道16进入控制气环形管道14，并通过连接管道41分配到燃料喷管31。如果燃气轮机用液体燃料6运行，则燃料通过连接在第三管接头38上的输入管道39进入燃料喷管31或液体燃料管道9中。然后主气输入管道15和控制气输入管道16封闭。
在本发明另一个实施例中(图5)，主气管18包括控制气管19都止于燃气轮机壳体5的孔口42中。为此，双锥形燃烧室1的主气管18在上流分别通过一个在安装好的状态下直接连接在燃气轮机壳体5内的法兰43引出。控制气管道19用一个罩形的端块44封闭，此端块同时向外封闭燃气轮机壳体5的孔口42。在法兰43、端块44和位于其间的燃气轮机壳体5的范围内设置有相互对应的、轴向平行的螺纹孔45。主气管18和控制气管19通过拧入螺纹孔45的螺丝46可拆卸地固定在燃气轮机壳体5上。
在燃气轮机壳体5上，每个双锥形燃烧室1都配置了第一和第二分配孔22、23，它们将主燃气管18和控制气管19与主气环形管道13和控制气环形管道14连接在一起。为此，管18和管19分别具有一个与分配孔22、23对应的孔20、21。液体燃料管道9通过罩形的端块44延长。并止于一个单独的端块47，输入管道39通过管接头38连接在这个端块47上。
在这个实施例中，最好主气11和控制气12输入到燃气轮机壳体5以内的主气管18和控制气管19中，这样就不需要附加的管道和管接头。此外，燃气轮机壳体5上的孔口42通过气体燃料11、12的直接输入而可减小尺寸。

Claims (13)

1.环形燃烧室(1)的燃气轮机的燃料输入管道，其燃烧器(4)
a)燃用气体燃料(11、12)或液体燃料(6)，
b)从燃气轮机壳体(5)外部通过燃料输入管道(9、15、16)输入燃料(6、11、12)，为此，燃气轮机壳体(5)开有相应的孔口(8、17、42)，
c)分别支承一根与其连接的环形主气管(18)，该主气管内部装有控制气管(19)和必要时一根液本燃料管道(9)，
其特征是，
d)只有一根集中主气输入管(15)和一根集中控制气输入管(16)与环形燃烧室(1)连接，
e)在燃气轮机壳体(5)内部或燃烧器外套(3)的后壁(2)内配置一根主气环形管道(13)和一根控制气环形管道(14)，
f)主气环形管道(13)和控制气环形管道(14)在上流分别与主气输入管道(15)和控制气输入管道(16)连接，而在下流则与环形燃烧室(1)连接。
2.按权利要求1的燃料输入管道，其特征是，
a)主气环形管道(13)和控制气环形管道(14)设置在燃烧器外套(3)的后壁(2)的内部，
b)主气输入管道(15)和控制气输入管道(16)都固定在后壁(2)上，
c)每个燃烧器(4)的主气管(18)都通入后壁(2)，
d)在燃烧器(4)选择用液体或气体燃料(6、11、12)运行时，主气管(18)中设置了一根只由液体燃料管道(9)组成的燃料喷管(7)。
3.按权利要求2的燃料输入管道，其特征是，每个燃烧器(4)都在燃烧器外套(3)的后壁(2)上设置两个分配孔(22、23)，它们将主气管(18)和控制气管(19)与主气环形管道(13)和控制气环形管道(14)连接在一起，并在每个燃烧器(4)的主气管(18)和控制气管(19)中设置与分配孔(22、23)对应的第一和第二孔(20、21)。
4.按权利要求2或3的燃料输入管道，其特征是，在后壁(2)的内表面与主气环形管道(13)和控制气环形管道(14)之间设置带有伸缩缝(25)的嵌入式套管(24)。
5.按权利要求4的燃料输入管道，其特征是，至少分别带有一个紧固件(27)的主气输入管(15)和控制气输入管(16)分别固定在燃气轮机壳体(5)的一个孔口(17)中，并在紧固件(27)上至少分别设置一个伸缩件(29)，最好是一个波形伸缩节。
6.按前述权利要求一项或多项的燃料输入管道，其特征是，环形燃烧室(1)按公知的方式构成两个环形段，每个环形段(30)都配置一根集中主气输入管道(15)和一根集中控制气输入管道(16)，但只设置一根共同的主气环形管道(13)和一根共同的控制气环形管道(14)。
7.按前述权利要求一项或多项的燃料输入管道，其特征是，燃烧器(4)设置两排并只与一根集中主气输入管(15)和一根集中控制气输入管(16)以及只与一根主气环形管道(13)和一根控制气环形管道(14)连接，后者设置在两排燃烧器之间并分别通过燃烧器外套(3)的后壁(2)上的两个分配孔(22、23)与两排燃烧器相应燃烧器(4)的主气管(18)和控制气管道(19)连接。
8.按权利要求1的燃料输入管道，其特征是，
a)主气环形管道(13)和控制气环形管道(14)设置在燃气轮机壳体(5)的内部，
b)主气输入管道(15)和控制气输入管道(16)固定在燃气轮机壳体(5)上，
c)而且每个燃烧器(4)的主气管(18)都至少延伸到燃气轮机壳体(5)的一个孔口(42)。
9.按权利要求8的燃料输入管道，其特征是，
a)主气管(18)伸过燃气轮机壳体(5)，
b)主气管(18)伸过燃气轮机壳体(5)的部分过渡到第一端块(32)，在这个端块上设置主气输入管(15)的第一管接头(33)和控制气输入管(16)的第二管接头(37)，其中管接头(33、37)按公知的方式分别与主气管(18)和控制气管(19)连接，
c)在主气环形管道(13)和第一个管接头(33)之间以及控制气环形管道(14)和第二个管接头(37)之间分别设置一根连接管道(40、41)。
10.按权利要求9的输入管道，其特征是，在主气管(18)内设置一根由控制气管道(19)和液体燃料管道(9)组成的燃料喷管(31)，并在第一个端块(32)的上流端上摩擦固定第二个端块(36)，而且通过第三个管接头(38)与一根输入管道(39)连接的液体燃料管道(9)按公知的方式伸入这个端块(36)中。
11.按权利要求8的燃料输入管道，其特征是，
a)每个燃烧器(4)的主气管(18)和控制气管(19)都通入燃气轮机壳体(5)的一个孔口(42)，
b)在主气环形管道(13)和控制气环形管道(14)与每个孔口(42)之间分别设置第一和第二分配孔(22、23)，
c)在每个燃烧器(4)的主气管(18)和控制气管(19)中分别设置一个与相应的分配孔(22、23)对应的孔(20、21)。
12.按权利要求11的燃料输入管道，其特征是，
a)燃烧器(4)的主气管(18)在上流分别从一个法兰(43)引出，
b)法兰(43)直接固定在燃气轮机壳体(5)上，
c)控制气管(19)在上流分别与一个罩形的端块(44)焊接，
d)燃气轮机壳体(5)的孔口(42)由端块(44)向外封闭。
13.按权利要求12的燃料输入管道，其特征是，液体燃料管道(9)通过罩形的端块(44)向外延伸并通入一个单独的端块(47)，输入管道(39)通过管接头(38)连接在这个端块(47)上。
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