CN1395063A - 燃气轮机的燃烧室及为此设置的空气导流方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有技术中的技术问题,提供一种用于燃气轮机燃烧室的空气导流方法和构造设计,使其一方面在压力损失较小的情况下达到较好的冷却效果,另一方面通过有针对性地对热点的不同反应来防止过度冷却,本发明建议使用带有一外壳并在一端部安装有至少一个燃烧器的燃气轮机燃烧室,其特征在于,该燃烧室具有至少一个空心部件(9),该空心部件通过至少两个开孔(7,8)与燃烧室(1)的其它空气导流区域(5,6)相连通,这种构造使空气在沿切线方向流动之后,再沿轴向方向流向燃烧器。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机的燃烧室,其具有一外壳和至少一个设置在端部的燃烧器。此外,本发明还涉及一种在燃气轮机燃烧室里的空气导流方法。
背景技术
上述类型的燃烧室,特别是密封冷却的燃烧室常用于高效燃气轮机。这些燃烧室通常都是基本上圆锥形的多层设计结构,且通常有一个圆形截面,其中,在一端装有至少一个燃烧器,通常为多个燃烧器,空气和燃料的混合物输送到这些燃烧器中。所述燃烧器突伸到一个大致圆锥形的燃烧空腔中。一方面必须冷却燃烧室,另一方面燃气应预热送入燃烧器的空气。
在现有技术中已公知的密封冷却式燃烧室中,通过一支承结构,将冲击式冷空气(Prallkuehlungluft)导引到一个承受燃气的平板上,然后使之通过平板和支承结构之间的间隙沿轴向流向燃烧器。这一区域的平板通过对流来冷却。这样的构造有一定的缺点,就是说在这种狭窄但是轴向很长的构造中,其对流区域的冷却只有通过冷空气相对较高的流动速度才能完成,而这样就会导致过高的压力损失,并造成效率上的损失。公知技术方案的另外一个缺点就是,对于已经确定的热点不可进行局部调节,从而必然倾向于对各部件进行过度冷却。
发明内容
基于现有技术上的这种缺陷,本发明所要解决的技术问题在于提供一种空气导流方法及一种对燃气轮机燃烧室的设计,这一方面可以在压力损失较低的同时改善制冷,另一方面可通过对热点有针对性的反应来避免过度冷却。
上述技术问题按照本发明是这样来解决的,即,该燃气轮机的燃烧室具有至少一个空心部件,该空心部件通过至少两个孔与燃烧室的其它空气导流区域相连通。
按照本发明,在燃烧室上设置或构成一些空心部件,它们通过多个孔和与该空心部件分开的燃烧室空气导流区域相连通。这些空心部件可在制造外壳时直接制出,也可以事后安装在外壳内。
按照本发明,这些空心部件上必须至少配备两个孔,并且最好设置或构造成能够用于切线导引空气。这些空心部件可以设置在燃烧室内部并与那些位于燃烧室外部的空气导流区域相连。也可以把它们设置在燃烧器的外部,与燃烧器内部的空气导流区域相连。本发明也允许一种多层构造,即既在燃烧器内部也在燃烧器外部设置空心部件,并使它们与空气导流区域相连通。按照本发明一特别有利的设计,所述空气导流区域可在位于内部和位于外部的空心部件之间形成。
按照本发明,可将一空心部件设计为切线部件。本发明还规定,燃烧室的内部侧壁至少有一部分是由这种通过开孔与燃烧室外部区域相连通的空心部件所构成。可具有一个基本上任意形状断面的所述燃烧室,可以在制造时直接与空心部件构造在一起,也可以事后再安装空心部件。
所述空心部件可有利地设计成径向弧形部段,遮盖住燃烧室的一部分内部区域。
燃烧室外侧可有利地划分成多个相互分隔开的空气导流区域,为此按照本发明的一建议,在燃烧室外侧构造基本上沿轴向延伸的肋条。在此,构造出可将空气通过开孔导入构造在或设置在燃烧室内部的空心部件中的一些空气导流区域。此外,还构造出可供来自空心部件中的空气流入的一些空气导流区域。
这些空心部件是一些由金属、陶瓷和/或类似材料构成的部件,它们分别构成一个封闭式的中空区,这些部件仅通过开孔和燃烧室的外部连通。这些空心部件作为径向弧形部段可有利地具有一些开孔,这些开孔迫使空气沿环周方向被切向导流。
按照本发明的一有利建议,可将所述外壳设计为单层。此外,该外壳例如可以通过浇铸和在外侧构造出的肋条制成一体。为了使空气导流区域彼此分离,建议分别给每对肋条设置一个护板。从而在两个肋条之间通过护板形成封闭的空气导流区域,这个空气导流区域和与其相邻的在没有护板的两个肋条之间构成的空气导流区域彼此分隔开来。因此,按照本发明这种在燃烧室外侧的设计,通过构成偶数倍的肋条,用极为简单的方法就可将燃烧室外侧划分成多个相互分隔开的空气导流区域。没有护板的空气导流区域是用来供空气输入的。在此,开孔按轴向排列,并通往安装在燃烧室内部的空心部件中。这些空心部件最好在圆周(切线)方向设置有其他开孔,这些开孔通向与空气输入区域相邻的装有护板的两个肋条之间。在这些位于两个肋条之间的区域内,空气继续流通,最终将流入燃烧器。
按照本发明的一有利建议,也可以使从轴向的前面区域中输出的空气再流入其它空心部件中,并进一步使其再分流。
与现有技术的多层设计结构相比,本发明燃烧室在整体结构上的可铸性及复杂性方面都大大地简化。此外,即便对于轴向较长的构造,通过铸造出肋条也可以实现所期望的对外壳的加固。
上面所说的构造,也可以反过来,即,通过给突伸到燃烧室内部的肋条成对地加上护板来形成轴向的空气导流区域。在这种情况下,外壳内的空心部件还要安装在空气导流区域以外,以便使空气能够沿切线方向流动。与这些空心部件连通的空气导流区域也可以位于内部空心部件和外部空心部件之间。在所有这些情况下,都可以采用单层的外壳构造,但是也可以采用多层构造,来形成交替的切向和轴向空气导流区域。这样,如前面所说,轴向空气导流区域可以通过带护板的成对肋条来形成,而切向的空气导流区域也可以通过适当构造的肋条和护板来形成。
本发明实现了一种在燃气轮机燃烧室内部导引空气的全新方法,使空气沿环周方向(切线方向)被分配到燃烧室内部的冷却区域内。由此可实现对个别区域,例如有热点产生的那些区域进行有针对性的冷却。把这个方法倒过来用同样也在本发明的保护范围内,也就是在燃烧室外部或中部也可形成可供选择的或附加的沿切线方向通流的空气导流区域。
关于输送方法,本发明建议,使来自燃烧室外部的第一个区域的空气至少通过第一个开孔流入一个安装在燃烧室内部的空心部件里,然后由这个空心部件至少再通过燃烧室外部的第二个区域的第二个开孔最终流入燃烧器。
按照这一方法,在不造成更大的压力及效率损失的情况下,沿切线方向导引用于冷却燃烧室的空气并随后使之沿轴向流往燃烧器,可以实现有改善地并有针对性地冷却燃烧室。因此,即便是对于轴向较长的构造,用正常流速的冷空气也可以实现充分的冷却,而没有必要进行过度冷却。
此外,本发明的这一径向冷却原理,可以在没有大量设计构造费用的情况下,和本身已公知的冲击式冷却(Prallkuehlungen)相结合,这样,不仅利用本发明的径向冷却原理可使沿轴向的冷却有任意的适配可能性(Anpassungsmoeglichkeiten),而且通过其与冲击式冷却相结合的可变性也可以实现这一点。
本发明提供了一种可费用很低、经济地制造燃气轮机燃烧室的构造设计和一种有效的空气导流原理,它们排除了现有技术上的缺陷。
附图说明
本发明的其它优点和特征将在下面借助附图予以说明,附图中:
图1为燃气轮机燃烧室一实施方式的立体示意图;
图2为在图1的视图基础上附加地示出空气导引的示意图;
图3为图1所示燃烧室的一个断面图;
图4为燃气轮机燃烧室一可供选择的替换性实施方式的原理示意图;
图5为燃气轮机燃烧室另一可供选择的替换性实施方式的原理示意图。
在各图中示出的相同部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1、图2和图3都是一燃烧室的示意图,在该实施方式中,这个燃烧室由一个浇铸而成的单层外壳2组成,外壳上浇铸有肋条3。这些肋条分别成对地例如由后来安装的护板4封闭起来。这样既形成了封闭的空气导流区域5,也形成了开放的空气导流区域6。在开放的空气导流区域6和封闭的空气导流区域5中,各自设置有开孔7和8。这些开孔直接通向设置在燃烧室内壁上的空心部件9。
燃烧室的端部装有一燃烧器15,这个燃烧器的燃气一般是流入燃烧室中的。空心部件16被引向燃烧器15。
空心部件9可以是一些金属部件、陶器部件、空心砖或由类似材料制成的部件,也可以是通过上述材料的组合而制成的部件。这些空心部件在中部和开放的空气导流区域6的开孔7连在一起,而在尾部则是与封闭的空气导流区域5中的开孔8相连。
图2是空气导流示意图。开放的空气导流区域6用于导引空气入流10,从空气入流10中分出一部分穿过开孔7的气流11流入空心部件9中。为了对此予以支持和/或控制,可以采用对流动有影响的辅助部件,如导流板,隔板(Schikanen),或扩大开孔及其它类似的措施。空气在通过开孔7后,形成一基本上沿切向流动的径向流12穿过空心部件。在空心部件的端部,空气通过开孔8形成流回各封闭的空气导流区域5内的回流13。在这些空气导流区域5内,空气沿14的方向最终流向燃烧器15。在此,该空心部件16也可直接用于辅助空气输入。
图4给出了燃烧室一个可供选择的替换性实施方式的示意图。它和上述实施方式的区别在于,有一个带有伸入燃烧室内的肋条18的内壳17,这些肋条成对地被护板19封盖。这样,就形成了彼此分离的轴向空气导流区域21和23。在内壳17的外部设有空心部件20,这些空心部件按所述方式通过至少两个开孔与位于内部的彼此分离的轴向空气导流区域21和23连通,从而形成切向空气流22。
图5是另一实施方式的原理示意图。在该图中,燃烧室24既安装有内置的空心部件26也装有外置的空心部件25,这样在两者之间就形成了轴向空气导流区域27。空气导流原理跟前面的实施方式一样,即,空气通过轴向空气导流区域27输入,然后通过未示出的开孔流入内部和外部的空心部件中,在那里空气沿切线方向流动,随后,从空心部件流出来的空气再进入轴向空气导流区域,并流向燃烧器。
上述实施方式仅用于说明解释本发明的原理和构造,本发明的保护范围并不因此受限于此。
Claims (17)
1.一种燃气轮机燃烧室,它具有一燃烧室外壳和至少一个设置在其端部的燃烧器,其特征在于,该燃烧室具有至少一个空心部件(9),该空心部件至少通过两个开孔(7,8)与燃烧室(1)的其它空气导流区域(5,6)相连通。
2.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,所述空心部件(9)通过所述至少两个开孔(7,8)和其它空气导流区域(5,6)这样连通,即,使得空气被切向导引流动。
3.如上述任一项权利要求所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,在燃烧室(1)内部设置有至少一个空心部件(9),它通过所述至少两个开孔(7,8)与燃烧室的外部相连通。
4.如上述任一项权利要求所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,在燃烧室(1)外部设置有至少一个空心部件(9),它通过所述至少两个开孔(7,8)与燃烧室的内部相连通。
5.如上述任一项权利要求所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,在燃烧室内部和外部均设有空心部件(9),这些空心部件通过所述至少两个开孔(7,8)与位于它们(9)之间的空气导流区域相连通。
6.如上述任一项权利要求所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,所述至少一个空心部件(9,16,20)被设计成切向的弧形部段。
7.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,所述空心部件(9,16,20)作为切向的弧形部段遮盖住一部分燃烧室内部区域。
8.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,所述空心部件(9,16,20)作为切向的弧形部段遮盖住一部分燃烧室外部区域。
9.如上述任一项权利要求所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,通过所述两个开孔(7,8)与空心部件(9,16,20)相连通的所述空气导流区域(5,6)被设计成彼此分隔开的空气导流区域。
10.如上述任一项权利要求所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,所述空心部件(9)的所述两个开孔中的至少一个(7)用于使空气从燃烧室(1)的第一个空气导流区域(6)流入该空心部件(9)中,并且至少第二个开孔(8)用于使空气从空心部件(9)流出至燃烧室(1)的另一个空气导流区域(5)中。
11.如上述任一项权利要求所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,所述燃烧室(1)的空气导流区域(5,6)通过基本上轴向延伸的肋条(3,18)来形成。
12.如权利要求11所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,分另由一对肋条构成一个被一块护板(4,19)遮盖的空腔。
13.如权利要求11所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,所述肋条(3,18)与所述外壳(2,17)制成一体。
14.如上述任一项权利要求所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,所述外壳(2,17)为单层结构。
15.如上述任一项权利要求所述的燃气轮机燃烧室,其特征在于,空气从没有被护板(4,19)遮盖的两个肋条之间的区域(6,12)经由一个第一开孔(7)流入一个空心部件(9,20),并且通过至少一个第二开孔(8)流回被护板(4,19)遮盖的两个肋条(3,18)之间的区域(5,23),然后流向燃烧器。
16.一种在燃气轮机燃烧室内部的空气导流方法,该燃烧室(1)具有一外壳(2)和一个设置在一端部的燃烧器,其特征在于,空气通过至少一个第一开孔(7)从燃烧室(1)外部的第一个区域(6)流入设置在燃烧室(1)内部的一个空心部件(9)中,然后再通过至少一个第二开孔(8)流入燃烧室(1)外部的第二个区域(5),并最终流向燃烧器。
17.如权利要求16所述的空气导流方法,其特征在于,所述空气通过设置在燃烧室(1)的一个切向部段中的第一和第二开孔(7,8)被导引流动。
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