CN1407282A - 燃烧室装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用在燃气轮机中的燃烧室装置，具有与至少一个燃烧器相连并引向轮机室的环形燃烧室(2)、将限定双壳结构的环形燃烧室(2)的环形燃烧室侧壁、由可拆卸安装在环形燃烧室侧壁的外壳(4)上的衬套元件(6a，6b)构成的环形燃烧室侧壁的内壳(3)、和形成在环形燃烧室侧壁的内壳(3)与外壳(4)之间的供冷却介质流动的间隙(5)。为了改进这种燃烧室装置以达到用相对较少的费用更换环形燃烧室侧壁的内壳的单个衬套元件的效果，本发明提出将衬套元件(6a，6b)制成每个都具有紧固结构的梯形设计，紧固结构形成在每个纵向侧面并且指向外部，可拆卸的紧固到相邻衬套元件的相应的配合结构和/或连接外壳(4)的支撑结构上。

Description

燃烧室装置
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机的燃烧室装置，该装置具有与至少一个燃烧器相连并引向轮机室的环形燃烧室、限定双壳结构的环形燃烧室的环形燃烧室侧壁、由可拆卸安装在环形燃烧室侧壁的外壳上的衬套元件构成的环形燃烧室侧壁的内壳、和形成在环形燃烧室侧壁的内壳与外壳之间的供冷却介质流动的间隙。本发明还涉及具有这样燃烧室装置的燃气轮机。
背景技术
各种概念的燃气轮机燃烧室装置是公知的。这样，现有技术中燃气轮机的燃烧室装置由大量单个燃烧室组成，其中燃烧室开口到共同的环形间隙。同时这个环形间隙构成向轮机室的过渡，轮机室中安装有燃气轮机的动叶和导向叶片。在由连接单个燃烧室上游的燃烧器点燃的混合物(这种混合物由含氧气体燃料和推进剂组成)燃烧的过程中，产生的高温气体通过单个燃烧室按环形间隙方向扩散，并经由后者进入轮机室以便驱动那里轮机的动叶。另外一种燃烧室装置提供了单个环形燃烧室而不是大量单个燃烧室。在燃烧器中点燃的气体燃料/推进剂混合物进入这样的环形燃烧室，在其中继续燃烧并按与环形燃烧室的下游连接的轮机室的方向膨胀。本发明涉及一种使用后者所述结构的燃烧室装置，也就是环形燃烧室。
由于燃烧发生在环形燃烧室的内部，所以环形燃烧室侧壁受到高温负荷，因此燃气轮机的这些部件必须有效冷却。所以，众所周知的在这样的环形燃烧室中提供双壳侧壁，由独立的衬套元件构成的内壳安装在外壳之上。这种情况下，在外壳和内壳之间是间隙，冷却介质在其间流过，冷却介质靠热传递来冷却环形燃烧室的内壳。
为设计该环形燃烧室的内壳以便使其可更换，这种内壳由联接在环形燃烧室侧壁的外壳上可拆卸的衬套元件组成。所以，环形燃烧室中外壳上安装轨道杆在现有技术中是众所周知的，并且安装在衬套元件上的钩状件推过所述杆以便挂扣衬套元件。衬套元件必须推过轨道杆的全长，这需要相应长度的空间来安装和拆卸衬套元件。这种情况下，轨道杆按环形燃烧室的轴线延伸的方向安装，于是在安装和拆卸衬套元件的方向上需要相应的安装空间。
现有技术中众所周知的环形燃烧室的轨道杆的长度大约半米，于是在燃烧室的轴线方向，在轨道杆端部的上游或下游流向，必须有长度至少为半米的安装空间。然而，考虑到流向，轮机叶片直接安装在燃烧室的下游，燃烧器直接安装在燃烧室的上游，因此轨道杆的上游没有为安装和拆卸衬套元件保留足够的空间，轨道杆的下游也没有为安装和拆卸衬套元件保留足够的空间。
因此为了安装或拆卸衬套元件，必须进行燃气轮机复杂的拆卸。这样意味着对于更换衬套元件会有大量的附加工作，例如必须取下外部机匣或者拆卸转子。在这方面，有对结构简化的燃烧室装置的值得重视的需求。
发明内容
为达到上述目的，本发明提出衬套元件为梯形设计，每个元件具有形成在每个纵向侧面的紧固结构，可拆卸紧固到相邻衬套元件的相应配合结构和/或连接外壳的支撑结构上。
由于衬套元件的梯形设计，即衬套元件的侧变在使用中与端面的角度不是90度，而且紧固结构在每个纵向侧面侧向形成并指向外部，为从相应配合结构上拆卸梯形衬套元件，微小的位移就足够。相反地，用微小的位移就可将衬套元件插入和紧固到配合结构上。在示例性的实施例中，安装和拆卸衬套元件所需的轴向位移仅仅是0.1至0.05米，这与现有技术中众所周知的0.5米相比极大地减少了所需空间的长度。这样在根据本发明的燃烧室装置中，燃气轮机不需要更多的拆卸来安装和拆卸衬套元件。也不需要拆卸外部机匣或转子。
根据本发明的更有利的改进，提出槽和榫舌分别作为紧固结构和配合结构。这种情况下，槽可以作为紧固结构安装在梯形设计的衬套元件的纵向侧面，榫舌可以作为配合结构安装在相邻衬套元件上或者与外壳相连的支撑结构上。相反地，类似地可以设想梯形衬套元件在其纵向侧面上具有榫舌，该榫舌与形成在相邻衬套元件的纵向槽配合，或者与连接到外壳的支撑结构配合。
为了拆卸，安装在内壳组合件上的衬套元件按其自身较宽的端面方向位移，在这个过程中因为衬套元件是梯形设计的，所以槽可从榫舌中拆卸下来，并且衬套元件可以从整个结构中拆卸下来。
每个连接到环形燃烧室装置的外壳上的支撑结构都方便地设置在独立的衬套元件之间，至少沿着衬套元件纵向侧面设置。在单个衬套元件拆卸下时，上述设置可以防止环形燃烧室侧壁的内壳变得松动。
如果衬套元件不超过环形燃烧室地整个轴线长度，而只是覆盖该长度的一部分，那么衬套元件的安装和拆卸将会更方便，轴线方向上环形燃烧室的整个衬套至少由两个首尾相接的衬套元件组成。依靠这样的方法，可以使单个衬套元件变小并且这样可以简化操作。
根据本发明的更为有利的改进，环形燃烧室在轴线范围设置成与由轮机室或轮机轴的轴线范围限定的机器轴线成某一角度。这样的角度设置导致在轮机室的方向上环形燃烧室的直径减小，结果环形燃烧室侧壁的内壳的轴线部分不可避免的变为梯形段。这样就可以使用梯形衬套元件，这些衬套元件全部如此安装以便以其较窄的端面按轮机室的方向和以其较宽的端面按燃烧器的方向来定向。
如根据本发明更为有利的改进所提出的，若环形燃烧室在不同段重复按与机器轴线成某一角度安装，每个衬套元件延伸覆盖位于两个不同角度面的区域，这样梯形衬套元件可以保持更小，以此简化操作，并且这样子衬套元件的安装和拆卸变得方便。
根据本发明更为有利的改进所提出，为固定衬套元件，衬套元件有附加的紧固结构。这样的紧固结构举例来讲可以是供紧固元件(如螺栓)穿过的紧固开口。在这种情况下，优选的将紧固开口设置在梯形衬套元件的较窄基面。附加的用来紧固衬套元件更为可能的是，在正对这较窄前侧面的侧面设置纵向槽。同样可以用螺栓紧固这个纵向槽。这些螺栓构成了该结构的唯一紧固点，第一个螺栓限制两个方向，第二个螺栓限制一个方向。
而且，本发明提出了具有上述一个或者更多特征的燃烧室装置的燃气轮机。根据该燃气轮机的有利改进，其具有轴向可位移的燃烧器插件(insert)。因为该燃烧器插件的轴向可位移性，为拆卸梯形衬套元件产生了充足的空间。安装和拆卸时，使轴向可位移的燃烧器插件按远离燃烧室侧壁的方向简单的轴向位移，这样在燃烧器和燃烧室装置之间产生的中间空间就可以在安装和拆卸时用来轴向位移梯形衬套元件。
附图说明
从下边结合附图的示例性实施例的描述将得出本发明更多的优点和特征。图中：
图1详细示出了根据本发明的带燃烧室装置的燃气轮机的截面侧视图。
图2详细示出了从轮机室方向观察的透视图表示的根据本发明的燃烧室装置，和
图3大概示出了根据本发明的燃烧室装置的衬套元件的透视图，其中支撑结构与衬套元件相互作用将衬套元件固定到环形燃烧室侧壁的外壳上。
具体实施方式
图1详细示出了燃气轮机的截面图，其中包括根据本发明的燃烧室装置1。根据本发明的燃烧室装置1具有被双壳结构的环形燃烧室侧壁包围的燃烧室2。环形燃烧室侧壁包括内壳3和外壳4，形成在内壳3和外壳4之间的间隙5。在燃气轮机操作的过程中，靠热传递冷却环形燃烧室的冷却流体在间隙5中流过。在这种情况下，环形燃烧室侧壁的内壳3由独立的衬套元件6a至6d组成。后者由支撑结构可拆卸连接到环形燃烧室的外壳4上。
至少一个燃烧器18连接到环形燃烧室的上游，并且该环形燃烧室开口到轮机室19。轮机室19或者轮机轴的轴线范围限定了机器轴线M。环形燃烧室设置的与机器轴线M成某一角度。此处示出的示例性实施例中的环形燃烧室2设置为双角，结果在环形燃烧室2的圆周方向上的分界线7形成在内壳上。这种情况下，前边的衬套元件6a，6c，即靠近燃烧器18的衬套元件，和后边的衬套元件6b，6d，即靠近轮机室19的衬套元件，按轴线方向沿着分界线7相邻。衬套元件6a至6d都是梯形设计，这在下边的图中可以更好的看到。
图2详细示出了从轮机室方向观察的透视图表示的根据本发明的燃烧室装置1，此处可以清楚的看到环形燃烧室2的内壳3包括梯形的衬套元件6a，6b。而且，分界线7在环形燃烧室的圆周方向上形成并且前边和后边的衬套元件6a，6b沿着分界线7相邻，这也可以在该图中看到。而且如图1所示，也可以看到环形燃烧室从燃烧器端开始，按至轮机室的转换导管方向变窄，即这就是“漏斗形”设计。
图3示出了衬套元件6的透视示意图，其中衬套元件6组成根据本发明的燃烧室装置1的环形燃烧室2的侧壁的内壳3。衬套元件6具有互相对立并且基本平行的两个端面8和9，连接端面的纵向侧面10和11。在这种情况下，在视图前部的端面8的宽b1小于对面端面9的宽度b2。这是因为衬套元件6外形为梯形。在图1和图2示出的环形燃烧室2中，环形燃烧室侧壁的内壳3由衬套元件6这样组成：具有较小宽度b1的端面8指向轮机室19方向，具有较大宽度b2的端面9设置在燃烧器18方向。
图3可以清楚的看到衬套元件6的挂扣原理。沿着纵向侧面10和11，衬套元件6具有连续的纵槽12和13，分别与横向作用在衬套元件上的支撑结构20的榫舌14相互作用。在这种情况下，如图1和图2所示，支撑结构20紧紧的连接到环形燃烧室2的外壳4上，并用来紧固衬套元件6，间隙5被填装。安装和拆卸时，衬套元件6按宽端面9的方向移动短的距离，也就是说按燃烧器的方向，在这个过程中由于梯形设计导致的成角度定位，侧面的纵槽12和13从支撑结构20的榫舌14中脱离出来，这样以简单的方法拆卸下来衬套元件6。所需的将衬套元件从支撑结构20上拆卸下来或者安装到支撑结构20上去的位移大小取决于梯形衬套元件6的纵向侧面10和11分别相对于端面8和9所成的角度。这个位移距离无论如何都小于现有技术中公知的衬套元件的位移距离，现有技术中这些衬套元件必须经由一个钩状件推到轨道(举例来讲长度为半米)上。在示例性实施例中，根据本发明安装或者拆卸衬套元件所需的位移距离仅仅约5至15厘米。
如图所示，在衬套元件处于安装状态时，为了使衬套元件更加的稳固，可以提供附加的紧固结构。如在示例性实施例中示出的，紧固结构使用设置在较窄端面8的区域上的开口15和设置在较宽端面9的区域上的纵向槽16。设置在开口15区域的是用来紧固衬套元件6的紧固螺栓17，紧固螺栓17能穿过开口15并固定到机匣侧壁的外壳上。以类似的方式，固定衬套元件6的附加紧固螺栓可以用在纵向槽区域。没有示出的结构也可以用作将衬套元件6紧固到环形燃烧室侧壁的外壳上的附加紧固件；如果需要，这样的结构也可以完全省略。
对于本发明可以确定的是衬套元件6为梯形并且具有设置在纵向侧面10，11上的紧固结构，如上示出，这些紧固结构可以以纵向槽12，13的形式实现。这种设置使衬套元件的安装和拆卸所需的空间与现有技术的相比大大减少成为可能。
为了简化衬套元件6a至6d的安装和拆卸，可以提供燃烧器18相对于环形燃烧室2的轴向位移性。如果燃烧器从燃烧室上拆卸下来，这样就产生了自由空间，这个自由空间可以用于衬套元件6a至6d在安装和拆卸时的位移。
本发明说明了一种燃烧室装置，在该燃烧室装置中环形燃烧室的内壳的衬套元件可以以相对于现有技术大大减少的费用安装和拆卸。本发明同时说明了一种新颖的使用根据本发明的环形燃烧室装置的燃气轮机。

Claims (11)

1.一种用在燃气轮机中的燃烧室装置，具有与至少一个燃烧器(18)相连并引向轮机室(19)的环形燃烧室(2)、将限定双壳结构的环形燃烧室(2)的环形燃烧室侧壁、由可拆卸安装在环形燃烧室侧壁的外壳(4)上的衬套元件(6，6a，6b，6c，6d)构成的环形燃烧室侧壁的内壳(3)、和形成在环形燃烧室侧壁的内壳(3)与外壳(4)之间的供冷却介质流动的间隙(5)，其特征在于，衬套元件(6，6a，6b，6c，6d)为梯形设计并且通过沿着纵向侧面(10，11)的方向将紧固结构(12，13)推入配合结构(14)连接到外壳(4)的支撑结构(20)上。
2.如权利要求1所述的燃烧室装置，其特征在于，紧固结构(12，13)和配合结构(14)分别由纵向槽和榫舌形成。
3.如权利要求1和2所述的燃烧室装置，其特征在于，至少两个衬套元件(6，6a，6b，6c，6d)沿环形燃烧室(2)的轴线方向首尾相接安装，按环形燃烧室(2)的轴线方向首尾相接安装的所述衬套元件(6，6a，6b，6c，6d)沿着在环形燃烧室(2)的圆周方向上形成的分界线(7)相互相邻。
4.如前述权利要求中任一权利要求所述的燃烧室装置，其特征在于，环形燃烧室(2)在其轴线方向设置成与由轮机室(19)的轴线范围限定的机器轴线(M)成角度。
5.如权利要求4所述的燃烧室装置，其特征在于，环形燃烧室(2)在其轴线范围上至少分为两段，这两段与机器轴线(M)成不同的角度，衬套元件(6，6a，6b，6c，6d)按轴线方向在各段上连续延伸。
6.如前述权利要求中任一权利要求所述的燃烧室装置，其特征在于，衬套元件(6，6a，6b，6c，6d)都是按这样方向安装的：较宽端面(9)按燃烧器(18)的方向安装，较窄的端面(8)按轮机室(19)的方向安装。
7.如前述权利要求中任一权利要求所述的燃烧室装置，其特征在于，衬套元件(6，6a，6b，6c，6d)除了形成在纵向侧面(10，11)上并指向外部的紧固结构外，还有附加的用来可拆卸紧固到外壳(4)上的紧固结构(15，16)。
8.如权利要求7所述的燃烧室装置，其特征在于，提供设置在较窄端面(8)上的开口(15)作为附加紧固结构。
9.如权利要求7和8中其中一个所述的燃烧室装置，其特征在于，提供设置在较宽端面(9)上的纵向槽(16)作为附加紧固结构。
10.一种燃气轮机，其特征在于，具有如权利要求1至9中所述的燃烧室装置(1)。
11.如权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，其具有可轴向移位的燃烧器。
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