渦輪機燃燒器組裝件的製作方法
2023-05-01 15:31:31 2
渦輪機燃燒器組裝件的製作方法
【專利摘要】一種渦輪機燃燒器組裝件包含燃燒器主體(20)以及布置在燃燒器主體(20)內的燃燒器襯套(24)。燃燒器襯套(24)限定具有頭端(32)和排出端(37)的燃燒室(30)。多個燃燒器噴嘴(44-49)被以環形陣列布置在燃燒室(30)的頭端(32)，並且流體輸送噴嘴(90)被基本中心地布置在燃燒室(30)的頭端(32)處的環形陣列內。流體輸送噴嘴(90)包含穿過壁部分(100)延伸到第二端部分(99)的第一端部分(98)。壁部分(100)包含至少一個燃燒室出口(113)。流體輸送噴嘴(90)被配置為將非可燃流體輸送到多個燃燒器噴嘴(44-49)中的至少一個燃燒器噴嘴和燃燒室(30)內。
【專利說明】渦輪機燃燒器組裝件
【技術領域】
[0001]本文公開的主題涉及渦輪機領域，並且更具體地涉及渦輪機燃燒器組裝件。
【背景技術】
[0002]許多渦輪機包含壓縮機部分，該壓縮機部分通過公共壓縮機/渦輪軸杆或轉子和燃燒器組裝件連結到渦輪部分。壓縮機部分引導壓縮氣流通過多個連續級直到燃燒器組裝件。在燃燒器組裝件內，壓縮氣流與燃料混合以形成可燃燒的混合物。可燃燒的混合物在燃燒器組裝件內燃燒以形成熱氣。熱氣被過渡件引導到渦輪部分。熱氣膨脹通過渦輪部分而做功，所述功被輸出以便為例如發電機、泵提供動力或者為車輛提供動力。除了提供壓縮空氣用於燃燒外，一部分壓縮氣流被傳送經過渦輪部分以用於冷卻的目的。
[0003]燃燒器組裝件包含限定燃燒室的襯套部分。可燃燒混合物在燃燒室內燃燒以形成熱氣。隨著時間的推移，襯套由於暴露在熱氣中而開始腐蝕。經常地，腐蝕開始於位於燃燒器噴嘴的相鄰出口部分的高溫區。腐蝕將對要求昂貴的且周期性的維護和更換以維持渦輪機操作的燃燒器操作壽命具有負面影響。
【發明內容】
[0004]根據示例實施例的一個方面，一種渦輪機燃燒器組裝件包含燃燒器主體以及被布置在燃燒器主體內的燃燒器襯套。燃燒器襯套限定具有頭端和排出端的燃燒室。多個燃燒器噴嘴被以環形陣列布置在燃燒室的頭端，並且流體輸送噴嘴被基本中心地布置在燃燒室的頭端處的環形陣列內。流體輸送噴嘴包含穿過壁部分延伸到第二端部分的第一端部分。壁部分包含至少一個燃燒室出口。流體輸送噴嘴被配置為將非可燃流體輸送到多個燃燒器噴嘴中的至少一個燃燒器噴嘴。
[0005]根據示例實施例的另一方面，一種將非可燃流體引入渦輪機燃燒器的方法包含將非可燃流體輸送到延伸進入渦輪機燃燒器的燃燒室內的流體輸送噴嘴，傳送非可燃流體的第一部分進入繞著流體輸送噴嘴排列的多個燃燒器噴嘴中的至少一個燃燒器噴嘴，以及傳送非可燃流體的第二部分通過在流體輸送噴嘴的末端處形成的燃燒室出口進入燃燒室。
[0006]根據示例實施例的又一方面，一種渦輪機包含壓縮機部分、機械連結到壓縮機部分的渦輪部分以及流體連接到壓縮機部分和渦輪部分的燃燒器組裝件。燃燒器組裝件包含燃燒器主體以及布置在燃燒器主體內的燃燒器襯套。燃燒器襯套限定具有頭端和排出端的燃燒室。多個燃燒器噴嘴被以環形陣列布置在燃燒室的頭端處，並且流體輸送噴嘴被基本中心地布置在燃燒室的頭端處的環形陣列內。流體輸送噴嘴包含穿過壁部分延伸到第二端部分的第一端部分，所述壁部分包含被流體連接到多個燃燒器噴嘴中的兩個相鄰燃燒器噴嘴的多個燃燒器噴嘴出口。所述壁部分包含在第二端部分內形成的第一燃燒室出口以及在與第二端部分相鄰的壁部分內形成的第二燃燒室出口。至少一個額外非可燃流體出口形成在與燃燒室的頭端相鄰的襯套內，所述至少一個額外非可燃流體出口被配置並設置為在多個燃燒器噴嘴中的相鄰燃燒器噴嘴之間輸送非可燃流體流。
[0007]這些和其他的優點和特徵將通過結合附圖的以下描述中變得更明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]被視為本發明的主題在說明書的結論處的權利要求書中被特別地指出且被清楚地聲明。本發明的前述及其他特徵和優點通過結合附圖的以下【具體實施方式】是明顯的，其中:
[0009]圖1是根據示例實施例包含燃燒器組裝件的渦輪機的示意圖；
[0010]圖2是根據示例實施例的燃燒器組裝件的部分橫截面圖；
[0011]圖3是圖2中的燃燒器組裝件的端視圖；以及
[0012]圖4是示例實施例的燃燒器組裝件的流體輸送噴嘴的細節圖。
[0013]參考附圖，通過示例的方法，【具體實施方式】解釋了本發明的實施例連同優點和特徵。
【具體實施方式】
[0014]參考圖1和圖2，根據示例實施例構造的渦輪機被總體標示為2。渦輪機2包含可操作地連接到渦輪部分6的壓縮機部分4。燃燒器組裝件8被流體連接到壓縮機部分4和渦輪部分6。燃燒器組裝件8由多個周向隔開的燃燒器形成，其中一個燃燒器被標示為10。當然，應理解的是燃燒器組裝件8可以包含燃燒器的其他布置。壓縮機部分4也通過公共壓縮機/渦輪軸杆12被連結到渦輪部分6。在這種布置下，壓縮機部分4把壓縮空氣輸送到燃燒器組裝件8。壓縮空氣與可燃流體或燃料混合以形成可燃混合物。可燃混合物在燃燒器10內燃燒以形成燃燒產物或熱氣，該燃燒產物或熱氣通過過渡件14被輸送到渦輪部分6。熱氣沿著氣體路徑(未獨立標識)膨脹通過渦輪部分6以便為例如發電機、泵、車輛等(也未示出)提供動力。
[0015]根據示例實施例，燃燒器10包含燃燒器主體20，在該燃燒器主體20內布置有燃燒器襯套24。燃燒器襯套24與燃燒器主體20間隔開以便限定通道26。燃燒器襯套24限定燃燒室30，該燃燒室30具有用燃燒器蓋34提供的第一端或頭端32以及被流體耦接到過渡件14的第二端或排出端37。燃燒器10包含布置在頭端32的多個燃燒器噴嘴44-49 (圖3)。燃燒器噴嘴44-49被布置成具有中心區域的環形陣列(未獨立標識)。
[0016]在所示的示例實施例中，燃燒器噴嘴44包含圍繞中心排出部分53的外噴嘴部分52。外噴嘴部分52與中心排出部分53間隔開以形成流體腔室55。如以下將更全面地論述的，流體腔室55接收非可燃流體(例如空氣、蒸汽和/或惰性氣體)。非可燃流體與通過延伸穿過燃燒器蓋34的燃料入口 56所接收的可燃流體混合。可燃流體穿過中心排出部分53並且與非可燃流體混合以形成可燃混合物。非可燃流體也向燃燒器噴嘴44提供冷卻。用與以上所述相似的方式，燃燒噴嘴45包含外噴嘴部分57、中心排出部分58以及流體腔室60 ;燃燒器噴嘴46包含外噴嘴部分62、中心排出部分63以及流體腔室65 ;燃燒器噴嘴47包含外噴嘴部分68、中心排出部分69以及流體腔室71 ;燃燒室噴嘴48包含外噴嘴部分73、中心排出部分74以及流體腔室76 ;以及燃燒器噴嘴49包含外噴嘴部分78、中心排出部分79以及流體腔室80。
[0017]進一步根據示例實施例，燃燒器10包含流體輸送噴嘴90，該流體輸送噴嘴90被布置在頭端32並且被定位在燃燒器噴嘴44-49的中心區域(未獨立標識)內。流體輸送噴嘴90被流體連接到非可燃流體入口 92並且包含噴嘴主體94，該噴嘴主體94具有穿過壁部分100延伸到第二端部分99的第一端部分98。流體輸送噴嘴90包含在壁部分100內形成的多個燃燒器噴嘴出口，其中一個噴嘴出口被標示為110。流體輸送噴嘴90也包含在壁部分100內提供的第一組多個燃燒室出口(其中一個被標示為113)、第二組多個燃燒室出口(其中一個被標示為115)以及第三組多個燃燒室出口 117。第一組多個燃燒室出口113採取在壁部分100內形成的開口(未獨立標識)的形式。雖然被顯示為繞著噴嘴主體94延伸的單一行，但第一組多個燃燒室出口 113的數量或行以及尺寸可以變化。第二組多個燃燒室出口 115採取具有多個開口 122的微型噴流板120的形式。第三組多個燃燒室出口 117採取在壁部分100內形成於燃燒器噴嘴出口 110和第一燃燒室出口 113之間的開口125的形式。開口 125被形成在一對流動重定向元件處，其中一個元件被標示為128，其被提供在壁部分100的外表面(未獨立標識)上。
[0018]通過這種布置，可燃流體或燃料被傳送穿過燃料進口 56直到燃燒器噴嘴44-49。燃料從每個中心排出部分53、58、63、69和74經過。通常在同一時間，非可燃流體或空氣被傳送穿過非可燃流體入口 92直到流體輸送噴嘴90。非可燃流體沿著噴嘴主體94流動並且穿過燃燒器噴嘴出口 110進入每個流體腔室55、60、65、71和76。更具體地，燃燒器噴嘴出口 110被配置為將非可燃流體輸送到燃燒器噴嘴44-49中的兩個相鄰噴嘴中。通過這種布置，非可燃流體以特定的方向進入每個流體腔室55、60、65、71和76。例如，如圖3所示，進入流體腔室55的非可燃流體可以按照逆時針漩渦流動並且非可燃流體可以按照順時針漩渦進入流體腔室60。因此，相鄰噴嘴內的漩渦以相反的方向流動。非可燃流體與可燃流體混合併且作為可燃混合物從每個燃燒器噴嘴44-49中經過，所述可燃混合物在燃燒室30內燃燒以形成熱氣。熱氣從燃燒器10流入過渡件14並且繼續直到渦輪部分6的第一級。
[0019]此外，進入流體噴嘴90的第二部分非可燃流體穿過第一燃燒室出口 113，第三部分非可燃流體穿過第二燃燒室出口 115，第四部分非可燃流體穿過第三燃燒室出口 117。從第一燃燒室出口 113經過的第二部分非可燃流體從流體噴嘴90中徑向流入燃燒室30以便與可燃混合物混合以輔助更完全的燃燒。第三部分流體穿過第二燃燒室出口 115軸向進入燃燒室30並且為微型噴流板120提供冷卻。微型噴流板120的存在創建了在流體噴嘴90內建立期望壓力的流動約束。最後，第四部分非可燃流體穿過第三燃燒室出口 117並且出於冷卻的目的被流動重定向構件118重新定向以形成在壁構件100的外表面(未獨立標識)上流動的薄膜冷卻流。
[0020]除了可燃流體與非可燃流體混合併且從燃燒器噴嘴44-49和流體噴嘴90中流過之外，燃燒器10包含在燃燒器襯套24內形成的額外非可燃流體出口 134。額外非可燃流體出口 134引導另一非可燃流體(例如排氣(EG)、蒸汽或另一惰性氣體)進入燃燒室30以進一步增強燃燒並導致減少排放。額外非可燃流體出口 134引導額外非可燃流體在徑向上向內直到流體輸送噴嘴90。更具體地，額外非可燃流體出口 134被定位成引導燃燒器噴嘴44-49中的相鄰噴嘴之間的額外非可燃流體與可燃混合物混合併且與可燃燒混合物一起燃燒。額外非可燃流體的引入向燃燒器襯套的內表面(未獨立標識)提供冷卻並且進一步導致來自渦輪機2的較低排放。冷卻燃燒襯套的內表面導致燃燒襯套的使用壽命增加，並且延長燃燒器的使用壽命。亦即，通過增加燃燒器的使用壽命，昂貴的維護程序和渦輪機的停機時間一起被減少。此外，由流體輸送噴嘴和額外非可燃流體提供的可燃流體與非可燃流體的混合導致各種物質(例如CO等)的更完全燃燒，由此導致來自氣體渦輪機2的較低排放。
[0021]雖然僅結合有限數量的實施例詳細描述了本發明，但應該容易理解的是，本發明並不局限於這些公開的實施例。相反，本發明能夠被修改以包含在此之前沒有描述的但是與本發明的精神和範圍相當的任何數量的變化、改動、替換或者等效布置。此外，雖然已經描述了本發明的各種實施例，應當理解的是，本發明的各個方面可以僅包含某些所描述的實施例。因此，本發明不應被視為由前面的說明書限制，而是僅由隨附的權利要求書的範圍限制。
【權利要求】
1.一種渦輪機燃燒器組裝件，其包括: 燃燒器主體； 燃燒器襯套，其被布置在所述燃燒器主體內，所述燃燒器襯套限定具有頭端和排出端的燃燒室； 多個燃燒器噴嘴，其被以環形陣列布置在所述燃燒室的所述頭端； 流體輸送噴嘴，其被基本中心地布置在所述燃燒室的所述頭端處的所述環形陣列內，所述流體輸送噴嘴包含穿過壁部分延伸到第二端部分的第一端部分，所述壁部分包含至少一個燃燒室出口，所述流體輸送噴嘴被配置為將非可燃流體輸送到所述多個燃燒器噴嘴中的至少一個燃燒器噴嘴。
2.根據權利要求1所述的渦輪機燃燒器，其中壁部分包含被流體連接到所述多個燃燒器噴嘴的多個燃燒器噴嘴出口。
3.根據權利要求2所述的渦輪機燃燒器組裝件，其中所述多個燃燒器噴嘴出口之一被流體連接到所述多個燃燒器噴嘴中的兩個相鄰噴嘴。
4.根據權利要求1所述的渦輪機燃燒器組裝件，其中所述至少一個燃燒室出口包含在所述第二端部分形成的第一燃燒室出口和在與所述第二端部分相鄰的所述壁部分內形成的第二燃燒室出口。
5.根據權利要求4所述的渦輪機燃燒器組裝件，其中所述流體輸送噴嘴的所述第一燃燒室出口包括在所述第二端部分處提供的噴流板，所述噴流板具有多個開口，所述多個開口部分地阻止從所述流體輸送噴嘴傳送進入所述燃燒室的流動。
6.根據權利要求5所述的渦輪機組裝件，其中所述第二燃燒室出口包含在所述第二端部分處的所述壁部分內形成的多個開口。
7.根據權利要求6所述的渦輪機組裝件，其中所述多個開口繞著在所述第二端部分處的所述壁部分周向延伸。
8.根據權利要求1所述的渦輪機燃燒器組裝件，其進一步包括:在與所述燃燒室的所述頭端相鄰的所述燃燒器襯套內形成的至少一個額外非可燃流體出口，所述至少一個額外非可燃流體出口被配置並設置為朝向所述多個燃燒器噴嘴輸送額外的非可燃流體。
9.根據權利要求8所述的渦輪機燃燒器組裝件，其中所述額外的非可燃流體包含排氣和惰性氣體之一。
10.根據權利要求1所述的渦輪機燃燒器組裝件，其中所述非可燃流體是空氣。
11.一種將非可燃流體引入渦輪機燃燒器的方法，所述方法包括: 將非可燃流體輸送到延伸進入所述渦輪機燃燒器的燃燒室內的流體輸送噴嘴中； 傳送所述非可燃流體的第一部分在徑向上向外穿過所述流體輸送噴嘴進入繞著所述流體輸送噴嘴排列的多個燃燒器噴嘴中的至少一個燃燒器噴嘴；以及 傳送所述非可燃流體的第二部分穿過在所述流體輸送噴嘴的末端處形成的燃燒室出口進入所述燃燒室。
12.根據權利要求11所述的方法，其中傳送所述非可燃流體的所述第一部分進入所述多個燃燒器噴嘴中的至少一個燃燒器噴嘴包含傳送所述非可燃流體的所述第一部分穿過在所述流體輸送噴嘴的壁內形成的燃燒器噴嘴出口進入所述多個燃燒器噴嘴中的兩個相鄰燃燒器噴嘴。
13.根據權利要求11所述的方法，其中傳送所述非可燃流體的所述第一部分進入所述多個燃燒器噴嘴中的至少一個燃燒器噴嘴包含傳送所述非可燃流體的所述第一部分進入第一燃燒器噴嘴以創建在第一方向上繞著所述第一燃燒器噴嘴的流動，並且進入第二燃燒器噴嘴以創建在與所述第一方向相反的第二方向上繞著所述第二燃燒器噴嘴的流動。
14.根據權利要求11所述的方法，其進一步包括:傳送所述非可燃流體的第三部分穿過在所述流體輸送噴嘴的所述末端處形成的另一燃燒室出口，所述非可燃流體的所述第二部分在徑向上經過所述流體輸送噴嘴進入所述燃燒室並且所述第三部分的所述非可燃流體的所述第三部分在軸向上經過所述流體輸送噴嘴進入所述燃燒室。
15.根據權利要求11所述的方法，其進一步包括:傳送額外的非可燃流體穿過所述渦輪機燃燒器的襯套到所述流體輸送噴嘴。
16.根據權利要求15所述的方法，其中傳送所述額外的非可燃流體到所述流體輸送噴嘴包含在所述多個燃燒器噴嘴中的相鄰噴嘴之間傳送排氣和惰性氣體之一。
17.一種渦輪機，其包括: 壓縮機部分； 渦輪部分，其被機械地連結到所述壓縮機部分；以及 燃燒器組裝件，其被流體連接到所述壓縮機部分和所述渦輪部分，所述燃燒器組裝件包括: 燃燒器主體； 燃燒器襯套，其被布置在所述燃燒器主體內，所述燃燒器襯套限定具有頭端和排出端的燃燒室； 多個燃燒器噴嘴，其被以環形陣列布置在所述燃燒室的所述頭端處； 流體輸送噴嘴，其被基本中心地布置在所述燃燒室的所述頭端處的所述環形陣列內，所述流體輸送噴嘴包含穿過壁部分延伸到第二端部分的第一端部分，所述壁部分包含被流體連接到所述多個燃燒器噴嘴中的兩個相鄰噴嘴的多個燃燒器噴嘴出口，所述壁部分包含在所述第二端部分中形成的第一燃燒室出口以及在與所述第二端部分相鄰的壁部分中形成的第二燃燒室出口 ；以及 在與所述燃燒室的所述頭端相鄰的所述襯套中形成的至少一個額外非可燃流體出口，所述至少一個額外非可燃流體出口被配置並設置為在所述多個燃燒器噴嘴的相鄰噴嘴之間輸送非可燃流體流。
18.根據權利要求17所述的渦輪機，其中所述流體輸送噴嘴的所述第一燃燒室出口包括在所述第二端部分處提供的噴流板，所述噴流板具有部分地阻止從所述流體輸送噴嘴傳送到所述燃燒室的流動的多個開口。
19.根據權利要求18所述的渦輪機，其中所述第二燃燒室出口包含在所述第二端部分處的所述壁部分中形成的多個開口。
20.根據權利要求19所述的渦輪機，其中所述多個開口繞著所述第二端部分處的所述壁部分周向延伸。
【文檔編號】F23C9/08GK104246371SQ201280071982
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年3月29日 優先權日:2012年3月29日
【發明者】A·N·索科洛夫, D·V·特列季亞科夫, I·A·斯洛巴蒂安斯克伊 申請人:埃克森美孚上遊研究公司