用於消除空氣洩漏的整體式襯套和文丘裡管的製作方法

2023-10-23 02:50:22 1

專利名稱：用於消除空氣洩漏的整體式襯套和文丘裡管的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於最小化或消除燃氣渦輪機燃燒器中的稀釋空氣洩漏路徑的裝置 和方法，且更具體而言，本發明涉及用於管理稀釋空氣洩漏以實現更低的排放水平的裝置 和方法。
背景技術：
如眾所周知的那樣，燃氣渦輪機排放中的大量燃燒產物是氮的氧化物(即總稱為 NOx的NO和NO2)、一氧化碳CO和未燃燒的碳氫化合物以及其它微粒。已經提出和使用了 各種系統來減少排放。例如，在過去，已經使用了將水和蒸汽注入燃氣渦輪機燃燒器的燃燒 區中、來自燃氣渦輪機排氣的NOx和CO的催化式淨化以及乾式低NOx燃燒器。也已經使用 了引入燃燒器的襯套套管和過渡件中的壓縮機排出稀釋空氣來減少排放物。合乎需要的將是基本減少或消除洩露，使得保存比較不關鍵的區域中的空氣流， 且使其在罐與罐之間更加一致。另外，合乎需要的將是基本減少或消除洩露，使得可通過混 合孔以更分散且均勻的混合的方式在可用區域中增加空氣流。

發明內容
在一個示例性實施例中，一種用於燃氣渦輪機燃燒器的燃燒襯套組件包括沿周向 設置在燃燒器的中心軸線的周圍的多個燃料噴嘴，以及設置在燃料噴嘴的下遊且連接到襯 套組件的首端上的文丘裡管區段。文丘裡管區段在燃料噴嘴的下遊限定了環形喉部區域。 襯套套管連接到文丘裡管區段的下遊端上，且始於該下遊端處。文丘裡管區段的至少一部 分用作襯套套管的上遊的襯套。在另一個示例性實施例中，一種減少燃氣渦輪機中的燃燒襯套組件的文丘裡管區 段和襯套套管之間的空氣流損失的方法包括以下步驟將文丘裡管區段的至少一部分用作 襯套套管的上遊的襯套；以及在文丘裡管區段與襯套套管之間的接合部處和在燃燒襯套組 件的文丘裡管區段與首端之間的接合部處提供環形焊縫。在又一個示例性實施例中，一種用於燃氣渦輪機燃燒器的燃燒襯套組件包括通過 環形焊縫連接到襯套組件的首端上的文丘裡管區段，其中，文丘裡管區段在襯套組件內限 定了環形喉部區域；以及連接到文丘裡管區段的下遊端上且始於該下遊端處的襯套套管， 其中，襯套套管通過環形焊縫連接到文丘裡管區段的下遊端上。文丘裡管區段的至少一部 分用作襯套套管的上遊的襯套。


圖1是燃燒器中心線周圍的燃燒襯套組件的一半的剖斷截面圖；圖2顯示了具有用作襯套的一部分的文丘裡管區段的一個實施例；圖3是一種備選設計；圖4顯示了使用連接器的另一個實施例；
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圖5是又一個備選實施例的截面圖；以及圖6是再一個實施例的截面圖。部件列表10燃燒襯套組件12罩中心體14襯套套管16主燃料噴嘴杯組件18文丘裡管區段20中心線軸線22旋流器24沿周向隔開的孔口26內襯套/壁28外襯套/壁30徑向內側頂點32喉部區域34內壁部分36外壁部分38 法蘭40 法蘭42 鉚釘44沿周向隔開的鉚釘46環形氣室50 孔 口62 首端64環形焊縫66環形焊縫68伸縮接頭或滑動接頭681叉形區段682直區段69 孔 口70連接器部分72 端柱74分開端
具體實施例方式現參看附圖，尤其參看圖1，顯示了大體指定為10的燃燒襯套組件，其包括罩中心 體12、襯套套管14、主燃料噴嘴杯組件16和文丘裡管區段18。將理解的是，燃燒襯套組件 10在中心線軸線20的周圍在構造上為圓柱形或環形，且多個主燃料噴嘴16在軸線20周圍 彼此沿周向隔開。旋流器22顯示為罩中心體12的一部分。襯套套管14具有包括多個沿周向隔開的孔口 24的入口，孔口 24接收來自燃燒襯套組件和燃燒流動套管/殼體之間的 氣室(未顯示)的壓縮機排出空氣。文丘裡管18包括設置在襯套套管14內的預製式雙壁 環形結構，且包括內襯套/壁26和外襯套/壁28。文丘裡管18具有與中心罩體12 —起限 定了喉部區域32的徑向內側頂點30。文丘裡管18的內襯套26和外襯套28分別包括內壁 部分34和外壁部分36，內壁部分34和外壁部分36沿軸向向上遊且沿徑向向外延伸朝向杯 組件16。壁部分34和36分別在一對法蘭38和40中終止，法蘭38和40彎轉，以在大體 沿軸向向下遊的方向上延伸。法蘭可通過鉚釘42固定到襯套套管14上。在現有技術設計 中，文丘裡管區段18的外襯套28還通過多個沿周向隔開的鉚釘44在文丘裡管的下遊固定 到襯套套管14上。如在圖1中最佳地示出的那樣，襯套套管14沿徑向向內凹陷，以覆蓋文 丘裡管18的外襯套28，從而在本質上形成用於使襯套套管14和外文丘裡管套管28固定在 彼此上的凹入帶。已經發現，供應到燃燒器的稀釋空氣的洩露路徑的偏差對排放有很大的影響，且 這些偏差是部件容差和部件的組裝的結果。例如，所關心的主洩露路徑在襯套套管14和文 丘裡管18的外套管28之間、鉚釘44的區域中。將看到的是，通過孔口 24從燃燒襯套的外 部供應到環形氣室46的壓縮機排出空氣可通過鉚接式連接件洩露。但是，關於各種相同的 燃燒器，已經發現經過鉚接接頭的洩露流的偏差，並且因此，排放將有所變化。還沒有標識 或控制此前由洩露路徑流導致的那些排放。對於通過外文丘裡管套管28中的孔口 50從氣室46流到在內文丘裡管套管26和 外文丘裡管套管28 (分別)之間的空間中的稀釋空氣，存在另外的洩露路徑。這個另外的洩 露路徑經過文丘裡管18的(分別的)內襯套34和外襯套36的法蘭38和40之間。雖然 這些法蘭38和40在過去彼此接合且鉚接到襯套套管14上，但是在法蘭之間以及燃燒襯套 與相同的燃燒襯套之間會出現變化的間隙，從而導致表面上相同的燃燒器的變化的排放。在襯套套管14和文丘裡管18的交迭的法蘭38和40之間出現了另外的洩露間 隙。已經表明這些間隙在相同地構造的燃燒器之間不同，且因此導致產生變化的排放的洩 露流。而且，重要的是文丘裡管喉部區域32必須保持在預定極限內(儘管文丘裡管可從襯 套套管中移除以進行維護和維修)。還重要的是在文丘裡管和襯套套管的最初製造之後和 在燃燒器的壽命期間貫穿在燃燒器上執行的各種維修程序來保持喉部區域。圖2和5顯示了具有整體式文丘裡管區段和襯套的一個示例性實施例，其基本減 少或消除了洩露區域和洩露損失。如圖所示，文丘裡管區段18連接到襯套組件的首端62 上。像現有設計一樣，壁部分34、36的法蘭38、40在大體沿軸向向下遊的方向上延伸。但 是，在圖2所示的實施例中，在文丘裡管區段18的上遊端固定到首端62上所處的位置和文 丘裡管區段18的下遊端之間的區域中，移除了襯套套管14。環形焊縫64密封文丘裡管區 段18的上遊端和首端62之間的接合部。另外，文丘裡管區段18的下遊端通過環形焊縫66 連接到襯套套管14上。這樣，文丘裡管區段18的一部分就用作縮短的襯套套管14的上遊 的襯套。這個結構有效地結合了文丘裡管區段18和襯套套管14。圖3顯示了使用包括叉形區段681和直區段682的伸縮接頭(expansion joint) 或滑動接頭68的更複雜的設計。在這個實施例中，叉形區段681與首端62和文丘裡管區段 18成整體。因而，消除了在連接到首端上的文丘裡管區段連接件處的洩露路徑。冷卻空氣 傳送通過直區段682中的孔口 69。如果空氣在滑動接頭68周圍洩露，則其對燃燒器的性能沒有影響，因為已經允許空氣從最外側的襯套壁中的孔口 69進入空心的文丘裡管腔體中。在圖4中顯示了又一個備選實施例。在這個實施例中，優選為機械加工的連接器 部件的連接器部件70將文丘裡管區段18連接到首端62上。如所顯示的，在優選的構造中， 連接器部件70為Y形，包括端柱72和分開端74。分開端74焊接到文丘裡管區段18的內 壁和外壁上，而比分開端74更厚的端柱72則焊接到首端62上。通過該連接器部件，去除 了燃燒襯套14的較大的區域。圖4中的箭頭A示出了襯套在其上被移除的軸向長度。圖6示出了又一個備選實施例。在這個實施例中，文丘裡管區段18和首端62之 間以及文丘裡管區段18和襯套套管14之間的所有間隙和洩露路徑經由環形密封件(例如 通過銅焊等)密封。在組裝期間，襯套可直立傾斜，以允許銅焊材料通過毛細作用進入間隙 中。所描述的實施例顯著地減少或消除了文丘裡管壁和襯套壁之間的空氣流損失。與 將空氣流洩露到直接流中相比，消除空氣流損失將允許在首端燃燒區中的燃料空氣混合物 中使用更一致的空氣流。所描述的簡單的構造使用與在現有設計中存在的相似的部件和技 術。實施例易於製造，且將在罐與罐之間產生更加可重複的空氣流，且轉而將有助於產生比 現有設計更好的燃料空氣混合模式，同時還降低燃燒排放。該設計顯著減少或消除了文丘 裡管和襯套壁之間的區域中的空氣流洩露，使得可通過混合孔以比關於現有設計的更加分 散且均勻的混合的方式來在區域中使用空氣流。可將構件用作控制點來調節空氣流，從而 使得可使用由於減少的空氣流損失而獲得的另外的空氣流來降低排放，以及降低罐與罐之 間的偏差。雖然已經結合目前被認為是最實用和優選的實施例的內容對本發明進行了描述， 但將理解的是，本發明不限於公開的實施例，而是相反，本發明意在覆蓋包括在所附的權利 要求書的精神和範圍內的各種修改和等效布置。
權利要求
一種用於燃氣渦輪機燃燒器的燃燒襯套組件，所述燃燒襯套組件包括沿周向設置在所述燃燒器的中心軸線的周圍的多個燃料噴嘴(16)；設置在所述燃料噴嘴的下遊且連接到所述襯套組件的首端(62)上的文丘裡管區段(18)，所述文丘裡管區段在所述燃料噴嘴的下遊限定了環形喉部區域(32)；以及連接到所述文丘裡管區段的下遊端上且始於所述下遊端處的襯套套管(14)，其中，所述文丘裡管區段的至少一部分用作所述襯套套管的上遊的襯套。
2.根據權利要求1所述的燃燒襯套組件，其特徵在於，所述襯套套管(14)通過環形焊 縫(64)連接到所述文丘裡管區段(18)的所述下遊端上。
3.根據權利要求1所述的燃燒襯套組件，其特徵在於，所述文丘裡管區段(18)通過環 形焊縫(66)連接到所述首端(62)上。
4.根據權利要求1所述的燃燒襯套組件，其特徵在於，所述燃燒襯套組件進一步包括 將所述文丘裡管區段(18)連接到所述首端(62)上的連接器部件(70)。
5.根據權利要求4所述的燃燒襯套組件，其特徵在於，所述文丘裡管區段(18)包括雙 壁結構，所述雙壁結構包括內壁(34)和外壁(36)，並且其中，所述連接器部件(70)為包括 端柱(72)和分開端(74)的Y形，所述分開端焊接到所述文丘裡管區段的所述內壁和所述 外壁上，且所述端柱焊接到所述首端(62)上。
6.根據權利要求5所述的燃燒襯套組件，其特徵在於，所述連接器部件(70)的所述端 柱(72)比所述分開端(74)更厚。
7.根據權利要求1所述的燃燒襯套組件，其特徵在於，所述文丘裡管區段(18)的上遊 端在法蘭(38)中終止，所述法蘭(38)彎曲而沿下遊方向沿軸向延伸，其中，所述法蘭通過 多個鉚釘(42)固定到所述首端(62)上，並且其中，所述法蘭通過環形焊縫密封。
8.根據權利要求1所述的燃燒襯套組件，其特徵在於，在所述文丘裡管區段(18)和所 述首端(62)之間以及在所述文丘裡管區段和所述襯套套管(14)之間的所有間隙和洩漏路 徑通過環形密封件密封。
9.在燃氣渦輪機中，一種減少燃燒襯套組件的文丘裡管區段(18)和襯套套管(14)之 間的空氣流損失的方法，所述方法包括將所述文丘裡管區段的至少一部分用作所述襯套套管的上遊的襯套；以及在所述文丘裡管區段與所述襯套套管之間的接合部處以及在所述文丘裡管區段與所 述燃燒襯套組件的首端之間的接合部處提供環形焊縫(64，66)。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括使用由於減少的空 氣流損失的額外的空氣流，以允許在所述首端(62)中的燃料-空氣混合物中有更加一致的 空氣流。
全文摘要
本發明涉及一種用於消除空氣洩漏的整體式襯套和文丘裡管。一種用於燃氣渦輪機燃燒器的燃燒襯套組件包括沿周向設置在燃燒器的中心軸線的周圍的多個燃料噴嘴(16)，以及設置在燃料噴嘴的下遊且連接到襯套組件的首端(62)上的文丘裡管區段(18)。文丘裡管區段在燃料噴嘴的下遊限定環形喉部區域(32)。襯套套管(14)連接到文丘裡管區段的下遊端，且始於該下遊端處。文丘裡管區段的至少一部分用作襯套套管的上遊的襯套。
文檔編號F23D14/46GK101995021SQ20101026713
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月18日 優先權日2009年8月18日
發明者J·勒貝格, P·波波維奇, T·D·帕坎, W·K·赫斯勒 申請人:通用電氣公司