通用多噴嘴燃燒系統和方法
2023-12-10 23:47:27 4
專利名稱:通用多噴嘴燃燒系統和方法
技術領域:
本發明涉及一種通用多噴嘴燃燒系統,並且更具體地涉及一種包括安裝在支承 燃料歧管中的一系列獨立燃料噴嘴的燃氣輪機燃燒系統。
背景技術:
為先進燃氣輪機設計的燃燒系統在能完成最終產品之前需要大量研發和測試。 所研發的構件趨於為機器專用的,對於所有機器僅有很少或沒有零件是通用的。期望的 是,利用所研發的噴嘴技術來產生用於多臺機器的靈活平臺,該平臺需要很少量的獨特 機器構件。發明內容
在示例性實施例中,燃氣輪機燃燒系統包括包含多個燃料噴嘴支承開口和多個 燃料管線通路的支承燃料歧管,以及限定燃燒區的至少一部分的後殼體。支承燃料歧管 連接到後殼體上。多個燃料噴嘴一一對應地支承在多個燃料噴嘴支承開口中,以及多條 燃料管線與該多個燃料管線通路連通。該多條燃料管線經由該多個燃料管線通路將燃料 輸送至該多個燃料噴嘴。
在另一示例性實施例中,燃氣輪機燃燒系統包括端蓋和連接到端蓋上的後殼 體,它們一起限定燃燒區的至少一部分。支承燃料歧管夾在端蓋與後殼體之間。支承燃 料歧管包括多個燃料噴嘴支承開口和多個燃料管線通路。多個燃料噴嘴一一對應地支承 在該多個燃料噴嘴支承開口中,以及多條燃料管線與該多個燃料管線通路連通。該多條 燃料管線經由該多個燃料管線通路將燃料輸送至該多個燃料噴嘴。
在又一示例性實施例中,一種定製燃氣輪機燃燒系統以滿足機器功率輸出要求 的方法包括以下步驟確定滿足機器輸出要求所需的燃料噴嘴數目;構造包括多個燃料 管線通路以及對應於燃料噴嘴數目的多個燃料噴嘴支承開口的支承燃料歧管;將多個燃 料噴嘴一一對應地固定在燃料噴嘴支承開口中;將燃料管線連接到多個燃料管線通路上 以將燃料輸送至燃料噴嘴;以及通過將支承燃料歧管、多個燃料噴嘴和多條燃料管線連 接到後殼體上而組裝燃氣輪機燃燒系統。
圖1為示例性燃料歧管的透視圖2為具有安裝在歧管中的燃料噴嘴/噴射器的總體系統的截面視圖3為示出燃料噴射器的備選布置的系統的截面視圖4為燃料歧管的詳細截面視圖5示出了燃料管線的進路選擇(routing option);以及
圖6為示出衝擊冷卻選擇的截面視圖。
零件清單
12燃料歧管
14燃料噴嘴支承開口
16燃料管線通路
18後殼體
20襯套
22燃料噴嘴
24燃料管線
26圓頂形端蓋
28燃料噴嘴錐體(cone)
30支柱
32擴散器
34襯套止擋件
36活塞環
40浮動隔熱屏(heat shield)
具體實施例方式根據優選實施例,燃氣輪機的燃燒系統包括安裝在支承燃料歧管中的一系列小 的獨立燃料噴嘴。燃料噴嘴為標準設計(類似於GEAE雙環對轉旋流器或DACRS噴 嘴),並且對於特定的機器功率輸出而言噴嘴的數目為可變的。利用此種構造,僅需要對 於各特定應用場合設計獨特的燃料歧管。較小的燃料噴嘴因其增強的混合能力而具有優 異的排放、動態特性、燃料靈活性以及性能特徵。此外,簡化的噴嘴、燃料歧管以及端 蓋提供了對整個機器組(fleet)的巨大成本節省。圖1為示例性"酒架式"燃料歧管12的透視圖,該歧管12對燃料噴嘴和對應燃 料管線提供結構支承。燃料歧管12包括多個燃料噴嘴支承開口 14和多個燃料管線通路 16。燃料歧管12專用於各機器,且設計成用以支承對於特定機器功率輸出要求的適合數 目的噴嘴。圖2為利用多噴嘴燃燒器原理的燃燒噴嘴系統10的截面視圖。燃料歧管12與後 殼體相聯,該後殼體限定燃燒區的至少一部分。襯套20沿徑向設置在後殼體18內部。 多個燃料噴嘴22支承在燃料歧管12的燃料噴嘴支承開口 14中。燃料管線24提供成與 燃料歧管12的燃料管線通路16連通。燃料管線24經由燃料管線通路16將燃料輸送至 燃料噴嘴22。藉助於較小的燃料噴嘴22,該系統並不需要前殼體,而是利用簡單的圓頂形端 蓋26。圓頂形端蓋26為不需要連接物的簡單半球形壓力容器。燃料歧管12夾在圓頂形 端蓋26與後殼體18之間,而燃料管線24優選為從燃料歧管12的一側伸出,如圖2中所示。
圖3示出了略微改變的燃料歧管12'構造,其中,燃料歧管12'為大致碗形, 從而使燃料噴嘴22的相對位置分級(staging)。即是說,彎曲的歧管12'容許中心噴嘴 22的「嵌套"。這種構造改善了運轉減慢(即,在較低負載下運轉,同時保持排放適度 (compliance)),且降低了燃燒系統的特定動態頻率響應。4
圖4為燃料歧管12、圓頂形端蓋26以及與後殼體18的歧管接口(interface)的 詳圖。燃料噴嘴22示為包括燃料噴嘴錐體28的DACR(雙環對轉)旋流器。燃料噴嘴 22以任何適合的方式固定到燃料歧管12中,例如通過焊接或螺栓連接以及包括適合的密封。支柱30為多個窄的支承件,這些支承件將內圓柱形構架結構連接到外構架結構 上,同時容許空氣透過。如圖4中所示,該支柱具有的空氣動力截面為菱形形狀。擴散器32為在洩放空氣之前使空氣擴散或減慢的環形空間。當高速空氣洩放到 靜止或較慢的空氣中時,其會受到損失。如果空氣在其洩放之前在不造成流動分離的情 況下減慢,則其具有較小的能量損失。在圖4中,內圓柱形器件為向內的圓錐形,這產 生了擴大區域,且因此使空氣擴散。襯套止擋件34用於停止使襯套受到方向向前的推動。襯套為錐形,且在外側 比內側具有更高的壓力,這導致向前的淨力(圖4中向左的方向)。襯套具有圍繞周界 (周邊)焊接於其上的三個凸起,而在此構造中,三個指狀凸片可添加到帽蓋支承結構 上,以便將凸片排列在襯套上。這使得襯套停止向前移動,同時最大限度地減小了空氣堵塞。活塞環36旨在最大限度地減小通向燃燒器的洩漏。當襯套和燃料歧管組裝好 時,兩部分之間存在小的間隙。活塞環36為防止在間隙尺寸範圍內洩漏的順應型密封 件。期望的是,所有空氣都經過燃料噴嘴而不洩漏。圖5示出了燃料管線的進路選擇,其可通過控制流動通向歧管12的單獨通路來 提供對燃燒器的分級。示出了多條燃料管線24,它們與歧管12中的燃料管線通路16相 連。圖6為示出用於燃料歧管12的衝擊冷卻方案的截面視圖。在操作中,將燃料噴 嘴22固定到歧管12中的釺焊連結部等上的熱量會造成熱梯度,這會不利地影響燃燒系 統的操作。圖6示出了固定到歧管12上的處於燃料噴嘴22中的兩個之間的浮動隔熱屏 40。隔熱屏40在系統操作期間保護釺焊連結部遠離熱量(不受熱)。該系統導致產生使用極少數目的獨特構件的多系列燃氣輪機燃燒系統的低成本 方式。配備有該燃燒系統的機器將共享燃料噴嘴技術,因此消除了對各機器專用的單獨 噴嘴的需求。較小的燃料噴嘴由於它們增強的混合能力而具有優異的排放、動態特性、 燃料靈活性以及性能特徵。此外,簡化的噴嘴、燃料歧管和端蓋提供了對整個機器組的 巨大成本節省。更進一步而言,由於該構想可對現有機器進行改造,故在較老的機器中 安裝該系統可容許對當前機器的更大可操作性。儘管已結合當前認作是最為實用和優選的實施例描述了本發明,但應當理解, 本發明不限於所公開的實施例,而相反的是旨在涵蓋包括在所附權利要求的精神和範圍 內的各種修改和同等布置。
權利要求
1.一種燃氣輪機燃燒系統,包括支承燃料歧管(12),其包括多個燃料噴嘴支承開口(14)和多個燃料管線通路 (16);後殼體(18),其限定燃燒區的至少一部分,所述支承燃料歧管連接到所述後殼體上;多個燃料噴嘴(22),其一一對應地支承在所述多個燃料噴嘴支承開口中;以及與所述多個燃料管線通路連通的多條燃料管線(24),所述多條燃料管線經由所述多 個燃料管線通路將燃料輸送至所述多個燃料噴嘴。
2.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒系統,其特徵在於,所述多個燃料噴嘴(22) 的數目可取決於機器功率輸出要求而變化。
3.根據權利要求2所述的燃氣輪機燃燒系統,其特徵在於,所述支承燃料歧管(12) 包括與燃料噴嘴(22)的數目相對應的數目的燃料噴嘴支承開口(14)。
4.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒系統,其特徵在於,所述燃氣輪機燃燒系統還 包括處在所述支承燃料歧管(12)的上遊側上的端蓋(26),所述支承燃料歧管夾在所述端 蓋與所述後殼體(18)之間。
5.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒系統,其特徵在於,所述支承燃料歧管(12) 為碗形,從而使所述多個燃料噴嘴(22)的相對位置分級。
6.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒系統,其特徵在於,所述多條燃料管線(24) 延展出所述支承燃料歧管(12)的一側。
7.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒系統,其特徵在於,通過控制在所述多條燃料 管線中的燃料流動,所述多條燃料管線(24)經選擇以影響對所述燃燒系統的分級。
8.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒系統,其特徵在於,所述燃氣輪機燃燒系統還 包括固定在所述支承燃料歧管(12)上的處於所述多個燃料噴嘴(22)之間的至少一個隔熱 屏(40)。
9.一種定製燃氣輪機燃燒系統以滿足機器功率輸出要求的方法,所述方法包括確定滿足所述機器輸出要求所需的燃料噴嘴(22)的數目;構造包括對應於燃料噴嘴的數目的多個燃料噴嘴支承開口(14)以及多個燃料管線通 路(16)的支承燃料歧管(12);將所述燃料噴嘴一一對應地固定在所述多個燃料噴嘴支承開口中;將燃料管線(24)連接到所述多個燃料管線通路上以將燃料輸送至所述多個燃料噴 嘴;以及通過將所述支承燃料歧管、所述多個燃料噴嘴和所述多條燃料管線連接到後殼體 (18)上而組裝所述燃氣輪機燃燒系統。
10.根據權利要求9所述的方法,其特徵在於,所述方法還包括使所述多個燃料噴嘴 (22)的輸出分級。
全文摘要
本發明涉及通用多噴嘴燃燒系統和方法。具體而言,一種燃氣輪機燃燒系統包括包含多個燃燒噴嘴支承開口(14)和多個燃料管線通路(16)的支承燃料歧管(12),以及限定燃燒區的至少一部分的後殼體(18)。支承燃料歧管連接到後殼體上。多個燃料噴嘴(22)一一對應地支承在多個燃料噴嘴支承開口中,且多條燃料管線(24)與多個燃料管線通路連通。該多條燃料管線經由多個燃料管線通路將燃料輸送至多個燃料噴嘴。
文檔編號F23D14/00GK102022729SQ20101029852
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月21日 優先權日2009年9月22日
發明者C·莫道恩特, T·E·詹森 申請人:通用電氣公司