CN102162642A - 燃烧器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧器装置，其具有支座(37)和至少两个沿流动方向固定在支座(37)上的燃料喷嘴(40)，每个燃料喷嘴(40)包括一个位于支座一侧的部段(45)，所述部段在支座一侧具有支承面(60)，借助于所述支承面，部段(45)紧贴在支座的支承面(55)上，至少两个构造成整体式的燃料喷嘴顶部(47a，47b)，从位于支座一侧的部段起沿流动方向延伸，并且位于支座一侧的支承面具有至少两个朝支座(37)方向突出的突出部分，其中所述突出部分分别构成一条管道，通过所述管道，燃料分别通过沿流动方向连接在所述突出部分后面且布设在位于支座一侧的部段的位于支座一侧的支承面中的通孔(65)，被输送给燃料喷嘴顶部。

Description

燃烧器装置

技术领域

本发明涉及一种燃烧器装置以及具有这种燃烧器装置的燃气轮机。

燃气轮机包含被作为主要组成部分的压缩机、具有工作叶片的透平以及至少一个燃烧室。透平的工作叶片被作为工作叶片圈，被布设在大多延伸经过整个燃气轮机的轴上，所述轴与耗电器，例如用于产生电流的发电机耦联。设有工作叶片的轴，也被称为透平转子或者转子。被作为喷嘴用于引导工作介质穿过透平的导向叶片圈，位于工作叶片圈之间。

当燃气轮机运行时，被压缩的空气从压缩机中被供给燃烧室。所述被压缩的空气与燃料，例如油或者燃气进行混合，并且在燃烧室中燃烧混合物。接着将热的燃烧废气作为工作介质，经燃烧室输出口供应给透平，在那儿，热的燃烧废气在被解除了压力并且冷却的情况下，将冲量传递给工作叶片并且以此提供功率。导向叶片圈在此被用作最佳程度地传递冲量。

背景技术

例如在US6082111中说明的且例如尤其被使用于所谓管式燃烧室的一种典型的用于燃气轮机的燃烧器装置，通常具有环形的支座以及围绕环的圆周均匀分布的一些燃料喷嘴。在这些燃料喷嘴中，布设了燃料喷嘴开口，借助于所述燃料喷嘴开口，可以将燃料喷射到空气输入管道中。燃料喷嘴是燃烧器的主级，被用作产生预混火焰，即火苗，空气和燃料在点火之前在燃料喷嘴中被加以混合。

为了将火苗中的NO_x化合物降低到最低程度，以微量的空气燃料混合物，即按比例含有少量燃料的混合物起动预混燃烧器。

被设计成扩散式燃烧器的主控燃烧器，通常延伸经过环状的燃料分配环的中心，也就是说，它产生火焰，其中燃料被直接喷射到火焰中，而不事先与空气进行混合。主控燃烧器此外还被用于起动燃气轮机以及对预混火苗加以稳定，为了将有害物质的排放减少到最低程度，所述主控燃烧器常常在空气被混合到燃料中的阶段被起动，这个阶段没有主控火苗的支持，会使火苗不稳定。

如上述的燃烧器装置那样，燃烧器装置通常具有一些以机械方式通过金属块加工而成且与支座焊接的将燃料输送到燃烧室的燃料喷嘴。支座此时通过加工而成的燃料管道，将燃料分配到各喷嘴中。

为了能够提供足够的位置供机械加工燃料管道使用，支座坯料以及将来的支座，必须具有某个最小厚度。这就增加了燃烧器装置的重量以及材料的成本。此外，这种机械加工实施起来也是费事的。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种有利的燃烧器装置，尤其用于燃气轮机的有利的燃烧器装置。本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种具有这种燃烧器装置的有利的燃气轮机。

按照本发明的燃烧器装置，包括支座以及一些沿流动方向被安装在所述支座上的燃料喷嘴。按照本发明认为，如果把支座当作燃料分配器使用，则支座必须具有最小高度，也就是说，必须具有某个厚度。因为被构造成燃料分配器的支座，直接遭受燃烧室中的热燃气，所以该支座必须由耐高温的材料，例如由超级合金组成。但是这种材料非常昂贵。

所以按照本发明，燃烧器装置具有支座以及至少两个被固定在所述支座上的燃料喷嘴。按照本发明，为此燃料喷嘴还包括位于支座一侧的部段，所述部段在支座一侧具有支承面，借助于所述支承面，所述部段紧贴在支座的支承面上。其中至少两个被构造成整体式的燃料喷嘴顶部，从位于支座一侧的部段开始沿流动方向延伸。

在此，位于支座一侧的支承面具有至少两个朝支座方向突出的突出部分，其中所述突出部分分别构成一条管道，通过所述管道，燃料分别经沿流动方向连接在所述突出部分后面且被布设在位于支座一侧部段的位于支座一侧的支承面中的通孔，被输送给燃料喷嘴顶部。为了达到此目的，通孔还可以具有内管或者管路。

因此可以摒弃支座中的分配管道。这样，可以减小支座的材料厚度，从而节省重量和成本。此外，对在支座的远离燃料喷嘴一侧区域中的燃烧器装置的安装空间的要求，比现有技术宽松了很多。总之，支座的机械加工也被简化了。

优选在支座背面设置至少一条供给支座背面的突出部分燃料的分配管道。因为所述分配管道现在位于支座背面，并且也不像原先的分配管道那样，直接与热燃气产生接触，所以分配管道现在可以由价格较低廉的材料制成。这样，可以显著地节省费用。也就是说，燃料在进入支座以前(沿流动方向看)就已被分配，而不是在进入支座以后被分配到管道中。

在一种特别的扩展设计中，所述至少两个突出部分是至少一条油管道和一条燃气管道。

另外，存在另外一条油管道。因此，至少两个燃料喷嘴顶部可以分别由单独的油管道供给并且还可以进行不同的控制。

优选使所述突出部分，即尤其管道，形状闭合地或者材料相连地与燃料喷嘴的位于支座一侧部段的位于支座一侧的支承面中的通孔连接。这尤其是一种螺栓连接或者焊接连接。

在有利的扩展设计中，在支座中设有通孔。所述突出部分，也就是管道，现在可以延伸穿过支座中的这种通孔

所述突出部分，尤其管道，优选具有逆着流动方向远离的端部，所述端部分别具有第一紧固元件。此外，所述突出部分，也就是管道，延伸穿过支座中的通孔。

接着，突出部分借助于与第一紧固元件配合作用的第二紧固元件被固定在支座上。在此，所述第一紧固元件和第二紧固元件可以是一种螺栓连接，尤其第一紧固元件是外螺纹，以及第二紧固元件是螺母。

作为替代方式，第一紧固元件可以是一种紧贴在支座上的套筒元件。这种套筒元件通过焊接连接或者其它材料相连的连接，与支座在支座一侧连接。因此，焊接连接或者其它材料相连的连接，可以说是第二紧固元件。所述焊接连接或者其它材料相连的连接，阻止了通孔成为燃气轮机的燃气或者压缩空气的泄漏通道。

优选在第一紧固元件和支座之间存在至少一个密封件。作为替代或补充方式可以在位于支座一侧部段的位于支座一侧的支承面和支座之间，存在至少一个密封件。为了对这种空气的泄漏加以密封，尤其将这种密封件环绕通孔布设。

优选使至少一个密封件是C形密封圈或者O形密封圈。

在有利的扩展设计中，至少将燃料喷嘴顶部、位于支座一侧的部段以及位于支座一侧的具有通孔的支承面，构造成一个铸件。

优选将具有通孔的突出部分焊接在燃料喷嘴的位于支座一侧的部段中。如果所述通孔具有内管或者被构造成管路，则将突出部分与所述内管或者管路焊接。

作为替代方案，可以将突出部分至少与燃料喷嘴顶部、位于支座一侧的部段以及位于支座一侧的具有通孔的支承面构造成整体式的。

位于支座一侧的支承面，优选具有至少一个用于将所述支座一侧的支承面固定在支座上的开口。该开口在此可以是孔。支座具有与之对应的开口或者孔。位于支座一侧的支承面，可以借助于螺栓连接或者销轴连接固定在支座上。常常采用销轴代替螺栓，以便快速而频繁地无轴向负载地松开连接。

优选在位于支座一侧的支承面上，设置至少六个用于螺栓连接或者销轴连接的孔，其中所述孔分布在位于支座一侧的整个支承面上。借助于孔的分配模板将孔分配到整个支承面上，使燃料喷嘴具有较高的能够快速减振的固有频率。因此，燃料喷嘴对于固有频率是稳固的。

燃料喷嘴，尤其应用在燃气轮机中。

附图说明

本发明其它的特征、特性以及优点，参照附图从下列对具体实施例的说明中可以得知。

图1示出燃气轮机的简化示意图。

图2示出按照现有技术的燃气轮机燃烧器装置的立体图。

图3示出按照本发明的具有燃料喷嘴顶部和支座的燃烧器装置。

图4示出按照本发明的燃烧器装置的横断面图。

图5示出按照本发明的燃烧器装置的正视图。

具体实施方式

接下来根据示出燃气轮机的简化示意剖视图的图1，对燃气轮机的结构和功能加以说明。燃气轮机1包含压缩机部段3、燃烧部段4以及透平部段7，所述燃烧部段4在本实施例中包含多个管式燃烧室5以及布设于所述管式燃烧室5上的燃烧器6，但是原则上也可以包含环形燃烧室。转子9，延伸经过所有的部段，并且在压缩机部段3中支承压缩机工作叶片圈11，以及在透平部段7中支承透平工作叶片圈13。在相邻的压缩机工作叶片圈11之间以及相邻的透平工作叶片圈13之间，布设着由压缩机导向叶片15组成的轮圈或者由透平导向叶片17组成的轮圈，所述轮圈从燃气轮机1的壳体19出发，沿径向向转子9的方向延伸。

当燃气轮机1运行时，空气经进进气孔21被吸入压缩机部段3中。在那儿，空气被回转的压缩机叶片11压缩且被传送到燃烧部段4中的燃烧器6。在所述燃烧器6中，空气与气态的或者流体的燃料进行混合，并且混合物在燃烧室5中被燃烧。处于高压作用下的热的燃烧废气，随后被作为工作介质输送给透平部段7。所述燃烧废气在其经过透平部段的路途中，将冲量传递到透平工作叶片13上，同时本身被减压和冷却。接着，被减压和冷却的燃烧废气，经排放口23离开透平部段7。传递的冲量促使转子作回转运动，所述回转运动驱动压缩机和耗电器，例如用于生成电流的发电机或者做功机械。透平导向叶片17的轮圈，此时被用作喷嘴，对工作介质进行引导，以便使传递到透平工作叶片13上的冲量达到最佳状态。

图2示出燃烧部段4的燃烧器6的立体图。所述燃烧器6作为主要组成部分包含燃料分配环27、从所述燃料分配环27开始延伸的八个燃料喷嘴29以及八个被布设在所述燃料喷嘴29顶部区域的涡旋发生器31。燃料分配环27与燃料喷嘴29共同构成燃烧器壳体，燃料输送管道穿过所述燃烧器壳体延伸到布设于涡旋发生器31内部的喷射口。可以将燃料喷嘴29焊接在燃料分配环27上。可以通过多个连接管(未示出)将燃烧器连接到燃料供给管道上。可以借助于法兰35将燃烧器6这样固定在管式燃烧室上，即，使得燃料喷嘴29指向燃烧室内部。

尽管在图2中示出的燃烧器6具有八个燃料喷嘴29，但是也可以给它配备其它数量的燃料喷嘴29。燃料喷嘴29的数量，在此可以大于或者小于八个，例如可以存在六个或者十二个分别具有自己的涡旋发生器的燃料喷嘴29。此外，通常在燃烧器的中心布设主控燃料喷嘴。所述主控燃料喷嘴为了视图清晰起见，所以未在图2中加以示出。

在燃烧过程中，来自于压缩机的空气传输经过涡旋发生器31，在此处它与燃料发生混合。接着，空气-燃料混合物随即在燃烧室5的燃烧区域中，为了形成工作介质而进行燃烧。

支座27肩负着将燃料分配到燃料喷嘴29的任务。为此，在支座的内部设有燃料管道，每个燃料管道将燃料供给一些喷嘴29。在支座27上，有两个用于燃料供给管道的连接件，它们将燃料传送到支座27，接着在所述支座27中将燃料分配到燃料喷嘴29中。在此，还可以涉及不同的燃料类型。燃料喷嘴29为此具有至少一个可以排出燃料的燃料开口。

管道通常是通过机械方式在圆柱形的支座坯料中铣削出来并且随后覆盖上焊接的元件。用于管路的通孔，同样通过机械方式在支座坯料中加工出来。为了能够提供足够的位置供机械加工通孔和燃气管道使用，支座坯料以及将来的支座必须具有某个最小厚度。这就提高了燃烧器装置的重量以及材料的费用。此外，所述机械加工在加工上是费事的并且因此是价格高昂的。另一个问题是燃料喷嘴29相对于支座27的加工，因为必须垂直于支座27地焊接燃料喷嘴29。这种加工因此是非常费时的以及费事的，因而也是昂贵的。燃料喷嘴还与涡旋发生器31焊接。支座27以及燃料喷嘴29将承受较高的温度。因此，支座27以及燃料喷嘴29必须由耐高温材料，例如耐腐蚀的镍基合金制成。但是这种材料同样极大地提升了费用。

这些问题借助于本发明则得以避免(图4)。按照本发明，燃烧器装置设有支座37以及至少两个沿流动方向固定在所述支座37上的燃料喷嘴40(图3)。在此，每个燃料喷嘴40具有位于支座一侧的部段45，所述部段45在所述支座一侧具有支承面60，借助于所述支承面60，部段45紧贴在支座37的支承面55上。至少两个被设计成整体式的燃料喷嘴顶部47a、47b，从位于支座一侧的部段45出发，沿流动方向，也就是向燃烧室5的方向延伸。位于支座一侧的支承面60，具有至少两个朝支座37方向突出的突出部分，所述突出部分尤其被构造成管道，尤其油管道50a和燃气管道51。还可以将突出部分制成管路。通过管道50a、51，燃料分别经后面还要详细加以说明的布设在位于支座一侧部段45的位于支座一侧的支承面60中的通孔65，被输送给燃料喷嘴。为此，还可以将未加以示出的管子安装在该通孔65中。在该实施例中，设置了尤其两条油管道50a和50b。这种设计结构是尤其有利的，因为两个从位于支座一侧的部段45向燃烧室5方向延伸且被构造成整体式的燃料喷嘴顶部47a、47b，现在可以由两条油管道50a和50b供给燃料。

在支座37中设有通孔(未单独示出)，通过所述通孔，油管道50a、50b以及燃气管道51延伸穿过支座37。

在位于支座一侧部段45的位于支座一侧的支承面60中，开设用于燃料的通孔65(图4)。这些通孔65，可以例如通过对孔事后进行加工，或者就在制造时一起加工出来。管道50a、50b和51此时形状闭合地和/或材料相连地与这些通孔65连接。如果所述通孔65具有内管或者被设计成管路，则这些管道50a、50b和51与该内管或者管路连接。燃料通过管道50a、50b和51运送，并且随后通过各个通孔65，流入燃料喷嘴40，到达燃料喷嘴顶部47a、47b。

在此，形状闭合或者材料相连的含义可以是，将管道50a、50b和51焊接到通孔65上，或者就在例如通过铸造来制造时一起安上。

在支座背面设有至少一条分配管道(未示出)，但是大多为两条分配管道，分别用于油和燃气，所述分配管道在支座背面就分别已经将相应的燃料供应给管道50a、50b和51。因为分配环不直接与燃烧室中的热燃气产生接触，所以该分配环可以由价格低廉的材料制成。

此外，对在支座的远离喷嘴喷管一侧的区域中的燃烧器装置的安装空间的要求，比现有技术宽松了许多。总之，支座的机械加工也更简化。

管道50a、50b和51延伸穿过支座中的通孔。管道50a、50b和51为此具有逆着流动方向远离的端部34，所述端部34分别具有一个第一紧固元件，并且借助于与所述第一紧固元件配合作用的第二紧固元件，被固定在支座37上。

第一紧固元件和第二紧固元件在此可以是一种螺栓连接。

在此处说明的实施例中，所述固定由紧贴在支座上且与支座37在支座一侧形状固定地连接、尤其焊接的套筒元件63实现。另外，可以在第一紧固元件，例如套筒元件63和支座37之间，存在至少一个密封。但是此时也可以将焊接本身实施为密封。

在位于支座一侧的部段45的位于支座一侧的支承面60和支座37之间，也可以存在尤其环绕通孔65的密封。所述密封在此也可以是焊接。

位于支座一侧的支承面60，具有六个孔73(图5)。支座37具有与之对应的开口或者孔。通过这些孔73，可以借助于螺栓连接或者销轴连接，将燃料喷嘴40固定在支座37上。此时，孔分布在位于支座一侧的整个支承面60上。燃料喷嘴40因为孔的这种分布而具有能够快速减振的较高的固有频率。因此，燃料喷嘴40对于固有频率是稳固的。除了焊接套筒元件63外螺栓连接或者销轴连接在一定程度上也能将燃料喷嘴40固定在支座37上，并且以此吸收运行时的大部分的压力负荷。这种压力负荷，在现有技术的燃料喷嘴中，大部分由燃料喷嘴顶部47a、47b以及燃料喷嘴顶部中的管道承担，而这会显著地缩短燃烧器装置的使用寿命。将套筒元件63焊接在支座37上，还可以使燃料喷嘴40被附加地固定在支座37上。

位于支座一侧的支承面60中的孔73，以及支座37中与之对应的开口/孔，可以具有较大的测量公差，从而可以快速而便利地制造。

基于按照本发明的燃烧器装置，可以显著地降低费用。这归结为，被构造为燃料分配器的支座37，现在具有比在现有技术中被构造为燃料分配器的支座27明显减小的厚度。所有的孔或者开口可以快速而便利地制造，因为没有要求、也不必遵守特别精确的测量公差。使用寿命因而得以显著地提高。因为只须检查焊接连接，所以这样的检查可以更频繁地进行。还可以非常便利地对焊接连接按标准进行无失效先兆的修整或者修补，这同样对零件使用寿命的延长产生作用。

Claims (20)

1.一种燃烧器装置具有

-支座(37)，

-至少两个沿流动方向固定在支座(37)上的燃料喷嘴(40)，

其特征在于，每个燃料喷嘴(40)包括一个位于支座一侧的部段(45)，所述部段(45)在支座一侧具有支承面(60)，借助于所述支承面(60)，部段(45)紧贴在支座(37)的支承面(55)上，其中至少两个构造成整体式的燃料喷嘴顶部(47a，47b)，从位于支座一侧的部段(45)起沿流动方向延伸，并且位于支座一侧的支承面(60)具有至少两个朝支座(37)方向突出的突出部分，其中所述突出部分分别构成一条管道，通过所述管道，燃料分别通过沿流动方向连接在所述突出部分后面且布设在位于支座一侧的部段(45)的位于支座一侧的支承面(60)中的通孔(65)，被输送给燃料喷嘴顶部(47a，47b)。

2.按照上述权利要求中任一项所述的燃烧器装置，其特征在于，在支座背面设有至少一条分配管道，所述分配管道将燃料供给位于支座背面的突出部分。

3.按照权利要求1或2所述的燃烧器装置，其特征在于，所述至少两个突出部分是至少一条油管道(50a)和一条燃气管道(51)。

4.按照上述权利要求1-3中任一项所述的燃烧器装置，其特征在于，存在一条另外的附加的油管道(50b)。

5.按照权利要求4所述的燃烧器装置，其特征在于，每条油管道(50a，50b)将油供给燃料喷嘴顶部(47a，47b)。

6.按照上述权利要求中任一项所述的燃烧器装置，其特征在于，所述突出部分形状闭合地和/或材料相连地与燃料喷嘴(40)的位于支座一侧的部段(45)的位于支座一侧的支承面(60)中的通孔(65)连接，尤其焊接。

7.按照上述权利要求中任一项所述的燃烧器装置，其特征在于，在支座(37)中设有通孔，并且所述突出部分延伸穿过所述支座(37)中的通孔。

8.按照权利要求7所述的燃烧器装置，其特征在于，

-所述突出部分具有逆着流动方向远离的端部(34)，所述端部(34)分别具有第一紧固元件，

-所述突出部分延伸穿过支座(37)中的通孔，并且

-所述突出部分借助于与第一紧固元件配合作用的第二紧固元件，被固定在支座(37)上。

9.按照权利要求8所述的燃烧器装置，其特征在于，所述第一紧固元件和第二紧固元件是一种螺栓连接，尤其第一紧固元件是外螺纹，而第二紧固元件是螺母。

10.按照权利要求8所述的燃烧器装置，其特征在于，所述第一紧固元件是一种紧贴在支座上的套筒元件(63)，并且焊接连接被用作第二紧固元件，套筒元件(63)借助于所述第二紧固元件与支座(37)焊接。

11.按照权利要求8-10所述的燃烧器装置，其特征在于，在第一紧固元件和支座(37)之间存在至少一个密封件。

12.按照上述权利要求中任一项所述的燃烧器装置，其特征在于，在位于支座一侧的部段(45)的位于支座一侧的支承面(60)和支座(37)之间，存在至少一个尤其环绕通孔(65)的密封件。

13.按照权利要求11-12中任一项所述的燃烧器装置，其特征在于，所述至少一个密封件是C形密封圈或者O形密封圈。

14.按照上述权利要求中任一项所述的燃烧器装置，其特征在于，将至少一个所述燃料喷嘴顶部(47a，47b)、所述位于支座一侧的部段(45)以及所述位于支座一侧的具有通孔(65)的支承面(60)，设计成铸件。

15.按照上述权利要求中任一项所述的燃烧器装置，其特征在于，将带有通孔(65)的所述突出部分焊接在燃料喷嘴(40)的位于支座一侧的部段(45)上。

16.按照上述权利要求1-14中任一项所述的燃烧器装置，其特征在于，所述突出部分至少与位于支座一侧的部段(45)的燃料喷嘴顶部(47a，47b)，以及具有通孔(65)的位于支座一侧的支承面(60)被设计成整体式的，尤其被设计成铸件。

17.按照上述权利要求中任一项所述的燃烧器装置，其特征在于，位于支座一侧的支承面(60)，具有至少一个用于将位于支座一侧的支承面(60)固定在支座(37)的支承面(55)上的开口。

18.按照权利要求17所述的燃烧器装置，其特征在于，所述开口是孔(73)，而所述固定是一种螺栓连接或者销轴连接。

19.按照权利要求18所述的燃烧器装置，其特征在于，在位于支座一侧的支承面(60)中，设有至少六个孔(73)，其中所述孔(73)分布在位于支座一侧的整个支承面(60)上。

20.一种具有按照上述权利要求中任一项所述的燃烧器装置的燃气轮机。

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