用于减小燃烧动态特性变化的燃烧衬里盖组件

摘要

一个燃烧衬里盖组件(42)包括一个支承内部结构(52)的圆柱形外套筒(50)；和多个通过该内部结构作出的燃料喷嘴孔(54)。作出通过该圆柱形外套筒的第一组在圆周上彼此隔开的冷却孔(56)，和作出通过该圆柱形外套筒的第二组在圆周上彼此隔开的冷却孔(58)。该第二组冷却孔轴向与该第一组冷却孔隔开。得出的结构可以简单地减小燃烧动态特性的变化，这样可以更新现有设计，并也可以逆转使用而不会损坏原来的结构。减小燃烧动态特性变化可改善硬件寿命，导致降低修理和更换成本。

说明书

技术领域

本发明涉及燃气和液体燃料涡轮机，尤其涉及在发电厂用的工业燃气轮机中的燃烧室和一种燃烧衬里盖组件。

背景技术

一般，燃烧室包括一个基本上为圆柱形的、具有一个纵轴线的壳体。该燃烧室的前后部分互相固定，并且，作为一个整体，该燃烧室壳体固定在涡轮壳体上。每一个燃烧室还包括一个内部流动套筒，和在该流动套筒内基本上同心安置的一个燃烧衬里。该流动套筒和燃烧衬里的前端或下游端都在一根双层壁的过渡导管之间延伸，而在其后端则为一个套筒盖组件(位于该燃烧室的后面部分或上游部分内)。该流动套筒直接固定在该燃烧室壳体上，而该衬里则容纳该衬里盖组件；而该衬里盖组件又固定在该燃烧室壳体上。该过渡导管的外壁和该流动套筒的至少一部分，在其相应表面的一个相当大部分上带有空气供给孔，因此可使压缩机的空气进入该燃烧衬里和该流动套筒之间的径向空间中，并可反向流至燃烧室的后部或上游部分。这时，空气流动方向再次反向，流入该燃烧室的后部和向着燃烧区流动。

多个(例如5个)扩散/预混合燃料喷嘴围绕着该燃烧室壳体的纵轴线排成一个圆形组。这些喷嘴安装在关闭该燃烧室后端的一个燃烧室端盖组件中。在该燃烧室内，该燃料喷嘴伸入燃烧衬里盖组件中，具体地是伸入预先混合管的相应一根管中。每一个喷嘴的前端或排出端的终端都在相应的预混合管内，比较接近该预混合管的下游端。该下游端通向燃烧衬里中的燃烧区。为了使进入相应的预混合管中的压缩机空气产生涡流以便与预混合的燃料混合，在该预混合管的后端或上游端，在每一个喷嘴及其相关的预混合管之间，沿径向安置一个空气旋流器。

燃气轮机燃烧器中的大的燃烧动态特性变化(high combustiondynamics)能产生一些缺点，诸如阻止燃烧系统在最优(最低)的排放值下工作。动态特性变化大还可以损坏硬件，使燃气轮机强迫停机。产生、但不致造成强迫停机的硬件损坏增加修理成本。为了减小燃气轮机燃烧室的燃烧动态特性的变化，考虑了几种修正的方案。曾经试验过通过改变燃料的裂解的调整，控制该改变和重新决定喷嘴尺寸，取得了不同程度的成功。为了得到最好的结果，可将这些方法和其他方法综合利用。设定上述改变的调整和控制被认为是减小燃烧动态特性变化的正常方法，因为与其他较昂贵和有妨碍的方法(例如改变硬件)比较，它们的改变较简单。然而，因为不但是在燃料裂解调整或调整控制设定时必需考虑的燃烧动态特性变化，因此存在限制。当使用这些方法来减小动态特性变化时，应考虑对排放物(NOx、CO和UHC)，输出，传热速率，排气温度，燃料状态转换和调节的影响，并且总是采用折衷方案。

重新决定喷嘴的尺寸有时是用于处理动态特性变化大的一种选择方案，但一般当燃料成分比设计的要求变化大时，可以保留使用该方案。这种方案的成本高，费时间，其缺点还在于是适用于根据喷嘴的设计压力比范围的一定的应用范围。如果动态特性变化不能调整，则燃料成分的进一步改变还要求有不同的喷嘴。

由于开发一种新的硬件通常成本都高，因此在这个阶段要减小动态特性的变化，设计时留有余地是一种最后的手段。目的是要减小动态特性的变化，而不影响时常受到正常的减小动态特性变化的方法影响的排出物，输出传热速率，排气温度，状态转换能力和调节比。对于大部分更多地源于设计的，使用小的改变(例如改变上述的盖)的方法，使这些参数达不到减小动态特性变化的目的。

发明概述

在本发明的一个示例性实施例中，一个燃烧衬里盖组件包括支承一个内部结构的一个圆柱形外套筒；和经该内部结构形成的多个燃料喷嘴孔。第一组沿圆周间隔的冷却孔是经该圆柱形外套筒形成的，第二组沿圆周间隔的冷却孔是经该圆柱形外套筒形成的。该第二组冷却孔与该第一组冷却孔轴向间隔。

在本发明的另一个示例性实施例中，减少燃气轮机中的燃烧动态特性变化的方法包括下列步骤：提供该燃烧衬里盖组件，和经该圆柱形外套筒形成第二组沿圆周间隔的冷却孔。其中，第二组冷却孔与第一组冷却孔轴向间隔。

在本发明的再一个示例性实施例中，一种构造燃烧衬里盖组件的方法包括下列步骤：

提供一个支承内部结构的圆柱形外套筒；

经该内部结构形成多个燃料喷嘴孔；

经该圆柱形外套筒形成第一组沿圆周间隔的冷却孔；和

经该圆柱形外套筒形成第二组沿圆周间隔的冷却孔；其中，该第二组冷却孔与该第一组冷却孔轴向间隔。

附图简述

图1为燃气轮机燃烧室的部分横截面；

图2为燃烧衬里盖组件的透视图；和

图3为表示在该衬里盖的外体套筒中的另外的冷却孔的封闭视图。

发明详述

如图1所示，燃气轮机10包括一个压缩机12(部分地示出)，多个燃烧室14(表示了1个)和一个这里用一个叶片16代表的涡轮。虽然没有特别表示，该涡轮是沿着一根公共轴线与该压缩机12连接驱动的。该压缩机12将进入的空气加压，然后空气反向流入该燃烧室14，用于冷却燃烧室并形成通至燃烧过程的空气。

如上所述，该燃气轮机包括位于该燃气轮机圆周周围的多个燃烧室14。双层壁的过渡导管18将每一个燃烧室的出口端与该涡轮的入口端连接，将热的燃烧产品输送至该涡轮。

通常利用火花塞20与横向点火管22(只表示一个)结合，在各个燃烧室14中点火。

每一个燃烧室14包括一个基本上为圆柱形的燃烧室壳体24，它和用螺钉28将其开放的前端固定在涡轮壳体26上。燃烧室壳体的后端由一个端盖组件30关闭，该组件包括通常的供给管，总管和相应的阀等，用于将气体，液体燃料和空气(如希望的话还有水)送至燃烧室。该端盖组件30容纳多个(例如5个)围绕着燃烧室的纵轴线排列成一个圆形组的燃料喷嘴组件32(为了清楚和方便起见，只有示了带有相联系的旋流器33的一个喷嘴组件)。

在该燃烧室壳体24内，基本上同心地安装一个基本上为圆柱形的流动套筒34。该套筒的前端与该双层壁的过渡导管18的外壁36连接。该流动套筒34的后端，利用一个径向法兰35在平接头37处与该燃烧室壳体24连接。在该平接头处，该燃烧室壳体24的前后部分连接起来。

在该流动套筒34内，一个同心地配置的燃烧衬里38的前端与该过渡导管18的内壁40连接。如下面所述，该燃烧衬里向后端由一个燃烧衬里盖组件42支承，该组件区在相同的平接头37处，固定在该燃烧室壳体上。该过渡导管18的外壁36以及该流动套筒34的向着该燃烧室壳体24拧紧在该涡轮壳体(利用螺钉28)上的位置前方延伸的部分，带有在其相应圆周表面上作出的一组孔44，使空气可从该压缩机12，通过该孔44向着该燃烧室的上游或后端，反向流入该流动套筒34和该衬里36之间的环形(径向)空间中(如图1的流动箭头所示)。

图2为该燃烧衬里盖组件42的透视图。该组件42的详细结构是众所周知的，不专门构成本发明的一部分。如图所示，该燃烧衬里盖组件42包括一个基本上为圆柱形的，支承一个已知的内部结构52的外套筒50。如同通常一样，通过该内部结构作出多个燃料喷嘴孔54。

从图3可看出，通过该圆柱形外套筒50作出第一组在圆周上彼此隔开的冷却孔56。这些通常的孔可使压缩机空气流入该衬里盖组件中。为了增加通过该盖的隙透板(effusion plate)空气流量，通过该圆柱形外套筒50作出第二组在圆周上彼此隔开的冷却孔58。这些冷却孔最好在轴向与第一组冷却孔56隔开。最好，第二组冷却孔58中有8个冷却孔58，其直径大约为0.78英寸。为了更好地稳定燃烧火焰，该第二组冷却孔58的空气流量增大。在一个示例性应用中，改进减少了DLN 2+燃烧系统的三种特征包括(tone)中的一种，使得在整体调整过程中，更容易使剩余的二个色调达到最优。即：该DLN 2+燃烧系统具有三个特征的燃烧动态频率。这种改进减少了这些色调中的一种、然后可以使用燃料裂解和清洗调整的正常的调整方法，来减少剩余的二种色调。燃烧动态特性变化的减少可改善或更容易对各种元件进行调整，并减小其修理和更换成本，因为动态特性变大大可能降低硬件寿命，并可能导致硬件损坏。该结构可简单地解决现有结构的问题，并可重新改进现行设计。

如果需要，可以在不影响通向原来孔56的空气流量的情况下通过覆盖第二组冷却孔58，该结构可以回复至原来结构。即，这种设计改进加入的孔可通过在该孔上焊接一个金属圆盘等封住通入该孔的气流而可以修理不用。该部分的结构和功能就可回复至原来设计的结构。

虽然结合优选实施例说明了本发明，但应理解，本发明不是仅限于所述的实施例，相反，在所附权利要求书的精神和范围内，它涵盖各种改进和等同的改变。