燃燒器裝置的制作方法

專利名稱：燃燒器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃燒器裝置以及具有這種燃燒器裝置的燃氣輪機。燃氣輪機包含被作為主要組成部分的壓縮機、具有工作葉片的透平以及至少一個燃燒室。透平的工作葉片被作為工作葉片圈，被布設在大多延伸經過整個燃氣輪機的軸上， 所述軸與耗電器，例如用于產生電流的發電機耦聯。設有工作葉片的軸，也被稱為透平轉子或者轉子。被作為噴嘴用于引導工作介質穿過透平的導向葉片圈，位于工作葉片圈之間。當燃氣輪機運行時，被壓縮的空氣從壓縮機中被供給燃燒室。所述被壓縮的空氣與燃料，例如油或者燃氣進行混合，并且在燃燒室中燃燒混合物。接著將熱的燃燒廢氣作為工作介質，經燃燒室輸出口供應給透平，在那兒，熱的燃燒廢氣在被解除了壓力并且冷卻的情況下，將沖量傳遞給工作葉片并且以此提供功率。導向葉片圈在此被用作最佳程度地傳遞沖量。
背景技術：
例如在US6082111中說明的且例如尤其被使用于所謂管式燃燒室的一種典型的用于燃氣輪機的燃燒器裝置，通常具有環形的支座以及圍繞環的圓周均勻分布的一些燃料噴嘴。在這些燃料噴嘴中，布設了燃料噴嘴開口，借助于所述燃料噴嘴開口，可以將燃料噴射到空氣輸入管道中。燃料噴嘴是燃燒器的主級，被用作產生預混火焰，即火苗，空氣和燃料在點火之前在燃料噴嘴中被加以混合。為了將火苗中的NOx化合物降低到最低程度，以微量的空氣燃料混合物，即按比例含有少量燃料的混合物起動預混燃燒器。被設計成擴散式燃燒器的主控燃燒器，通常延伸經過環狀的燃料分配環的中心， 也就是說，它產生火焰，其中燃料被直接噴射到火焰中，而不事先與空氣進行混合。主控燃燒器此外還被用于起動燃氣輪機以及對預混火苗加以穩定，為了將有害物質的排放減少到最低程度，所述主控燃燒器常常在空氣被混合到燃料中的階段被起動，這個階段沒有主控火苗的支持，會使火苗不穩定。如上述的燃燒器裝置那樣，燃燒器裝置通常具有一些以機械方式通過金屬塊加工而成且與支座焊接的將燃料輸送到燃燒室的燃料噴嘴。支座此時通過加工而成的燃料管道，將燃料分配到各噴嘴中。為了能夠提供足夠的位置供機械加工燃料管道使用，支座坯料以及將來的支座， 必須具有某個最小厚度。這就增加了燃燒器裝置的重量以及材料的成本。此外，這種機械加工實施起來也是費事的。此外，在運行時支座發熱，而輸送燃料的管道卻保持冷卻。這樣將產生熱應力，所以支座滿足不了高使用壽命的要求。

發明內容
因此本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠滿足所需使用壽命的有利的燃燒器裝置，尤其用于燃氣輪機的有利的燃燒器裝置。本發明所要解決的另一個技術問題是， 提供一種具有這種燃燒器裝置的有利的燃氣輪機。按照本發明的燃燒器裝置，包括支座以及一些沿流動方向被安裝在所述支座上的燃料噴嘴。可以看出，如果把支座當作燃料分配器使用，則支座必須具有最小高度，也就是說，必須具有某個厚度。因為被構造成燃料分配器的支座，直接遭遇燃燒室中的熱燃氣，所以該支座必須由耐高溫的材料，例如由超級合金組成。但是這種材料非常昂貴。所以按照本發明，燃燒器裝置具有支座以及至少兩個沿流動方向固定在所述支座上的包含燃料噴嘴頂部的燃料噴嘴。在此，每個燃料噴嘴包含位于支座一側的部段，所述部段在支座一側具有支承面，借助于所述支承面，所述部段緊貼在支座的安裝面上，其中至少兩個被構造成整體式的燃料噴嘴頂部，從位于支座一側的部段開始沿流動方向延伸。此外， 按照本發明的燃燒器裝置，具有穿過支座延伸到燃料噴嘴頂部的燃氣供給系統。按照本發明，燃氣供給系統包括至少一條供氣管道及其穿過支座的通道。按照本發明，此時將所述通道實施成配合。這可以尤其是一種尺寸配合或者過渡配合。因此可以摒棄支座中的分配管道。這樣，可以減小支座的材料厚度，從而節省重量和成本。此外，對在遠離燃料噴嘴的支座一側區域中的燃燒器裝置的安裝空間的要求，比現有技術寬松了很多。總之，支座的機械加工也變得簡化了。燃氣供給系統包含至少一條供氣管道及其穿過支座的通道。但是因為供氣管道在運行時由于流經燃氣而盡可能保持冷卻，而支座由于壓縮空氣而發熱，由此產生熱應力，所述熱應力不能確保足夠的使用壽命。如果將供氣管道例如通過焊接，材料相連地連接在支座上，以便例如對通道進行密封，則尤其產生這種情況。在把燃料噴嘴通過螺栓另外固定在支座上時，也會產生雙重定位，這也同樣導致使用壽命的縮短。現在將通道實施成配合來取代焊接。這可以尤其是一種尺寸配合或者過渡配合。在此，把兩個相互插套的零件的連接稱為配合，其中兩個零件具有相同的標稱尺寸，但是公差范圍的位置和尺寸可以不同。所述配合始終提供一種公差，孔和軸的實際尺寸允許在所述公差范圍內變動。在成品零件上，存在著間隙配合或者過盈配合。如果公差既允許間隙又允許過盈， 則稱之為過渡配合，所述過渡配合可以根據在產品中被加工出的尺寸，被歸屬到先前列舉的類別中的一個。因此，尤其將供氣管道穿過支座的通道，實施成這種配合且因此額外地只允許少量的流動(壓縮空氣或者也可以是燃氣泄漏)。由于取消了焊縫，支座現在可以不發生熱應變。因此可以滿足使用壽命的要求。另外，由于按照本發明的配合，可以無破壞地拆卸燃料噴嘴。現有技術的燃料噴嘴存在的另一個問題是，燃料噴嘴相對于支座的固定，因為燃燒器必須在制造過程中垂直于支座布設。按照本發明，現在可以通過供氣管道，使燃料噴嘴對中，從而不必在此處增加耗費。優選在支座背面設置至少一條供給供氣管道燃氣的分配管道。因為所述分配管道現在位于支座背面，并且也不像原先的分配管道那樣，直接與熱燃氣產生接觸，所以分配管道現在可以由價格較低廉的材料制成。這樣，可以顯著地節省費用。也就是說，燃料在進入支座以前(沿流動方向看)就已被分配，而不是在進入支座以后被分配到管道中。優選再設置另外一條穿過支座的液態燃料供給管道，尤其油管道，所述液態燃料供給管道將液態燃料，尤其油，供給位于支座一側的燃料噴嘴。以此方法將燃氣和油供給燃料噴嘴。在有利的擴展設計中，在位于支座一側的支承面和支座之間，存在至少一個密封件。優選將位于支座一側的密封件布設在配合和供氣管道，即燃氣管的區域。在此，可以將所述至少一個密封件設計成C形密封圈。同時，支座可以具有布設密封件的凹槽。借助于配合和添加的密封件，尤其密封圈，確保了防止空氣滲透的密封性。燃料噴嘴的位于支座一側的支承面，優選具有至少一個用于將所述支座一側的支承面固定在支座安裝面上的開口。在有利的擴展設計中，所述開口是孔，而所述固定是螺栓連接或者銷軸連接。優選在位于支座一側的支承面上，設置六個用于螺栓或者銷軸連接的孔，其中所述孔被分布在燃料噴嘴的位于支座一側的整個支承面上。借助于孔的分配模板將孔分配到整個支承面上，使燃料噴嘴具有較高的能夠快速減振的固有頻率。因此，燃料噴嘴對于固有頻率是穩固的。按照本發明的燃氣輪機包括壓縮機部段、燃燒部段、燃燒室、燃燒器、透平部段、轉子以及這種燃燒器裝置。通過這種方式使燃氣輪機尤其便于實施。


本發明其它的特征、特性以及優點，參照附圖從下列對具體實施例的說明中可以得知。圖1示出燃氣輪機的簡化示意圖。圖2示出按照現有技術的燃氣輪機燃燒器裝置的立體圖。圖3示出按照本發明的燃燒器裝置的正面。圖4示出經過按照本發明的燃燒器裝置的局部剖開示出的剖視圖。
具體實施例方式接下來根據示出燃氣輪機的簡化示意剖視圖的圖1，對燃氣輪機的結構和功能加以說明。燃氣輪機1包含壓縮機部段3、燃燒部段4以及透平部段7，所述燃燒部段4在本實施例中包含多個管式燃燒室5以及布設于所述管式燃燒室5上的燃燒器6，但是原則上也可以包含環形燃燒室。轉子9，延伸經過所有的部段，并且在壓縮機部段3中支承壓縮機工作葉片圈11，以及在透平部段7中支承透平工作葉片圈13。在相鄰的壓縮機工作葉片圈 11之間以及相鄰的透平工作葉片圈13之間，布設著由壓縮機導向葉片15組成的輪圈或者由透平導向葉片17組成的輪圈，所述輪圈從燃氣輪機1的殼體19出發，沿徑向向轉子9的方向延伸。當燃氣輪機1運行時，空氣經進進氣孔21被吸入壓縮機部段3中。在那兒，空氣被回轉的壓縮機葉片11壓縮且被傳送到燃燒部段4中的燃燒器6。在所述燃燒器6中，空氣與氣態的或者流體的燃料進行混合，并且混合物在燃燒室5中被燃燒。處于高壓作用下的熱的燃燒廢氣，隨后被作為工作介質輸送給透平部段7。所述燃燒廢氣在其經過透平部段的路途中，將沖量傳遞到透平工作葉片13上，同時本身被減壓和冷卻。接著，被減壓和冷卻的燃燒廢氣，經排放口 23離開透平部段7。傳遞的沖量促使轉子作回轉運動，所述回轉運動驅動壓縮機和耗電器，例如用于生成電流的發電機或者工業做功機械。透平導向葉片 17的輪圈，此時被用作噴嘴，對工作介質進行引導，以便使傳遞到透平工作葉片13上的沖量達到最佳狀態。圖2示出由現有技術已知的燃燒部段4的燃燒器6的立體圖。所述燃燒器6作為主要組成部分包含燃料分配環27、從所述燃料分配環27開始延伸的八個燃料噴嘴四以及八個被布設在所述燃料噴嘴四頂部區域的渦旋發生器31。燃料分配環27與燃料噴嘴四共同構成燃燒器殼體，燃料輸送管道穿過所述燃燒器殼體延伸到布設于渦旋發生器31內部的噴射口。可以將燃料噴嘴四焊接在燃料分配環27上。可以通過多個連接管(未示出)將燃燒器連接到燃料供給管道上。可以借助于法蘭35將燃燒器6這樣固定在管式燃燒室上，即，使得燃料噴嘴四指向燃燒室內部。盡管在圖2中示出的燃燒器6具有八個燃料噴嘴四，但是也可以給它配備其它數量的燃料噴嘴四。燃料噴嘴四的數量，在此可以大于或者小于八個，例如可以存在六個或者十二個分別具有自己的渦旋發生器的燃料噴嘴四。此外，通常在燃燒器的中心布設主控燃料噴嘴。所述主控燃料噴嘴為了視圖清晰起見，所以未在圖2中加以示出。在燃燒過程中，來自于壓縮機的空氣傳輸經過渦旋發生器31，在此處它與燃料發生混合。接著，空氣-燃料混合物隨即在燃燒室5的燃燒區域中，為了形成工作介質而進行燃燒。支座27肩負著將燃料分配到燃料噴嘴四的任務。為此，在支座的內部設有燃料管道，每個燃料管道將燃料供給一些噴嘴四。在支座27上，有兩個用于燃料供給管道的連接件，它們將燃料傳送到支座27，接著在所述支座27中將燃料分配到燃料噴嘴四中。在此， 還可以涉及不同的燃料類型。燃料噴嘴四為此具有至少一個可以排出燃料的燃料開口。在如今已知的燃燒器裝置(圖2、中管道通常是通過機械方式在圓柱形的支座坯料中銑削出來并且隨后覆蓋上焊接的元件。用于管路的通孔，同樣通過機械方式在支座坯料中加工出來。為了能夠提供足夠的位置供機械加工通孔和燃氣管道使用，支座坯料以及將來的支座必須具有某個最小厚度。這就提高了燃燒器裝置的重量以及材料的費用。此外， 所述機械加工在加工上是費事的并且因此是價格高昂的。另一個問題是燃料噴嘴四相對于支座27的加工，因為必須垂直于支座27地焊接燃料噴嘴四。這種加工因此是非常費時的以及費事的，因而也是昂貴的。燃料噴嘴還與渦旋發生器31焊接。支座27以及燃料噴嘴四將承受較高的溫度。因此，支座27以及燃料噴嘴四必須由耐高溫材料，例如耐腐蝕的鎳基合金制成。但是這種材料同樣極大地提升了費用。這些問題借助于本發明則得以避免(圖3和圖4)。按照本發明，燃燒器裝置設有支座37以及至少兩個沿流動方向固定在所述支座37上的燃料噴嘴40。在此，每個燃料噴嘴40具有位于支座一側的部段45，所述部段45在所述支座一側具有支承面60，借助于所述支承面60，部段45緊貼在支座37的支承面55上。至少兩個被設計成整體式的燃料噴嘴頂部47a、47b，從位于支座一側的部段45出發，沿流動方向，也就是向燃燒室5的方向延伸。燃料噴嘴40具有穿過支座37延伸的燃氣供給系統120，所述燃氣供給系統120將燃氣運送到燃料噴嘴頂部47a、47b。
其中，燃氣供給系統120包含至少一個大多具有燃氣管70形狀的供氣管道70及其穿過支座37的通道。所述通道在此可以是孔。在此將通道，尤其孔，實施成配合75。因此，按照本發明的設想，將燃氣管70的通道實施成配合75，因而允許少量的流動，例如壓縮空氣的流入或者燃氣的流出。這尤其是一種尺寸配合或者過渡配合。通過所述配合，支座37因而可以在運行時不發生應變。因而消除或者顯著地減小了熱應力，從而實現使用壽命的提高。按照本發明，在運行時燃氣管70盡可能保持冷卻，而支座37則發熱。此時支座37 產生應變。如果燃氣管70如現有技術那樣，為了達到密封的目的而與支座37焊接，則由于熱應變會在焊接區域產生較高的應力。在采用焊接的情況下，由于支座37和燃氣管70不同的應變，因而不能滿足使用壽命要求。如果燃料噴嘴40另外還與支座37通過螺栓連接， 則由于焊接和螺栓連接，使燃料噴嘴40在支座37上的固定被重復確定，這同樣對使用壽命產生負面影響。為了阻止用于燃氣管70的配合75，成為透平的燃氣或者壓縮空氣的泄漏通道，在配合75位于支座一側100的端部，尤其在配合75和燃氣管70區域，優選存在至少一個密封件80。此時，支座37可以具有布設密封件80的凹槽。可以尤其將這種密封件80設計成 C形密封圈。這種C形密封圈由于其回彈特性尤其適合作為所述密封件。但是原則上也可以采用其它有彈性的密封件，像例如0形密封圈。由于密封件的彈性，可以避免過度限制例如構件由于運行發熱而可能出現的相對運動。現有技術的燃料噴嘴存在的另一個問題是，燃料噴嘴40相對于支座37的制造，因為燃料噴嘴40必須在制造過程中垂直于支座37布設。這種制造因此極其費時而且非常費事，因而也是費用昂貴的。借助于本發明，則可以尤其通過配合75，便利地通過燃氣管70將燃料噴嘴40對中，從而在此處從現在開始不必增加成本費用。在支座37中，可以布設另外的通孔(未單獨示出)，另外至少一條油管路，通過所述另外的通孔延伸穿過支座37。在支座背面101上，設有至少一條分配管道(未示出)，但是大多為兩條分配管道， 分別用于油和燃氣，所述分配管道在支座背面101上，分別已經將相應的燃料供應給供氣管道70和至少一個油管道。因為分配管道不直接與燃燒室中的熱燃氣產生接觸，所以這種分配管道可以由價格低廉的材料制成。此外，對遠離燃料噴嘴40的支座一側區域中的燃燒器裝置的安裝空間的要求，比現有技術寬松了許多。總之，支座的機械加工也變得簡化。位于支座一側的支承面60，為了將燃料噴嘴40固定在支座上而具有孔。支座37 具有與之對應的開口或者孔。通過這些孔，可以借助于螺栓連接或者銷軸連接，將燃料噴嘴 40固定在支座37上。此時，孔分布在位于支座一側的整個支承面60上。燃料噴嘴40因為孔的這種分布而具有能夠快速減振的較高的固有頻率。因此，燃料噴嘴40對于固有頻率是穩固的。螺栓或者銷軸連接將燃料噴嘴40固定在支座37上，并且以此吸收運行時大部分的壓力負荷。位于支座一側的支承面60中的孔，以及與之對應的支座37中的開口 /孔，可以具有較大的測量公差，從而可以快速而便利地制造。基于按照本發明的燃燒器裝置，可以顯著地提高燃燒器裝置的使用壽命。這歸結為，現在可以釋放的熱應變，不再構成有待阻止的熱應力。可以便利地通過燃氣管70，使燃料噴嘴40對中。通過C形密封圈，可以避免不希望的泄漏；以此可以避免不可控制的燃氣和/或壓縮空氣的流出或者流入。借助于按照本發明的燃燒器裝置，現在可以便利地而且不破壞地將單個燃料噴嘴 40從支座上拆下，這樣，直接改善了裝配/拆卸。直接在對已完工以及已投入運行的設備進行檢驗時拆下，這是非常有利的。基于按照本發明的燃燒器裝置，可以顯著地降低費用。這歸結為，燃料分配器37 現在具有比現有技術的燃料分配器27明顯減小的厚度。所有的孔或者開口可以快速而便利地制造，因為沒有要求、也不必遵守特別精確的測量公差。
權利要求
1.一種燃燒器裝置，具有-支座(37)，-至少兩個沿流動方向固定在支座(37)上的具有燃料噴嘴頂部(47a，47b)的燃料噴嘴 (40),-穿過支座(37)延伸到燃料噴嘴頂部G7a，47b)的燃氣供給系統，其特征在于，每個燃料噴嘴GO)包含位于支座一側的部段(45)，所述部段05)在所述支座一側(100)具有支承面(60)，借助于所述支承面(60)，所述部段0 緊貼在支座 (37)的安裝面(55)上，其中至少兩個被構造成整體式的燃料噴嘴頂部G7a，47b)，從位于支座一側的部段G5)開始沿流動方向延伸，同時燃氣供給系統(120)包含至少一個供氣管道(70)及其穿過支座(37)的通道，其中將所述通道實施成配合(75)。
2.按照權利要求1所述的燃燒器裝置，其特征在于，在支座背面(101)上，設有至少一條將氣體輸送給供氣管道(70)的分配管道。
3.按照上述權利要求中任一項所述的燃燒器裝置，其特征在于，設置另外一條穿過支座(37)的液態燃料供給管道，尤其油管道，所述另外的液態燃料供給管道將液態的燃料尤其油，供應給位于支座一側(100)的燃料噴嘴。
4.按照上述權利要求中任一項所述的燃燒器裝置，其特征在于，在燃料噴嘴GO)的位于支座一側的支承面(60)和支座(37)之間，存在至少一個密封件。
5.按照權利要求4所述的燃燒器裝置，其特征在于，位于支座一側(100)的密封件 (80)，被布設在配合(7 和供氣管道(70)的區域中。
6.按照權利要求4或5所述的燃燒器裝置，其特征在于，所述至少一個密封件(80)是 C形密封圈。
7.按照上述權利要求中任一項所述的燃燒器裝置，其特征在于，位于支座一側的支承面(60)，具有至少一個用于將所述位于支座一側的支承面(60)固定在支座(37)的安裝面 (55)上的開口。
8.按照權利要求7所述的燃燒器裝置，其特征在于，所述開口是孔，而所述固定是一種螺栓連接或者銷軸連接。
9.按照權利要求8所述的燃燒器裝置，其特征在于，在位于支座一側的支承面(60)上設有六個孔，其中所述孔分布在位于支座一側的整個支承面(60)上。
10.一種燃氣輪機，包括壓縮機部段3、燃燒部段4、燃燒室5、燃燒器6、透平部段7、轉子9以及按照上述權利要求中任一項所述的燃燒器裝置。
全文摘要
本發明涉及一種燃燒器裝置，所述燃燒器裝置包括支座以及至少兩個沿流動方向固定在所述支座(37)上的具有燃料噴嘴頂部的燃料噴嘴(40)，以及穿過支座(37)延伸到燃料噴嘴頂部的燃氣供給系統，其中每個燃料噴嘴(40)包含位于支座一側的部段(45)，所述部段(45)在所述支座一側(100)具有支承面(60)，借助于所述支承面(60)，所述部段(45)緊貼在支座(37)的安裝面(55)上，其中至少兩個被構造成整體式的燃料噴嘴頂部(47a，47b)，從位于支座一側的部段(45)開始沿流動方向延伸，其中燃氣供給系統包含至少一個供氣管道(70)及其穿過支座(37)的通道，其中將所述通道實施成配合(75)。
文檔編號F23D14/48GK102162641SQ20111004108
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月21日 優先權日2010年2月19日
發明者丹尼爾·沃格特曼, 烏爾里克·沃爾茲, 安德烈亞斯·波特徹, 托拜厄斯·克雷格 申請人:西門子公司