扰流叶片、燃烧器和燃气轮机 |
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| 申请号 | CN201080048386.3 | 申请日 | 2010-08-23 | 公开(公告)号 | CN102906500B | 公开(公告)日 | 2016-03-09 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | A.贝彻; M.卡诺沃尔夫; A.克鲁格; T.克里格; S.斯塔灵; U.沃兹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种扰流 叶片 (19)，包括第一可燃气体 喷嘴 (21)和另外附加的第二可燃气体喷嘴(23)，其中，第一可燃气体喷嘴(21)由第一分配器管(61)供给，以及第二可燃气体喷嘴(23)由第二分配器管(65)供给，在这里，分配器管(61、65)集成在扰流叶片(19)中，其中，扰流叶片(19)设计为，在第一分配器管(61)与第二分配器管(65)之间分成两个扰流叶片半部(19a、19b)。此外本发明还涉及一种 燃烧器 和一种 燃气轮机 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于设置在空气供给通道内的扰流叶片(19)，包括一个第一可燃气体喷嘴(21)和另外附加的沿空气流动方向在所述第一可燃气体喷嘴(21)下游的第二可燃气体喷嘴(23)，其中，第一可燃气体喷嘴(21)由第一分配器管(61)供给，以及第二可燃气体喷嘴(23)由沿空气流动方向在所述第一分配器管(61)下游的第二分配器管(65)供给，在这里，分配器管(61、65)集成在扰流叶片(19)中，其特征为：扰流叶片(19)设计为，在第一分配器管(61)与第二分配器管(65)之间分成两个扰流叶片半部(19a、19b)。 |
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| 说明书全文 | 扰流叶片、燃烧器和燃气轮机技术领域[0001] 本发明涉及一种尤其燃气轮机中燃烧器的扰流叶片。此外本发明还涉及一种燃烧器和一种燃气轮机。 背景技术[0002] 鉴于全世界致力于降低尤其燃气轮机中燃烧装置的有害物排放量，近些年发展了一些氮氧化物(NOx)排放量特别低的燃烧器。在这方面非常有价值的是，这些燃烧器不仅可以用一种燃料工作，而且还尽可能可以用不同的燃料工作，例如按选择使用油和天然气或它们的组合，以提高供货安全性及工作灵活性。例如在EP0276696B1中介绍了这些燃烧器。 [0003] 在EP0276696B1中介绍的燃烧器，是一种如尤其使用于燃气轮机设备中的混合式燃烧器，用于用可燃气体和/或油预混合工作。这种燃烧器包括一个中央燃料供给装置，其中还集成有一个控制燃烧器系统，它作为所谓的扩散式燃烧器或作为独立的预混合燃烧器可以用可燃气体和/或油工作。除此之外还规定有可能供给惰性物质。中央燃料供给装置被主燃烧器系统围绕，该主燃烧器系统具有一个供给空气的环形通道系统，包括处于其中有多个叶片的扰流叶片组以及设在叶片上游用于与可燃气体预混合工作的喷管。除此之外在燃料供给装置中，在扰流叶片组区域内还存在油的进口喷嘴，它们可以将主空气流与油预混合。 [0004] 取代如在EP0276696B1中借助处于叶片上游的喷管，也可以通过设在扰流叶片本身内的喷口将可燃气体喷入空气通道中，例如在EP0580683B1中所介绍的那样。 [0005] 为了控制排放和未来还能进一步提高燃烧稳定性，除了例如在EP0580683B1中那样通过叶片的一个可燃气体喷嘴外，还应利用通过叶片的另一个可燃气体喷嘴。此附加的可燃气体喷嘴应能单独受主可燃气体级控制，也就是说，除了迄今已存在的可燃气体和油通道外，在燃烧器的中央燃料供给装置内必须加入附加的第二可燃气体通道。现在的难点在于，具有附加可燃气体通道的扰流叶片满足必要的强度规范，与此同时有长的使用寿命。 发明内容[0006] 因此本发明要解决的技术问题是提供一种具有第一可燃气体喷嘴和另外附加的第二可燃气体喷嘴的有利的扰流叶片。本发明第二要解决的技术问题是，提供一种有利的燃烧器。另一个要解决的技术问题是提供一种有利的燃气轮机。 [0007] 第一个技术问题通过一种按权利要求1所述的扰流叶片得以解决，第二个技术问题通过按权利要求9所述的燃烧器得以解决，以及另一个技术问题通过按权利要求10所述的燃气轮机得以解决。从属权利要求含有本发明的一些有利的扩展设计。 [0008] 在这里，按本发明的这种扰流叶片，包括第一可燃气体喷嘴和另外附加的第二可燃气体喷嘴，其中，第一喷嘴由第一分配器管供给，以及第二喷嘴由第二分配器管供给，在这里，分配器管集成在扰流叶片中。扰流叶片和给分配器管供给燃料或一种燃料混合物的燃料供给装置具有一个燃料流动方向。 [0009] 按本发明已知，若叶片喷嘴在下部区和上部区同样设计，则可以说造成双配合(Doppelpassung)。因此对叶片定向的调整也不再能通过一个旋转点例如借助存在的调整垫片进行。现在基于多个喷嘴轴线和双配合，所以不再存在真正的旋转点。 [0010] 因此按本发明，在第一分配器管与第二分配器管之间的扰流叶片，设计为分成两个扰流叶片半部。 [0011] 有利的是，现在叶片或两个叶片半部，它们的定向又重新可以通过调整垫片进行。除此之外，可以通过两个独立的分配器管分别实施燃料控制。分割式叶片还可以简单和便宜地制造。 [0012] 优选地，所述两个扰流叶片半部在工作时具有一个流动方向，以及在上游分别与第一和第二燃料分配器通道连接，其中，第一和第二燃料分配器通道设在中央燃料供给装置内。在这里，这些扰流叶片半部安装在供给燃烧用空气的环形空气通道内。 [0013] 因此，来自第一燃料分配器通道的燃料，来自第二燃料分配器通道的燃料，可以彼此独立地喷入第一分配器管内或第二分配器管内。由此可以实现这些燃料分配器通道并因而扰流叶片半部的燃料不同的“分级(staging)”。这正好在全负荷与部分负荷之间转换时或在冲洗时是有利的，因为通过完全独立地供给燃料可以避免热应力，以及另一方面可以非常迅速地实现转换。 [0014] 优选地，这些扰流叶片半部安装在供给燃烧用空气的环形空气通道内，它围绕中央燃料供给装置，其中，第一燃料喷嘴由在中央燃料供给装置内的第一燃料分配器供给装置供给，以及第二燃料喷嘴由在中央燃料供给装置内的第二燃料分配器通道供给。 [0015] 此外，按优选的设计，燃料分配器供给装置有一个流动方向和包括一个供给管，它在下游与扰流叶片之一连接，以及包括一个环形附加件(Ringaufsatz)，其中，供给管在上游与环形附加件连接，其中，环形附加件沿流向看连接在燃料分配器通道上游。 [0016] 优选地，所述两个扰流叶片半部在下游具有配合塞和在上游具有附属的滑座。其中，滑座在上游至少部分伸入中央燃料供给装置内。在这里，所述两个叶片半部优选地仅插入配合塞内。因此两个叶片半部可以热膨胀。从而可以避免热应力。由此可以显著延长分割式扰流叶片的使用寿命并因而延长整个燃烧器的使用寿命。 [0017] 按有利的设计，这两个扰流叶片半部分别具有螺母，借助它可以拧紧扰流叶片半部，使其压靠在下游的界壁上。 [0019] 由下面参见附图对实施例的说明中，提供本发明的其他特征、特点和优点。 [0020] 其中： [0021] 图1用非常示意性的原理简图表示按本发明的燃烧器； [0022] 图2表示有两个可燃气体级和一个油通道的燃烧室套筒原理图； [0023] 图3表示有两个可燃气体级的扰流叶片原理图； [0024] 图4表示按本发明在套筒内的分割式扰流叶片(通过叶片剖开示出的横截面)原理图； [0025] 图5表示按本发明在套筒内的分割式扰流叶片(俯视)原理图； [0026] 图6表示按本发明有环形附加件和分割式扰流叶片的燃烧室套筒原理图；以及[0027] 图7表示有分割式扰流叶片的环形附加件俯视图。 具体实施方式[0028] 下面参见用非常示意性的原理简图表示按本发明燃烧器的图1，它说明燃烧器基本设计方案。 [0029] 按本发明的燃烧器，它必要时与多个同样的燃烧器组合可例如使用于燃气轮机燃烧室内，包括一个内部控制燃烧器系统和一个同心地围绕此控制燃烧器系统的主燃烧器系统。不仅控制燃烧器系统，而且主燃烧器系统，可以按选择用气态和/或液态燃料工作，例如天然气或燃油。 [0030] 控制燃烧器系统包括一个内供油通道1，它被一个环形的内可燃气体供给通道3同心地围绕。内可燃气体供给通道3又被一个内空气供给通道或惰性物质供给通道5同心地围绕。此外可以在此空气供给通道内或上设置恰当的点火系统(图中没有表示)。控制燃烧器系统有一个面朝燃烧室7的出口9，在出口9的区域内，在空气供给通道中设扰流叶片组11。借助喷口13可以将可燃气体从内可燃气体供给通道3喷入扰流叶片组区域内，或在扰流叶片组上游喷入空气供给通道5内。来自油供给通道的油，可以借助喷油嘴15，在扰流叶片组下游喷入供给的空气中或供给的惰性物质内。 [0031] 控制燃烧器系统可按已知的方式作为扩散式燃烧器用油和/或可燃气体工作，燃料在扩散式燃烧器中直接喷入火焰内。但也存在这样的可能性，即，控制燃烧器系统作为预混合燃烧器工作，燃料在预混合燃烧器内与空气彻底混合，然后将混合物供给火焰。 [0032] 围绕控制燃烧器系统的主燃烧器系统包括一个沿径向在外部的空气供给通道17，亦称环形空气道，扰流叶片组的多个扰流叶片19延伸穿过它。扰流叶片19有第一可燃气体喷嘴21和第二可燃气体喷嘴23，气体燃料可通过它们喷入经由径向空气供给通道17流入的空气中。此外可借助喷油嘴25在流动通过空气供给通道17的空气内再喷入油。虽然在本实施例中论及油和喷油嘴，但这仅仅应作为适用的液态燃料和相应的喷嘴的代表。 [0033] 处于扰流叶片19内的第一可燃气体喷嘴21和第二可燃气体喷嘴23以及喷油嘴25，通过沿径向处于内部的燃料供给装置，所谓的套筒27供应燃料。在套筒27内设置第一和第二环形可燃气体分配器通道29和31，它们给可燃气体喷嘴21或23供应可燃气体。扰流叶片19和燃料供给装置有一个燃料流动方向100。此外，在套筒27内设环形的油分配器通道33，它给喷油嘴25供油。可燃气体分配器通道29、31和油分配器通道33，通过可燃气体供给通道35、37或通过油供给通道39供应相应的燃料。可燃气体供给通道35、37给可燃气体分配器通道29、31供应燃料。针对油供给通道39存在自己的油供给管43。 [0034] 图2表示有燃料分配器通道29和31的燃料套筒27，它有一些将燃料导入叶片19中的孔。这两个燃料分配器通道29和31基本上平行布设，以及通过隔板50隔开。 [0035] 图3表示有两个集成的、可彼此独立控制的可燃气体级B和D的扰流叶片7原理图。 [0036] 扰流叶片19有两个彼此独立的可燃气体分配器通道29和31。其中一个具有出口喷嘴21的可燃气体分配器通道29，可例如使用于喷入介质D，它不同于第二可燃气体分配器通道31通过出口喷嘴23喷入的介质(介质B)。优选地，这两种通过扰流叶片19的可燃气体分配器通道29和31喷入的是气态介质，例如一种介质是天然气和另一种介质是煤气。在需要时同样可通过这些出口喷嘴21和/或23喷入一种惰性物质，例如水蒸气。 [0037] 按本发明已知，在上部区和下部区采用双重相同设计的叶片喷嘴造成两个双配合51，它导致叶片19尤其不再能通过此可包括至少一个调整垫片的配合51调整叶片定向。 其结果是，现在不再存在旋转点(支点)。在这种情况下尤其可以将喷嘴轴线看作旋转点。 基于多个喷嘴轴线和双配合，因而不再存在旋转点。 [0038] 扰流叶片19配备有第一可燃气体喷嘴21和另一个附加的第二可燃气体喷嘴23。其中，喷嘴21由第一分配器管61供给，而喷嘴23由第二分配器管65供给，在这里分配器管61、65集成在扰流叶片19中。 [0039] 现在按本发明扰流叶片19设计为，在第一分配器管61与第二分配器管65之间分成两个扰流叶片半部19a、19b(图4)。这样做的优点是，这些喷嘴可通过喷口21和23独立控制。由此可以实施不同的“分级(staging)”。因而也可以分别控制通道31和29。这对于使用寿命也起有利的作用，因为现在也可以控制这两个通道31和29的热负荷。这在从部分负荷向全负荷转换，和反过来从全负荷向部分负荷转换时，都是特别有利的。与一个具有双配合51的叶片相比，分割式叶片19a、19b的制造快得多和便宜得多。此外，这两个扰流叶片半部19a、19b的叶片定向可通过调整垫片进行。 [0040] 此外扰流叶片半部19a、19b在空气供给通道17的外界壁17b上有一种配合，也就是说，有一个所谓的配合塞90a、90b和一个滑座85a、85b，它可以说安装在套筒27本身内。通过配合塞90a、90b和一个滑座85a、85b，这两个扰流叶片半部19a、19b现在可以分开热膨胀，由此同样减小应力。在空气供给通道17的外界壁17b上用螺母86a、86b(图5)旋紧这两个扰流叶片半部19a、19b，压靠在此外界壁17b上。 [0041] 套筒27还可以包括一个供给管55(图6和7)，它在下游与扰流叶片半部之一19a(19b)连接，以及包括一个环形附加件60，其中，供给管55在上游与环形附加件60连接，在这里，环形附加件60沿流向100看连接在燃料分配器通道31(或29)上游。因此可以说将分配器通道之一29或31设计为供给管55。 [0042] 供给管55在下游汇入分配器管61(或65)。供给管55在上游与环形附加件60(图5)连接。在这里，环形附加件60沿流向看连接在燃料分配器通道31(或29)上游。由此使原来的燃料分配器通道31(或29)可以说平行于供给管55。环形附加件60通过单独的管接头75供应。原来的燃料分配器通道31(或29)通过另一个通道80供应。所以这两个可燃气体导引通道，亦即供给管55与环形附加件60和原来的燃料分配器通道31(或29)，按本发明在空间上去耦。环形附加件60起如下的作用：它撤除套筒27中的高应力并将应力在构件上均匀地分布。由此通过降低应力消除对结构空间的危害。 [0043] 为了达到进一步降低应力，将燃料分配器通道31(或29)与供给管55隔开的隔板50设计为弹性的。在这里隔板50可以用一种弹性材料制造。附加或与此不同，隔板50也可以通过相应的几何设计造成弹性并因而抵消应力。这例如可以通过弯曲或波形的隔板50造成。 |
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