燃料和空气供应结合在燃烧器的壁中的燃烧器制造技术

本发明专利技术涉及一种涡轮机的燃烧器(1)，涡轮机特别是燃气涡轮发动机，该燃烧器包括上游燃烧器区段(2)，用于向燃烧器内部(6)的上游端提供第一燃料和/或含氧流体；下游燃烧器区段(4)，用于向燃烧器内部(6)的下游端或者燃烧室提供第二燃料；以及中间燃烧器区段(3)，在上游燃烧器区段和下游燃烧器区段(4)之间。中间燃烧器区段(3)包括环形壁(10)(优选地，筒形壁)，环形壁(10)包围燃烧器内部(6)的中间区段。环形壁(10)继而包括环形冷却流体通道(11)，特别地用于引导含氧流体；以及环形燃料通道(12)，用于将第二燃料引导到下游燃烧器区段(4)，该环形燃料通道(12)比环形冷却流体通道(11)更远离燃烧器内部(6)。这意味着两个环形槽被结合到环形壁(10)中。此外，上游燃烧器区段(2)包括通过上游燃烧器区段(2)的本体(8)的至少一根集成的燃料管(30)，被配置为为环形燃料通道(12)供料。本发明专利技术还涉及一种运行该燃烧器的方法以及运行该燃烧器的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料和空气供应结合在燃烧器的壁中的燃烧器
本专利技术涉及一种涡轮机(特别是燃气涡轮发动机)的燃烧器和燃烧装置、运行该燃烧器的方法以及制造方法。
技术介绍
作为涡轮机的一个示例，燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧装置和膨胀涡轮作为主要部件。对于燃烧装置，存在不同的设计，例如，环形燃烧装置或者环管式(can-annular)燃烧装置。燃烧装置本身由燃烧器和燃烧室构成。燃料经由该燃烧器被提供至燃烧空间。燃烧室封闭该燃烧空间。燃烧空间还被提供用于燃烧的含氧流体，特别是从压缩机提供的空气。燃烧器可以被供应不同种类的燃料。一些燃烧器甚至可以被设计为(交替地或者并行地)使用两种类型的燃料(特别是气体燃料和液体燃料)来运行。此外，燃烧器可以被设计为在稀薄条件下运行，使得排放物(特别是NOx和CO)保持较低。在稀薄条件下，考虑其中所有或者大部分燃料都被燃烧的燃料和空气的混合物。对于这样的稀薄运行，通常提供所谓的主燃料。对于瞬态运行，例如，在涡轮机启动期间，可以提供额外的燃料作为所谓的引燃燃料(pilotfuel)，以稳定火焰并且避免燃烧动态。通常地，燃烧器内主燃料的注入点和引燃燃料的注入点不同，在一些情况下，甚至提供不同类型的燃料作为主燃料和引燃燃料。因此，燃料管可以被设置在燃烧器的外部，以将主燃料和引燃燃料提供至它们各自的燃料注入点。燃气涡轮发动机的燃烧器大部分被经由压缩机的入口提供的空气包围。经过压缩机，忽略中间通道和空腔，空气可以作为压缩空气(例如，通过引导空气经过旋流器叶片之间的槽，旋流器叶片作为该燃烧器的一部分或者被附接至该燃烧器)而被输送到燃烧器的内部。这些旋流器叶片生成空气旋流，主燃料通常被注入到该空气旋流中，以便燃料和空气良好混合。作为附带效应，围绕燃烧器的周围空气也可以支持冷却所提及的燃烧器外部的燃料管。另一方面，这些燃料管可能会干扰空气流。除了所提及的燃料供应和所提及的旋流器之外，还可以设置为热壁(如燃烧器的壁或者燃烧室的壁)提供冷却的手段。通常地，利用如膜冷却、泄流冷却或者冲击冷却之类的原理，通过将压缩空气引导到燃烧器和燃烧室的特定区域来执行冷却。如果在一些运行模式期间冷却不充分，则液体燃料可能导致未被充分冷却的热壁焦化。如果没有充分冷却，则燃料供应管道内也可能发生焦化。例如，如果需要组装若干个燃烧器部件以构建整个燃烧器，则所有提及的燃烧器特征都会导致大量的制造和组装时间。从EP2650612A1、US6,210,152B1或者EP3059500A1中已知一种特定的燃烧器设计(之后将进行更详细地讨论)，其中旋流器区段之后是混合区段，再之后是出口区段，出口区段继而又被连接到主燃烧区。主燃料可以在旋流器区段中被提供，而引燃燃料可以在出口区段中被提供。
技术实现思路
本专利技术旨在减轻这些缺点。该目的通过独立权利要求来实现。从属权利要求描述了本专利技术的有利改进和修改。根据本专利技术，提供一种涡轮机的燃烧器，涡轮机特别是燃气涡轮发动机，该燃烧器包括上游燃烧器区段、中间燃烧器区段和下游燃烧器区段。上游燃烧器区段被布置为向燃烧器内部的上游端提供第一燃料(通常是所谓的主燃料(气体或者液体))和/或含氧流体(通常是空气)。燃烧器内部基本上是中空空间，其中能够发生燃料和含氧流体的混合。下游燃烧器区段被布置为向燃烧器内部的下游端或者通常位于燃烧器下游的燃烧室提供第二燃料(通常是所谓的引燃燃料(优选地，气体形式))。中间燃烧器区段位于上游燃烧器区段和下游燃烧器区段之间，并且通常限定混合区域，用于进一步混合第一燃料和含氧流体。中间燃烧器区段也可以被称为混合器。中间燃烧器区段包括环形壁(优选地，筒形壁)，该环形壁包围燃烧器内部的中间区段。环形壁继而又包括环形冷却流体通道或者流体槽，特别地用于引导含氧流体；以及环形燃料通道(燃料槽)，用于将第二燃料引导到下游燃烧器区段，环形燃料通道比环形冷却流体通道更远离燃烧器内部。此外，上游燃烧器区段包括通过上游燃烧器区段的本体的至少一根集成的燃料管，被配置为为环形燃料通道供料。通过这样的配置，环形壁包括三个同心壁，这些同心壁由环形冷却流体通道和环形燃料通道分隔。环形冷却流体通道冷却环形壁和/或充当环形燃料通道的隔热屏。由于具有环形燃料通道的环形配置，燃料围绕圆周均匀分布。环形冷却流体通道也使得冷却流体均匀分布。这两个特征均可以避免局部热点。如上所述，上游燃烧器区段包括通过上游燃烧器区段的本体的至少一根集成的燃料管，该燃料管被配置为为环形燃料通道供料。这允许将所有燃料供给特征集成在燃烧器的本体或者燃烧器的壁内。不需要被连接到燃烧器外部的外部管道。术语“上游”/“下游”/“中(游)”被用来指示沿着燃烧器轴线的方向并且相对于燃料流动方向。即使一些流体将被蜗旋，但是最终也可以给出从燃烧器的上游端到燃烧器的出口(下游端)的主行进方向。出口将流体释放到燃烧室中，该燃烧室因此将再次位于燃烧器的下游。假设可以定义燃烧器的轴线，径向方向垂直于该轴线，就燃烧器的径向方向而言，使用术语“内部”和“外部”。径向上位于内部的空腔(燃烧器内部)由径向上位于外部的环形壁包围。在该环形壁之外，即，进一步径向向外，定义了燃烧器外部。燃烧器外部应该是中空空间，以引导从涡轮机的压缩机提供的压缩含氧流体。在一个实施例中，环形壁还可以包括多个膜冷却孔，该膜冷却孔从燃烧器的外部穿透环形壁到燃烧器内部的中间区段，膜冷却孔穿透环形冷却流体通道并且穿透环形燃料通道，但是与环形冷却流体通道和环形燃料通道流体分隔，即，与环形冷却流体通道和环形燃料通道无流体连接。这允许对环形壁的内部表面进行膜冷却。用于膜冷却的流体可以优选地是含氧流体(即，空气)。在另一实施例中，环形壁还可以包括至少一个冷却流体入口孔，从燃烧器的外部为环形冷却流体通道提供冷却流体，即，周围的含氧流体或者压缩空气，该含氧流体或者压缩空气可以被用于冷却，冷却流体入口孔穿透环形燃料通道，但是与环形燃料通道流体分隔。因此，围绕冷却流体入口孔存在局部屏障，使得该入口孔相对于环形燃料通道密封。在环形燃料通道和冷却流体入口孔之间不存在流体连接。在又一实施例中，环形壁还可以包括多个泄流孔(即，泄流冷却孔)，以用于将冷却流体从环形冷却流体通道喷射到燃烧器内部的中间区域，其中优选地，泄流孔围绕圆周并且沿着中间燃烧器区段的轴向长度分布。泄流孔的图案可以在任一方向上变化或者可以保持均匀分布。泄流孔提供了对环形壁的内表面的冷却。在一个实施例中，环形冷却流体通道和环形燃料通道各自可以被限定为沿着中间燃烧器区段的整个轴向长度延伸的槽(即，从上游燃烧器区段延伸到下游燃烧器区段)。这限定了针对整个中间燃烧器区段的冷却屏蔽。在另一实施例中，环形壁还包括环形冷却流体通道和/或环形燃料通道内的间隔元件，其中间隔元件可以被物理连接到仅一个表面并且可以与相应环形通道的相对表面仅为松接触。间隔元件可以被形成为距离凸块(distancebump)，特别是半球体或者半柱体。半柱体可以在轴向方向上伸展开。“松接触”限定了通道没有支柱，若通道有支柱，则支柱可能牢固地连接两个相对的表面。因此，间隔元件仅经由支承接触(bearingcontact)触及相对表面，但不是固定连接。有利地，环形壁可以是一体成形部件，与上游燃烧器区段和下游燃烧器区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮机的燃烧器(1)，涡轮机特别是燃气涡轮发动机，所述燃烧器包括：‑一个上游燃烧器区段(2)，用于向燃烧器内部(6)的一个上游端提供第一燃料和/或含氧流体；‑一个下游燃烧器区段(4)，用于向所述燃烧器内部(6)的一个下游端或者一个燃烧室提供第二燃料；以及‑一个中间燃烧器区段(3)，在所述上游燃烧器区段和所述下游燃烧器区段(4)之间；其中所述中间燃烧器区段(3)包括一个环形壁(10)，所述环形壁优选地为筒形壁，所述环形壁(10)包围所述燃烧器内部(6)的一个中间区段；所述环形壁(10)包括：‑一个环形冷却流体通道(11)，特别地用于引导所述含氧流体；以及‑一个环形燃料通道(12)，用于将所述第二燃料引导到所述下游燃烧器区段(4)，所述环形燃料通道(12)比所述环形冷却流体通道(11)更远离所述燃烧器内部(6)；其中所述上游燃烧器区段(2)包括通过所述上游燃烧器区段(2)的一个本体(8)的至少一根集成的燃料管(30)，所述燃料管(30)被配置为为所述环形燃料通道(12)供料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.31 EP 16186587.81.一种涡轮机的燃烧器(1)，涡轮机特别是燃气涡轮发动机，所述燃烧器包括：-一个上游燃烧器区段(2)，用于向燃烧器内部(6)的一个上游端提供第一燃料和/或含氧流体；-一个下游燃烧器区段(4)，用于向所述燃烧器内部(6)的一个下游端或者一个燃烧室提供第二燃料；以及-一个中间燃烧器区段(3)，在所述上游燃烧器区段和所述下游燃烧器区段(4)之间；其中所述中间燃烧器区段(3)包括一个环形壁(10)，所述环形壁优选地为筒形壁，所述环形壁(10)包围所述燃烧器内部(6)的一个中间区段；所述环形壁(10)包括：-一个环形冷却流体通道(11)，特别地用于引导所述含氧流体；以及-一个环形燃料通道(12)，用于将所述第二燃料引导到所述下游燃烧器区段(4)，所述环形燃料通道(12)比所述环形冷却流体通道(11)更远离所述燃烧器内部(6)；其中所述上游燃烧器区段(2)包括通过所述上游燃烧器区段(2)的一个本体(8)的至少一根集成的燃料管(30)，所述燃料管(30)被配置为为所述环形燃料通道(12)供料。2.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述环形壁(10)还包括多个膜冷却孔(13)，所述膜冷却孔(13)从所述燃烧器(1)的外部(7)穿透所述环形壁(10)到所述燃烧器内部(6)的所述中间区段，所述多个膜冷却孔(13)穿透所述环形冷却流体通道(11)并且穿透所述环形燃料通道(12)，但是与所述环形冷却流体通道(11)和所述环形燃料通道(12)流体分隔。3.根据权利要求1或者2中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述环形壁(10)还包括至少一个冷却流体入口孔(14)，从所述燃烧器(1)的外部(7)为所述环形冷却流体通道(11)提供冷却流体，所述冷却流体入口孔(14)穿透所述环形燃料通道(12)，但是与所述环形燃料通道(12)流体分隔。4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述环形壁(10)还包括多个泄流孔(15)，用于将冷却流体从所述环形冷却流体通道(11)喷射到所述燃烧器(1)的所述内部的中间区域，其中优选地，所述泄流孔(15)围绕圆周并且沿着所述中间燃烧器区段(3)的轴向长度分布。5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述环形壁(10)还包括所述环形冷却流体通道(11)和/或所述环形燃料通道(12)内的多个间隔元件(20)，其中所述间隔元件(20)被物理连接到一个表面(21)并且与相应环形通道(11)的一个相对表面(22)仅为松接触。6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述环形壁(10)是一个一体成形部件，与所述上游燃烧器区段(2)和所述下游燃烧器区段(4)联接；或者所述上游燃烧器区段(2)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·约翰逊，J·拉尔费尔特，JE·伦德格伦，D·莫尔，E·芒克特尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE