用于利用燃烧器内的冷却空气的系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种用于利用燃烧器内的冷却空气的系统，该系统包括燃料喷嘴，该燃料喷嘴具有：轴向延伸的中心体部；燃烧管，该燃烧管周向地包绕中心体部的至少一部分；和预混通道，该预混通道被限定在中心体部与燃烧管之间。该系统还包括燃烧器帽组件，该燃烧器帽组件具有：第一冷却空气增压室，该第一冷却空气增压室被限定在帽板与第一分隔板之间；第二冷却空气增压室，该第二冷却空气增压室在第二分隔板与第一分隔板之间被限定在第一冷却空气增压室的上游；和管，该管提供从第一冷却空气增压室、通过第二冷却空气增压室并且通过第二分隔板的流体连通。

【技术实现步骤摘要】

本技术总体涉及用于燃气涡轮机的燃烧器。更具体地，本技术涉及用于利用燃烧器内的冷却空气的系统。
技术介绍
在空气摄取涡轮机(例如，燃气涡轮机)中，空气进入压缩机并且在被引向燃烧器的同时被逐渐加压。压缩空气与燃料预混并且在被限定在燃烧器内的反应区内点火，从而产生高温燃烧气体。燃烧气体随后通过衬套和/或过渡件从燃烧室被引导至涡轮机的涡轮部段，在涡轮部段处，燃烧气体流过交替的静止叶片行和固定到转子轴的转子轮叶。当燃烧气体流过转子轮叶时，动能和/或热能传递到转子轮叶，从而使转子轴旋转。为了提高涡轮机效率，现代燃烧器在高温下操作，从而在布置于燃烧器内的各个机械部件上产生高热应力。因此，至少一部分供应到燃烧器的压缩空气用作冷却空气以冷却这些部件。例如，特定的燃烧器包括大体环形燃烧器帽组件，该大体环形燃烧器帽组件至少部分地包绕位于燃烧器内的一个或多个燃料喷嘴。特定的燃烧器帽组件设计包括帽板，该帽板布置于燃烧器帽组件的下游端。燃料喷嘴至少部分地延伸穿过帽板，该帽板典型地布置为与燃烧室基本相邻。因此，帽板通常暴露于极高的温度下。一种冷却帽板的方式是引导一部分压缩空气作为冷却空气进入燃烧器帽组件中和帽板的上游侧上。冷却空气随后被引导通过延伸穿过帽板的多个冷却或渗出孔。冷却空气从渗出孔流入被限定在燃烧器内的反应区中。该方法在本领域内被称为发散冷却。然而，流过多个冷却孔的冷却空气在未与燃料混合并且处于远低于燃烧火焰温度的温度的情况下进入反应区。因此，NOx和/或CO2产生可能加剧并且总体涡轮机效率可能降低。此外，冷却空气的冷却能力未被完全优化，从而降低燃烧器的冷却效率。因 此，改进的用于利用燃烧器帽组件内的冷却空气的系统和方法将是有用的。
技术实现思路
本技术的方面和优点将在下文的描述中得以阐述，或者可以是通过描述显而易见的，或者可以通过实施本技术而习得。本技术的一个实施例是一种用于利用燃烧器内的冷却空气的系统。该系统包括燃料喷嘴，该燃料喷嘴具有：轴向延伸的中心体部；燃烧管，该燃烧管周向地包绕中心体部的至少一部分；和预混通道，该预混通道被限定在中心体部与燃烧管之间。该系统还包括燃烧器帽组件，该燃烧器帽组件具有：第一冷却空气增压室，该第一冷却空气增压室被限定在帽板与第一分隔板之间；第二冷却空气增压室，该第二冷却空气增压室在第二分隔板与第一分隔板之间被限定在第一冷却空气增压室的上游；和管，该管提供从第一冷却空气增压室、通过第二冷却空气增压室并且通过第二分隔板的流体连通。燃料喷嘴在燃烧器帽组件内轴向地延伸。其中，所述管提供所述第一冷却空气增压室与所述预混通道之间的流体连通。其中，所述燃料喷嘴包括吹扫空气通道，所述吹扫空气通道在所述中心体部内轴向地延伸，其中所述管提供所述第一冷却空气增压室与所述吹扫空气通道之间的流体连通。其中，所述管与所述燃料喷嘴基本平行地延伸通过所述第二冷却空气增压室。其中，位于所述第二冷却空气增压室内的管的至少一部分是弯曲的。其中，所述管流体地隔离来自所述第一冷却空气增压室的排放冷却空气与所述第二冷却空气增压室。其中，所述燃烧器帽组件还包括外部支承套筒，所述外部支承套筒从所述燃烧器帽组件的护罩径向向外地延伸，其中所述外部支承套筒包括多个轴向延伸通孔，所述多个轴向延伸通孔被配置成调节流过其中并且流向所述燃烧器的头端部的压缩空气。本技术的另一个实施例是一种燃烧器。该燃烧器包括端盖，该端盖联接到外壳。端盖和外壳限定了高压增压室和燃烧器的头端。该燃烧器还包括燃料喷嘴，该燃料喷嘴从端盖轴向地向下游延伸并且与头端流体连通。燃料喷嘴包括：轴向延伸中心体部；燃烧管，该燃烧管周向地包绕中心体部的至少一部分；预混通道，该预混通道被限定在中心体部与燃烧管之间；和吹扫空气通道，该吹扫空气通道被限定在中心体部内。该燃烧器还包括燃烧器帽组件，该燃烧器帽组件周向地包绕燃料喷嘴的至少一部分。该燃烧器帽组件包括：被限定在帽板与第一分隔板之间的第一冷却空气增压室；第二冷却空气增压室，该第二冷却空气增压室在第二分隔板与第一分隔板之间被限定在第一冷却空气增压室的上游；和管。所述管提供从/或离开第一冷却空气增压室、通过第二冷却空气增压室和通过第二分隔板的流体连通。其中，所述管提供所述第一冷却空气增压室与所述预混通道之间的流体连通。其中，所述管提供所述第一冷却空气增压室与所述吹扫空气通道之间的流体连通。其中，所述管与所述燃料喷嘴基本平行地延伸通过所述第二冷却空气增压室。其中，位于所述第二冷却空气增压室内的所述管的至少一部分是弯曲的。其中，所述管的出口被限定成接近所述燃烧管的径向开口、通向所述预混通道的入口、和被限定在所述中心体部内的孔口中的至少一个。其中，所述第二冷却空气增压室与所述高压增压室流体连通，其中所述管流体地隔离来自所述第一冷却空气增压室的排放冷却空气与所述第二冷却空气增压室中的冷却空气。其中，所述燃烧器帽组件还包括外部支承套筒，所述外部支承套筒朝向所述外壳从所述燃烧器帽组件的护罩径向向外地延伸，其中所述外部支承套筒包括多个轴向延伸的通孔。本技术的另一个实施例是一种用于利用诸如燃气涡轮机燃烧器之类的燃烧器内的冷却空气的方法。该方法包括使冷却空气从被限定在燃烧器内的环形流通道流入燃烧器帽组件的第二冷却空气增压室中。该环形流通道与高压增压室流体连通。该方法还包括使冷却空气流过第一分隔板并且流入燃烧器帽组件的第一冷却空气增压室中，使得冷却空气相对于燃烧器帽组件的帽板的冷侧流动，以向其提供冷却。该方法还包括通过管将离开第一冷却空气增压室的排放冷却空气引导到燃烧器的头端部。该管从被限定在第一分隔板中的开口、通过第二冷却空气增压室并且通过至少部分地限定了第二冷却空气增压室的第二分隔板延伸。其中，所述方法还包括使排放冷却空气流入被限定在燃料喷嘴的中心体部中的吹扫空气通道，所述燃料喷嘴轴向地延伸通过所述燃烧器帽组件。其中，所述方法还包括使排放冷却空气流入预混通道，所述预混通道由轴向地延伸通过所述燃烧器帽组件的燃料喷嘴限定。其中，所述方法还包括使压缩空气通过所述环形流通道流入所述头端中并且使冷却排放空气与压缩空气混合。其中，所述方法还包括通过所述管流体地隔离排放冷却空气与所述第二冷却空气增压室内的冷却空气。在阅览本说明书之后，本领域普通技术人员将更好地领会这些、以及其它实施例的特征和方法。附图说明说明书的其余部分中(包括参照附图)更具体地阐述了面向本领域技术人员的本技术的完整公开，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本技术，包括本技术的最佳模式，在附图中：图1示出了可以结合至本技术的现有技术中的燃气涡轮机的功能图；图2是根据本技术的包括燃烧器的燃气涡轮机的燃烧部段的一部分的剖面侧视图；图3是根据本技术的实施例的如图2中所示的燃烧器的一部分的放大剖面透视图；图4是根据本技术的一个实施例的如图3中所示的燃烧器的示例性燃烧器帽组件的一部分的透视图；图5是根据本技术的实施例的如图2中所示的燃烧器的一部分的放大剖面透视图，其中提供了如图2中所示的燃烧器的操作流程图；和图6是根据本技术的实施例的用于利用如图2中所示的燃烧器内的冷却空气的示例性方法的流程图。具体实施方式现在将详细地参照本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于利用燃烧器内的冷却空气的系统，所述系统包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴具有：轴向延伸的中心体部；燃烧管，所述燃烧管周向地包绕所述中心体部的至少一部分；和预混通道，所述预混通道被限定在所述中心体部与所述燃烧管之间；和燃烧器帽组件，所述燃烧器帽组件具有：第一冷却空气增压室，所述第一冷却空气增压室被限定在帽板与第一分隔板之间；第二冷却空气增压室，所述第二冷却空气增压室在第二分隔板与所述第一分隔板之间被限定在所述第一冷却空气增压室的上游；和管，所述管提供从所述第一冷却空气增压室、通过所述第二冷却空气增压室并且通过所述第二分隔板的流体连通，其中所述燃料喷嘴在所述燃烧器帽组件内轴向地延伸。

【技术特征摘要】
2014.12.23 US 14/5803151.一种用于利用燃烧器内的冷却空气的系统，所述系统包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴具有：轴向延伸的中心体部；燃烧管，所述燃烧管周向地包绕所述中心体部的至少一部分；和预混通道，所述预混通道被限定在所述中心体部与所述燃烧管之间；和燃烧器帽组件，所述燃烧器帽组件具有：第一冷却空气增压室，所述第一冷却空气增压室被限定在帽板与第一分隔板之间；第二冷却空气增压室，所述第二冷却空气增压室在第二分隔板与所述第一分隔板之间被限定在所述第一冷却空气增压室的上游；和管，所述管提供从所述第一冷却空气增压室、通过所述第二冷却空气增压室并且通过所述第二分隔板的流体连通，其中所述燃料喷嘴在所述燃烧器帽组件内轴向地延伸。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管提供所述第一冷却空气增压室与所述预混通道之间的流体连通。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料喷嘴包括吹扫空气通道，所述吹扫空气通道在所述中心体部内轴向地延伸，其中所述管提供所述第一冷却空气增压室与所述吹扫空气通道之间的流体连通。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管与所述燃料喷嘴平行地延伸通过所述第二冷却空气增压室。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，位于所述第二冷却空气增压室内的管的至少一部分是弯曲的。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管隔离来自所述第一冷却空气增压室的排放冷却空气与所述第二冷却空气增压室。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃烧器帽组件还包括外部支承套筒，所述外部支承套筒从所述燃烧器帽组件的护罩径向向外地延伸，其中所述外部支承套筒包括多个轴向延伸通孔，所述多个轴向延伸通孔用于调节流过该多个轴向延伸通孔并且流向所述燃烧器的头端部的压缩空气。8.一种燃烧器，包括：端盖，所述端盖联接到外壳，其中所述端盖和所述外壳限定了高压增压室和所述燃烧器的头...

【专利技术属性】
技术研发人员：CA安托尼奥诺，YH聪，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：新型
国别省市：美国;US