用于燃气涡轮的筒形燃烧器及包括此筒形燃烧器的燃气涡轮制造技术

一种用于燃气涡轮的筒形燃烧器，筒形燃烧器包括：至少喷燃器；限定具有燃烧器轴线的燃烧室的至少衬套；其中衬套包括：内管状本体；至少部分地叠盖内管状本体且与内管状本体间隔开以限定冷却空气间隙的外管状本体；其中外管状本体包括与内管状本体的中间部分联接的上游端。

A cylindrical burner for a gas turbine and a gas turbine including the cylindrical burner

【技术实现步骤摘要】
用于燃气涡轮的筒形燃烧器及包括此筒形燃烧器的燃气涡轮相关申请的交叉引用本申请请求享有2017年12月26日提交的俄罗斯专利申请号2017145745的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。
本专利技术涉及一种用于发电站的燃气涡轮的筒形燃烧器。具体而言，本专利技术涉及形成用于发电站的燃气涡轮的筒形燃烧器的冷却衬套的冷壳和热壳之间的界面，即，密封界面。此外，本专利技术涉及包括上文提到的筒形燃烧器的用于发电站的燃气涡轮。
技术介绍
如已知的，用于发电站的燃气涡轮组件(在下文中仅为燃气涡轮)包括具有轴线且设有上游压缩机区段、燃烧器区段和下游涡轮区段的转子。用语下游和上游参照穿过燃气涡轮的主气流的方向。具体而言，压缩机包括供有空气的入口，以及压缩经过的空气的多个叶片。离开压缩机的压缩空气流入仓室，即，由外壳界定的封闭容积，且从该处进入燃烧器中。在燃烧器内，压缩空气与至少一种燃料混合。燃料和压缩空气的混合物流入燃烧室，在该处，混合物燃烧。所得的热气体离开燃烧器，且在涡轮中膨胀，从而对转子做功。为了实现高效率，需要高涡轮入口温度。然而，由于此高温，故生成高NOx排放。为了减少这些排放并提高操作灵活性，如今已知执行连续燃烧循环的特定种类的燃气涡轮。大体上，连续燃气涡轮包括串联的两个燃烧器，其中每个燃烧器设有相对的喷燃器和燃烧室。沿着主气流方向，上游燃烧器称为“预混”燃烧器，且由压缩空气进给。下游燃烧器称为“连续”或“再热”燃烧器，且由离开第一燃烧室的热气体进给。根据第一种类的连续燃气涡轮，两个燃烧器由被称为高压涡轮的涡轮叶片的级物理地分离。如今，已知第二种类的连续燃气涡轮，其中此类燃气涡轮未设有高压涡轮，且预混喷燃器和再热喷燃器在共同的筒形壳内布置成一个直接地另一个的下游。根据此类连续燃气涡轮，多个筒形燃烧器提供成布置为围绕转子轴线的环。每个筒形燃烧器设有衬套，即，限制燃烧室的壳，其分成分别相对于再热喷燃器在上游和下游的两个部分。衬套的上游部分被称为预混衬套，而下游部分被称为连续衬套，且在下游与被称为相框状部件(pictureframe)的面向涡轮的凸缘连接。通常，连续衬套和相框状部件实现为称为过渡管的单个件，其构造成用于朝涡轮、具体是朝涡轮的第一导叶引导离开燃烧器的热气体。例如，再热喷燃器可以延伸穿过流动通道的多个单或双燃料喷射器指状部的形式实现。优选地，这些喷射器指状部可以优选具有叶形后缘的流线型本体的形式实现。由于高的热气体温度，故再热喷燃器未设有任何火花发生器，且燃烧作为自燃开始。当然，根据现有技术的实践，有可能实现具有单个燃烧级且相应地包括单个喷燃器和限定单个燃烧室的单个衬套的筒形燃烧器。列举了上述不同种类的燃气涡轮(即，具有单个或两个燃烧级的筒形燃烧器)，因为本专利技术可应用于所有这两种不同种类的筒形燃烧器。筒形燃烧器的衬套由被称为热壳且限制燃烧室的内管状本体和被称为冷壳的外管状本体限定。该冷壳在外面覆盖热壳的至少部分，与热壳间隔开来用于实现冷却空气通道，且限定外衬套直径。具体而言，冷壳和热壳在下游端处固定至彼此，即，此下游端固定至典型地为相框状部件的公共结构，而冷壳的上游部分用滑动特征(热壳的中间部分)叠盖。筒形燃烧器包括燃烧器外壳，其构造成与设在燃气涡轮外壳中的相关端口孔联接。间隙存在于燃烧器衬套与燃烧器外壳之间，间隙允许压缩空气到达联接至热壳的上游端的喷燃器，具体是预混喷燃器。因此，此间隙在里面由冷壳在下游限制，且由热壳在上游限制。冷壳的上游端与热壳之间的上述滑动联接允许以完全不同的温度工作的这些元件的相对移动。根据现有技术实施，一些不同种类的密封设在冷壳的上游端之间的滑动界面处。例如，US7007482公开了固定至热壳的外表面且滑动联接至冷壳的上游端的所谓“呼啦圈式密封件”。备选地，已知的是，代替呼啦圈式密封件，将具有活塞环的滑动界面设在冷壳的上游端与热壳之间。通过保持热壳限定的燃烧室直径和燃烧器外壳的内径恒定，现有技术的上述解决方案由于用作热壳与冷壳之间的间隔件的呼啦圈式密封件或活塞环的存在而导致了使燃烧器衬套与燃烧器外壳之间存在的间隙减小的缺陷。该间隙尺寸减小的结果在于使穿过间隙的压缩空气的压降增大。令人遗憾的是，为了扩大间隙尺寸，不可能增大燃烧器外壳的直径，实际上，该构件的尺寸取决于构造成用于支承筒形燃烧器的端口孔的尺寸。此外，为了扩大间隙尺寸，不可能减小热壳的直径。实际上，较小的热壳涉及较高的热气体速度，这降低了燃烧器的燃烧性能。从此现有技术出发，如今需要改善冷壳的端部与热壳之间的前述密封滑动界面，以便不影响衬套与外燃烧器壳之间的空气间隙。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种用于燃气涡轮的筒形燃烧器，其中筒形燃烧器包括：-至少喷燃器；-限定具有燃烧器轴线的燃烧室的至少衬套。衬套包括：-内管状本体，或热壳；以及-至少部分地叠盖内管状本体，且与内管状本体间隔开以限定冷却空气间隙的外管状本体或冷壳。在该构造中，外管状本体包括与内管状本体的中间部分联接的上游端。上文列出的筒形燃烧器特征是现有技术水平中已知的，且表示具有单个燃烧级的筒形燃烧器，以及具有两个连续燃烧级的筒形燃烧器。根据具有两个连续燃烧级的此第二种类的筒形燃烧器，每个燃烧器沿热气体方向串联地包括第一喷燃器、第一燃烧室、第二喷燃器、第二燃烧室，以及面向涡轮区段的过渡管。如已知的，热壳从被称为相框状部件的过渡管的下游端延伸至第一喷燃器。冷壳从相框状部件延伸，或从非常接近相框状部件的地方延伸，且最终在第一喷燃器与第二喷燃器之间的中间位置沿衬套与外燃烧器壳之间的空气间隙连接至热壳。重要的是，冷壳的上游端与热壳之间的联接将是密封联接。根据现有技术水平，如前文所提及的，该联接通过焊接彼此的两个壳，或通过密封元件(呼啦圈式密封件或活塞环)置于冷壳的内表面与热壳的外表面之间来执行。第一现有技术不允许壳的相对移动，但不影响间隙的尺寸。第二现有技术允许壳的相对移动，但使间隙减小且使压降增大。本专利技术的主要范围在于允许壳的相对移动，而不影响间隙的尺寸。根据本专利技术的总体定义，外管状本体的上游端与内管状本体之间的联接是直接表面接触联接。换言之，外管状本体的上游端的内表面抵靠在内管状本体的外表面上，而对于外管状本体相对于内管状本体至少沿平行于燃烧器轴线的轴向方向的相对滑动没有任何约束。根据本专利技术的直接表面接触联接构造成实现密封联接。有利地，根据以上解决方案，可应用于具有两个连续燃烧级中的单个的燃烧器中的该解决方案一方面允许适于补偿不同工作温度的壳的相对移动，实际上冷壳的端部简单地抵靠在热壳上而没有任何轴向滑动约束，且另一方面，本专利技术不影响间隙的尺寸，实际上，密封联接未在壳之间设有任何附加密封元件。此外，该密封元件可经受磨损，而导致相关筒形燃烧器的异常行为，且该单个“坏的”筒形燃烧器可驱动整个燃气涡轮设备的排放性能。根据本专利技术的另一个方面，直接表面接触联接包括至少冷却空气通道，其构造成用于使燃烧室与布置在衬套外面的仓室容积，即，衬套与外燃烧器壳之间的间隙连接。实际上，直接表面接触联接限定由冷壳覆盖的热壳的一部分，且因此该叠盖部分需要另外的冷却特征。根据本专利技术，冷却空气通道构造成独立于外管状本体相对于内管状本体的轴向相对滑动保持敞开。出于此原因，根据优选实施例，冷却空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃气涡轮(1)的筒形燃烧器，所述筒形燃烧器(4)包括：‑ 至少喷燃器(5,20,22)；‑ 限定具有燃烧器轴线(24)的燃烧室(6,21,23)的至少衬套(7,26)；其中所述衬套(7,26)包括：‑ 内管状本体(30)；‑ 至少部分地叠盖所述内管状本体(30)且与所述内管状本体(30)间隔开以限定冷却空气间隙(32)的外管状本体(31)；其中所述外管状本体(31)包括与所述内管状本体(30)的中间部分联接的上游端(34)；其特征在于，所述外管状本体(31)的所述上游端(34)与所述内管状本体(30)之间的所述联接是所述外管状本体(31)的所述上游端(34)的内表面抵靠在所述内管状本体(30)的外表面上的直接表面接触联接(38)，其中所述直接表面接触联接(38)构造成用于允许所述外管状本体(31)相对于所述内管状本体(30)至少沿平行于所述燃烧器轴线(24)的轴向方向(M)的相对滑动，且用于独立于所述相对滑动实现具有一定泄漏比率的密封联接。

【技术特征摘要】
2017.12.26 RU 20171457451.一种用于燃气涡轮(1)的筒形燃烧器，所述筒形燃烧器(4)包括：-至少喷燃器(5,20,22)；-限定具有燃烧器轴线(24)的燃烧室(6,21,23)的至少衬套(7,26)；其中所述衬套(7,26)包括：-内管状本体(30)；-至少部分地叠盖所述内管状本体(30)且与所述内管状本体(30)间隔开以限定冷却空气间隙(32)的外管状本体(31)；其中所述外管状本体(31)包括与所述内管状本体(30)的中间部分联接的上游端(34)；其特征在于，所述外管状本体(31)的所述上游端(34)与所述内管状本体(30)之间的所述联接是所述外管状本体(31)的所述上游端(34)的内表面抵靠在所述内管状本体(30)的外表面上的直接表面接触联接(38)，其中所述直接表面接触联接(38)构造成用于允许所述外管状本体(31)相对于所述内管状本体(30)至少沿平行于所述燃烧器轴线(24)的轴向方向(M)的相对滑动，且用于独立于所述相对滑动实现具有一定泄漏比率的密封联接。2.根据权利要求1所述的筒形燃烧器，其特征在于，所述直接表面接触联接(38)包括至少冷却空气通道，其构造成用于使所述燃烧室(6,21,23)与布置在所述衬套(7,26)外的仓室容积(36)连接，所述冷却空气通道构造成独立于所述外管状本体(31)相对于所述内管状本体(30)的轴向相对滑动而为敞开的。3.根据权利要求2所述的筒形燃烧器，其特征在于，所述冷却空气通道包括所述外管状本体(31)的所述上游端(34)中获得的多个轴向贯通槽口(37)，以及在所述内管状本体(30)与所述槽口(37)相对应的部分中获得的至少通道(10,15)。4.根据权利要求3所述的筒形燃烧器，其特征在于，所述轴向贯通槽口(37)始于所述外管状本体(31)的所述上游端(34)的端部边缘。5.根据权利要求3或权利要求4所述的筒形燃烧器，其特征在于，所述直接表面接触联接(38)允许所述外管状本体(31)相对于所述内管状本体(30)还沿以所述燃烧器轴线(24)为中心的周向方向(C)的相对滑动。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：MT莫勒，D潘内尔，C高普，I拜布赞科，VA尤兹贝科娃，
申请(专利权)人：安萨尔多能源瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH