整体式筒形燃烧室制造技术

一种用于工业涡轮机的筒形燃烧室，包括一个过渡件，其使用单件式过渡件（１２０）直接从燃烧室首端（１００）过渡到涡轮机进口。在一种实施例中，该过渡件是没有接头的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地说涉及涡轮机组件，更确切地说涉及一种燃烧室。
技术介绍
工业燃气轮机燃烧室典型地设计成多个离散的燃烧室或者“筒”围绕涡轮机的圆周排成一排。通常，工业燃气轮机筒形燃烧室壁由两个主要部件构成一接合圆形的首端的圆柱形或者圆锥形金属板衬套，以及一将高温燃气流程直接从衬套的圆形横截面过渡到涡轮机进口的弧形部分的金属板过渡件。这两个部件用柔性接头配合在一起，该接头需要将一部分压缩机排气消耗于冷却流以及接头处的泄漏。传统的燃气轮机燃烧室利用扩散(也就是非预混合)燃烧，其中燃料和空气分别进入燃烧室。混合和燃烧过程产生的火焰温度超过3900°F。由于传统的具有金属壁的燃烧室衬套和/或过渡件通常所能承受的最高金属温度大约只有1500°F，而在该高温下只能够经受大约一万小时(10000hrs)，必须采取措施保护燃烧室衬套和/或过渡件。因为双原子氮在温度超过大约3000°F(大约1650℃)时迅速分解，扩散燃烧的高温导致较高的NoX排放。降低NoX排放的一种途径是将最大可能压缩空气量与燃料预混合。所获得的稀薄预混燃烧产生较低的火焰温度并因此产生较低的NoX排放。本专利技术的委托人用术语“DryLow NoX”(DLN)来指不用稀释(也就是注射水)来进一步降低火焰温度的稀薄预混燃烧系统。尽管稀薄预混燃烧比扩散燃烧温度低，火焰温度还是太高，以至于没有冷却的燃烧室组件不能够承受。另外，因为高级的燃烧室将最大可能空气量与燃料进行预混合来降低NoX，只有很少或者没有冷却空气可用，使得对燃烧室衬套和过渡件进行薄膜冷却是不切实际的。然而，燃烧室壁需要主动冷却来维持材料温度低于极限。在DLN燃烧系统中，这种冷却只能通过低温侧对流进行。这种冷却必须在满足热梯度以及压力损失的要求下进行。因此例如热障涂层结合“背”冷却的方式被考虑用来保护燃烧室衬套和过渡件以免其在如此高的温度下破坏。背冷却包括在将空气与燃料预混合前使压缩机排气流过过渡件和燃烧室衬套的外表面。在温度上与现有技术的DLN燃烧一致，需要稍微增强背面对流热传递，除了热传递外还可以实现简单的对流冷却，并且压力损失在可接受的范围内。至于燃烧室衬套，一种现有的实施方式是冲击冷却衬套。另一种实施方式是在衬套的外表面上设置线性紊流器。另一种更近的实施方式是在衬套的外表面上设置一排凹腔(参见美国专利第6098 397号)。各种已知的技术加强了热传递但是对热梯度和压力损失的影响是不同的。紊流条通过在流体中设置钝体来工作，钝体扰动流体产生剪切层以及高度紊流加强表面上的热传递。酒窝状凹腔通过提供有组织的漩涡起作用，以加强流体混合以及擦洗表面来改善热传递。衬套低温侧的低的热传递率可能导致衬套表面高温并最终失去强度。几种由于衬套高温可能引起的故障模式包括破裂、膨胀以及氧化，但是并不只限于此。这些机制缩短了衬套的寿命，需要过早地更换零件。另外，传统的筒形燃烧室到系统有长的流程，这导致了高的压力损失以及高温废气长的停留时间。长的停留时间在低功率时有利于降低CO，但是不利的是在高功率高温条件下促使NoX形成。因此，需要一种以低排放以及低压力损失完成燃烧的燃烧室，其给高温废气提供足够长的停留时间来完成燃烧过程而不会形成过多的CO，并且允许充分混合燃烧废气来降低涡轮机中的温度不均匀性，并且保持最大可能压缩机排气量用于预混合。
技术实现思路
上面讨论的以及其它的缺点和不足在一种筒形燃烧室的实施方式中克服或者缓和了，该筒形燃烧室包括一个过渡件，其只使用唯一的一个用于工业涡轮机的过渡件直接从燃烧室首端过渡到涡轮机进口。在一种实施方式中，过渡件是没有接头的。在另一种实施方式中，工业涡轮发动机包括一个燃烧部分、一个位于燃烧部分下游的排气部分、一个位于燃烧部分和排气部分之间的过渡区域、一个限定燃烧部分和过渡区域的燃烧室过渡件，所述过渡件用于将高温燃烧气体带到涡轮机的相应于排气部分的第一级、以及一个围绕所述燃烧室过渡件的流体套筒，所述流体套筒具有多排用于将冷却空气从压缩机排气引入流体套筒和过渡件之间的流体环面中的冷却孔。在一种替代方案中，公开了一种用于冷却燃气轮机燃烧室的燃烧室过渡件的方法，该燃烧室过渡件具有基本上圆形的前部横截面以及弧形的尾端，以及一个基本同心地环绕过渡件的流体套筒，并在其之间形成一个流体环面用于将空气喂给燃气轮机燃烧室。这种方法包括使用一个整体式的直接从燃烧室首端过渡到涡轮机进口的过渡件，并且在所述流体环面中的压缩机排气沿与流入燃气轮机燃烧室的进气的正常流动方向相反的方向流动。本专利技术的上面讨论的以及其它特征和优点可以由本领域的技术人员从下面的详细说明以及附图中获知以及理解。附图说明现在参考附图，这里在多幅附图中类似的元件用类似的附图标记表示。附图示出图1示出了已知的燃气轮机燃烧室的示意图；图2示出了按照一种实施例的整体式燃烧室衬套或者由一个冲击套筒环绕的延长的过渡件的示意图；图3示出了图2中虚线圆的详图，描述了在装配时安置和定位过渡件和前部套筒的方法；以及图4示出了后安装支架的示意图，图解说明了按照一种实施例用于简化图2中的整体式燃烧室衬套安装而延长的槽。附图标记回流式燃烧室10、排气11、燃烧室14、第一级16、燃烧室18、涡轮节20、连接器22、衬套24、外表面26、第二流体套筒或燃烧室流体套筒28、第一流体套筒或冲击套筒29、第二流体环面30、第一流体环面31、流向32、圆形盖34、端盖36、燃料喷嘴38、前压力罩40、后压力罩42、圆形燃烧室首端100、涡轮机环带扇形段102、后支承凸缘103、呼啦密封件110、活塞环111、突出部或键112、键槽113、外表面114、过渡件120、前套筒122、冷却环面124、后支架128、冲击套筒129、圆形盖134、端盖136、多个燃料喷嘴138、槽140、安装支架142、接收安装销152。具体实施例方式参考图1，示出了一种回流式管环燃烧室10。燃烧室10通过在封闭的空间内燃烧空气和燃料产生气体用于驱动涡轮机的转动运动，并将产生的燃烧气体通过一排固定的叶片排出。在工作时，来自压缩机(压缩到大约250-400磅/平方英寸的压力)的排气11在其流过燃烧室外侧(用14表示)、并且在其重新进入燃烧室到涡轮机的途中(16所示的第一级)反转方向。压缩空气和燃料在燃烧室18中燃烧，产生温度大约为1500℃或者大约2730°F的气体。这些燃烧气体以高速经由过渡件20流入涡轮节16。过渡件20在连接器22处连接到燃烧室衬套24，但在某些实施方案中，可能将一离散的连接器段安置在过渡件20和燃烧室衬套之间。当排气11流过过渡件20和燃烧室衬套24的外表面26时，就对燃烧室组件提供了对流冷却。特别是存在排气11的环流，其对流地经过衬套24的外表面26(冷面)。在一种实施例中，排气流过第一流体套筒29(也就是冲击套筒)、然后第二流体套筒28，这两个套筒构成了一个环形间隙30，这样流速能够足够高来产生高的热传递系数。第一和第二流体套筒29和28是两个连接在一起的单独的套筒，其中这两个流体套筒分别安置在过渡件20和燃烧室衬套24处。特别的，过渡件20的冲击套筒29(或者第一流体套筒)以套装方式在燃烧室流体套筒28(或者第二流体套筒)的尾端容纳在一个固定法兰中，并且过渡件20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于工业涡轮机的筒形燃烧室，包括：过渡件（１２０），使用单件的过渡件（１２０）直接从燃烧室首端（１００）过渡到涡轮机进口。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SK威德纳，KW麦马翰，TE约翰逊，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]