具有火焰管端部区域的管式燃烧室和燃气轮机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃气轮机的管式燃烧室以及管式燃烧室的壳体部件。壳体部件构成为管式燃烧室端部区域。
【背景技术】
[0002]燃气轮机在最简单的情况下包括用于提供压缩空气的压缩机、至少一个燃烧室和涡轮机。
[0003]燃烧室为了将燃料导入到燃烧室内部中而包括至少一个燃烧器。导入到燃烧室中的燃料在与由压缩机提供的燃烧空气反应的情况下在燃烧室的至少一个燃烧区中转换成热的工作气体。
[0004]借助热的工作气体，将涡轮机置于转动中，使得轴被驱动。传递给轴的旋转能的一部分用于驱动压缩机。旋转能的剩余部分能够用于驱动工程机械、尤其发电机。
[0005]燃烧室的直接包围燃烧室内部的内壳体尤其在至少一个燃烧区的区域中承受高的热量输入。
[0006]本发明涉及一种具有燃烧室顶端部的管式燃烧室，在所述燃烧室顶端部上设置有燃烧器设备。管式燃烧室包括从燃烧室顶端部延伸至过渡区域的基本上构成为圆柱形的、具有圆柱形的端部区域的火焰管。圆柱形的端部区域也能够称作为“冷却环(CoolingRing)”。火焰管基本上包围燃烧设备的燃烧区。管式燃烧室能够包括其他的燃烧器装置，所述燃烧器装置将燃料导入到布设在下游的燃烧区中。圆柱形的火焰管端部区域伸入到管式燃烧室壳体的构件部件中，所述构件部件用于将从火焰管中流出的热气转移至涡轮机并且包括布设在上游的入口区域和布设在下游的出口区域，其中转移件的入口区域通常能够具有圆形的横截面并且转移件的出口区域能够匹配于环区段的轮廓。在本发明的范围中，用“过渡装置(Transit1n)”表示转移件。火焰管也能够称作“篮(Basket)”。从现有技术中已知:火焰管的圆柱形的端部区域设有冷却空气通道，因为所述端部区域承受燃烧器火焰的尤其高的热量输入。冷却空气通道基本上平行于圆柱形的端部区域的侧表面伸展，即在火焰管端部区域的内部中伸展。冷却空气通道的伸展方向例如能够平行于火焰管的纵轴线或主流动方向指向。冷却空气通道的进入开口位于火焰管的外侧。冷却空气通道的排出开口设置成，使得将冷却空气导入到燃烧室的内部中。特别地，排出开口能够位于火焰管的内侧或者端部区域的布设在下游的端侧上。提高流动穿过圆柱形的火焰管端部区域的冷却空气量改进该构件的冷却。但是，这引起不利地提高NOx的有害物质排放，因为冷却空气不能够用作为燃烧空气并且引起CO不利的提高，因为出自冷却空气通道中的冷的空气引起在燃烧室中的冷的束，使得减缓在该区域中的CO燃耗反应(Ausbrandreakt1n)。通常这称作⑶燃耗反应的“抑制(Quenching)”。
[0007]本发明基于类型相关的管式燃烧室，所述管式燃烧室在燃烧室顶端部处包括至少一个第一燃烧器设备，具有基本上圆柱形地构成的火焰管(所述火焰管围住第一燃烧区并且包括圆柱形的火焰管端部区域)，和-转移通道，其中圆柱形的火焰管端部区域伸入到转移通道中并且转移通道将火焰管与能设置在涡轮机入口区域上的燃烧室出口流体地连接，-其中圆柱形的火焰管端部区域包括多个冷却通道，多个所述冷却通道基本上平行于火焰管端部区域的侧表面在火焰管端部区域的内部中伸展。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是:提出一种类型相关的管式燃烧室，借助所述管式燃烧室能够降低有害物质排放。
[0009]根据本发明，所述目的在类型相关的管式燃烧室中通过如下方式实现:冷却通道在火焰管端部区域中构成和/或设置为，使得与火焰管端部区域的承受较高热负荷的区域相比，承受较低热负荷的区域平均由更少的冷却空气穿流。
[0010]冷却环的根据本发明的构造实现节约冷却空气，所述冷却空气因此提供用于降低作为燃烧空气的NOx。同时，燃烧室的内部中的较冷的区域还不必借助来自冷却环的冷却空气进一步冷却，使得根据本发明也引起降低CO有害物质排放。因为仅在冷却环的承受较低热负荷的区域中节约冷却通道的数量或冷却空气量，所以尽管降低冷却空气量而能够确保构件的充分冷却。
[0011]在下面的描述和从属权利要求中说明本发明的有利的设计方案，其特征能够单独地并且以彼此间任意的组合应用。
[0012]能够有利地提出:燃烧器装置在燃烧室顶端部上包括多个燃烧器，所述燃烧器沿着燃烧室的环周环形地设置，使得在运行期间分别在一个燃烧器的下游构成火焰管的沿流动方向变宽的、承受较高热负荷的区域，所述承受较高热负荷的区域延伸至火焰管端部区域中，其中所述承受较高热负荷的区域之间的区域承受较低热负荷。
[0013]火焰管的在燃烧器出口下游的承受较高热负荷的区域能够基本上构成为是三角形的。燃烧器装置能够由设置在中央的点火燃烧器和多个主旋流发生器构成。主旋流发生器能够环形地围绕点火燃烧器设置，其中每个主旋流发生器包括由壳体包围的(优选圆柱形的)预混合路径连同沿流动方向延伸的设置在中央的燃烧器喷管。为了产生流动穿过预混合路径的流体的涡流将涡流叶片设置在预混合路径中，所述涡流叶片能够支撑在燃烧器喷管上并且能够延伸至包围预混合路径的壳体。预混合路径的排出开口能够称作为燃烧器出口。
[0014]有利地还能够提出:冷却通道基本上平行于燃烧室的纵轴线延伸。
[0015]冷却通道的该设置具有小的制造成本。冷却通道能够是直的孔，所述孔能够通过不同的制造方法(例如打孔、火花腐蚀或例如电化学剥离)来制造。
[0016]也能够视作为是有利的是:与在火焰管端部区域的承受较低热负荷的区域中的冷却通道中的一个相比，设置在承受较高热负荷的区域中的至少一个冷却通道具有更大的直径。
[0017]这实现例如借助均匀地围绕环周分布的冷却通道实施本发明。根据本发明，所述冷却通道在承受较强热负荷的区域中的直径能够选择得比在承受较低热负荷的区域中更大。例如所有冷却空气通道或仅一部分冷却通道能够在承受较强热负荷的区域中以较大的直径构成。
[0018]根据本发明的也能够有利地与前述设计方案组合的另一有利的设计方案，与在至少一个承受较低热负荷的区域中相比，在至少一个承受较高热负荷的区域中的冷却通道平均具有距直接相邻的冷却通道更小的间距。
[0019]用于将冷却通道引入冷却环中的工具能够以相应的间距设置在环上，使得能够并行地进行通道的制造。于是，能将冷却环以相对于燃烧器的相应的定向固定在火焰管上。
[0020]也能够视作为有利的是:圆柱形的火焰管端部区域由至少两个圆柱形的子区域组成，所述子区域分别在垂直于圆柱轴线伸展的切面上拼接，其中在承受不强热负荷的区域中伸展的至少一个冷却通道以直线延伸穿过切面，和/或在承受较高热负荷的区域中伸展的至少一个通道由设置在上游的子区域中的冷却通道拼接，所述设置在上游的子区域中的冷却通道经由沿着切面伸展的冷却通道部段与在设置在下游的子区域中伸展的至少一个冷却通道流体连接。
[0021]组成的通道具有的优点是:通常在下游变宽的承受较强热负荷的区域能够更好地被供应，因为冷却通道能够遵循区域的形状。至少两件式的冷却环的应用还实现:将不同数量的冷却通道引入到冷却环的部件中，其中在切面的下游将多个冷却通道连接到布设在上游的冷却通道上。为此，引入到切面中的槽(所述槽能够仅引入到火焰管端部区域的子区域的一个端侧中或引入到两个端侧中)将布设在上游的冷却通道与布设在下游的至少一个冷却通道连接。
[0022]优选地，多个冷却通道借助于至少一个这样的组成的冷却通道遵循沿主流动方向变宽的、承受较高热负荷的区域的伸展走向。
[0023]这实现承受较强热负荷的区域的冷却。
[0024]也能够有利地提出:组成的冷却通道在切面上扇形地展开成至少两个冷却通道。
[0025]这实现尤其均匀地冷却承受较强热负荷的区域。
[0026]为了使冷却通道部段不限定扇形地展开的冷却通道的冷却空气的划分，能够有利地提出:沿着切面伸展的冷却通道部段的横截面积至少是在下游连接到冷却通道部段上的至少两个冷却通道的各横截面积的两倍。优选地，该横截面积基本上是在下游连接的冷却通道的横截面积的三倍。
[0027]本发明的另一目的是:提出开始提出的管式燃烧室的火焰管端部区域，借助其能够降低有害物质排放。
[0028]根据本发明，所述目的在开始提出类型的火焰管端部区域中通过如下方式实现:所述火焰管端部区域是根据权利要求1至9中任一项所述的管式燃烧室的组成部分。
[0029]本发明的另一目的是:提出具有至少一个开始提出的管式燃烧室的燃气轮机，借助所述管式燃烧室能够降低有害物质排放。
[0030]根据本发明，所述目的在开始提出类型的燃气轮机中通过如下方式实现:其包括根据权利要求1至9中任一项所述的至少一个管式燃烧室。
【附图说明】
[0031]本发明的其他适宜的设计方案和优点是参考附图中的图的本发明的实施例的描述的主题，其中相同的附图标记表示相同作用的构件。
[0032]在此示出:
[0033]图1示意地示出贯穿根据现有技术的燃气轮机的纵截面，
[0034]图2示意地示出贯穿根据现有技术的管式燃烧室的纵截面，
[0035]图3极度示意地简化地示出根据现有技术的火焰管的展开，
[0036]图4极度示意地简化地示出具有根据第一实施例的根据本发明构成的火焰管端部区域的火焰管的展开，
[0037]图5极度示意地简化地示出具有根据第二实施例的根据本发明构成的火焰管端部区域的火焰管的展开，以及
[0038]图6极度示意地简化地示出具有根据第三实施例的根据本发明构成的火焰管端部区域的火焰管的展开。
【具体实施方式】
[0039]图1示出根据现有技术的燃气轮机I的示意截面图。燃气轮机I在内部具有围绕旋转轴线2转动支承的转子3连同轴4，所述转子也称作为涡轮机转子。沿着转子3抽吸壳体6、压缩机8、具有多个燃烧室10的燃烧系统9、涡轮机14和排气壳体15依次排列。燃烧室10分别包括燃烧器装置11和壳体12，所述壳体为了防止受热气影响而用防热罩20包覆。
[0040]燃烧系统9与例如环形的热气通道相通。在那里，多个依次连接的涡轮机级形成涡轮机14。每个涡轮机级都由叶片环形成。在工作介质的流动方向上观察，在热气通道中，由转子叶片18形成的排接着由导向叶片17形成的排。导向叶片17在此固定在定子19的内壳体上，相反一排转子叶片18例如借助于涡轮机叶片盘安置在转子3上。例如将发电机(未示出)耦联在转子3上。
[0041]在燃气轮机运行期间，将空气由