具有带稀释孔的过渡件和联接到过渡件的燃料喷射系统的涡轮的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种具有带稀释孔的过渡件和联接到过渡件的燃料喷射系统的涡轮机。所述涡轮机包括燃烧器、涡轮、过渡件以及燃料喷射系统，燃料和空气在所述燃烧器中燃烧，所述涡轮布置成用于接收来自燃烧器的燃烧产物，所述过渡件流体地置于燃烧器和涡轮之间并且包括主体，所述主体形成以限定稀释孔，所述稀释孔配置成允许空气进入燃烧器并且能使蒸汽朝着从燃烧器到涡轮行进的燃烧产物主流进行喷射，所述燃料喷射系统支持性地联接到过渡件并且配置成朝着燃烧产物主流喷射燃料，由此恢复由稀释孔使能的蒸汽喷射减小的燃烧产物主流的火焰温度。
【专利说明】具有带稀释孔的过渡件和联接到过渡件的燃料喷射系统的 涡轮机
【技术领域】
[0001] 本实用新型所公开的主题涉及涡轮机，并且更特别地，涉及具有带稀释孔的过渡 件和联接到过渡件的燃料喷射系统的涡轮机。
【背景技术】
[0002] 典型的润轮机（turbomachine)包括燃烧器（combustor)、润轮（turbine)和过渡 件（transition piece)。燃烧器具有头端并且包括从头端向后延伸的内衬。内衬形成以限 定燃烧区域，在所述燃烧区域中第一量的燃料和压缩空气混合并且燃烧以产生燃烧产物主 流。涡轮布置在燃烧器的下游并且配置成接收来自燃烧器的燃烧产物。在涡轮内，燃烧产 物在发电操作中膨胀。
[0003] 在配置成用于蒸汽喷射的一些涡轮机中，蒸汽喷射到过渡件中以便功率增大并且 冷却火焰。涡轮机几何形状设计成针对蒸汽操作期间的排放标准设定燃料/空气比率，并 且因此设定火焰温度。
[0004] 当涡轮机在没有蒸汽喷射的情况下（即，在干操作期间）运转时蒸汽喷射系统的缺 陷暴露。只能通过欠燃烧（under-firing)燃气涡轮保持该情况下的排放标准，并且由此产 生较小的功率输出，原因是涡轮机几何形状根据蒸汽操作设计。如果燃烧器几何形状设计 成针对干操作期间的排放标准设定燃料/空气比率并且因此设定火焰温度，则当涡轮机在 有蒸汽的情况下运转时缺陷产生。只能通过过燃烧燃气涡轮保持该情况下的排放标准，这 导致减少热气体路径部分的寿命。 实用新型内容
[0005] 根据本实用新型的一方面，一种涡轮机被提供并且包括：燃烧器，燃料和空气在所 述燃烧器中燃烧；涡轮，所述涡轮布置成用于接收来自所述燃烧器的燃烧产物；过渡件，所 述过渡件流体地置于所述燃烧器和所述涡轮之间并且包括主体，所述主体形成以限定稀释 孔，所述稀释孔配置成允许空气进入所述燃烧器并且能使蒸汽朝着从所述燃烧器到所述涡 轮行进的燃烧产物主流进行喷射；以及燃料喷射系统，所述燃料喷射系统支持性地联接到 所述过渡件并且配置成朝着燃烧产物主流喷射燃料，由此恢复由所述稀释孔使能的蒸汽喷 射减小的燃烧产物主流的火焰温度。
[0006] 其中，所述过渡件的所述主体包括：前部分，所述前部分与所述燃烧器的后部分同 轴；后部分，所述后部分联接到所述涡轮的所述前部分；以及中心部分，所述中心部分从所 述前部分曲线地延伸到所述后部分。
[0007] 其中，所述燃料喷射系统包括：至少一个或多个燃料喷射器，燃料借助于所述至少 一个或多个燃料喷射器朝着燃烧产物主流可喷射；以及燃料回路，所述燃料回路配置成将 燃料输送到所述燃烧器的头端和所述至少一个或多个燃料喷射器。
[0008] 其中，可用燃料供应的0到大约20%朝着所述燃烧产物主流可喷射。
[0009] 其中，可用燃料供应的大约11%朝着所述燃烧产物主流可喷射。
[0010] 其中，所述稀释孔具有活动几何形状。
[0011] 根据本实用新型的另一方面，一种涡轮机被提供并且包括：燃烧器，第一量的燃料 和空气在所述燃烧器中燃烧；涡轮，所述涡轮布置成用于接收来自所述燃烧器的燃烧产物； 过渡件，所述过渡件流体地置于所述燃烧器和所述涡轮之间并且包括主体，所述主体形成 以限定稀释孔，所述稀释孔配置成允许空气进入所述燃烧器并且能使蒸汽朝着从所述燃烧 器到所述涡轮行进的燃烧产物主流进行喷射；以及燃料喷射系统，所述燃料喷射系统支持 性地联接到所述过渡件并且配置成朝着燃烧产物主流喷射第二量的燃料。
[0012] 其中，所述过渡件的所述主体包括：前部分，所述前部分与所述燃烧器的后部分同 轴；后部分，所述后部分联接到所述涡轮的所述前部分；以及中心部分，所述中心部分从所 述前部分曲线地延伸到所述后部分。
[0013] 其中，所述燃料喷射系统包括：至少一个或多个燃料喷射器，第二量的燃料借助于 所述至少一个或多个燃料喷射器朝着燃烧产物主流可喷射；以及燃料回路，所述燃料回路 配置成将所述第一量的燃料输送到所述燃烧器的头端并且将所述第二量的燃料输送到所 述至少一个或多个燃料喷射器。
[0014] 其中，所述第二量的燃料是可用燃料供应的0到大约20%。
[0015] 其中，所述第二量的燃料是可用燃料供应的大约11%。
[0016] 其中，所述稀释孔具有活动几何形状。
[0017] 根据本实用新型的又一方面，一种涡轮机被提供并且包括：燃烧器，第一量的燃料 和空气在所述燃烧器中燃烧；涡轮，所述涡轮布置成用于接收来自所述燃烧器的燃烧产物； 过渡件，所述过渡件流体地置于所述燃烧器和所述涡轮之间并且包括主体，所述主体形成 以限定稀释孔，所述稀释孔配置成允许空气进入所述燃烧器并且能使蒸汽朝着从所述燃烧 器到所述涡轮行进的燃烧产物主流进行喷射；燃料喷射系统，以及控制器。所述燃料喷射系 统支持性地联接到所述过渡件并且配置成朝着燃烧产物主流喷射第二量的燃料。所述控制 器可操作地联接到所述燃料喷射系统并且配置成调节所述第一量和所述第二量的燃料的 相对量。
[0018] 其中，所述过渡件的所述主体包括：前部分，所述前部分与所述燃烧器的后部分同 轴；后部分，所述后部分联接到所述涡轮的所述前部分；以及中心部分，所述中心部分从所 述前部分曲线地延伸到所述后部分。
[0019] 其中，所述燃料喷射系统包括：至少一个或多个燃料喷射器，第二量的燃料借助于 所述至少一个或多个燃料喷射器朝着燃烧产物主流可喷射；以及燃料回路，所述燃料回路 配置成将所述第一量的燃料输送到所述燃烧器的头端并且将所述第二量的燃料输送到所 述至少一个或多个燃料喷射器。
[0020] 其中，所述控制器配置成导致所述第二量的燃料是可用燃料供应的0到大约20%。
[0021] 其中，所述控制器配置成导致所述第二量的燃料是可用燃料供应的大约11%。
[0022] 其中，所述控制器配置成根据预定计划调节所述第一量和所述第二量的燃料的相 对量。
[0023] 其中，所述控制器配置成根据以下之一调节所述第一量和所述第二量的燃料的相 对量：正在启动的蒸汽操作模式；以及正在启动的干操作模式。
[0024] 其中，所述稀释孔具有活动几何形状并且可操作地联接到所述控制器，所述控制 器还配置成控制所述稀释孔的活动几何形状。根据结合附图进行的以下描述，这些和其它 优点和特征将变得更明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 被视为本实用新型的主题在说明书的结尾的权利要求中特别地被指出并且不同 地要求权利。从结合附图进行的以下详细描述将显而易见本实用新型的前述和其它特征和 优点，其中：
[0026] 图1是根据实施例的涡轮机的示意图；以及
[0027] 图2是根据实施例的涡轮机的控制器的示意图。
[0028] 详细描述通过例子参考附图解释本实用新型的实施例以及优点和特征。
【具体实施方式】
[0029] 下面提供的描述涉及具有用于功率增大的蒸汽喷射和轴向分级喷射或延迟贫喷 射（late lean injection;简称LLI)的组合的润轮机。轴向分级喷射或LLI被杠杆调节以 使蒸汽喷射功率增大更适销。也就是说，例如用于E级重型燃气涡轮发动机的轴向分级喷 射或LLI能使稳定燃烧贯穿在明显增加的燃烧温度范围内。这一新的灵活性通过远离火焰 区域分流燃料(燃料分级）以保持适宜的燃烧器排放而实现。
[0030] 轴向分级喷射或LLI通过调节参与反应区域的燃料的量主动地"调谐"燃烧器。这 样，反应或火焰温度可以被调节以补偿由蒸汽的引入导致的火焰温度减小。调节火焰温度 和补偿蒸汽喷射的能力迄今为止只能通过硬件配置变化可能实现。蒸汽喷射与延迟贫喷射 的组合减小或消除当前的蒸汽功率增大产品的缺陷。
[0031] 参考图1，涡轮机10被提供并且包括燃烧器11、涡轮12和过渡件13。燃烧器11 具有头端110并且包括从头端110向后延伸的内衬111。内衬111形成以限定燃烧区域14， 第一量的燃料和压缩空气在所述燃烧区域中混合并且燃烧以产生燃烧产物主流15。涡轮 12布置在燃烧器11的下游并且配置成接收来自燃烧器11的燃烧产物。在涡轮12内，燃烧 产物在发电操作中膨胀。
[0032] 过渡件13流体地置于燃烧器11和涡轮12之间。过渡件13包括主体130,所述主 体130具有前部分131、后部分132和中心部分133。前部分131与燃烧器11的内衬111的 后部分112伸缩地（telescopically)同轴。后部分132联接到润轮12的前部分120 (即， 第一级)。中心部分133从前部分131曲线地延伸到后部分132,由此例如在涡轮机10的筒 环配置中后部分132与前部分131的径向向外位置相比可以布置在径向向内位置。沿着中 心部分133,过渡件13的主体130形成以限定稀释孔20。
[0033] 稀释孔20允许空气进入燃烧器11并且以类似于内衬111中的开口和混合孔以及 过渡件13中的类似稀释孔的方式操作。特别地，稀释孔20以及内衬111中的开口和混合 孔能使蒸汽从涡轮机10的外部喷射到其内部。经由靠近头端110的内衬111中的开口和 混合孔和经由稀释孔20进入燃烧器11的蒸汽朝着从燃烧器11到涡轮12行进的燃烧产物 主流15被引导并且为燃烧区域14和过渡件13的内部中的火焰温度的降低负责。
[0034] 涡轮机10还包括燃料喷射系统30,例如轴向分级燃料喷射系统或延迟贫喷射 (LLI)系统。燃料喷射系统30支持性地（supportively)联接到过渡件13的主体130并且 配置成将第二量的燃料喷射到过渡件13的内部中并且朝着燃烧产物主流喷射。燃料喷射 系统30可以包括至少一个或多个燃料喷射器31、燃料回路32以及至少一个或多个阀组件 33。至少一个或多个燃料喷射器31可以支持性地联接到过渡件13的主体130使得第二量 的燃料朝着过渡件13的内部和朝着燃烧产物主流可喷射。燃料回路32配置成将第一量的 燃料输送到燃烧器11的头端110并且联接到至少一个或多个燃料喷射器31。因此，燃料回 路32还配置成将第二量的燃料输送到至少一个或多个燃料喷射器31。
[0035] 至少一个或多个阀组件33可以手动地或自动地可控制以允许第一和第二量的燃 料的相对量相应地可输送到头端110和至少一个或多个燃料喷射器31。尽管在图1中示出 为三通阀，但是将理解这仅仅是示例性的并且存在其它实施例。例如，在替代实施例中一对 双通阀可以沿着将第一和第二量的燃料输送到头端110和一个或多个燃料喷射器31的燃 料回路32的管线可操作地布置。
[0036] 参考图2,涡轮机10还可以包括控制器40。控制器40可以体现为计算机或机器 可读介质，其包括处理单元41、存储器42和伺服单元43。存储器42可以具有存储在其上 的可执行指令，当执行时所述可执行指令导致处理单元41执行本实用新型中所述的方法。 例如，控制器40的伺服单元43可以可操作地联接到燃料喷射系统30的至少一个或多个阀 组件33并且由此可以配置成调节可输送到头端110和至少一个或多个燃料喷射器31的第 一和第二量的燃料的相对量。也就是说，当执行是可执行指令可以导致处理单元41指示伺 服单元43操作至少一个或多个阀组件33以相应地允许可输送到头端110的第一量的燃料 和可输送到至少一个或多个喷射器31的第二量的燃料的相应量的增加或减小。
[0037] 根据实施例，控制器40配置成根据预定计划或根据正在启动的蒸汽操作模式和 正在启动的干操作模式中的一个调节第一和第二量的燃料的相对量。
[0038] 例如，控制器40可以配置成导致从头端110可分流或可输送到至少一个或多个燃 料喷射器31的第二量的燃料为可用燃料供应50 (参见图1)的0% (例如，在涡轮机10的蒸 汽喷射操作期间)到大约20% (例如，在涡轮机10的干操作期间)。根据另外的实施例，控制 器40可以配置成导致从头端110可分流或可输送到至少一个或多个燃料喷射器31的第二 量的燃料为可用燃料供应50的大约11%。
[0039] 第二量的燃料分流到至少一个或多个燃料喷射器31允许增加量的燃料喷射到过 渡件13的主体130中使得增加量的燃料朝着过渡件13的内部和燃烧产物主流可喷射。在 蒸汽经由靠近头端110的内衬111中的开口和混合孔进入燃烧器11降低燃烧区域14中的 火焰温度的情况下，增加量的燃料朝着过渡件13的内部和燃烧产物主流喷射到过渡件13 的主体130中恢复火焰温度。该火焰温度恢复导致燃料的更完全燃烧和污染物排放的减小 并且以前只能在配置和/或部件几何形状变化的情况下可能实现。
[0040] 仍然参考图2,控制器40也可以可操作地联接到稀释孔20并且稀释孔20可以带 有主动可控制几何形状。因此，控制器40可以能够根据变化的操作状态主动地控制一个或 多个稀释孔20的几何形状(例如，通过扩大或减小稀释孔20的直径)。
[0041] 尽管已结合仅仅有限数量的实施例详细地描述了本实用新型，但是将容易理解本 实用新型不限于这样的公开实施例。相反地，本实用新型可以进行修改以包含此前未描述 的许多变化、更改、替代或等效布置，但是它们与本实用新型的精神和范围一致。另外，尽管 已描述了本实用新型的各实施例，但是应当理解本实用新型的方面可以仅仅包括所述实施 例中的一些。因此，本实用新型不被视为由前面的描述限制，而是仅仅由附带的权利要求的 范围限制。
【权利要求】
1. 一种涡轮机，其包括： 燃烧器，燃料和空气在所述燃烧器中燃烧； 涡轮，所述涡轮布置成用于接收来自所述燃烧器的燃烧产物； 过渡件，所述过渡件流体地置于所述燃烧器和所述涡轮之间并且包括主体，所述主体 形成以限定稀释孔，所述稀释孔配置成允许空气进入所述燃烧器并且能使蒸汽朝着从所述 燃烧器到所述涡轮行进的燃烧产物主流进行喷射；以及 燃料喷射系统，所述燃料喷射系统支持性地联接到所述过渡件并且配置成朝着燃烧 产物主流喷射燃料，由此恢复由所述稀释孔使能的蒸汽喷射减小的燃烧产物主流的火焰温 度。
2. 根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述过渡件的所述主体包括： 前部分，所述前部分与所述燃烧器的后部分同轴； 后部分，所述后部分联接到所述涡轮的所述前部分；以及 中心部分，所述中心部分从所述前部分曲线地延伸到所述后部分。
3. 根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述燃料喷射系统包括： 至少一个或多个燃料喷射器，燃料借助于所述至少一个或多个燃料喷射器朝着燃烧产 物主流可喷射；以及 燃料回路，所述燃料回路配置成将燃料输送到所述燃烧器的头端和所述至少一个或多 个燃料喷射器。
4. 根据权利要求1所述的涡轮机，其中可用燃料供应的0到大约20%朝着所述燃烧产 物主流可喷射。
5. 根据权利要求1所述的涡轮机，其中可用燃料供应的大约11%朝着所述燃烧产物主 流可喷射。
6. 根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述稀释孔具有活动几何形状。
7. -种涡轮机，其包括： 燃烧器，第一量的燃料和空气在所述燃烧器中燃烧； 涡轮，所述涡轮布置成用于接收来自所述燃烧器的燃烧产物； 过渡件，所述过渡件流体地置于所述燃烧器和所述涡轮之间并且包括主体，所述主体 形成以限定稀释孔，所述稀释孔配置成允许空气进入所述燃烧器并且能使蒸汽朝着从所述 燃烧器到所述涡轮行进的燃烧产物主流进行喷射；以及 燃料喷射系统，所述燃料喷射系统支持性地联接到所述过渡件并且配置成朝着燃烧产 物主流喷射第二量的燃料。
8. 根据权利要求7所述的涡轮机，其中所述过渡件的所述主体包括： 前部分，所述前部分与所述燃烧器的后部分同轴； 后部分，所述后部分联接到所述涡轮的所述前部分；以及 中心部分，所述中心部分从所述前部分曲线地延伸到所述后部分。
9. 根据权利要求7所述的涡轮机，其中所述燃料喷射系统包括： 至少一个或多个燃料喷射器，第二量的燃料借助于所述至少一个或多个燃料喷射器朝 着燃烧产物主流可喷射；以及 燃料回路，所述燃料回路配置成将所述第一量的燃料输送到所述燃烧器的头端并且将 所述第二量的燃料输送到所述至少一个或多个燃料喷射器。
10. 根据权利要求7所述的涡轮机，其中所述第二量的燃料是可用燃料供应的0到大约 20%。
11. 根据权利要求7所述的涡轮机，其中所述第二量的燃料是可用燃料供应的大约 11%。
12. 根据权利要求7所述的涡轮机，其中所述稀释孔具有活动几何形状。
13. -种涡轮机，其包括： 燃烧器，第一量的燃料和空气在所述燃烧器中燃烧； 涡轮，所述涡轮布置成用于接收来自所述燃烧器的燃烧产物； 过渡件，所述过渡件流体地置于所述燃烧器和所述涡轮之间并且包括主体，所述主体 形成以限定稀释孔，所述稀释孔配置成允许空气进入所述燃烧器并且能使蒸汽朝着从所述 燃烧器到所述涡轮行进的燃烧产物主流进行喷射； 燃料喷射系统，所述燃料喷射系统支持性地联接到所述过渡件并且配置成朝着燃烧产 物主流喷射第二量的燃料；以及 控制器，所述控制器可操作地联接到所述燃料喷射系统并且配置成调节所述第一量和 所述第二量的燃料的相对量。
14. 根据权利要求13所述的涡轮机，其中所述过渡件的所述主体包括： 前部分，所述前部分与所述燃烧器的后部分同轴； 后部分，所述后部分联接到所述涡轮的所述前部分；以及 中心部分，所述中心部分从所述前部分曲线地延伸到所述后部分。
15. 根据权利要求13所述的涡轮机，其中所述燃料喷射系统包括： 至少一个或多个燃料喷射器，第二量的燃料借助于所述至少一个或多个燃料喷射器朝 着燃烧产物主流可喷射；以及 燃料回路，所述燃料回路配置成将所述第一量的燃料输送到所述燃烧器的头端并且将 所述第二量的燃料输送到所述至少一个或多个燃料喷射器。
16. 根据权利要求13所述的涡轮机，其中所述控制器配置成导致所述第二量的燃料是 可用燃料供应的〇到大约20%。
17. 根据权利要求13所述的涡轮机，其中所述控制器配置成导致所述第二量的燃料是 可用燃料供应的大约11%。
18. 根据权利要求13所述的涡轮机，其中所述控制器配置成根据预定计划调节所述第 一量和所述第二量的燃料的相对量。
19. 根据权利要求13所述的涡轮机，其中所述控制器配置成根据以下之一调节所述第 一量和所述第二量的燃料的相对量： 正在启动的蒸汽操作模式；以及 正在启动的干操作模式。
20. 根据权利要求13所述的涡轮机，其中所述稀释孔具有活动几何形状并且可操作地 联接到所述控制器，所述控制器还配置成控制所述稀释孔的活动几何形状。
【文档编号】F02C7/00GK203847252SQ201420114348
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2013年3月13日
【发明者】C.E.罗莫泽, D.W.西蒙斯 申请人:通用电气公司