专利名称：燃烧器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于燃烧流质燃料的燃烧 器装置，并且尤其是用于燃气轮机设备的燃烧器装置。
背景技术：
还利用用于燃烧流质燃料的燃烧器装置运行发电站和其它大型机械应用中的燃气透平。在此，尤其使用所谓的双燃料燃烧器，其设计用于选择地或组合地燃烧液态和气态的燃料，例如天然气和燃料油。燃烧器装置的尺寸相应较大并且具有带有多个燃料输送通道的复杂结构。因此， 通常将设置在中间的小尺寸引燃燃烧器用于稳定大的主燃烧器环绕引燃燃烧器布置的火焰，其中，所述引燃燃烧器带有独立的燃料供应装置和空气输送装置。大的主燃烧器主要在带有过量的氧气的稀混合气体运行中运行，以便由此实现有利的排放值。然而，用稀混合气体运行导致，主燃烧器的火焰至少在特定的运行状态下波动，所述波动通过引燃燃烧器持续的点燃效应补偿。这种类型的燃烧器装置例如记载在EP 0580683B1中。由于不均勻的热量分布而在金属壳体的壁中(即，气和油能量载体的环形输送通道在其中较为紧密地布置的所谓的毂中)产生了机械应力，因此在这种燃烧器中提出了要求。气体环腔关于流入的空气的流动方向在所谓的旋流叶片的上游在输入侧向主燃烧器供应，该旋流叶片将空气流与燃烧气体形成混合旋流或者流过旋流叶片。还存在油料输送装置，该油料输送装置通常比气体输送装置布置得更靠近燃烧器出口。油料输送装置包括油料环腔以及通向油料环腔的油料输送通道，该油料输送通道设置在位于气体环腔和引燃燃烧器之间的毂壁上。因为气体相比油料具有更小的密度，要求较大的横截面，因此，气体输送装置的尺寸比油料输送装置的尺寸明显更大。因此，带有气体输送装置的燃烧器毂部分具有比油料输送装置更大的、朝向空气通道的外表面。空气输送通过经过压气机预压缩的空气进行，因此这种输送的空气由于压缩而已经具有超过400°C的温度。因此，带有气体输送装置的燃烧器毂的区域迅速被加热到超过400°C的温度，并且维持在该运行温度上。反之，通向油料环腔的油料输送通道还远离热的空气输送通道，因此油料输送通道中的油几乎不会被加热并因此具有仅50°C的温度。因为一方面燃烧器毂在气体环腔的范围内被强烈加热，而另一方面在相邻的油料输送通道的范围内被明显冷却，所以气体环腔和油料输送通道之间的壁承受大的温度梯度。由于温度梯度而产生了热应力，该热应力缩短了这种燃烧器毂的寿命或者要求使用高质量的材料和与此相关的费用。在其中有冷的燃料经过热的燃烧器毂区域的其它区域中， 也会出现这种应力。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，在燃烧器装置的燃烧器毂中降低所述由热造成的应力。该技术问题通过按权利要求1所述的燃烧器装置解决。各从属权利要求包含了本发明有利的设计构造。用于燃烧流质燃料的燃烧设备的、按本发明的燃烧器装置包括燃烧器毂、至少一个空气输送通道和针对每一种燃料类型的至少一个燃烧输送通道，其中，至少一个燃料输送通道至少部分构造在所述燃烧器毂中。在至少一个燃料输送通道中设置有屏蔽壁，该屏蔽壁与燃料输送通道的壁相间隔，因此在燃料输送通道的壁和屏蔽壁之间形成不属于流经燃料输送通道的燃料的流动路径的间隙。屏蔽壁由构造在燃料输送通道中的套筒形成。为了保证套筒在燃料输送通道中正确的径向位置，该套筒配设有至少一个径向定位器件，该定位器件确保套筒与燃料输送通道的壁之间的间距，其中，该间距尤其也可以针对允许的最大传热率选择。然而，在此由于燃烧器毂中可用的结构空间而产生了限制。套筒的至少一个径向定位器件设计为环绕布置的、径向朝外突伸的定位凸起。在按本发明的燃烧器装置中，间隙形成比包围燃烧器毂的金属导热更差的区域， 该区域将燃烧器毂的金属与流动的燃料热隔绝并因此限制燃料和燃烧器毂之间的热交换。 套筒尤其在其两端的区域内各具有一个环形的定位凸起。因此，套筒装置的对齐变得更可靠并 且排除了燃料流中可能由于间隔而造成的固有振荡。套筒的至少一个定位凸起还可以具有环形槽，如果定位凸起位于燃料输送通道和燃料输送管之间的连接位置的区域是特别有利的。然后，借助于环形槽可以在燃料输送管与燃料输送通道焊接或钎焊时避免定位凸起焊接或钎焊固定在燃料输送通道和/或燃料输送管上。套筒还可以配设至少一个轴向定位器件，该定位器件与存在于燃料输送通道中的轴向定位器件共同作用，以便在轴向上定位套筒(30)。通过这种方式可以在没有材料结合的连接的情况下在轴向上定位套筒。在此，尤其可以在套筒的轴向定位器件和燃料输送通道中的轴向定位器件之间存在一轴向间隙，该轴向间隙使得套筒能沿轴向热膨胀，而不会由此产生应力。在一种结构简单的构造中，套筒的轴向定位器件可以设计为定位凸起的端面上的至少一个对接棱边。燃料输送通道中的轴向定位器件然后设计为配对对接棱边。
本发明的其它特征、特性和优点由以下参照附图对实施例的说明得出。在附图中示出；图1是由EP 0580683B1公开的燃烧器装置；图2是燃烧器装置的燃烧器毂的已知构造；图3以示意图夸张地示出图2所示的按现有技术的燃烧器毂中由于热造成的应力导致的结果；图4是按本发明的燃烧器装置的一种优选构造的横截面视图，以及图5是图4所示的局部横截面视图的放大视图。
具体实施方式
图1示出了按现有技术的燃烧器装置，该燃烧器装置必要时与多个相同类型的装置相结合地例如应用在燃气轮机设备的燃烧室中。 该燃烧器装置由内部件(引燃燃烧器系统)和与之同心布置的外部件(主燃烧器系统)。两个系统适合用任意地组合的气态和/或液态的燃料运行。引燃燃烧器系统包括带有设置在其端部的油料喷嘴5的中央油料输送装置1(介质G)和同心地环绕该中央油料输送装置1布置的内气体输送通道2 (介质F)。该内气体输送通道又由同心地环绕燃烧器的轴线布置的内空气输送通道3(介质E)包围。在内空气输送通道3内或上可以设置恰当的点火系统，对于点火系统已知有多种实施形式，因此在此省略其描述。内空气输送通道3 在其端部区域具有旋流叶片组。引燃燃烧器系统可以以本身已知的方式，也就是主要作为混合燃烧器运行。其任务在于，保持主燃烧器的稳定的燃烧运行，因为该主燃烧器为降低有害物质排放而至少以稀混合气体运行，这要求借助于扩散火焰或者以较稀的混合气体为基础的火焰来稳定其火焰。主燃烧器系统具有与引燃燃烧器系统同心布置的并且相对该引燃燃烧器系统倾斜收尾的外空气输送环形通道系统4。该空气输送环形通道系统4也配设有旋流叶片组7。 旋流叶片组7由带有在空气输送环形通道系统4(介质A)的流动横截面中的流出喷嘴11 的中空叶片组成。所述中空叶片由气体输送导管19和气体环形通道9通过孔10供应。此夕卜，燃烧器具有油料输送导管23，该油料输送导管通入油料环形通道13中，该油料环形通道本身在旋流叶片7的范围内或者下游具有流出喷嘴14。图2在横截面视图中示出了按现有技术的燃烧器装置的燃烧器毂18的一种构造。燃烧器毂18具有焊接为一体构造的铸件的浇注塞17，通过该浇注塞封闭用于取出型芯的辅助孔。在燃烧器毂18中设有气体环形腔9和油料环形腔13。在燃烧器毂18朝外并且缩窄的侧面，环形腔9和13具有分别多个流出孔10和14，相应的燃料(图1中的介质B或介质C)通过所述流出孔被喷到燃烧室24(参见图1)中。在图3中以示意图夸张地示出了图2所示的按现有技术的燃烧器毂中由于热造成的应力。由于应力，气体环形腔9和油料输送导管23之间的壁21变形。金属浇注和/或焊接的燃烧器毂18的这种变形由于油料输送通道23和气体环形腔9之间的壁中的温度梯度而产生，其中，温度约为50°C的油料通过该油料输送通道23，并且气体环形腔由于通过空气输送通道4(图1中的介质A)中的压缩空气的加热被加热到约420°C。图4局部剖切地示出了按本发明的燃烧器装置的一种实施形式的横截面。该燃烧器装置包括燃烧器毂18，在该燃烧器毂中设置有带有气体输送通道19(在图4中未示出) 的气体环形腔9以及带有油料输送通道23的油料环形腔13。燃烧器装置的基本结构与参照图1和图2描述的结构相同。因此仅说明与图1和图2所述的燃烧器结构的区别。在按本发明的燃烧器装置中，屏蔽壁30这样设置在油料输送通道23中，使得在气体环形腔9和油料输送导管23之间的壁与屏蔽壁30之间形成间隙38。该间隙38将由屏蔽壁30的内表面形成的油料流动路径与气体环形腔9和油料输送导管23之间的壁21热隔绝，因为位于间隙中的介质，如空气或者不流动或几乎不流动的油具有比燃烧器毂18的金属小很多的传热能力。例如空气的传热能力为0. 023W/mK，而油的传热能力为约0. 15W/ mK(室温下)。金属的传热能力相应高两到三个数量级。因此，间隙38可以看做是绝热作用的热屏蔽装置。壁21和屏蔽壁30之间的间距s的值可以有利地用于调节希望的传热速率。屏蔽壁实现为置入油料输送通道23中的套筒30的形式，该套筒防止沿着流动路径在油料输送通道23中流动的冷油与气体环形腔9和油料输送导管23之间的壁21直接接触。套筒30的外径比油料输送通道23的内径小预定的值，因此在置入的套筒30和壁21 之间形成间隙38，具有比燃烧器毂18的金属明显更低的导热能力的介质位于该间隙内。流过与壁21间隔布置的套筒30的油因此几乎不会导致壁21的冷却，因此壁21在气体环形腔侧的表面和油料通道侧的表面之间的温度下降就变得较小。因此，比在现有技术中出现明显更小的机械应力。在最简单的情况下，如果不担心点燃的话，可用油本身作为间隙38中的恰当介质，因为在这种情况下不需要相对油料的流动路径密封间隙38。为了能够将套筒30简单地安装到燃烧器毂18的油料输送通道23中，套筒设计为可插入油料输送通道23的管状构造的部段37中的孔内的套筒30。为此，套筒30在其流动上游的端部具有优选环绕的环状定位凸起33，该定位凸起用作套筒体在空腔23中径向对中的间隔保持件并且同时承担对接棱边53的功能，该对接棱边与存在于管状凸起37的孔区域内的、相应地槽型铣削的互补的配对对接棱边52对接，并因此确定套筒30在轴向上的位置。图5为清晰起见示出了油料输送通道23管状构造的部段37以及插入其中的套筒 30的放大的局部横截面视图。套筒30在其定位在上游的端部具有带有环形槽36的定位凸起33。环形槽36在插入油料输送通道23的套筒30中位于这样的平面高度，使得管状构造的部段37的孔位于该高度上。因此，在管状设计的部段37与油料输送管32焊接时，焊缝3位于环形槽36的区域内，因此在连接两个管端30时使定位凸起33并因此使套筒30不被焊接固定或烧结。定位凸起33设置在管状设计的部段37展宽的槽形铣削部和油料输送管32的相应槽形铣削部中。与管状设计的部段37的槽形铣削部一样，油料输送管32的槽形铣削部具有配对对接棱边50，该配对对接棱边与定位凸起53的对接棱边33共同作用。以这种方式，套筒30通过定位凸起33不仅在油料输送通道33中对中，而且也沿纵轴线Y的方向固定。所述类型的定位在本发明的框架内是足够的，然而，当前的构造具有另一种定位凸起35 (图4)，该定位凸起设置在套筒30下游端部附近。该定位凸起可以例如有效地抑制可能出现的套筒30的固有振荡。设置在套筒30下游端部的定位凸起35优选也设计为环形环绕的凸起，并且以其优选圆柱形构造的外径伸到空腔38的壁，使得该空腔同样有助于套筒30的对中。所有的定位凸起33，35具有优选这样的直径，使得在空腔30的壁和定位凸起圆柱形的外表面之间存在足够的间距，该间距用于补偿不同的热膨胀。因此，一方面套筒30在径向足够精确地定位，并且另一方面不会在运行中卡住。因此有效地避免了由于在燃烧器毂18中卡住而出现的应力。此外，按照本发明，套筒30沿轴向Y的热膨胀与导致卡住的应力无关地构造。为此，位于管状设计的部段37和油料输送管32的槽形铣削部中的定位凸起33的尺寸这样地确定，使得在油料输送管32的槽形铣削部中的配对对接棱边50和定位凸起33的相应对接棱边51之间存在预定的间距d，该间距使得套筒能沿轴向热膨胀，而不会由此在轴向Y产生应力。套筒30可以安装在按本发明的燃烧器装置中，方式是套筒经由燃料输送通道23 管状设计的部段的、待与燃料输送管32连接的孔插入燃料输送通道23中，直至定位凸起33 的对接棱边53抵靠在管状设计的部段37的槽形铣削部中的配对对接棱边52上。之后，燃料输送管32被放置到管状设计的部段37流动上游的端部上并且借助于焊接方法与管状设计的部段37连接，其中，环形槽36防止套筒焊接固定在燃料输送管32和/或管状设计的部段37上。
通过套筒30的所述构造以及管状设计的部段37和油料输送管32的槽形铣削部可以防止在轴向和径向由于套筒30的卡紧而导致的应力。尽管只在实施例的范围内参照专门的油料输送通道说明本发明，但是本发明也可以应用在其它燃料输送通道中。套筒也不需要具有圆形的横截面，而是也可以具有有棱角的横截面。
权利要求
1.一种用于燃烧流质燃料的燃烧设备的燃烧器装置，该燃烧器装置包括燃烧器毂 (18)、至少一个空气输送通道(3，4)和针对每一种燃料类型的至少一个燃烧输送通道(9， 13，19，23)，其中，所述至少一个燃料输送通道(9，13，19，23)至少部分构造在所述燃烧器毂(18)中，其特征在于，在至少一个燃料输送通道(23)中设置有屏蔽壁(30)，该屏蔽壁与燃料输送通道(23)的壁(21)相间隔，使得在所述燃料输送通道(23)的壁(21)和屏蔽壁 (30)之间形成不属于流经燃料输送通道(23)的燃料的流动路径的间隙(38)，所述屏蔽壁由构造在燃料输送通道(23)中的套筒(30)形成，该套筒(30)配设有至少一个径向定位器件(33，35)，该定位器件确保套筒(30)与燃料输送通道(23)的壁(21)之间的间距(s)，并且，所述套筒(30)的所述至少一个径向定位器件(33，35)设计为至少一个环绕布置的、径向朝外突伸的定位凸起(33，35)。
2.如权利要求1所述的燃烧器装置，其特征在于，所述套筒(30)的所述至少一个定位凸起(33)具有环形槽(36)。
3.如权利要求1或2所述的燃烧器装置，其特征在于，所述套筒(3)在其两个端部的区域至少分别具有一个环绕的定位凸起(33，35)。
4.如权利要求1至3之一所述的燃烧器装置，其特征在于，所述套筒(30)配有至少一个轴向的定位器件(51，53)，该轴向定位器件与存在于所述燃料输送通道(23)中的轴向定位器件(50，52)共同作用，以便在轴向上定位所述套筒(30)。
5.如权利要求4所述的燃烧器装置，其特征在于，在所述套筒(30)的轴向定位器件 (51,53)和燃料输送通道(23)中的轴向定位器件(50，52)之间存在轴向间隙(d)。
6.如权利要求4或5所述的燃烧器装置，其特征在于，所述套筒(30)的轴向定位器件 (50,51,52,53)设计为定位凸起(33)的端面上的至少一个对接棱边(51，53)，所述燃料输送通道(23)中的轴向定位器件(50，52)设计为配对对接棱边(50，52)。
全文摘要
本发明涉及一种用于燃烧流质燃料的燃烧设备的燃烧器装置。该燃烧器装置具有燃烧器毂(18)、至少一个空气输送通道和对于每一种燃料类型有至少一个燃烧输送通道(9，13)，其中，至少一个燃料输送通道(9，13)至少部分构造在所述燃烧器毂(18)中。在至少一个燃料输送通道(23)中设置有屏蔽壁，该屏蔽壁与燃料输送通道(23)的壁(21)相间隔，使得在所述燃料输送通道的壁(21)和屏蔽壁(30)之间形成不属于流经燃料输送通道的燃料的流动路径的间隙(38)。套筒(30)配设有至少一个径向的定位器件(33，35)，该定位器件确保了套筒(30)与燃料输送通道的壁(21)之间的间距，并且，所述套筒(30)的至少一个径向定位器件(33，35)设计为至少一个环绕布置的、径向朝外突伸的定位凸起。
文档编号F23R3/28GK102388270SQ201080012440
公开日2012年3月21日 申请日期2010年3月11日 优先权日2009年3月18日
发明者卡斯滕.乔丹, 托拜厄斯.克里格 申请人:西门子公司