燃气轮机燃烧室喷口盖组的制作方法
【专利摘要】一种燃气轮机燃烧室喷口盖组(24)，包括具有上游法兰(60、62）的预混管（42、44），上游法兰使预混管相对于主进料板(66)对正并坐在该主进料板(66)上，主进料板(66)附接至支撑环(48)的上游端。预混管在其长度的中间位置可具有中间法兰(64)，该中间法兰使预混管对正并坐在中间结构框架(68)上，该中间结构框架(68)在所述支撑环长度的中间位置附接至支撑环上。该燃烧室喷口盖组(24)可具有多个预混管，包括一个具有上游法兰(62)和中间法兰(64)的中央预混管(44)和具有至少一个上游法兰(64)的外预混管(44)的环形阵列。
【专利说明】燃气轮机燃烧室喷口盖组
[0001]本专利申请要求于2011年5月20日提交的编号为61/488，199的美国专利申请的权益，该专利申请通过引用结合在此。
【技术领域】
[0002]本发明涉及燃气轮机燃烧室喷口盖组中的燃料/空气预混管的结构特征。
【背景技术】
[0003]工业用燃气轮机的燃烧系统可包括多个独立的燃烧装置组件，例如在美国专利5，274，991中所述的组件。这些燃烧装置组件包含可由一组或多组燃料与氧化剂喷嘴混合腔构成的燃料与氧化剂供给装置。这些混合腔称为预混管。预混管的主要作用是为燃烧提供精确计量和混合的燃料与氧化剂比率。预混管常常从主进料结构以悬臂方式支撑，并穿过称为发散孔板的比较柔软的隔网。已知的是，预混管容易在焊接接头处脱开，导致严重的下游涡轮损坏。
【发明内容】
[0004]本发明的预混管实施方式可结合有一种几何构造，该几何构造可减小焊缝应力，并允许附加的焊缝位置，同时不会对预混管的形状或功能造成不良影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]下面将参照附图详述本发明。在附图中:
[0006]图1是可包含本发明的实施方式的一种示例性燃气轮机的示意图。
[0007]图2是可包含本发明的实施方式的一种示例性燃烧室喷口盖组的下游端的透视图。
[0008]图3是图2中所示的包含本发明的实施方式的燃烧室喷口盖组的截面侧视图。
[0009]图4是根据本发明的特征实现的一种具有上游法兰的示例性外预混管的透视图。
[0010]图5是根据本发明的特征实现的一种具有上游法兰和中间法兰的示例性中央预混管的透视图。
[0011]图6是根据本发明的特征实现的一种示例性中间结构框架的透视图。
【具体实施方式】
[0012]图1是一种示例性燃气轮机20的示意图，该燃气轮机20包括压缩机22、燃料喷嘴组件(又名燃烧室喷口盖组)24、燃烧室26、过渡气道28、涡轮段30、以及发动机轴32，涡轮30通过发动机轴32驱动压缩机22。在环管燃烧室设计中，多个燃烧室组件24、26、28可按环形阵列布置。在一种示例性实施方式中，按环管燃烧室设计布置的燃烧室组件24、26、28是本领域技术人员知道的逆流燃烧室组件，但是本发明的实施方式可针对各种类型的燃烧室组件进行改造。在工作时，压缩机22吸入空气33，通过扩散器34和燃烧室增压腔36向燃烧室入口 23提供压缩空气流37。此压缩空气37还作为燃烧室26和过渡气道28的冷却介质。组件24内的燃料喷嘴(未示出)把燃料与压缩空气混合。此混合物在燃烧室26中燃烧，产生高温燃烧气体38 (又称工作气体)，高温燃烧气体38穿过过渡气道28，经由过渡气道的出口框架40和涡轮入口 29之间的密封连接进入涡轮30。扩散器34和增压腔36可绕发动机轴32以环形方式延伸。燃烧室增压腔36中的压缩气流37的压力比燃烧室26和过渡气道28中的工作气体38的压力高。
[0013]图2是一种示例性燃料喷嘴组件或燃烧室喷口盖组24的下游端的透视图，该组件具有环绕中央预混管44的外侧燃料/空气预混管42的环形阵列。在完全组装好时，燃料喷嘴(未示出)安装在这些管中。喷口盖组24可具有主支撑结构，该结构可包括由支架52互连的内支撑环和外支撑环48、50。内支撑环48的下游端可被发散孔板54封闭，发散孔板54围绕但不封闭管42、44的下游端。发散孔板54可包括多个穿孔53，这些穿孔用于内环48内的压缩空气进行喷流冷却，内环48通过这些穿孔向燃烧室26内排气。环形弹簧密封圈56可环绕内支撑环48的下游端，用于把燃烧室26的衬层连接至内支撑环48。
[0014]图3是根据本发明的特征实现的一种燃烧室喷口盖组24的截面侧视图，该燃烧室喷口盖组24可包括环绕示例性的中央预混管44的示例性外侧燃料/空气预混管42的环形阵列。图中示出了燃料和燃烧空气的流动方向43，以表明本文中所述的"上游"或前向和"下游"或后向的含义。在完全组装好时，燃料喷嘴(未示出)安装在预混管42、44中。每个预混管42、44可分别用于隔离燃料喷射源，从而使燃料和氧化剂以调节好的比例混合。每个预混管42、44的下游端可滑入附于发散孔板54的弹簧密封圈58中。每个预混管42、44的上游端可固定附接到主进料板66中，例如通过在承托和对位法兰60、62周围进行焊接来固定。主进料板66可以横跨的方式附接在内支撑环48的上游端。在内支撑环48中可具有冷却介质入口孔67，使穿过发散孔板54中的穿孔的压缩空气37能够流过。
[0015]本发明的发明人已经确定，某些预混管被容纳在不具有对位和承托构造的燃烧室喷口盖组中，如果没有这种构造，过高的燃烧系统动态激励可能导致预混管脱开，因而导致下游燃烧系统和涡轮发生损坏。本发明的燃料预混管设计的实施方式通过一个或多个对位法兰和/或承托构造60、62、64提高了保持能力，从而提高了整个燃烧系统的耐用性。这些构造能提高预混管与燃料源对位的效果，并减小由动态激励造成的过高焊缝应力。这种方式提高了燃烧系统的强度储备和自诱导燃烧系统的动态能力。可以理解的是，本发明的特征可包含到新制造的设备中和加入现有燃气轮机中。
[0016]每个示例性预混管42、44的上游端可具有上游法兰60、62，所述上游法兰60、62用于相对于主进料板66保持和对正相应的预混管。各个管42、44可部分地延伸至主进料板66中或穿过主进料板66(如图所示)，或者，每个管可终止于法兰60、62处，而法兰60、62对正其在板66上的相应位置。另外，中央预混管44和/或其它预混管42可在管长度的中间位置具有中间对位法兰64，用于相对于中间结构框架68保持和对正相应的管。中央管44或每个管42、44可附接至中间结构框架68上，例如通过在中间法兰64周围焊接来附接至中间结构框架68上。
[0017]在图示的实施方式中，中央预混管44收纳在中间结构框架68的孔中，并具有坐在中间结构框架68的周围部分72上的中间对位法兰64。外侧预混管42无需固定至中间结构框架68上，但可滑动地接合在相应的外侧稳定环70中或在中间结构框架68的周围部分中形成的孔中。这种滑动接合限制了外管42的相对侧向运动，同时允许有差异的热膨胀。
[0018]图4是具有上游对位法兰60的一种示例性外预混管42的透视图。图5是具有上游对位法兰62和中间对位法兰64的一种示例性中央预混管44的透视图。
[0019]图6是适合于与本发明的实施方式结合使用的一种示例性中间结构框架68的透视图。结构框架68可由用于每个外预混管42的相应稳定环70和用于中央预混管44的中央稳定环72构成。结构框架68可具有减轻重量并让冷却介质37通过的孔74。在一个或多个相应的稳定环70的外缘上可形成有周围突舌76，用于把结构框架68附接到内支撑环48的内表面上。
[0020]虽然本发明在上文中是通过各种实施方式来展示和说明的，但显而易见的是，这些实施方式仅是示例性的。在不脱离本发明的精神的前提下，能够进行无数的变更、更改和替换。因此，本发明仅受所附权利要求书的精神和范围的限定。
【权利要求】
1.一种燃气轮机燃烧室喷口盖组，包括: 以横跨的方式附接在支撑环的上游端的主进料板； 位于支撑环内的燃料预混管，所述预混管包括上游法兰，该上游法兰使预混管相对于主进料板对正并坐在主进料板上。
2.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，其中， 上游法兰环绕预混管的外表面延伸； 主进料板包括第一孔，所述第一孔容纳预混管直至上游法兰的但不容纳上游法兰； 预混管布置在第一孔中；以及 上游法兰坐在主进料板上。
3.如权利要求2所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，其中，预混管在第一孔周围焊接至主进料板上。
4.如权利要求2所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，还包括: 中间法兰，在预混管长度的中间位置位于预混管的外表面周围；和 中间结构框架，包括第二孔，所述第二孔容纳预混管直至中间法兰但不容纳中间法兰； 其中，预混管布置在第二孔中，中间法兰坐在中间结构框架上。
5.如权利要求4所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，其中，预混管在第二孔周围焊接至中间结构框架上。
6.如权利要求4所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，其中，预混管在第一和第二孔周围焊接至主进料板和中间结构框架上。
7.如权利要求6所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，其中，所述预混管是中央预混管，并且所述喷口盖组还包括围绕中央预混管布置为环形阵列的多个外预混管，每个外预混管包括在主进料板中的相应孔周围坐在主进料板上的上游法兰，其中，所述支撑环围绕外预混管，主进料板和中间结构框架沿各自的周围附接到支撑环上。
8.如权利要求7所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，其中，所述中间结构框架还包括多个稳定环，每个稳定环以滑动接合方式收纳所述外预混管中的相应一个，该滑动接合方式限制外预混管的相对侧向运动，同时允许在其间有差异的热膨胀。
9.如权利要求8所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，还包括: 在支撑环中形成的冷却介质入口孔，用于让冷却介质流入该盖组； 在中间结构框架中形成的至少一个孔，用于减轻重量和让冷却介质沿该盖组流过；和与中央预混管和外预混管的下游端接合的发散孔板，该发散孔板包括用于从所述盖组流出的冷却介质进行有效的喷流冷却的穿孔。
10.一种燃气轮机燃烧室喷口盖组，包括: 预混管； 在预混管外表面周围的上游法兰； 主进料板，包括第一孔，所述第一孔容纳预混管直至上游法兰但不容纳上游法兰， 其中，预混管布置在第一孔中，上游法兰坐在主进料板上； 中间法兰，在预混管长度的中间位置位于预混管的外表面周围；和 中间结构框架，包括第二孔，所述第二孔容纳预混管直至中间法兰但不容纳中间法兰，其中，预混管布置在第二孔中，中间法兰坐在中间结构框架上；并且 主进料板和中间结构框架沿各自的周围附接至环绕支撑环上。
11.如权利要求10所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，其中，预混管在第一孔周围焊接至主进料板上，并且预混管在第二孔周围焊接至中间结构框架上。
12.如权利要求10所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，其中，预混管在第一孔周围焊接至主进料板上，并且预混管布置为在第二孔周围与中间结构框架滑动地接合。
13.如权利要求10所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，还包括: 在支撑环中形成的冷却介质入口孔，用于接纳冷却介质； 在中间结构框架中形成的至少一个孔，用于让冷却介质沿预混管的外表面通过。
14.一种燃气轮机燃烧室喷口盖组，包括: 中央预混管以及布置在该中央预混管周围的外预混管的环形阵列； 支撑环，环绕外预混管的环形阵列； 中央预混管和外预混管中的每一个预混管包括把该预混管与附接至支撑环的上游端的主进料板对正的相应上游法兰； 主进料板包括与中央预混管 和外预混管中的每一个预混管对正、并让流体从中通过的相应孔；和 每个相应的上游法兰固定附接至主进料板上。
15.如权利要求14所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，还包括: 中间法兰，在中央预混管长度的中间位置位于中央预混管上；和 中间支撑框架，在支撑环长度的中间位置附接至支撑环上，并与中间法兰接触， 其中，中间支撑框架包括孔，所述孔容纳中央预混管但不容纳中间法兰。
16.如权利要求15所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，其中，每个上游法兰焊接至主进料板上，中间法兰焊接至中间支撑框架上。
17.如权利要求15所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，其中，中间支撑框架包括多个稳定环，每个稳定环以滑动接合方式收纳一个相应的外预混管，该滑动接合方式限制外预混管的相对侧向运动，同时允许在其间有差异的热膨胀。
18.如权利要求14所述的燃气轮机燃烧室喷口盖组，还包括: 中间支撑框架，在支撑环长度的中间位置附接至支撑环上，并与中间法兰接触， 其中，中间支撑框架包括多个孔，每个孔容纳中央预混管和外预混管中的相应的一个，以对其提供侧向支撑。
【文档编号】F23R3/60GK103562642SQ201280024476
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年4月20日 优先权日:2011年5月20日
【发明者】F.莫尔勒, L.埃斯特拉达, J.莱弗勒, M.科恩 申请人:西门子能量股份有限公司