使用校准销在修理或生产期间校准燃气涡轮焚烧器的方法
1.相关申请的交叉引用该专利申请要求保护于2021年4月30日提交的编号为21171664.2的欧洲专利申请的优先权，该欧洲专利申请的全部公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
2.本发明涉及用于功率设备的燃气涡轮组件的技术领域。如已知的，在这些组件中，引入的空气流在压缩机中压缩，且然后在燃烧器中与燃料(气体燃料和/或油燃料)混合以产生待在涡轮中膨胀的热气流。燃烧器包括多个焚烧器，其中每个焚烧器设有构造成用于在空气流中喷射燃料的多个孔。涡轮的旋转对转子产生旋转功，转子继而连接到用于功率生产的发电机。在该技术领域中，本发明详细地涉及如何改进燃烧性能。
背景技术：
3.如已知的，用于功率设备的燃气涡轮包括压缩机组件、燃烧器组件和涡轮组件。压缩机组件构造成用于压缩在压缩机入口处供应的引入的空气。离开压缩机组件的压缩空气流入一体积(称为“压室”)并从那里流入燃烧器组件。该燃烧器组件通常包括构造成用于将燃料(至少一种类型的燃料)喷射到压缩空气流中的多个焚烧器。每个焚烧器包括构造成用于将气体燃料喷射到空气流中的多个孔。燃料和压缩空气的混合物进入燃烧室，在此处该混合物点燃。所得到的热气流离开燃烧室，并通过在涡轮组件中穿行来对连接到发电机的转子做旋转功。如已知的，涡轮组件包括多级或多排的旋转叶片，其由多级或多排的定子叶片(称为导叶)所介入。旋转叶片由转子所支承，而定子叶片由同心的且包绕涡轮组件的壳体(称为“导叶载体”)所支承。
4.为了实现高效率，热气流必须具有非常高的涡轮入口温度。然而，大体上，该高温涉及不期望的高nox排放水平。为了减小该排放并增加操作灵活性而不降低效率，所谓的“顺序”燃气涡轮特别地适合。大体上，顺序燃气涡轮包括第一和第二燃烧级，其中每个燃烧级设有多个焚烧器。现今，至少两个不同种类的顺序燃气涡轮是已知的。根据第一实施例，第一和第二燃烧器是环形形状的且由称为高压涡轮的涡轮叶片级所物理分离。在第二燃烧器下游存在第二涡轮单元(称为低压涡轮)。该种类的燃气涡轮由申请人生产且可作为“gt26”在市场上得到。根据顺序燃气涡轮的第二实施例，燃气涡轮不设有高压涡轮，且燃烧器组件以围绕燃气涡轮轴线布置为环的多个筒式燃烧器的形式实现。每个筒式燃烧器包括第一燃烧器和第二燃烧器，其在共同的筒形状的壳体内部将一个直接地布置在另一个下游。该第二种类的顺序燃气涡轮由申请人生产且可作为“gt36”在市场上得到。本发明可在所有前面描述的燃气涡轮中以及大体上在设有具有气体燃料喷射孔的焚烧器的所有燃气涡轮中应用。
5.根据本发明，上文提到的喷射孔中的每个包括连接到燃料气体源的入口以及与流过焚烧器槽的空气成直角的出口。如已知的，为在燃气涡轮中实现最佳的焚烧器性能，有必要减小燃料气流分散度(scatter)，例如对于由申请人生产的gt26来说减小至
±
2%的燃料
气流分散度。因为接入焚烧器槽内部是受限的，喷射燃料气体的孔仅可通过edm(放电加工)来产生，edm是固有地不精确的工艺。在该状况下，总燃料气流的单独焚烧器分散度为
±
10%，其引起在单独的焚烧器之间的大于100℃的火焰温度变化。另外，在单独的孔之间的燃料气流分散度为
±
15%，其引起局部火焰温度变化。
6.根据现有技术的实践，限制离开焚烧器喷射孔的燃料气体的气体分散度的解决方案规定，焚烧器应选择性地组装以减小下游测量的热气体路径周向温度分布。还可在每个焚烧器中安装校准孔口以减小燃料流分散度。然而，不使用该解决方案，因为它将增加焚烧器上的压降，需要较大的气体压缩机。而且，该解决方案不会改进燃料气体沿焚烧器空气槽的分布。
7.从该现有技术的实践出发，现今需要提供一种新的且有创造性的解决方案来限制在燃气涡轮焚烧器中离开燃料喷射孔的气体的燃料气体分散度。
技术实现要素：
8.相应地，本发明的主要目标在于提供一种用于校准燃气涡轮焚烧器的方法，其中该方法可容易在燃气涡轮组件的修理(recondition)或生产期间执行。
9.如前面描述的，我们将一种组件意指为燃气涡轮组件，该组件包括：
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压缩机；
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至少一个燃烧器；
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至少一个涡轮。
10.即使未列出，这些组件的其它较小构件为该技术领域的技术人员所熟知。如已知的，每个燃烧器包括多个焚烧器，即，构造成用于将燃料(在该情况下为气体燃料)喷射到来自压缩机的空气流中的装置。从该点出发，根据本发明的主要限定，方法包括以下步骤：a) 提供燃气涡轮焚烧器(通常燃气涡轮包括多个焚烧器)，该燃气涡轮焚烧器包括构造成用于在空气流(即，离开压缩机的压缩空气)中喷射气体燃料的多个孔；每个气体燃料喷射孔包括具有初始或第一出口直径的出口，优选地如通过edm来产生(孔出口与空气流成直角)；b) 通过使用工具或装置来使孔出口变形，该工具或装置构造成使得每个孔的出口通过从初始edm出口直径变至较小的出口直径来变形。
11.通过使用特定的装置来控制出口直径的减小允许克服现有技术的前面提到的问题，即，容易保证改进的气流分布和在单独的喷射孔之间的最小气流分散度。使用标准的测量销来检查所得到的孔直径，以保证孔直径变化减小，即，焚烧器空气槽中的燃料分布改进。
12.根据本发明的优选实施例，变形的孔出口的减小通过使用校准销装置(即，优选地包括具有比每个孔的初始edm出口直径略微更大的直径的销和扩大基部的装置)来执行。在该示例中，基部设有围绕销的圆形突出环，使得通过将销压到每个孔中，在孔出口处获得圆形压痕，从而一致地减小出口直径。
13.优选地，校准销是硬化销，即，由比焚烧器更硬的材料制成的销。
14.本发明还提供检查在变形之后减小的出口直径是否大于所需最小直径的最后步骤。为了允许该检查，在每个孔中插入最小直径测量销。
15.当然，本发明还涉及任何燃气涡轮焚烧器，其中气体喷射孔通过执行根据前面权利要求中任一项所述的方法来校准。最后，本发明还涉及包括如前面校准的至少一个焚烧器的任何燃气涡轮组件。
16.要理解的是，前面的大体描述和以下详细描述两者是示例性的且意在提供对如所要求保护的本发明的进一步解释。根据以下描述、图和权利要求书，本发明的其它优点和特征将是清晰明了的。
17.被认为是新颖的本发明的特征特别地在所附权利要求书中阐述。
附图说明
18.在适当地参照附图来仔细地阅读详细描述之后，本发明的另外的益处和优点将是明显的。
19.然而，可通过参照本发明的以下详细描述来更好地理解本发明它本身，以下详细描述连同附图一起描述本发明的示例性实施例，在附图中：
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图1和图2是其中可应用本发明的方法的两个燃气涡轮组件的示意视图；
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图3是可根据本发明来校准的涡轮焚烧器的示意实施例；
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图4-6公开适合于执行所要求保护的方法的校准装置的实施例；
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图7和图8公开用于分别在由图4-6的装置执行校准之前和之后在空气流中喷射燃料气体的焚烧器孔。
具体实施方式
20.与附图结合，本发明的技术内容和详细描述在下文中根据优选实施例来描述，不用来限制它的执行范围。根据所附权利要求书来进行的任何等同的技术变化和修改全都由为本发明所要求保护的权利要求书所覆盖。
21.如前面提到的，本技术的技术领域涉及用于功率设备的燃气涡轮组件。技术人员熟知，燃气涡轮组件包括压缩机、燃烧器组件和至少一个涡轮。压缩机和涡轮沿主轴线延伸且优选地联结到共同的转子。
22.现在参照图1，图1是用于功率设备1的燃气涡轮组件的第一非限制性示例的示意视图，其中可应用本发明的方法。根据图1的实施例，该燃气涡轮是所谓的“顺序燃烧燃气涡轮”，其设有高压和低压涡轮。在主气流2之后，图1的燃气涡轮1包括压缩机3、第一燃烧器31、高压涡轮5、第二燃烧器32和低压涡轮7。压缩机3和两个涡轮5、7是共同的转子8的部分或连接到共同的转子8，共同的转子8围绕轴线9旋转且由同心壳体10包绕。压缩机3供应有空气，且包括旋转叶片18和定子导叶19，其构造成压缩进入压缩机3的空气。离开压缩机，压缩空气流入压室11并从那里流入围绕轴线9以圆形图案布置的第一燃烧器31的多个第一焚烧器12。每个第一焚烧器12构造成用于将至少一种类型的燃料(例如，连接到至少一个第一燃料供应部13的气体燃料)喷射到压缩空气流中。优选地，该第一焚烧器12可限定为“预混合”焚烧器，因为其构造成用于使压缩空气和喷射的燃料在点燃之前混合。燃料/压缩空气混合物流入环形形状的第一燃烧室4，在此处该混合物点燃。在启动期间，该混合物初始地由点燃器(例如由火花点燃器)点燃；一旦点燃，点燃是自我维持的且点燃器关闭。所得到的热气体离开第一燃烧室4，且在高压涡轮5中部分地膨胀，对转子8做功。在高压涡轮5的下
游，部分膨胀的热气体流入成排的第二焚烧器33，其中至少一种类型的燃料由燃料枪14(每个焚烧器具有一个枪)喷射。部分膨胀的气体具有高温且包含足够的氧以用于进一步燃烧，其通过自燃来发生在第二燃烧室6(其布置在成排的第二焚烧器33的下游)中。这些第二焚烧器33也称为“再热”焚烧器。再热的热气体离开第二燃烧室6且在低压涡轮7中流动，它在低压涡轮7中膨胀，对转子8做功。低压涡轮7包括许多级：在主流动方向上串联布置的成排的转子叶片15。此类成排的叶片15由成排的定子导叶16所介入。转子叶片15连接到转子8，而定子导叶16连接到导叶载体17，导叶载体17是包绕低压涡轮7的同心壳体。
23.现在参照图2，图2是其中可应用本发明的方法的燃气涡轮的第二非限制性示例的示意视图。此外，该燃气涡轮20是“顺序燃烧燃气涡轮”。特别地，图2公开具有压缩机29、涡轮21和顺序燃烧器22的燃气涡轮20的局部视图。图2的顺序燃烧器22具有多个所谓的筒式燃烧器，即，许多栓接的筒式壳体，其中每个筒包括多个第一焚烧器24、第一燃烧室25、第二焚烧器26和第二燃烧室27。在第二焚烧器26的上游，可提供混合器以用于将空气添加到离开第一燃烧室25的热气体中和在空气/热气体混合物中产生湍流。顺序燃烧器布置至少部分地容纳于外壳体28中，外壳体28支承单独的筒式燃烧器22，燃烧器22围绕涡轮轴线23以圆形图案布置。此外，该实施例的第一焚烧器24中的每个是构造成用于产生预混合火焰的“预混合”焚烧器。当热气体离开第二燃烧室27时，它然后在涡轮21中膨胀，对转子30做功。
24.如前面提到的，图1和图2的示例是可根据本发明来校准的燃气涡轮的非限制性示例。
25.图3是可根据本发明来校准的涡轮焚烧器的示意实施例。该焚烧器12可为在图1和图2的燃气涡轮中组装的焚烧器。在该示例中，上游端32连接到气体燃料源13，且下游端33是锥形形状的，设有多个喷射孔31，喷射孔31构造成用于将来自源13的气体燃料喷射到空气流。如前面描述的，这些孔必须校准以用于改进焚烧器性能。实际上，该焚烧器中的该燃料气体孔通过edm来产生，且因此这些孔没有准确地校准。
26.图4-6公开适合于执行所要求保护的方法(即，适合于校准焚烧器12的孔31)的校准装置的实施例。利用词语“校准”，我们意指通过使用装置来使孔出口变形的步骤，该装置构造成使得每个孔的出口从原始出口直径(通过edm技术来产生)变形至减小的出口直径。特别地，图4-6公开校准销34装置，其包括销35(圆柱形主体)，销35具有比每个孔31的初始edm出口直径略微更大的直径。请注意，这些孔31在校准之前不是圆柱形的，它们具有略微的锥度，使得销35可进入孔31，直到装置的扩大基部36压到与围绕孔31的焚烧器的外表面进行接触。构造成与围绕孔31的焚烧器表面接触的基部36的面设有围绕销37布置的圆形突出环37。在该示例中，圆形突出环37公开圆形的v形状的锐利边缘，其在使用中压靠围绕孔31的焚烧器的表面。在该示例中，销的直径为2.2mm(标记d)，而v形状的边缘具有等于2.5mm(标记d')的直径。如在以下图中公开的，该突出部37的高度构造成使edm孔31出口的边缘变形。
27.图7和图8公开用于分别在由图4-6的装置执行校准之前和之后在空气流中喷射燃料气体的焚烧器孔。标记38指的是围绕孔31的焚烧器的表面，即，与销基部36接触的焚烧器表面。标记39指的是在校准之前的孔出口，且标记40指的是在校准之前的孔出口。标记39指的是气体燃料流。如所公开的，在校准之后，由于出口它本身的变形，出口端40公开比原始出口的直径更小的直径。实际上，通过将销35压到孔31中，基部36接触表面38，且通过再次
压(如由f'所表示的)，突出的v形状的环产生围绕出口的圆形压痕41。由于该压痕，孔出口的边缘变形以减小关于气流的出口直径。图8中的标记d和d'分别指的是在校准之前和之后的出口直径。
28.虽然关于如上文提到的它的优选实施例来解释了本发明，要理解的是，可进行许多其它可能的修改和变化，而不脱离本发明的范围。因此，设想到所附一项或多项权利要求将覆盖落在本发明的真实范围内的此类修改和变化。