专利名称：燃气轮机的可移动燃烧装置及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃气轮机燃烧系统的燃烧器，尤其涉及到在运转期间用于移动燃烧喷嘴并改变在燃气轮机燃烧器的文丘利管区内的间隙来改变燃烧器的性能与稳定性并减少NOX排放量的装置和方法。
现代燃气轮机制造和燃气轮机运转的主要目标之一是减少氮氧化合物(NOX)排放量。已经提出了许多不同的原理并用于减少这些排放物，例如，借助于降低火焰温度和气体在峰值温度下的停留时间，或借助于将水或蒸汽引入火焰中。然而，实用上考虑，妨碍了这些建议中的许多被采用。例如，当采用这些建议时，常出现结构的复杂性，高昂的运转费用以及其它性能参数的下降。
早己发现文丘利管的形状可用于稳定燃烧火焰。在这些结构方案中，减少NOX排放量是借助于燃烧燃料与空气的稀薄均匀混合物通过降低峰值火焰温度来达到的。在预混合工况中，将燃料供给主、副喷嘴二者(主要地在主喷嘴中)，并在文丘利管上游的预混合室内混合。然后该预混合气体在点燃之前流过文丘利管间隙，并在文丘利管间隙的下游产生燃烧。
业已发现，文丘利管间隙对预混合工况中的排放有影响。尤其是，已经发现，当以预混合工况运转时，较小的间隙，引起排放量减少。然而认识到这点，也意味着已认识到燃料喷嘴、套和各种辅助部件通常均刚性固定于燃烧器内，在这些部件之间，无故意的或预定的相对运动。一般情况下，这些部件的相对运动对于燃烧器的运行只是伴随的，即仅仅是热膨胀的结果。这样，已经知道，在以预混合工况运行期间，希望不仅改变间隙，而且相对于燃烧器端板和间隙移动辅助燃料喷嘴。
因此，按照本发明，提供了一种在燃气轮机燃烧器内可移动的燃烧装置，其中文丘利管上游的燃烧器中心体可轴向移动以改变文丘利管和中心体之间的间隙范围和轴向移动辅助燃料喷嘴，在燃气轮机运转期间，所有的位移是有意和故意的。为了这一点，燃烧器的中心体支承在轴向可移动的支承件或管上，后者还支承辅助燃料喷嘴，并把燃料输送到那里。该管子以其穿过燃烧器盖的端部连接于外螺纹中心体支承件，最好是一个套，以便和固定于盖外侧并从盖外侧可及的螺纹件配合。该支承件固定于盖，以防止中心体轴向移动期间它产生转动。因此，借助于转动，盖外侧的内螺纹件，支承辅助燃料喷嘴的中心体支承件，以及包括内套、旋流器叶片和其它构件的辅助构件均相对于盖、文丘利管和主燃料喷嘴轴向移动。这样，中心体的下游端相对于文丘利管获得轴向调节，借此，在运转期间文丘利管和中心体端部之间的间隙以及辅助燃料喷嘴的位置可得到调节。
在本发明的一个优先实施例中，提供了一种燃气轮机的燃烧器组件，它包括一个具有一外套，一支承内套和盖的中心体，并围绕轴线布置的燃烧器本体;在燃烧本体内由所述组件支承的用于供应燃料的装置;在燃料室本体内用于供应空气的装置;构成文丘利管的装置;包括一部分与文丘利管构成间隙的中心体的装置。还提供了在燃烧器本体外部并连接于中心体以便轴向移动中心体来改变文丘利管间隙大小的装置。
在本发明的另一优先实施例中，提供了一种燃气轮机燃烧室组件，它包括一个具有一外套，一支承内套和盖的中心体的燃烧器本体;在燃烧器本体内包括一燃料喷嘴用于供应燃料的装置;及燃烧室本体外连接于燃料喷嘴用于轴向移动燃料喷嘴以便相对于燃烧器本体改变燃烧喷嘴轴向位置的装置。
在本发明的又一优先实施例中，提供了一种操作燃气轮机燃烧器的方法，其中燃烧器具有一个燃料/空气预混合室，一个在预混合室下游的燃烧室及一个文丘利管，该方法包括下列步骤使燃料/空气混合物经由文丘利管的一固定面和一可移动面形成的间隙流入燃烧室，并借助于相对于固定面移动可移动面来改变间隙的大小。
本发明的再一个优先实施例中，提供了一种操作燃气轮机燃烧室的方法，其中，燃烧器在靠近燃烧器前端具有一固定的主燃料喷嘴，在主燃料喷嘴的轴向下游处有一可移动的辅助燃料喷嘴，该方法包括如下步骤在燃气轮机运转期间，相对于主燃料喷嘴轴向移动辅助燃料喷嘴。
因此，本发明的主要目的是要提供各种用于在运转中移动燃烧器中心体、借此相对于盖移动辅助燃烧喷嘴、从而按照在不用水的低NOX的燃气轮机中所希望那样来改变文丘利管中间隙的新颖与改进了的装置及方法。
当参照下面的说明书、附加的权利要求书和附图时，本发明的这些与其它的目的与优点便会变得更加明显。
图1为燃气轮机部分燃烧器的破碎横剖视图，仅表示燃烧器的上半部分，燃烧器的中心体处在其最前端位置上;
图2为类似于图1的视图，表示燃烧器的中心体处在其它充分轴向移动处的最后端位置上。
现在详细参照本发明的优先实施例，本发明的一个例子表示在这些附图里。
现在参照这些附图，表示了燃气轮机一系列环形燃烧器中的一个燃烧器的一部分，其中仅表示了总的以10表示的一个燃烧器的上半部分，下半部分是上半部分的镜形。因此，多个燃烧室和预燃室沿圆周配置在燃烧器内。燃烧室10包括一个外套12，一个总的以14表示的中心体。外套12在其后端连接于形成文丘利管或缩径部18的锥壁16。外套12的前端，包括在燃烧器内通常有的未示出的辅助结构，经适当的支承撑杆20连接于燃烧室端板或盖22。该盖装有多个主燃料喷嘴24，后者将燃料分布在外套12和中心体14之间的室内。应当理解，空气流入燃烧室是用普通的方法完成的，例如沿图1中的套12的外侧自右向左流动，然后在套12和26内自左向右流动，并在轴套28内围绕管42自左至右流动，如箭头所示。
按照本发明，中心体14借助于下述的中心体支承结构相对于盖22，外套12和辅助支承结构可轴向移动。参照图1便会理解，中心体14包括一个内套26，一个适当开孔能使空气通过轴套28的中心轴套或支承结构28，在其前部位置连接内套26和轴套28的多个翼30，以及连接内套26和靠近文丘利管18的轴套28的下游端的旋流器叶片32。弹簧密封装置34配置于中心体14尤其是它的内套26和外套12的静止元件之间。中心体14还包括具有一连串用于把燃料分配到辅助区和调节装置喷嘴的幅条形燃料管40的辅助燃料喷嘴38。辅助喷嘴38安装在支承件或管42上，其中的燃料被输送到辅助燃料喷嘴38和调节装置喷嘴。管42在其下游端经多个沿圆周间隔分布的旋流器叶片44由轴套28支承。管42的前端固定在制有外螺纹的支承元件46内。元件46终止于具有适当螺栓孔的扩大的突缘48的内端。支承环50用螺钉连接于突缘48的内侧与自突缘48径向向外和轴向向后伸出以便和轴套48连接的多个撑杆52上。因此，可以理解，当支承元件46位移时，中心体14和辅助喷嘴38两者随支承元件48一起轴向移动。元件46通过未示出的装置固定在盖22上，因此元件46能轴向移动，但不能旋动。
为了轴向移动支承元件46，装有内螺纹旋转外套或螺母54，它通过螺纹和外螺纹支承元件46啮合。外套54在其外侧端具有一整体突缘56。一环形元件58固定在套54的内端，在端板60的突缘56的相反侧。端板60通过未示出的装置固定在盖22上，防止转动。在环形元件58和端板60之间装有垫片62，而在突缘56和端板60之间装有类似的垫片64。可以理解，例如当使用一扳手使外套54转动时，支承元件46会向内拧进或向外拧出螺丝，从而沿相反方向轴向移动。因此，中心体14可在如图1和2中所示的二板端位置之间轴向移动，并保持在它们之间的任何经轴向调节过的位置上。
比较图1和2可以知道，通过拧外支承套54使中心体14朝盖22向前移动，并移到图1中所示的最前端位置，中心体14末端和文丘利管18之间的间隙“a”展开到最大程度。另外，由管42支承的辅助燃料喷嘴38处在如图1中所示的最前端位置。当希望改变文丘利管和中心体之间的间隙并重新定位辅助喷嘴时，操作者可使用扳手拧动套54。由于转动套54，螺纹作用移动支承元件46，从而移动中心体14，沿轴向向后方向移动到某一调节过的位置。如图2中所示，当把中心体14移动到轴向最后的位置时，中心体14的末端可闭合到最小的间隙“b”。同样地，燃料喷嘴38随中心体14同时被推进到其最后端的位置。可以理解，辅助燃料喷嘴的位置及所述间隙的大小，就上述装置来说是同时改变的，因此，当燃气轮机以预混合工况运转时，中心体末端和文丘利管之间的间隙可以改变来选择轴向调节位置，以便在燃气轮机运转期间调节燃烧室，使排放量减至最少。
尽管连同目前被认为是最实际和最优先的实施例一起叙述了本发明，然而应当明了，本发明并不限于所公开的实施例，而却却相反，是要覆盖包括在所附权利要求书的精度和范围内的种种变型与等同结构。
权利要求
1.一种燃气轮机的燃烧器组件，包括一个具有一外套、一支承内套与盖的中心体的并围绕某一轴线布置的燃烧器件；在燃烧体内由所述组件支承用于供给燃料的装置；在燃烧器体内用于供给空气的装置；确定文丘利管的装置；包括一部分中心体的确定和文丘利管之间间隙的装置；在燃烧器体外部并连接于中心体用于沿轴向移动中心体以改变文丘利管间隙尺寸的装置。
2.按权利要求1所述的组件，其特征在于包括一个由燃烧器体支承的主燃料喷嘴和由所述移动装置支承以便跟其一起轴向移动的辅助燃料喷嘴。
3.按权利要求2所述的组件，其特征在于所述移动装置包括一个经所述盖延伸并支承辅助燃料喷嘴的支撑元件，以及用于轴承移动所述支撑元件来和中心体一起移动辅助燃料喷嘴的装置。
4.一种操作具有一个燃料/空气预混合室、一个在预混合室下游的燃烧器燃烧室和一个文丘利管的燃气轮机燃烧器的方法，其特征在于包括下列步骤将燃料/空气混合物经由文丘利管的固定表面和一可移动表面之间形成的间隙引入燃烧室;相对于固定表面移动可移动表面来改变所述间隙的大小。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于改变间隙的步骤是在燃气轮机运转期间进行的。
6.按权利要求4所述的方法，其特征在于所述燃烧器具有一固定的主燃料喷嘴和一可移动的辅助燃料喷嘴，该方法包括沿轴向相对于文丘利管移动辅助燃料喷嘴的步骤。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于包括沿轴向同时移动辅助燃料喷嘴和改变间隙大小的步骤。
8.按权利要求4所述的方法，其中燃烧器具有一个包括可移动表面的中心体，其特征在于该方法包括轴向移动中心体来移动可移动表面的步骤。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于燃烧器具有一固定的主燃料喷嘴和一可移动的辅助燃料喷嘴，该方法包括相对于文丘利管轴向移动中心体来轴向移动辅助燃料喷嘴的步骤。
10.一种操作燃气轮机燃烧器的方法，其中燃烧器具有一个靠近燃烧器前端的固定主燃料喷嘴和一个在主燃料喷嘴轴向下游的可移动辅助燃料喷嘴，其特征在于包括在燃气轮机运转期间相对于主燃料喷嘴轴向移动辅助燃料喷嘴的步骤。
全文摘要
可移动燃烧系统包括一个确定文丘利管的外套和一个包括终止于旋流器叶片，确定中心体最后端与文丘利管之间间隙的内套的中心体。辅助燃料喷嘴处于中心体内，中心体安装于燃烧器盖以便自盖外侧某个位置上轴向作旋转移动，并在燃气轮机运转期间轴向移动辅助燃料喷嘴并改变中心体与文丘利管之间的间隙。
文档编号F23R3/28GK1058262SQ9110458
公开日1992年1月29日 申请日期1991年7月6日 优先权日1990年7月10日
发明者约翰·E·福特, 艾伯特·迈尔斯 申请人:通用电气公司