用于具有顺序燃烧的燃气涡轮的燃料喷管冷却的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有顺序燃烧的燃气涡轮的技术。它指的是根据权利要求1的前序部分的燃料喷管冷却。
【背景技术】
[0002]为了实现高效率，在标准燃气涡轮中要求高的涡轮入口温度。因此，导致高NOx排放水平和高寿命周期成本。顺序燃烧循环可减轻这些问题，其中，压缩机所提供的压力比几乎是传统压缩机的两倍。主流经过第一燃烧室(例如使用EP I 257 809或US 4，932，861中公开的一般类型的喷燃器，也称为EV燃烧器，EV表示环境)，一部分燃料在其中燃烧。在高压涡轮级处膨胀之后，添加其余的燃料且燃烧(例如使用US 5，431，018或US 5，626，017或US 2002/0187448中公开的类型的喷燃器，也称为SEV燃烧器，S表示顺序)。这两种燃烧器都包含预混合喷燃器，因为低NOx排放要求燃料和氧化剂有高混合品质。
[0003]在图1中显示申请人的具有顺序燃烧的示例性燃气涡轮，它被称为GT26。
[0004]图1的燃气涡轮10包括转子11，转子11具有多个叶片，叶片围绕机器轴线20旋转，并且被壳体12包围。空气在空气入口 13处吸入，并且被压缩机14压缩。压缩空气用来使第一(环形)燃烧器15中的第一燃料燃烧，从而产生热气。热气驱动第一高压(HP)涡轮16，然后在第二(环形，顺序)燃烧器17中再加热，驱动第二低压(LP)涡轮18，并且通过排气出口 19离开燃气涡轮10。
[0005]由于对第二燃烧器17馈送第一燃烧器15的膨胀排气，所以操作状况允许燃料空气混合物自燃(自发着火)，而不必对混合物供应额外的能量。为了防止燃料空气混合物在混合区域中点燃，在其中的驻留时间必须不超过自燃延迟时间。这个标准确保喷燃器内部有无火焰区。这个标准对于燃料在喷燃器出口区域上实现合适分布提出了挑战。SEV喷燃器目前设计成仅用天然气和油工作。因此，相对于主流的动量通量来调节燃料的动量通量，以便使其渗透到旋涡中。燃料和氧化剂后来在混合区的出口处混合正好足以允许有低的NOx排放(混合品质)，以及避免逆燃(驻留时间)，逆燃可由燃料空气混合物在混合区中自燃导致。在当前的SEV燃料喷射装置(SEV燃料喷管)中使用的横向流喷射概念需要高压载体空气供应，这会降低动力装置的整体效率。
[0006]文献WO 2011/054760 Al公开了一种用于涡轮的燃烧室的喷燃器，其具有用于将至少一种燃料引入到喷燃器中的喷射装置。喷射装置具有布置在喷燃器中的至少一个本体，喷燃器具有至少两个喷嘴，以将燃料引入到腔室中，本体具有:流线型横截面轮廓，其垂直于在喷燃器中占优势的主流方向而沿纵向方向延伸；以及基本平行于主流方向的两个侧向表面，它们在它们的上游侧处由前缘连结，并且在它们的下游侧处连结而形成后缘，喷嘴沿着所述后缘分布。本体包括限定所述流线型横截面轮廓的封闭外壁，其中，在此外壁内，提供纵向内部空气稳压室，以将空气引入到喷射装置中。空气稳压室设有孔，使得通过这些孔离开的空气冲击在前缘的内侧。
[0007]该文献局限于具有外部旋涡发生器的喷射装置。未公开用于加强燃料/空气混合的其它器件，尤其是喷嘴之间的波瓣(lobe)。
[0008]此外，该文献未能教导冲击冷却的几何细节，它们对于这种装置的成功操作是至关重要的。
【发明内容】
[0009]本发明的目标是提供冲击冷却细节，它们不仅适用于具有旋涡发生器的喷管，而且还适用于在后缘处在燃料喷嘴之间具有波瓣的喷管。
[0010]本发明的另一个目标是提供冲击冷却细节，它们同样适合矩形喷燃器和环形或中心本体喷燃器。
[0011]这些和其它目标由根据权利要求1的燃料喷管实现。
[0012]本发明涉及燃料喷管，其用于将混合有空气的气态和/或液态燃料喷射到流过燃气涡轮的顺序燃烧器的轴向热气流中，所述燃料喷管包括至少一个指状物，其基本垂直于所述燃气涡轮的所述轴向热气流而沿纵向方向延伸到所述热气流中；
其中，所述至少一个指状物构造成具有流线型横截面轮廓的流线型本体；
其中，所述本体具有基本平行于所述轴向热气流的两个侧向表面，它们在它们的上游侧处由前缘连结，并且在它们的下游侧处连结而形成后缘；
其中，用于喷射混合有空气的气态和/或液态燃料的多个喷嘴沿着所述后缘分布；其中，在所述本体的后缘区域中提供用于改进混合品质和减小所述顺序燃烧器中的压力损失的器件；
其中，所述本体包括限定所述流线型横截面轮廓的封闭外壁，
其中，在所述外壁内提供沿纵向延伸的空气稳压室，以将空气分布式地引入到所述至少一个指状物中，所述空气稳压室与所述外壁相隔一距离，从而限定第一空隙；以及
其中，所述空气稳压室设有多个分布式冲击冷却孔，使得通过所述冲击冷却孔离开的空气冲击在所述本体的前缘区域的内侧上。
[0013]燃料喷管的特征在于，所述冲击冷却孔各自具有介于1.2 mm和1.8 mm之间的孔直径；并且所述冲击冷却孔以介于3和10之间的节距比布置在所述空气稳压室处，节距比即为所述孔之间的距离和孔直径的比。
[0014]根据本发明的实施例，在所述外壁内提供沿纵向延伸的气体稳压室，以将气态燃料分布式地引入到所述至少一个指状物中，并且所述气体稳压室布置在所述前缘和所述后缘之间的中部，与所述外壁相隔一距离，从而限定第二空隙，以将空气从所述空气稳压室输送到所述前缘。
[0015]特别地，多个分布式销状翅片在所述气体稳压室的区域中布置在所述流线型本体的所述外壁的内侧上，以用通过所述气体稳压室和所述外壁之间的所述第二空隙从所述空气稳压室流到所述后缘区域的空气，对所述外壁进行对流冷却；并且所述销状翅片具有垂直于所述外壁的高度，高度介于1，5 mm和2，5 mm之间，并且所述销状翅片具有介于3和5之间的节距比。
[0016]更特别地，所述销状翅片为圆柱形或锥形或蹄形，或者具有泪滴形销的形式。
[0017]特别地，在所述外壁中在后缘区域处提供多个分布式泻流冷却孔，在所述第二空隙中对所述外壁进行对流冷却之后，通过多个分布式泻流冷却孔，来自所述空气稳压室的空气离开所述流线型本体。
[0018]根据本发明的另一个实施例，所述用于改进混合品质和减小所述顺序燃烧器中的压力损失的器件包括在所述流线型本体上布置在后缘区域处的两侧上的多个旋涡发生器。
[0019]根据本发明的另一个实施例，所述用于改进混合品质和减小所述顺序燃烧器中的压力损失的器件包括在所述喷嘴之间布置在所述流线型本体的后缘处的波瓣。
[0020]根据本发明的又一个实施例，所述燃料喷管构造成用于矩形喷燃器。
[0021]备选地，所述燃料喷管构造成用于中心本体喷燃器。
[0022]根据本发明的另一个实施例，所述空气稳压室和所述外壁之间的第一空隙的垂直于所述外壁的高度从所述流线型本体的所述前缘朝所述后缘增大，以降低横向流速度和提高下游的冲击冷却效率。
[0023]具有旋涡发生器的燃料喷管的另一个改进由所述旋涡发生器中的各个实现，所述旋涡发生器包括前面板，并且在所述旋涡发生器处提供导引肋，以便将空气流导引得更接近所述前面板。
[0024]根据本发明的另一个实施例，空气从所述空气稳压室的两侧馈送到所述空气稳压室，并且在所述空气稳压室的纵向中部提供流分隔器，以便使来自两侧的所述空气流分开，以避免不稳定性。
[0025]根据本发明的另一个实施例，在具有气体稳压室的喷管中在所述气体稳压室和所述外壁之间的所述第二空隙处提供肋，以改进这个区域中的对流冷却。
[0026]根据本发明的又一个实施例，在具有气体稳压室的喷管中在所述空气稳压室处提供旁路，通过该旁路，旁路空气独立于所述冲击冷却孔从所述空气稳压室流到所述第二空隙中。
[0027]根据本发明的另一个实施例，在具有气体稳压室的喷管中在所述气体稳压室的下游端处的外壁中提供释放孔，以破坏所述气体稳压室后面的空气流死角。
[0028]具有旋涡发生器的燃料喷管的另一个改进通过具有由陶瓷制成的所述旋涡发生器来实现。
【附图说明】
[0029]现在借助于不同的实施例且参照附图来更详细地阐明本发明。
[0030]图1在透视图中显示具有GT26类型的顺序燃烧的示例性燃气涡轮；
图2在透视图中显示根据本发明的实施例的用于矩形喷燃器的旋涡发生器(VG)喷管；
图3在轴向视图中显示根据本发明的实施例的用于中心本体喷燃器的VG喷管；
图4在类似于图2的透视图中显示根据本发明的实施例的用于矩形喷燃器的波瓣喷管；
图5在类似于图3的在轴向视图中显示根据本发明的实施例的用于中心本体喷燃器的波瓣喷管；
图6显示根据本发明的实施例的通过中心本体波瓣喷管的指状物的竖向截面；
图7显示通过图6的指状物的水平截面；
图8在透视图中显示图2的矩形VG喷管，一个指状物沿竖向被剖开； 图9详细显示图8的被剖开的指状物；
图10显示根据本发明的另一个实施例的具有额外的肋的VG喷管的旋涡发生器的细
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T ；
图11a、图1lb显示根据本发明的另一个实施例从两侧