具有火焰管端部區域的管式燃燒室和燃氣輪機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種燃氣輪機的管式燃燒室以及管式燃燒室的殼體部件。殼體部件構成為管式燃燒室端部區域。
【背景技術】
[0002]燃氣輪機在最簡單的情況下包括用于提供壓縮空氣的壓縮機、至少一個燃燒室和渦輪機。
[0003]燃燒室為了將燃料導入到燃燒室內部中而包括至少一個燃燒器。導入到燃燒室中的燃料在與由壓縮機提供的燃燒空氣反應的情況下在燃燒室的至少一個燃燒區中轉換成熱的工作氣體。
[0004]借助熱的工作氣體，將渦輪機置于轉動中，使得軸被驅動。傳遞給軸的旋轉能的一部分用于驅動壓縮機。旋轉能的剩余部分能夠用于驅動工程機械、尤其發電機。
[0005]燃燒室的直接包圍燃燒室內部的內殼體尤其在至少一個燃燒區的區域中承受高的熱量輸入。
[0006]本發明涉及一種具有燃燒室頂端部的管式燃燒室，在所述燃燒室頂端部上設置有燃燒器設備。管式燃燒室包括從燃燒室頂端部延伸至過渡區域的基本上構成為圓柱形的、具有圓柱形的端部區域的火焰管。圓柱形的端部區域也能夠稱作為“冷卻環(CoolingRing)”。火焰管基本上包圍燃燒設備的燃燒區。管式燃燒室能夠包括其他的燃燒器裝置，所述燃燒器裝置將燃料導入到布設在下游的燃燒區中。圓柱形的火焰管端部區域伸入到管式燃燒室殼體的構件部件中，所述構件部件用于將從火焰管中流出的熱氣轉移至渦輪機并且包括布設在上游的入口區域和布設在下游的出口區域，其中轉移件的入口區域通常能夠具有圓形的橫截面并且轉移件的出口區域能夠匹配于環區段的輪廓。在本發明的范圍中，用“過渡裝置(Transit1n)”表示轉移件。火焰管也能夠稱作“籃(Basket)”。從現有技術中已知:火焰管的圓柱形的端部區域設有冷卻空氣通道，因為所述端部區域承受燃燒器火焰的尤其高的熱量輸入。冷卻空氣通道基本上平行于圓柱形的端部區域的側表面伸展，即在火焰管端部區域的內部中伸展。冷卻空氣通道的伸展方向例如能夠平行于火焰管的縱軸線或主流動方向指向。冷卻空氣通道的進入開口位于火焰管的外側。冷卻空氣通道的排出開口設置成，使得將冷卻空氣導入到燃燒室的內部中。特別地，排出開口能夠位于火焰管的內側或者端部區域的布設在下游的端側上。提高流動穿過圓柱形的火焰管端部區域的冷卻空氣量改進該構件的冷卻。但是，這引起不利地提高NOx的有害物質排放，因為冷卻空氣不能夠用作為燃燒空氣并且引起CO不利的提高，因為出自冷卻空氣通道中的冷的空氣引起在燃燒室中的冷的束，使得減緩在該區域中的CO燃耗反應(Ausbrandreakt1n)。通常這稱作⑶燃耗反應的“抑制(Quenching)”。
[0007]本發明基于類型相關的管式燃燒室，所述管式燃燒室在燃燒室頂端部處包括至少一個第一燃燒器設備，具有基本上圓柱形地構成的火焰管(所述火焰管圍住第一燃燒區并且包括圓柱形的火焰管端部區域)，和-轉移通道，其中圓柱形的火焰管端部區域伸入到轉移通道中并且轉移通道將火焰管與能設置在渦輪機入口區域上的燃燒室出口流體地連接，-其中圓柱形的火焰管端部區域包括多個冷卻通道，多個所述冷卻通道基本上平行于火焰管端部區域的側表面在火焰管端部區域的內部中伸展。

【發明內容】

[0008]本發明的目的是:提出一種類型相關的管式燃燒室，借助所述管式燃燒室能夠降低有害物質排放。
[0009]根據本發明，所述目的在類型相關的管式燃燒室中通過如下方式實現:冷卻通道在火焰管端部區域中構成和/或設置為，使得與火焰管端部區域的承受較高熱負荷的區域相比，承受較低熱負荷的區域平均由更少的冷卻空氣穿流。
[0010]冷卻環的根據本發明的構造實現節約冷卻空氣，所述冷卻空氣因此提供用于降低作為燃燒空氣的NOx。同時，燃燒室的內部中的較冷的區域還不必借助來自冷卻環的冷卻空氣進一步冷卻，使得根據本發明也引起降低CO有害物質排放。因為僅在冷卻環的承受較低熱負荷的區域中節約冷卻通道的數量或冷卻空氣量，所以盡管降低冷卻空氣量而能夠確保構件的充分冷卻。
[0011]在下面的描述和從屬權利要求中說明本發明的有利的設計方案，其特征能夠單獨地并且以彼此間任意的組合應用。
[0012]能夠有利地提出:燃燒器裝置在燃燒室頂端部上包括多個燃燒器，所述燃燒器沿著燃燒室的環周環形地設置，使得在運行期間分別在一個燃燒器的下游構成火焰管的沿流動方向變寬的、承受較高熱負荷的區域，所述承受較高熱負荷的區域延伸至火焰管端部區域中，其中所述承受較高熱負荷的區域之間的區域承受較低熱負荷。
[0013]火焰管的在燃燒器出口下游的承受較高熱負荷的區域能夠基本上構成為是三角形的。燃燒器裝置能夠由設置在中央的點火燃燒器和多個主旋流發生器構成。主旋流發生器能夠環形地圍繞點火燃燒器設置，其中每個主旋流發生器包括由殼體包圍的(優選圓柱形的)預混合路徑連同沿流動方向延伸的設置在中央的燃燒器噴管。為了產生流動穿過預混合路徑的流體的渦流將渦流葉片設置在預混合路徑中，所述渦流葉片能夠支撐在燃燒器噴管上并且能夠延伸至包圍預混合路徑的殼體。預混合路徑的排出開口能夠稱作為燃燒器出口。
[0014]有利地還能夠提出:冷卻通道基本上平行于燃燒室的縱軸線延伸。
[0015]冷卻通道的該設置具有小的制造成本。冷卻通道能夠是直的孔，所述孔能夠通過不同的制造方法(例如打孔、火花腐蝕或例如電化學剝離)來制造。
[0016]也能夠視作為是有利的是:與在火焰管端部區域的承受較低熱負荷的區域中的冷卻通道中的一個相比，設置在承受較高熱負荷的區域中的至少一個冷卻通道具有更大的直徑。
[0017]這實現例如借助均勻地圍繞環周分布的冷卻通道實施本發明。根據本發明，所述冷卻通道在承受較強熱負荷的區域中的直徑能夠選擇得比在承受較低熱負荷的區域中更大。例如所有冷卻空氣通道或僅一部分冷卻通道能夠在承受較強熱負荷的區域中以較大的直徑構成。
[0018]根據本發明的也能夠有利地與前述設計方案組合的另一有利的設計方案，與在至少一個承受較低熱負荷的區域中相比，在至少一個承受較高熱負荷的區域中的冷卻通道平均具有距直接相鄰的冷卻通道更小的間距。
[0019]用于將冷卻通道引入冷卻環中的工具能夠以相應的間距設置在環上，使得能夠并行地進行通道的制造。于是，能將冷卻環以相對于燃燒器的相應的定向固定在火焰管上。
[0020]也能夠視作為有利的是:圓柱形的火焰管端部區域由至少兩個圓柱形的子區域組成，所述子區域分別在垂直于圓柱軸線伸展的切面上拼接，其中在承受不強熱負荷的區域中伸展的至少一個冷卻通道以直線延伸穿過切面，和/或在承受較高熱負荷的區域中伸展的至少一個通道由設置在上游的子區域中的冷卻通道拼接，所述設置在上游的子區域中的冷卻通道經由沿著切面伸展的冷卻通道部段與在設置在下游的子區域中伸展的至少一個冷卻通道流體連接。
[0021]組成的通道具有的優點是:通常在下游變寬的承受較強熱負荷的區域能夠更好地被供應，因為冷卻通道能夠遵循區域的形狀。至少兩件式的冷卻環的應用還實現:將不同數量的冷卻通道引入到冷卻環的部件中，其中在切面的下游將多個冷卻通道連接到布設在上游的冷卻通道上。為此，引入到切面中的槽(所述槽能夠僅引入到火焰管端部區域的子區域的一個端側中或引入到兩個端側中)將布設在上游的冷卻通道與布設在下游的至少一個冷卻通道連接。
[0022]優選地，多個冷卻通道借助于至少一個這樣的組成的冷卻通道遵循沿主流動方向變寬的、承受較高熱負荷的區域的伸展走向。
[0023]這實現承受較強熱負荷的區域的冷卻。
[0024]也能夠有利地提出:組成的冷卻通道在切面上扇形地展開成至少兩個冷卻通道。
[0025]這實現尤其均勻地冷卻承受較強熱負荷的區域。
[0026]為了使冷卻通道部段不限定扇形地展開的冷卻通道的冷卻空氣的劃分，能夠有利地提出:沿著切面伸展的冷卻通道部段的橫截面積至少是在下游連接到冷卻通道部段上的至少兩個冷卻通道的各橫截面積的兩倍。優選地，該橫截面積基本上是在下游連接的冷卻通道的橫截面積的三倍。
[0027]本發明的另一目的是:提出開始提出的管式燃燒室的火焰管端部區域，借助其能夠降低有害物質排放。
[0028]根據本發明，所述目的在開始提出類型的火焰管端部區域中通過如下方式實現:所述火焰管端部區域是根據權利要求1至9中任一項所述的管式燃燒室的組成部分。
[0029]本發明的另一目的是:提出具有至少一個開始提出的管式燃燒室的燃氣輪機，借助所述管式燃燒室能夠降低有害物質排放。
[0030]根據本發明，所述目的在開始提出類型的燃氣輪機中通過如下方式實現:其包括根據權利要求1至9中任一項所述的至少一個管式燃燒室。
【附圖說明】
[0031]本發明的其他適宜的設計方案和優點是參考附圖中的圖的本發明的實施例的描述的主題，其中相同的附圖標記表示相同作用的構件。
[0032]在此示出:
[0033]圖1示意地示出貫穿根據現有技術的燃氣輪機的縱截面，
[0034]圖2示意地示出貫穿根據現有技術的管式燃燒室的縱截面，
[0035]圖3極度示意地簡化地示出根據現有技術的火焰管的展開，
[0036]圖4極度示意地簡化地示出具有根據第一實施例的根據本發明構成的火焰管端部區域的火焰管的展開，
[0037]圖5極度示意地簡化地示出具有根據第二實施例的根據本發明構成的火焰管端部區域的火焰管的展開，以及
[0038]圖6極度示意地簡化地示出具有根據第三實施例的根據本發明構成的火焰管端部區域的火焰管的展開。
【具體實施方式】
[0039]圖1示出根據現有技術的燃氣輪機I的示意截面圖。燃氣輪機I在內部具有圍繞旋轉軸線2轉動支承的轉子3連同軸4，所述轉子也稱作為渦輪機轉子。沿著轉子3抽吸殼體6、壓縮機8、具有多個燃燒室10的燃燒系統9、渦輪機14和排氣殼體15依次排列。燃燒室10分別包括燃燒器裝置11和殼體12，所述殼體為了防止受熱氣影響而用防熱罩20包覆。
[0040]燃燒系統9與例如環形的熱氣通道相通。在那里，多個依次連接的渦輪機級形成渦輪機14。每個渦輪機級都由葉片環形成。在工作介質的流動方向上觀察，在熱氣通道中，由轉子葉片18形成的排接著由導向葉片17形成的排。導向葉片17在此固定在定子19的內殼體上，相反一排轉子葉片18例如借助于渦輪機葉片盤安置在轉子3上。例如將發電機(未示出)耦聯在轉子3上。
[0041]在燃氣輪機運行期間，將空氣由