[发明专利]文丘里管冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及可用于燃气轮机中的燃烧器。更具体地，本发明涉及一种 用于对一级燃烧室与二级燃烧室之间的文丘里管喉部区域进行冷却的系 统。

背景技术

燃气轮机在许多应用场合起着至关重要的作用，如用于飞行器推 进、船舶推进、发电以及诸如泵和压缩机的驱动处理中。一般地，燃气 轮机包括压缩机、燃烧器和涡轮机。操作中，空气供给到系统中，在此 它通过压缩机压缩并在燃烧器中与燃料混合。接着，压缩空气和燃料混 合物在燃烧器中燃烧，从而引起气流膨胀以便驱动涡轮机。

燃烧室衬筒限定燃烧器的内部容积并且用于保护燃烧器外壳以及 其余轮机部件不受燃烧器中的极高温度的影响。为了减少NO_X排放并 且延长轮机部件的寿命，需要使用一部分来自压缩机的压缩空气用于冷 却包括燃烧室衬筒在内的各种燃烧器部件。

燃烧室衬筒通常包括文丘里管喉部区域，所述文丘里管喉部区域用 于在燃烧器内影响火焰定位并且使燃烧火焰稳定。在这种布置中，通过 燃烧稀薄、均匀的燃料与空气的混合物来降低峰值火焰温度，从而实现 NO_X排放的减少。均匀性通常通过在文丘里管的上游使燃料和空气在燃 烧器中进行预混合并且接着在文丘里管的边缘或顶点下游将混合物点 燃进入二级燃烧室来实现。通过对喉部之前的气流的加速特性，文丘里 管的构造旨在防止火焰闪回文丘里管喉部的上游的预混合区域或者一 级燃烧室。文丘里管上游的火焰保持区域也需要在特定的操作条件下进 行冷却。由于火焰能够存在于文丘里管的各侧上，因此两侧都需要进行 冷却。但是，如果从文丘里管下游释放的冷却空气流过大或者释放地过 于接近文丘里管，可能对燃烧性能产生不利影响。

美国专利US 5,117,636示出了文丘里管内的冷却通路，所述冷却通 路自文丘里管的顶点或喉部向下游延伸，使得冷却空气不会再次进入二 级燃烧室中的火焰保持区域。期望将火焰保持的功能与文丘里管的冷却 功能分离。美国专利US 6,430,932示出了文丘里管内的冷却室，所述冷 却室引导冷却气流与燃烧气流反向并且在文丘里管的上游排放冷却空 气。

已经确定，文丘里管的上游侧和下游侧上的热载荷不同，并且在文 丘里管附近在任一侧排出冷却空气都会对燃烧器的操作产生影响。在现 有的设计中，文丘里管两侧的冷却是关联的，既没有平衡文丘里管壁中 的吸热量，也没有对冷却通道中的压降进行适应性调节。

发明内容

提供一种用于以下类型的燃气轮机的燃烧器：其具有位于燃烧器的 第一端部的喷嘴组件以及在喷嘴下游限定于燃烧器的第二端部的燃烧 室。文丘里管位于喷嘴与燃烧室之间。文丘里管限定燃烧器的第一端部 与燃烧器的第二端部之间的过渡。文丘里管中包括用于接收冷却气流的 通路。所述通路具有面向喷嘴的第一侧以及面向燃烧室的第二侧。压缩 空气源导入所述通路中，并且气流入口与文丘里管的通路的第一侧和第 二侧都连通。文丘里管的通路在文丘里管中沿相反方向引导来自压缩空 气源的压缩空气。因此，该通路的第一侧和第二侧中的气流沿相反方向 流动。

本发明的另一个方面可以包括二级通路，所述二级通路在文丘里管 的通路的第二侧的上游延伸。而且，冷却气流入口可以置位为更加接近 喷嘴或者更加接近文丘里管的顶点的上游侧。

附图说明

在附图中，示出了目前优选的多个实施方式。

图1示出了结合了本发明的实施方式的燃气轮机燃烧系统的简化剖 面图。

图2是图1所示的燃烧系统的文丘里管喉部区域的局部剖视图。

图3是燃烧系统中使用的文丘里管系统的另一个实施方式的局部剖 视图。

图4是燃烧系统中使用的文丘里管系统的再一个实施方式的局部剖 视图。

具体实施方式

在附图中，示出了一般的燃烧器和多个本发明的实施方式的图示。 燃烧器总体上由标号10指示并且预计将被结合至燃气轮机(未示出) 中。在图1中，燃烧器10包括燃烧室衬筒12，所述燃烧室衬筒12至少 部分由隔热罩或导流套管14包绕。压缩空气由上游压缩机(未示出) 提供并且导入形成在隔热罩14与燃烧室衬筒12之间的周围通道16中。