[发明专利]燃气轮机中的一体化的燃烧器和一级喷嘴以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机的燃烧器，且更具体地说，涉及一种 用于燃气轮机的一体化的燃烧器和一级喷嘴。

背景技术

燃气轮机发动机通常包括压缩机段、燃烧器段和至少一个 涡轮段。压缩机压缩空气，该空气与燃料相混合，并被引导至燃烧器 中。然后点燃混合物以产生热的燃烧气体。燃烧气体被引导至涡轮中， 涡轮从该燃烧气体中吸取能量，以用于为压缩机提供动力，以及用于 产生有用功来为负载-例如发电机-提供动力。

通常，燃烧段与下游涡轮是不同的且分开的。具体地说， 对于罐式-环形设计，这两个构件-燃烧器和涡轮-在燃烧过渡件和涡轮 第一级喷嘴的交接处相遇。这个交接处需要使用密封件，以便最大限 度地减小进入气道中的泄漏。这些泄漏影响燃烧器的排放能力(即 NOx)，因为对于相同的涡轮入口温度，大的泄漏将导致升高的燃烧温 度。因而希望消除密封件，并通过将第一级喷嘴集成到过渡件设计中 来减少部件数量。

过渡件长度-以及整个燃烧器长度-受到完全燃烧所需要的 时间驱动(尤其在部分功率环境下)。该长度传统上太长，以至于实际 上不能将过渡件与一级喷嘴组合起来(从制造方面和适应涡轮/燃烧器 交接处的相对运动的观点两者来看)。因此，为了将第一级喷嘴集成到 过渡件设计中，希望减小燃烧器的长度。

发明内容

在一个示例性实施例中，燃气轮机中的一体化的燃烧器和 一级喷嘴包括燃烧室，其从分开的轴向位置处的至少一个燃料喷嘴组 接收预混合的燃料和空气。该燃烧室包括将热的燃烧气体传送给涡轮 的衬套和过渡件。一级喷嘴、衬套和过渡件被一体化成单个部件。一 个或多个燃料喷嘴组的轴向位置中的至少一个包括使放热集中并减 小火焰长度的多个小型混合装置。

在另一示例性实施例中，一体化的燃烧器和一级喷嘴包括 从分开的轴向位置处的至少一个燃料喷嘴组接收预混合的燃料和空 气的燃烧室。该燃烧室包括将热的燃烧气体传送给涡轮的衬套和过渡 件。一个或多个燃料喷嘴组的轴向位置中的至少一个包括使放热集中 并减小火焰长度的多个小型混合装置。减小的火焰长度使得一级喷 嘴、衬套和过渡件能够一体化成单个部件。

在又一示例性实施例中，一种使燃气轮机中的燃烧器和一 级喷嘴一体化的方法包括如下步骤：将燃烧室布置成以便从分开的轴 向位置处的至少一个燃料喷嘴组接收预混合的燃料和空气，其中，该 燃烧室包括将热的燃烧气体传送给涡轮的衬套和过渡件；为一个或多 个燃料喷嘴组的轴向位置中的至少一个提供使放热集中并减小火焰 长度的多个小型混合装置；以及通过减小的火焰长度而将一级喷嘴、 衬套和过渡件一体化成单个部件。

附图说明

图1是传统的″长的″燃烧器的截面图；

图2是所述实施例的″紧凑型″的一体化的燃烧器的截面图；

图3是将预混合的燃料和空气传送到燃烧器中的小型混合 器快速混合喷嘴的近视图；

图4和图5显示了一体化的燃烧器和一级喷嘴与一级涡轮 叶片之间的交接处的备选实施例；和

图6是一体化的燃烧器和一级喷嘴的透视图。 部件列表： 10燃烧器； 12衬套； 14过渡件； 20一体化的燃烧器/S1喷嘴； 22燃烧室； 24燃料喷嘴组； 26燃烧衬套； 28过渡件； 29一级喷嘴； 30小型混合装置； 32第二级燃料喷射器； 34扼流端； 36扩展护罩；

具体实施方式

图1显示了用于燃气轮机的现有技术燃烧器，燃气轮机包 括压缩机、多个燃烧器和涡轮。虽然没有特别显示，但涡轮沿着公共 轴线而传动地连接在压缩机上。压缩机将进气加压，之后进气逆向流 向燃烧器，此处其用于冷却燃烧器，并为燃烧过程提供空气。燃烧器 10包括衬套12和过渡件14，衬套12限定了燃烧区域，过渡件14将 燃烧器的出口端与涡轮的入口端连接起来，以便将热的燃烧产物传送 给涡轮。注意，燃烧过渡件14和涡轮第一级喷嘴之间的交接处需要 使用密封件，以便最大限度地减小进入气道的泄漏。在所述的实施例 中提出将一级喷嘴集成到过渡件设计中。