[发明专利]在过渡管道界面处的燃烧器衬套冷却和相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机内的内部冷却，并且更特别地涉及一种用于在燃烧器衬套与过渡管道之间的界面或过渡区域中提供更有效和均匀的冷却的组件。

背景技术

传统燃气轮机燃烧器采用扩散式(即，非预混式)燃烧，其中燃料和空气分别进入燃烧室。混合和燃烧的过程产生超过3900°F的火焰温度。由于具有衬套的常规燃烧器和/或过渡件(或过渡管道)一般能够承受级别仅为约1500°F的最高温度约一万小时(10,000h)，所以必须采取步骤来保护燃烧器和/或过渡件。典型地，通过冲击冷却和薄膜冷却的组合来实现此目的，该组合包括将比较冷的压缩机排气引导到由包围燃烧器衬套的外侧的流动套管形成的气室内。在此现有技术装置中，来自气室的空气经过燃烧器衬套中的孔口并冲击在外衬套表面上然后作为薄膜越过衬套的外侧即冷侧表面。

然而，由于先进的燃烧器将最大可能量的空气与燃料混合以便减少NO_x，所以可获得很少的冷却空气或不能获得冷却空气，从而使燃烧器衬套和过渡件的薄膜冷却成问题。然而，燃烧器衬套需要主动冷却以将材料温度保持低于极限。在干式低NO_x(DLN)排放系统中，此冷却只能作为冷侧对流供应。这种冷却必须在热梯度和压力损失的要求内执行。因此，考虑诸如结合“背侧”冷却的热屏障涂层的手段来保护燃烧器衬套和过渡件免于由于过热而损坏。背侧冷却包括在空气与燃料预混之前使压缩机排气越过过渡件和燃烧器衬套的外表面。

关于燃烧器衬套，另一种当前的做法是对衬套进行冲击冷却，或在衬套的外表面上设置紊流器(例如参见美国专利No.7,010,921)。紊流器通过在中断形成剪切层和高紊流的流的流中提供钝体以增强表面上的传热而工作。另一种做法是在衬套的外表面或外侧表面上设置凹陷阵列(例如参见美国专利No.6,098,397)。凹进的凹陷的作用是提供增强流混合并刮擦表面以改善传热的有组织的旋涡。各种公知技术增强传热但对热梯度和压力损失具有不同效果。

仍需要在燃烧器衬套/过渡件密封界面处更有效和均匀的冷却，并需要其中冷却空气从较高压力位置被发送到密封区域以冷却密封件和毗邻构件的界面密封件处的泄漏最小。

发明内容

上述缺点(和其它)在如以下宽泛地描述的示例性实施例中得以克服或消除。

因此，在一个示例性但非限制性的实施例中，提供了一种用于涡轮机的燃烧器组件，该燃烧器组件包含：包括燃烧器衬套的燃烧器；第一流动套管，其包围燃烧器衬套而在二者之间径向地形成第一大致轴向延伸的流动环形空间，该第一流动套管具有形成在其圆周周围以便将作为冷却空气的压缩机排气径向地引导到第一流动环形空间内的第一多个孔口；连接到燃烧器衬套上的过渡件，该过渡件适合将热燃烧气体运送到涡轮机；第二流动套管，其包围过渡件而在二者之间径向地形成第二大致轴向延伸的流动环形空间，该第二流动套管具有用于将作为冷却空气的压缩机排气径向地引导到第二流动环形空间内的第二多个孔口，第一大致轴向延伸的流动环形空间与第二大致轴向延伸的流动环形空间连接；径向地设置在燃烧器衬套的后端部分与过渡件的前端部分之间的弹性环形密封结构，该弹性环形密封结构构造成在过渡件的前端部分与燃烧器衬套的后端部分之间径向地形成第一环形空腔；以及至少一个传递管，其通过第二流动环形空间从第二流动套管径向地延伸到过渡件，并布置成将压缩机排放冷却空气从第一和第二大致轴向延伸的流动环形空间外的区域直接径向地供应到弹性环形密封结构并供应到燃烧器衬套的后端。

在另一示例性但非限制性的方面，提供了一种用于涡轮机的燃烧器组件，该燃烧器组件包含：包括燃烧器衬套的燃烧器；第一流动套管，其包围燃烧器衬套而在二者之间径向地形成第一大致轴向延伸的流动环形空间，该第一流动套管具有形成在其圆周周围以便将作为冷却空气的压缩机排气径向引导到第一流动环形空间内的第一多个孔口；连接到燃烧器衬套上的过渡件，该过渡件适合将热燃烧气体运送至涡轮机；第二流动套管，其包围过渡件而在二者之间径向地形成第二大致轴向延伸的流动环形空间，该第二流动套管具有用于将作为冷却空气的压缩机排气径向引导到第二流动环形空间内的第二多个孔口，第一大致轴向延伸的流动环形空间与第二大致轴向延伸的流动环形空间连接；弹性环形密封结构，其径向设置在燃烧器衬套的后端部与过渡件的前端部之间；以及用于将压缩机排放冷却空气从第一和第二流动套管外部的部位直接供应到弹性环形密封结构和燃烧器衬套的后端部分的装置。