[发明专利]燃烧器衬套冷却系统

说明书

联邦研究声明

本发明借助由能源部给予的合同号DE-FC26-05NT42643利用政府资助而完成。政府可享有本发明的一定权利。

技术领域

本文所公开的主题主要涉及燃气轮机系统，并且更具体地涉及用于冷却燃气轮机系统的燃烧器中的燃烧器衬套的设备。

背景技术

燃气轮机系统广泛地用于诸如发电的领域。常规燃气轮机系统包括压缩机、燃烧器和涡轮。在燃气轮机系统的操作期间，系统中的各种构件经受高温流，这可导致构件损坏。由于较高的温度流通常导致燃气轮机系统的性能、效率和功率输出的提高，故经受高温流的构件必须进行冷却以容许燃气轮机系统在升高的温度下操作。

应当冷却的一种燃气轮机系统构件为燃烧器衬套。当由空气燃料混合物在燃烧器内的燃烧所引起的高温流经引导穿过燃烧器时，该高温流加热燃烧器衬套，这会导致燃烧器衬套损坏。具体而言，燃烧器衬套的下游端部分可经由密封件连接到燃烧器的其它构件如过渡件上，且因此可能未暴露于可对燃烧器衬套的其余部分进行冷却的各种空气流。因此，下游端部分可能为燃烧器衬套的寿命限制区段，其可能由于暴露于高温流而损坏。因此，为了延长燃烧器衬套的寿命，必须对下游端部分进行冷却。

本领域中用于冷却燃烧器衬套下游端部分的各种策略是公知的。例如，从压缩机经由燃料喷嘴提供到燃烧器中的一部分空气流可经由环形包壳(wrapper)虹吸到限定在燃烧器衬套下游端部分的外表面中的管道中。当空气流经引导穿过这些管道时，该空气流可冷却下游端部分。然而，由这些管道内的空气流对下游端部分的冷却通常受限于下游端部分的厚度，该厚度降低了管道相对于燃烧器衬套内的高温流的接近性，从而降低了管道的冷却有效性。此外，通过限定在燃烧器衬套下游端部分的外表面中的管道对燃烧器衬套进行冷却通常导致相当低的热传递速率和不均匀的燃烧器衬套温度分布。

因此，本领域中将期望的是一种用于燃烧器衬套的改进型冷却系统。例如，一种在燃烧器衬套下游端部分中提供相对较高的热传递速率和相对均匀的温度分布的冷却系统将是有利的。此外，将期望的是一种减少冷却燃烧器衬套所需的冷却流总量的燃烧器衬套冷却系统。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可根据该说明而清楚，或可通过实施本发明而懂得。

在一个实施例中，公开了一种燃烧器衬套。该燃烧器衬套包括上游部分、从上游部分沿大致纵向轴线延伸的下游端部分，以及与下游端部分的内表面相关联的覆盖层。下游端部分包括内表面和外表面，其中，内表面限定多个微管道(或微槽道，microchannel)。下游端部分还限定在内表面与外表面之间延伸的多个通道。多个微管道流体地连接到该多个通道上，且构造成用以使冷却介质经由其流过，从而冷却燃烧器衬套。

参照以下说明和所附权利要求，本发明的这些及其它特征、方面和优点将会得到更好地理解。并入本说明书中且构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，且结合说明一起用于阐述本发明的原理。

附图说明

在参照附图的说明书中，针对本领域普通技术人员阐述了本发明包括其最佳模式的完整和能够实施的公开内容，在附图中：

图1为燃气轮机系统的简图；

图2为本公开内容的燃气轮机系统的各种构件的一个实施例的侧剖面视图；

图3为本公开内容的燃烧器衬套下游端部分的一个实施例的透视图；

图4为本公开内容的燃烧器衬套的下游端部分的另一实施例的分解透视图；

图5为本公开内容的燃烧器衬套下游端部分的另一实施例的分解透视图；

图6为本公开内容的燃烧器衬套下游端部分的另一实施例的透视图；

图7为本公开内容的燃烧器衬套下游端部分的另一实施例的透视图；

图8为本公开内容的燃烧器衬套下游端部分的一个实施例的截面视图；

图9为本公开内容的燃烧器衬套下游端部分的另一实施例的截面视图；以及

图10为本公开内容的燃烧器衬套下游端部分的另一实施例的截面视图。

零件清单

10燃气轮机系统

12压缩机

14燃烧器

16涡轮

18轴

20燃料喷嘴

22供给燃料

24氧化介质

26热气流

28热气通路

30扩散器

32排放仓室(plenum)

34盖板

40燃烧器衬套

42流动套筒