[发明专利]用于燃气轮机燃烧器的密封装置

说明书

本发明公开了一种用于密封燃气轮机燃烧器的一部分以便调节进入燃烧衬套附近的环形通路中的压缩空气流的新颖设备及方式。使用了可压缩的密封件，其具有第一环形部分、第二环形部分和过渡部分，可压缩的密封件调节经由多个开口和/或沿轴向延伸的槽口经过可压缩的密封件的空气流。

技术领域

本发明大体上涉及用于密封燃气轮机燃烧器的后区域的设备及方法。更具体而言，本发明提供了一种用于控制传递至燃烧器来用于冷却和用于在燃烧器衬套中喷射之前混合的压缩空气量的设备及方法。

背景技术

为了减少来自气体供能的涡轮的污染排放量，政府机关制定了需要减少氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的量的许多法规。较低的燃烧排放通常可归因于更高效的空气分送控制过程，特别关于燃料喷射器位置、空气流速和混合有效性。

较早的燃烧系统使用扩散型喷嘴，其中燃料在火焰区附近通过扩散来与燃料喷嘴外的空气混合。扩散型喷嘴过去产生相对高的排放，这是由于燃料和空气基本在相互作用后焚烧而不混合，且在高温下化学计量地焚烧来保持足够的燃烧器稳定性和低燃烧动力的事实。

预混燃料和空气和获得较低排放的备选手段可通过使用多个燃烧级来发生。为了向燃烧器提供多级燃烧，混合且焚烧来形成热燃烧气体的燃料和空气也必须分级。通过控制进入燃烧系统的燃料和空气的量，可控制可用功率和排放。燃料可经由燃料系统内的一系列阀或至特定燃料喷射器的专用燃料回路分级。然而，假定大量空气由发动机压缩机供应，则空气可能更难分级。

燃烧系统的操作中重要的是还要调节供应至燃烧系统来与燃料混合和反应且提供冷却空气源的压缩空气的量。因此，所需的是小心地控制进入燃烧系统的压缩空气的分送。大量现代燃气轮机燃烧系统包括包绕燃烧衬套的流动套筒(flow sleeve)，其中流动套筒可至少部分地调节进入燃烧系统的空气量。图1和2中示出了一个此类燃烧系统100。燃烧系统100具有包绕燃烧衬套104的流动套筒102。用于燃烧衬套104的冷却和用于在燃烧过程中使用的空气经由多个孔108和开放的流动套筒后端110进入通道106。此布置对于控制进入通路106的冷却空气的量不太有用。

现在参看图3，绘出了用于至控制流动套筒302与燃烧衬套304之间的通路326的压缩空气流的备选现有技术的燃烧系统300。在此布置中，燃烧衬套304与流动套筒302之间的密封界面由活塞环308实现。活塞环308具有尺寸确定为提供适合的预载来确保密封的截面面积。然而，此适合的预载需要大的径向面积来实施。除由于其仅仅的尺寸引起的阻流问题之外，此径向面积要求也可产生实施问题。结果，可发生的阻流增大了跨过该空气入口区域获得的压降，不利地影响了燃烧系统的性能。此外，活塞环的密封系统性能直接地关于密封界面的圆度。

发明内容

本发明公开了一种用于调节供应至燃烧系统的压缩空气的设备及方法。更具体而言，在本发明的实施例中，公开了一种用于燃气轮机燃烧器的密封系统。密封系统包括沿燃气轮机燃烧器的轴线定位的燃烧衬套，以及流动套筒，其定位在燃烧衬套的径向外侧以便在燃烧衬套与流动套筒之间形成环形通路。密封系统还包括可压缩的密封件，其具有第一环形部分、第二环形部分和在它们之间的过渡部分。该密封件定位在流动套筒与燃烧衬套之间，且包括用于调节可经过密封件的压缩空气量的多个开口。

在本发明的备选实施例中，公开了一种用于燃气轮机燃烧器的密封件。密封件包括具有第一直径的第一环形部分和具有第二直径的第二环形部分，其中第二环形部分在第一环形部分的径向外侧。密封件还包括在第一环形部分与第二环形部分之间延伸的过渡部分，其中过渡部分具有用于调节冷却流体流的多个开口。

在本发明的又一个实施例中，公开了一种调节至燃气轮机燃烧器的冷却流体流的方法。更具体而言，该方法包括提供在燃烧衬套与流动套筒之间延伸的密封件，其中密封件具有多个槽口和多个开口。冷却流体被引导跨过密封件，其中密封件允许预定量的空气进入位于燃烧衬套与流动套筒之间的通路。