[发明专利]用于燃气轮机的前端转向勺状件

说明书

本发明涉及一种用于燃气轮机的燃烧室。在用于燃气轮机的燃烧室中，前端转向勺状件设置为与至少一个预混合喷嘴相关联，每个勺状件为U形的并且具有第一支脚、第二支脚以及弯曲的基部，每个勺状件设置在气流容积中，其中，所述第一支脚设置在罩帽外体附近，并且所述第二支脚设置在与所述勺状件相关联的外围预混合器喷嘴入口的上游进入面的附近。将压缩空气从所述火焰筒通道、绕所述勺状件导入至所述外围预混合器喷嘴入口的上游进入面。使进入所述预混合器喷嘴入口的压缩空气的气流对于每个预混合器叶片通道大致均匀，以向所述喷嘴头提供受控的空气燃料混合物。

技术领域

本发明涉及一种工业用燃气轮机。更具体而言，本发明涉及改善工业用燃气轮机中的压缩气体流动效率。

背景技术

在燃气轮机中，多个燃烧室典型地以环形阵列的方式围绕汽轮机的轴线布置。例如，在一种已知的汽轮机中，八个燃烧室围绕汽轮机轴线周向地间隔开。每个燃烧室将燃料和压缩机排放空气混合为燃料/空气混合物，然后该燃料/空气混合物利用经由汽轮机的叶片膨胀的所产生的气体燃烧，借此从汽轮机输出功。

使用筒形燃烧室且并非来源于航空发动机的工业用燃气轮机不可避免地采用逆流设计以允许转子叶片安装于其上的转子更短、更刚硬。

如美国专利申请No.2006/0230763(Johnson等人)中可见的燃烧室如干式低NOx(DLN)燃烧室具有八个基础构件，包括燃烧室外壳、端盖、端帽、中心预混合喷嘴、外围预混合喷嘴、火焰筒、导流衬套以及过渡段。

气流离开压缩机扩散器并且转向约160度，向上流经过渡段和火焰筒，随后在前端处(端帽和端盖区中的流动区域)再次反向。然后气流经过中心预混合喷嘴和外围预混合喷嘴，混入燃料，随后在火焰筒内燃烧并经过过渡段到达汽轮机。

由于需要紧密封装，前端容积较小并且无法使压缩气流以温和或良好受控的方式进行转向。因此，已存在许多气流调节方法以用于引导气流绕过转向处并使其进入中心预混合喷嘴和外围预混合喷嘴。

预混合喷嘴的预混合器的一个目标为产生均匀或，最低限度地，空间可控的空气燃料混合物。如果进入喷嘴预混合器的气流不受控制，则很难实现均匀的空气燃料比。

现有技术中的气流调节器具有各种基础设计：(1)基于阻流器的设计和(2)基于形状或导流装置的设计。下面将描述现有技术中这些基础类型的不同设计。

基于阻流器的设计：

一种重新分配空气的方式为在气流中放置阻流器。由此产生的压降使得气流重新分配以使整体压降最小化。阻流器的效果取决于其引起的压力损失以及撞击在该阻流器上的气流的分布不均水平和速度。由于预混合器本身也引起压降，因此所有系统隐含地利用了该效果，即使并不存在气流控制的次要形式。

设计中的另一个问题是，虽然气流在离开阻流器时可能相对均匀，但由于压力损失的限制，几乎不可能将阻流器恰好放置在需要它的地方。

因此，随着气流从阻流器运动至预混合器进口处，气流会重新变得不均匀。此外，任何压力损失都会降低循环效率，因此强烈希望将该压力损失保持在最小。

美国专利No.7,762,074(Bland等人)为基于火焰筒的阻流器设计，该设计在一平面上具有穿孔板，在该平面上气流随着其转入预混合器而径向向内流。该设计将由初始转向所引起的主要部分周向分配不均重新分配至火焰筒周围的流动空间中。跑道孔用于增加穿孔板的开放面积比。

美国专利No.6,158,223(Mandai等人)涉及一种基于罩帽的阻流器设计，该设计缩小了预混合器上游的流动面积并且由此加快、重新分配并引导气流进入预混合器下游。所阐述的该设计的益处在于其为预混合器提供了改进的入流轮廓。