[发明专利]具有传热表面增强件的单件式罐式燃烧器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及涡轮机构件，并且更具体而言，涉及具有传热表面增强件的单件式罐式燃烧器。

背景技术

工业燃气涡轮机典型地设计有一个或多个燃烧室，也称为“燃烧器”或“罐”，常在涡轮机的圆周周围布置成圆形阵列。在一些涡轮机中，空气和燃料流在进入燃烧器之前被预混合，而在其它涡轮机中，空气和燃料在燃烧器内混合在一起。在点燃该燃料混合物之后，热燃烧气体离开燃烧器并且由此引起的力起作用而转动涡轮机，此处可利用旋转能量例如来通过发电机发电。

燃烧空气和燃料混合物的过程可产生超过约3900华氏度的火焰温度，但是具有金属壁的常规燃烧器、相关衬里和过渡件通常能承受仅约1500华氏度的温度有限的时间量(典型地约10,000小时)就需更换金属件。一种降低火焰温度的方法是预混合燃料和压缩空气。这种方法主要由降低NOx排放的要求而推动，但是即使得到的稀预混合燃烧产生较冷的火焰温度和降低的NOx排放，火焰温度对于常规燃烧器构件而言仍然太高而不能承受。因此，必须采取措施来冷却燃烧器、衬里和过渡件。

已经提出了各种用于冷却燃烧器和相关构件的方法。通常与常规燃烧器相关的一种冷却方法为用流套筒包围燃烧器的外侧，并通过衬里中的孔将相对冷的压缩空气从衬里与流套筒之间的流动通道引导到热燃烧气流中。经过热表面的空气膜可减少到构件的热通量，因此这种类型的冷却有时称为“膜冷却”。然而，在预混合、低NOx排放的系统中，可获得的冷却空气的量有限，并且已经提出包括“背侧”冷却的替代方法来冷却燃烧器、衬里和相关构件。

背侧冷却包括在将空气与燃料预混合之前使压缩的排气经过燃烧器衬里的外表面。很多专利文献集中于各种增强冷却的衬里改型和实施例。例如，已经提出安放在衬里外侧上的各种形状和尺寸的“湍流器”来增强传热(例如参见美国专利No.7,104,067；6,681,578；和6,098,397)。用于增强传热的各种已知技术以不同的效率工作，且各种技术对热梯度和压力损失均有影响。

生产、组装、维护和重建涡轮燃烧器的成本与建造燃烧器所需的部件数量直接相关。美国专利No.7,082,766介绍了从燃烧器头端去除过渡件或流套筒件，并使用焊接在一起的两半或若干构件形成的单个过渡件过渡到涡轮环形部分的概念。然而，这仍然需要具有最少的相关机加工、焊接等的增强的燃烧器冷却，机加工和焊接等可例如需要用来组装燃烧器，或用来在燃烧器部件的表面上限定湍流器和/或排热增强件。

发明内容

可通过本发明的某些实施例来解决部分或全部以上需要。根据本发明的一个示例性实施例，提供一种用于从与燃气涡轮机相关的罐式燃烧器传热的方法。该方法包括：提供单件式罐式燃烧器主体，其具有可操作以将热量从罐式燃烧器主体传开的至少一个表面特征；以及邻近该至少一个表面特征引导气流。通过该至少一个表面特征将来自罐式燃烧器主体的热传递至气流。

根据本发明的一个示例性实施例，提供一种用于从与燃气涡轮机相关的罐式燃烧器传热的系统。该系统包括单件式燃烧器主体，其具有可操作以将热量从罐式燃烧器主体传开的至少一个表面特征，以及用于邻近该至少一个表面特征引导气流的套筒。通过该至少一个表面特征将来自罐式燃烧器主体的热传递至气流。

根据本发明的一个示例性实施例，提供一种用于从与燃气涡轮机相关的罐式燃烧器散热的装置。该装置包括至少一个表面图案，该表面图案与罐式燃烧器主体相关，并且可操作以当邻近该至少一个表面特征引导气流时将热从罐式燃烧器主体传开。

附图说明

现将参照附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：

图1示出了包括根据本发明的一个实施例的单件式罐式燃烧器的示例性涡轮机。

图2是根据本发明的一个示例性实施例的具有表面增强件的示例性单件式罐式燃烧器的透视图。

图3A示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于图2的表面增强件的示例性人字形图案。

图3B示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于图2的表面增强件的人字形特征的放大图。

图3C示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于图2的表面增强件的示例性凹窝或突起图案。

图3D示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于图2的表面增强件的示例性台面(mesa)图案。

图3E示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于图2的表面增强件的示例性鳍状物图案。

图3F示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于图2的表面增强件的示例性沙丘形件图案。