[发明专利]燃烧设备和燃气涡轮发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃烧设备。更具体地，本发明涉及一种燃烧设备的冷却系统。此外，本发明涉及一种使用了燃烧设备的燃气涡轮发动机。

背景技术

燃气涡轮机的发展将继续保持对较高操作温度的需求。在已知冷却系统中，目前的并行冷却方案由于主区域缺少可利用的空气而导致较高的火焰温度。较高的火焰温度对NO_x废气有直接的负面影响。

已知对燃烧设备的燃烧室应用双皮（double skin）布置结构。就是说，燃烧室具有彼此分隔开并建立腔的第一壁和第二壁。作为燃烧室外皮的第一壁具有孔，从而使得冷却剂可以进入燃烧室的第一和第二壁之间的腔。作为内层的燃烧室第二壁也具有开口，特别是穿孔或一系列小孔，从而使得冷却剂可以从腔进入燃烧室中，冷却燃烧室的内层。在内层中的穿孔或小孔小于在外皮上的穿孔或小孔并且提供了冷却和声阻尼。

从EP 0 896 193 A2中已知一种具有双皮布置结构的燃烧设备。燃烧室和预燃室具有彼此分隔开并建立腔的第一壁和第二壁。在第一壁中有用于将冷却剂引入腔的开口。WO 2008/028621 Al也公开了这种燃烧设备。US 2009/0120094 A公开了一种用于将空气导引到旋流器的通道。在所述通道中设置围绕燃烧室的双皮布置结构。EP 0 725 253 A2公开了一种同样具有双皮布置结构的燃烧设备。

发明内容

本发明的一个目的是要改进燃烧设备的冷却。本发明的另一目的是要降低燃烧设备的NO_x废气。这些目的通过根据本发明权利要求1所述的燃烧设备和本发明权利要求14所述的燃气涡轮发动机来实现。在本发明的从属权利要求中公开了有利的实施例。

更具体地，根据本发明，提供了一种燃烧设备，其包括：燃烧室，在该燃烧室中燃烧燃料/氧化剂混合物；预燃室，位于所述燃烧室的上游；用于混合燃料和氧化剂的第一装置，所述第一装置位于所述预燃室的上游。所述燃烧室和所述预燃室包括将彼此分隔开并建立腔的共用第一壁和共用第二壁。此外，所述第一壁在所述燃烧室的区域中具有至少一个第一开口，用于将冷却剂引入所述腔。所述燃烧设备包括用于将所述氧化剂送入所述第一装置的通道，其中，所述通道由所述燃烧设备的外壳元件以及所述燃烧室和所述预燃室的所述共用第一壁形成。所述至少一个第一开口位于燃烧室的区域中。所述第一壁具有用于将所述冷却剂引入所述腔中的至少一个第二开口，其中所述至少一个第二开口位于所述预燃室的区域中。

在本发明中，用语“上游”表示从燃烧室朝向预燃室的方向。第一壁是外壁，其面对燃烧设备的外罩。第二壁是内壁，其面对燃烧设备的中心并因此面对燃烧火焰。可以通过在燃烧室区域中的第一壁中的孔来实现至少一个第一开口。由此，所述腔是从预燃室区域延伸到燃烧室区域的连续腔。在本发明中，用语“共用”还具有以下用语之一的含义，即，结合、接合或合并。

由于预燃室和燃烧室的共用第一壁和共用第二壁，通过所述至少一个第一开口而被引入的冷却剂可被供应到预燃室。因此，燃烧设备的预燃室也被冷却。

在上述燃烧设备中，所述至少一个第一开口位于所述燃烧室的区域中。因此，可将部分冷却剂（特别是空气）从第一开口引入所述腔中。此外，第一壁具有至少一个第二开口，其同样适于将冷却剂（特别是冷却剂的第二部分）引入所述腔中，其中，所述至少一个第二开口位于预燃室的区域中。

燃烧设备包括用于混合燃料和氧化剂的第一装置，所述第一装置位于预燃室上游。以下述方式构造第一装置，即，使得燃料/氧化剂混合物从第一装置引入预燃室。

第一壁中的所述至少一个第一开口和所述至少一个第二开口可由软壁、或由至少一个稀释孔、或由第一壁的贯穿孔来实现。由于在预燃室区域的第一壁中设置有至少一个第二开口，因而可提供对预燃室的额外冷却。

燃烧设备的通道用于将氧化剂送入第一装置。所述通道由燃烧设备的外壳元件以及燃烧室和预燃室的共用第一壁形成。这意味着通道被布置为与腔分离。这种额外通道的优点在于，氧化剂可通过通道连续且无扰动地流到第一装置。因此，确保了氧化剂被很好地供应到第一装置。仅一部分氧化剂通过至少一个第一开口和至少一个第二开口被引入腔，用于冷却预燃室和燃烧室的共用第二壁。