[发明专利]燃气涡轮机燃烧器及其内空气流的控制方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及燃气涡轮机燃烧器组件。

背景技术

至少一些已知的燃气涡轮发动机使用冷却空气来对发动机内的燃烧组件进行冷却。此外，时常从以流动连通的方式与燃烧组件相联接的压缩机供给冷却空气。例如，在至少一些已知的燃气涡轮发动机中，冷却空气被从压缩机排放至增压室中，增压室至少部分地围绕燃烧器组件的过渡件延伸。在进入沿径向位于冲击套筒与过渡件之间的冷却通道之前，进入增压室的第一部分冷却空气被供给至包绕过渡件的冲击套筒。进入冷却通道的冷却空气被排放至沿径向位于燃烧器衬套与流套筒之间的第二对齐冷却通道。进入增压室的其余冷却空气被引导通过形成在流套筒内的进口并且也排放至第二冷却通道中。

在用于大体如上文所描述的工业涡轮机的燃烧系统中，多个独立的燃烧器筒围绕机器的中心线等距地间隔开。这些被称作“筒式环形”系统。这些类型的系统具有多种益处，但是缺点之一是每一个燃烧筒都将由于例如部件公差、进口中的阻塞、沿燃烧器下游的非整体一级喷嘴计数等因素而经受不同量的进口空气流。此外，进入每一个燃烧器的燃料量将能够由于燃料喷嘴有效区域的变化、管路和歧管中的障碍物等而略微不同。因此，每一个筒都将具有不同的燃料/空气比，从而能够导致每一个筒的性能发生变化。在大多数情况下，期望使全部筒的性能都尽可能地接近设计点。

如上文所提到的，大多数燃烧系统都使用逆流冷却布置，从而意味着最终将被用于燃烧的空气首先用于冷却。冲击射流、扰流器以及其它类型的结构用于以压降为代价使传热增加。在良好的燃烧系统设计中，大部分压降直接用于冷却，并且非常少的部分压降是由于流动分离以及并不影响冷却的其它压降来源而产生的。

在现有技术的空气冷却燃烧系统中，轴向喷射类型流套筒包绕每一个燃烧器衬套并且未用于对过渡件进行冷却（例如，通过冲击冷却）的空气沿燃烧器的中心线被喷射，以便不浪费用于推动与径向喷射流套筒同时出现的衬套/流套筒环形区域内侧的空气的任何潜在能量。

空气试图干净利落地进入位于流套筒与燃烧器衬套之间的环形区域；然而，已经证实，流动沿流套筒的内侧表面在进口处发生分离，从而造成压力损失增加。一个解决该问题的方案是利用流套筒的内侧表面上的表面轮廓，该表面轮廓允许流保持依附，然后在环形区域内扩散一些长度。

尽管该解决方案在一些方面是令人满意的，但是已经确定了对在通向位于燃烧器衬套与流套筒之间的环形区域的进口处的空气流进行控制将是期望的，以便在完全分离条件与完全依附条件之间的任何位置对进口处的流特性进行修改。

发明内容

根据示例性而非限制性的实施例，本发明提供一种燃气涡轮机燃烧器，该燃气涡轮机燃烧器包括：燃烧器衬套，燃烧器衬套封闭燃烧室；至少一个燃料喷嘴，至少一个燃料喷嘴布置成向燃烧室提供燃料；流套筒，流套筒包绕燃烧器衬套，从而形成沿径向位于燃烧器衬套与流套筒之间的通路以用于将空气供给至燃烧室，流套筒构造成允许空气经由基本环形的流套筒进口基本沿轴向流入通路中；流套筒的下游端部形成为包括环形歧管，环形歧管设置有围绕流套筒的下游端部的圆周的多个出口并且适于将来自外部可变空气源的补充空气基本沿径向供给至通路中，从而保持轴向空气流边界层在流套筒进口处的依附。

在另一个方面中，本发明提供一种用于燃气涡轮机的筒式环形燃烧器布置，该筒式环形燃烧器布置包括多个燃烧器，多个燃烧器围绕涡轮机转子以环形阵列布置，多个燃烧器适于将燃烧气体供给至燃气涡轮机的第一级。每一个燃烧器都包括：燃烧器衬套，燃烧器衬套封闭燃烧室；至少一个燃料喷嘴，至少一个燃料喷嘴布置成向燃烧室提供燃料；流套筒，流套筒包绕燃烧器衬套，从而形成沿径向位于燃烧器衬套与流套筒之间的通路以用于将空气供给至燃烧室；其中流套筒的下游端部形成为包括环形歧管，环形歧管设置有围绕流套筒的下游端部的圆周的多个出口并且适于将来自外部可变空气源的补充空气供给至通路。

在又一个方面中，本发明提供一种对进入围绕燃气涡轮机转子成筒式环形阵列的燃烧器的多个燃烧器中的任何一个或全部燃烧器的空气流进行控制的方法，其中每一个燃烧器都包括：衬套，衬套封闭燃烧室并且支承用于将燃料供给至燃烧室的至少一个喷嘴；以及流套筒，流套筒包绕燃烧器衬套，环形通路在衬套与流套筒之间延伸以用于经由在流套筒的下游端部处沿轴向定向的进口将压缩机排放空气供给至燃烧室，该方法包括：在压力下将补充空气选择性地供给至多个燃烧器中的每一个的环形通路；以及调节补充空气流，以对多个燃烧器中的任何一个或全部燃烧器的燃料/空气比进行控制。

现在将结合下文所述的附图对本发明进行详细描述。