[发明专利]用于燃气涡轮机的燃烧模块的导流套筒

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种用于燃气涡轮机的燃烧器。更确切地说，本发明涉及一种用于燃烧器的燃烧模块的导流套筒。

背景技术

燃气涡轮机的燃烧段大体上包括多个燃烧器，所述燃烧器围绕外壳体如压缩机排出壳体以环形阵列设置。加压空气从压缩机流动到压缩机排出壳体并且输送至每个燃烧器。来自燃料喷嘴的燃料与每个燃烧器中的压缩空气混合以在燃烧器的一次燃烧区中形成可燃混合物。可燃混合物经燃烧产生具有高压和高速度的热燃烧气体。

在典型的燃烧器中，燃烧气体通过热气通路朝向燃气涡轮机的涡轮的入口输送，所述热气通路至少部分地由环形燃烧衬套和从燃烧衬套向下游延伸并在涡轮机的入口处终止的环形过渡管道限定。将来自燃烧气体的热能和动能传递至涡轮机以使所述涡轮机旋转，从而产生机械功。例如，涡轮机可连接至驱动发电机发电的轴。

在具体的燃烧器中，燃烧模块被利用来将大体贫燃料-空气混合物喷射到一次燃烧区下游的热气通路中。燃烧模块大体上包括：环形燃料分配歧管，其周向地环绕帽组件的一部分，所述帽组件部分地环绕燃料喷嘴；以及燃料喷射组件，其在所述燃料分配歧管与所述燃气涡轮机的入口之间延伸。燃料喷射组件包括在帽组件与涡轮机的入口之间连续延伸的环形燃烧衬套。连续延伸的燃烧衬套限定了燃烧器内的热气通路，从而消除了单独的过渡管道。燃烧衬套包括环形主体，所述环形主体由具有大致圆形截面的锥形段和从所述锥形段向下游延伸并且具有大致非圆形截面的过渡段组成。燃料喷射组件进一步包括多个径向延伸的燃料喷射器，又称为延迟贫燃料喷射器，所述延迟贫燃料喷射器将贫燃料-空气可燃混合物喷射到一次燃烧区下游的热气通路中。因此，燃烧气体温度上升并且燃烧器的热力学效率提高，而不会对应地提高不希望的排放物如氮氧化物（NO_X）的产生。然而，燃烧气体温度的上升导致燃烧衬套上热应力的增加。

一种用于冷却燃烧模块的燃烧衬套的技术包括：使导流套筒组件环绕所述燃烧衬套，以便限定其间的冷却流通道；以及将压缩工作流体的一部分输送穿过冷却通道，以便对所述燃烧衬套进行冲击、对流或传导冷却的至少一种。导流套筒组件大体上包括：环形支撑套筒，其环绕燃烧衬套的前端部分并且同心地位在燃料分配歧管内；环形导流套筒，其连接至所述支撑套筒的后端并且环绕所述燃烧衬套的锥形段；以及环形冲击套筒，其连接至所述导流套筒的后端并且环绕所述燃烧衬套的过渡段。

虽然导流套筒组件通常被有效用于冷却燃烧衬套，但由于公差问题和/或由于热循环疲劳和/或机械循环疲劳，各部件之间的多个连接可能会泄漏或随着时间的流逝发展为泄漏，从而影响所述导流套筒组件的总体冷却有效性和耐用性。此外，由于输送至所述燃料喷嘴以用于燃烧的压缩工作流体的数量减少，冷却通道的压缩工作流体的流失可能导致燃烧器性能的降低。另外，多个部件增加了与燃烧模块的组装、拆卸和制造相关联的时间和成本。因此，一种用于冷却燃烧模块的燃烧衬套的改进系统将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点会在以下说明中进行阐述，或可从说明书中清楚，或可通过实践本发明来了解。

本发明的一个实施例是一种用于燃气涡轮机的燃烧器的燃烧模块，所述燃烧模块包括设置在所述燃烧模块的上游端的环形燃料分配歧管。燃料分配歧管包括具有内表面的环形支撑套筒。燃烧模块进一步包括燃料喷射组件，其具有从燃料分配歧管向下游延伸并且在后框架处终止的环形燃烧衬套、和周向地环绕所述燃烧衬套的环形导流套筒。导流套筒从燃料分配歧管向下游延伸并且在后框架处终止。导流套筒在支撑套筒与后框架之间连续地延伸。导流套筒的前端部分同心地定位在支撑套筒内，其中所述前端部分与所述支撑套筒的内表面滑动地配合。

本发明的另一个实施例是一种燃烧器。所述燃烧器包括：端盖，其连接至环绕所述燃烧器的外壳；轴向延伸的燃料喷嘴，其从所述端盖向下游延伸；环形帽组件，其在所述燃烧器内径向地和轴向地延伸，其中所述帽组件至少部分地环绕所述燃料喷嘴；以及燃烧模块，其具有周向地环绕所述帽组件的至少一部分的环形燃料分配歧管。燃烧模块进一步包括从燃料分配歧管向下游延伸的燃料喷射组件。燃料喷射组件包括从帽组件向下游延伸并且在后框架处终止的环形燃烧衬套、和环绕所述燃烧衬套的环形导流套筒。导流套筒包括同心地定位在燃料分配歧管内的前端部分和连接至后框架的后端。导流套筒在所述导流套筒的前端部分与后框架之间连续地延伸。