[发明专利]带有连续弯曲的衬套部段的集成燃烧器喷嘴

说明书

一种集成燃烧器喷嘴包含内衬套部段；外衬套部段；以及在内和外衬套部段之间径向地延伸的面板。面板包含前端部、后端部和从前端部轴向地延伸到后端部的侧壁。后端部限定涡轮喷嘴，其具有从前端部周向地偏移的后缘。内衬套部段具有一对密封表面，其中每个沿周向方向限定第一连续曲线。外衬套部段具有一对密封表面，其中每个沿周向方向限定第二连续曲线。在一些实例中，曲线沿周向方向是单调的。还提供了一种分段式环形燃烧器，其包含这种集成燃烧器喷嘴阵列。

关于政府资金的说明

本公开内容的主题是利用来自美国政府的支持根据合同号DE-FE0023965进行的，其由美国能源部授予。政府对本发明具有某些权利。

技术领域

本公开内容大体上涉及燃气涡轮的领域，并且更特别地，涉及集成燃烧器喷嘴(integrated combustor nozzle)，其在环形燃烧器(annular combustor)内限定分开的燃烧区并且使进入涡轮区段的流加速。该集成燃烧器喷嘴设有连续弯曲的衬套部段(linersegment)，以促进从环形燃烧器安装和移除。

背景技术

一些传统的涡轮机，如燃气涡轮系统，被利用于生成电力。通常，燃气涡轮系统包含压缩机、一个或多个燃烧器以及涡轮。空气可经由其入口吸入到压缩机中，在该处空气通过经过多级旋转叶片和固定喷嘴被压缩。压缩的空气被引导到一个或多个燃烧器，在该处引入燃料，并且点燃并燃烧燃料/空气混合物以形成燃烧产物。该燃烧产物起到涡轮的操作流体的作用。

然后，操作流体流动穿过涡轮中的流体流动路径，该流动路径限定在多个旋转叶片和设置在旋转叶片之间的多个固定喷嘴之间，使得每组旋转叶片和对应的每组固定喷嘴限定涡轮级。当多个旋转叶片旋转燃气涡轮系统的转子时，联接到转子的发电机可从转子的旋转生成动力。涡轮叶片的旋转还引起联接到转子的压缩机叶片的旋转。

近些年中，已经为设计环筒形(can-annular)燃烧系统做出努力，其中第一级涡轮喷嘴与燃烧筒的后端部集成。这些努力已导致所谓的“过渡喷嘴”，其在流进入涡轮区段时使流加速并且转向。

更近期地，如共同受让的美国专利申请公开号2017-027639中所描述，开发努力已将过渡喷嘴技术应用在环形燃烧系统中，致使分段式环形燃烧系统的产生。在分段式环形燃烧系统中，内衬套壳和外衬套壳周向地分段成单独的模块，并且燃料喷射面板的阵列在环形燃烧器的内衬套壳部段和外衬套壳部段之间延伸，以创造一组称为“集成燃烧器喷嘴”的单元。多个燃烧区限定在环形燃烧器内的相邻成对的集成燃烧器喷嘴之间。集成燃烧器喷嘴成形为类似没有前缘的翼型件，并且每个集成燃烧器喷嘴的后缘(后端部)限定涡轮喷嘴，其能够使到涡轮中的燃烧气体流转向并且加速。

为了优化这种燃烧系统的性能，需要沿内衬套壳部段和外衬套壳部段在相邻的集成燃烧器喷嘴之间密封。密封这些部件的最初工作依赖于多个直密封件(straight seal)，其沿衬套壳部段的周向边缘周向地安装到密封件槽部中。此安装方法证明，尤其利用小密封部件，既难以在随后的集成燃烧器喷嘴的安装期间保持密封件的位置，又难以防止密封件在安装随后的集成燃烧器喷嘴时被压碎(或以其它方式损坏)。此外，如果密封件中的一个在安装期间滑出位置，则技术人员面临其从涡轮内的取回的困难任务。

随着先前的密封努力的另一个问题是，由于密封件在集成燃烧器喷嘴的轴向长度之上端部对端部地安装，因此在密封件的轴向部段之间产生泄漏。这种泄漏减少了可用于其它目的、如冷却或燃烧的空气流的量。

最后，集成燃烧器喷嘴的拐弯形状(dogleg shape)和现有的密封努力使得难以移除单个的集成燃烧器喷嘴。因为沿集成燃烧器喷嘴的轴向长度端部对端部地安装多个密封件，所以不可能轴向地移除密封件。结果是，必须通过沿周向方向强制移动集成燃烧器喷嘴来“展开”集成燃烧器喷嘴，并且必须将待移除的集成燃烧器喷嘴从集成燃烧器喷嘴的阵列内的嵌套位置扳下。

发明内容