專利名稱：燃氣渦輪機燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣渦輪機燃燒室。
背景技術(shù)：
其中進行預(yù)混合燃燒的燃氣渦輪機除用于預(yù)混合燃燒的主燃燒器外還提供有用于燃燒的先導(dǎo)燃燒器。先導(dǎo)燃燒器用于穩(wěn)定燃燒。由先導(dǎo)燃燒器產(chǎn)生的擴散火焰或預(yù)混合火焰用作主燃燒器的先導(dǎo)火焰，以產(chǎn)生含燃料更多的火焰，以此穩(wěn)定燃燒。先導(dǎo)燃燒器如需要可在出口處具有圓錐體，以此便于先導(dǎo)火焰的穩(wěn)定。在此燃氣渦輪機燃燒室中，主燃燒器圍繞先導(dǎo)燃燒器有序間隔地布置。此燃氣渦輪機燃燒室的高效能要求高的、由高的火焰溫度產(chǎn)生的渦輪機入口溫度。在CO和NOx值形成方面，需要將火焰溫度和氣體在燃燒室內(nèi)的滯留時間保持在允許的范圍內(nèi)。燃氣渦輪機內(nèi)的高溫度要求了高的火焰溫度，這個高的火焰溫度也影響NOx值且增大此值。但為將NOx值保持在允許的范圍內(nèi)，燃燒室內(nèi)的平均火焰溫度在形成的NOx值方面應(yīng)最小化到與效率相匹配的允許的值。此外，需要例如通過縮短的燃燒室而降低氣體在燃燒室內(nèi)的滯留時間。但除低的NOx值之外，也需要實現(xiàn)低的CO值。但在低于1300°C的火焰溫度下CO值升高。燃燒室內(nèi)低于此溫度下限的局部受限的體積也可對于高的CO排放具有主導(dǎo)的影響。為將CO保持在低的值，要求良好的混合。但為此要求例如通過延長的燃燒室來提高滯留時間或氣體在燃燒室內(nèi)的混合路徑。但這與用于降低NOx值的滯留時間的縮短相抵觸。因此，為了將NOx值保持在允許的范圍內(nèi)，可采取措施，例如預(yù)熱或減少提供到燃燒室的壓縮機空氣，或通過供給系統(tǒng)的改變至少部分地圍繞燃燒室回轉(zhuǎn)。但這不利地影響了渦輪機在基本負荷下的運行。此外，因此提高了制造成本。也可能影響機器的可用性，這同樣也是很大的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是給出一種燃氣渦輪機燃燒室，所述燃氣渦輪機燃燒室?guī)в性龃蟮幕鹧鏈囟惹乙虼颂岣叩男?，且可無前述缺點地運行。該技術(shù)問題通過一種根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的燃氣渦輪機燃燒室解決。另外的從屬權(quán)利要求包含了本發(fā)明的有利的構(gòu)造。通過尤其在先導(dǎo)錐的內(nèi)側(cè)和/或外側(cè)上的湍流生成器，在先導(dǎo)錐的下游實現(xiàn)在形成于先導(dǎo)錐內(nèi)的先導(dǎo)混合物和由主燃燒器產(chǎn)生的主混合物之間的更好的混合。因此，在先導(dǎo)錐下游形成了所形成的先導(dǎo)-主混合物改善的燃燒。因此，可以減少滯留時間并且縮短氣體在燃燒室內(nèi)的混合路徑，而不提高CO值。以此，即使高的火焰溫度也可以實現(xiàn)低的NOx值。以此，可省去降低NOx值的措施。因此還可通過避免在燃燒室內(nèi)的局部受限的冷的體積使帶有低CO排量的穩(wěn)定工作區(qū)域延伸到更低的平均溫度。


本發(fā)明另外的優(yōu)點、特點和特征在下文中根據(jù)實施例通過參考附圖詳述。實施例的特征在此單獨或相互組合地存在都是有利的。圖1示意性地示出了通過根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃氣渦輪機燃燒室的縱截面。圖2示意性地示出了垂直于通過根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃氣渦輪機燃燒室的縱截面的橫截面。圖3示意性地示出了在第一實施例中的根據(jù)本發(fā)明的先導(dǎo)錐的側(cè)視圖。圖4示意性地示出了垂直于通過根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的燃氣渦輪機燃燒室的縱截面的橫截面。圖5示意性地示出了在第二實施例中的根據(jù)本發(fā)明的先導(dǎo)錐的側(cè)視圖。圖6示意性地示出了在第三實施例中的根據(jù)本發(fā)明的先導(dǎo)錐的側(cè)視圖。圖7示意性地示出了垂直于通過根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的燃氣渦輪機燃燒室的縱截面的橫截面。圖8示意性地示出了通過本發(fā)明的第四實施例的燃氣渦輪機燃燒室的縱截面。圖9示意性地示出了垂直于通過根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的燃氣渦輪機燃燒室的縱截面的橫截面。
具體實施例方式圖1和圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃氣渦輪機燃燒室。燃氣渦輪機燃燒室在此具有布置在圓柱體2的中間區(qū)段中的引燃噴嘴。圓柱體2在其端部向燃燒室(未示出)打開。引燃噴嘴包括燃料噴嘴I以及圍繞所述燃料噴嘴I的外周徑向間隔開的圓柱形外罩9。在燃料噴嘴I和外罩9之間設(shè)有先導(dǎo)渦旋元件5。帶有內(nèi)側(cè)11和外側(cè)12的先導(dǎo)錐4在燃燒室側(cè)布置在引燃噴嘴上。先導(dǎo)錐4在圓柱體2的前部區(qū)域的內(nèi)部具有開口 6。多個主燃燒器在徑向方向上圍繞引燃噴嘴布置。每個主燃燒器具有主噴嘴7以及以一定間隙圍繞相關(guān)的主噴嘴7的外周布置的外圓柱體20。此外，在間隙內(nèi)設(shè)有主渦旋元件21。此主燃燒器通過燃料與空氣的混合產(chǎn)生主混合物，所述主混合物被主噴嘴朝燃燒室(未示出)的方向噴出。在先導(dǎo)錐4內(nèi)通過空氣和先導(dǎo)燃料的混合形成混合的先導(dǎo)火焰(先導(dǎo)混合物)，以便點燃來自主燃燒器的、以混合形式存在的燃料，且因此燃燒來自主燃燒器的混合物(主混合物)。圖3和圖4現(xiàn)在示出了本發(fā)明的第一實施例。為改善在從先導(dǎo)錐4朝燃燒室的方向流出的、含燃料多的先導(dǎo)混合物和來自主燃燒器的、含燃料更少的主混合物之間的混合，在先導(dǎo)錐4的內(nèi)側(cè)11上安裝了具有凸塊的形式的湍流生成器(圖3和圖4)。所述湍流生成器主要安裝在先導(dǎo)錐4的開口 6的區(qū)域內(nèi)。凸塊30也可安裝在先導(dǎo)錐4的外側(cè)12上(未示出)。凸塊30在此優(yōu)選地以均勻的距離安裝在先導(dǎo)錐4的開口 6的整個周長上(圖4)。作為凸塊30的替代，也可布置凹窩或凹坑(未示出)。湍流生成器導(dǎo)致了更好的混合且因此導(dǎo)致了改善的CO值。因此，即使燃燒氣體在燃燒室(未示出)內(nèi)的滯留時間短并且混合路徑短，也以高的火焰溫度實現(xiàn)了良好的NOx值。因此，可省去用于降低NOx值的另外的措施。因此，不會再影響例如在基本負荷下運行的影響。
圖5現(xiàn)在示出了本發(fā)明的第二實施例。在此，提供了單獨的環(huán)條33作為湍流生成器，所述環(huán)條布置在先導(dǎo)錐4的開口 6的區(qū)域內(nèi)的外側(cè)12的整個周長上。替代地(未示出)也可提供在先導(dǎo)錐4的開口 6的區(qū)域內(nèi)在外周12的周側(cè)上相互間隔開地布置的條。環(huán)條33與先導(dǎo)錐4的外側(cè)12成30°至60°的角度布置。條(未示出)也可以以此角度布置。以此實現(xiàn)了先導(dǎo)混合物和主混合物的特別好的混合，且因此實現(xiàn)了特別好的燃燒。圖6和圖7現(xiàn)在示出了本發(fā)明的第三實施例。在此，湍流生成器構(gòu)造為在開口 6的整個周長上布置在開口 6上的梯形條35，其中梯形條35以±30°的角度交替地布置在先導(dǎo)錐4上。也可以顯著地提高先導(dǎo)混合物與主混合物的混合。湍流生成器也可例如是帶有尖銳的直邊緣的、在開口 6的整個周長上以預(yù)先確定的角度布置在先導(dǎo)錐4上的翼、角或棱(未示出)。在此，尖銳的邊緣指向燃燒室(未示出)。此翼同樣可以以不同的角度，尤其是±30°的角度交替地(未示出)布置在先導(dǎo)錐4上。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的燃氣渦輪機燃燒室的另外的實施例。燃氣渦輪機燃燒室具有軸向方向A。此外，每個主燃燒器具有主噴嘴7以及以一定間隙圍繞所涉及的主噴嘴7的外周布置的外圓柱體20。此外，延長管230構(gòu)造為，使其延長了外圓柱體20的開口，SP，延長管230徑向縮窄且在周向方向上擴寬，以便每個延長管230與相鄰的延長管230相互過渡。由此，形成環(huán)形的主噴嘴開口 240。環(huán)形的主噴嘴開口 240在軸向方向A上延長直至先導(dǎo)錐4的開口 6。在此，在環(huán)形的主噴嘴開口 240的內(nèi)側(cè)111上設(shè)有例如凸塊30的湍流生成器。此外，在先導(dǎo)錐4的內(nèi)側(cè)11和/或外側(cè)12上安裝湍流生成器。這導(dǎo)致了比在無湍流生成器的燃氣渦輪機的此構(gòu)造中更好的混合且因此改善的CO值。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的燃氣渦輪機燃燒室的第五示例。此燃氣渦輪機燃燒室具有軸向方向A。每個主燃燒器都具有主噴嘴7和以一定間隙圍繞所涉及的主噴嘴7的外周布置的外圓柱體20(圖8)。存在帶有燃燒室側(cè)出口的延長管250，所述延長管250構(gòu)造為，使得它將外圓柱體20的開口(圖8)在軸向方向上延長直至先導(dǎo)錐4的開口 6。在此，在延長管250的內(nèi)側(cè)260上在延長管250的出口的區(qū)域內(nèi)設(shè)有例如凸塊30的湍流生成器。此夕卜，在先導(dǎo)錐4的內(nèi)側(cè)11和/或外側(cè)12上設(shè)有湍流生成器。這導(dǎo)致了比在無湍流生成器的燃氣渦輪機的此構(gòu)造中更好的混合且因此改善的CO值。
權(quán)利要求
1.一種燃氣渦輪機燃燒室，該燃氣渦輪機帶有: -布置于在一端向燃燒室開口的圓柱體(2)的中間區(qū)段中的引燃噴嘴，其中，所述引燃噴嘴包括燃料噴嘴(I)以及圍繞該燃料噴嘴(I)的外周徑向間隔開的圓柱形外罩(9)，且其中在燃料噴嘴(I)和外罩(9)之間設(shè)有先導(dǎo)渦旋元件(5)， -在徑向方向上圍繞所述引燃噴嘴布置的多個主燃燒器， -先導(dǎo)錐(4)，所述先導(dǎo)錐具有內(nèi)側(cè)(11)和外側(cè)(12)以及燃燒室側(cè)的開口(6)，所述先導(dǎo)錐(4)在燃燒室側(cè)布置在引燃噴嘴上，使得通過空氣和先導(dǎo)燃料的混合在所述先導(dǎo)錐(4)內(nèi)形成先導(dǎo)火焰，以點燃由所述主燃燒器噴入的燃料， -所述先導(dǎo)錐(4 )在其內(nèi)側(cè)(11)和/或外側(cè)(12 )具有湍流生成器， 其特征在于， -所述湍流生成器是梯形和/或三角形的條(35)，所述條在先導(dǎo)錐(4)的開口(6)處布置在所述開口(6)的整個周長上， -其中，所述梯形和/或三角形的條(35)以±30°的角度交替地布置在所述先導(dǎo)錐(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣渦輪機燃燒室，其特征在于，所述燃氣渦輪機燃燒室具有軸向方向(A)，且每個主燃燒器具有主噴嘴(7)以及以一定間隙圍繞相關(guān)的主噴嘴(7)的外周布置的外圓柱體(20)，并且，延長管(230)構(gòu)造為，使其延長所述外圓柱體(20)的開口，即，使得所述延長管(230)徑向縮窄且在周向方向上擴寬，使得每個延長管(230)與相鄰的延長管(230)相互過渡，以便形成環(huán)形的主噴嘴開口(240)，所述主噴嘴開口(240)在軸向方向(A)上延長直至所述先導(dǎo)錐(4)的開口(6)，且在所述環(huán)形的主噴嘴開口(240)的內(nèi)側(cè)(111)上設(shè)有湍流生成器。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣渦輪機燃燒室，其特征在于，所述燃氣渦輪機燃燒室具有軸向方向(A)，且每個主燃燒器具有主噴嘴(7)以及以一定間隙圍繞相關(guān)的主噴嘴(7)的外周布置的外圓柱體(20)，并且，帶有燃燒室側(cè)出口的延長管(250)構(gòu)造為，使得它將所述外圓柱體(20)的開口在軸向方向(A)上延長直至所述先導(dǎo)錐(4)的開口(6)，且在所述出口的區(qū)域內(nèi)在延長管(250)的外側(cè)(260)上設(shè)有湍流生成器。
4.一種燃氣渦輪機燃燒室，該燃氣渦輪機燃燒室?guī)в? -布置于在一端向燃燒室開口的圓柱體(2)的中間區(qū)段中的引燃噴嘴，其中，所述引燃噴嘴包括燃料噴嘴(I)以及圍繞所述燃料噴嘴(I)的外周徑向間隔開的圓柱形外罩(9)，并且，在燃料噴嘴(I)和外罩(9)之間設(shè)有先導(dǎo)渦旋元件(5)， -在徑向方向上圍繞引燃噴嘴布置的多個主燃燒器， -先導(dǎo)錐(4)，所述先導(dǎo)錐帶有內(nèi)側(cè)(11)和外側(cè)(12)以及燃燒室側(cè)的開口(6)，所述先導(dǎo)錐(4)在燃燒室側(cè)布置在所述引燃噴嘴上，使得通過空氣和先導(dǎo)燃料的混合在先導(dǎo)錐(4)內(nèi)形成先導(dǎo)火焰，以點燃由所述主燃燒器噴入的燃料， -所述先導(dǎo)錐(4)在其內(nèi)側(cè)(11)和/或外側(cè)(12)上具有湍流生成器， 其特征在于， 所述燃氣渦輪機燃燒室具有軸向方向(A)，且每個主燃燒器具有主噴嘴(7)以及以一定間隙圍繞相關(guān)的主噴嘴(7)的外周布置的外圓柱體(20)，且其中，延長管(230)構(gòu)造為，使其延長所述外圓柱體(20)的開口，即，使得所述延長管(230)徑向縮窄且在周向方向上擴寬，使得每個延長管(230)與相鄰的所述延長管(230)相互過渡，以便形成環(huán)形的主噴嘴開口(240)，所述主噴嘴開口(240)在軸向方向(A)上延長直至所述先導(dǎo)錐(4)的開口(6)，且在所述環(huán)形主噴嘴開口( 240 )的內(nèi)側(cè)(111)上設(shè)有湍流生成器。
5.一種燃氣渦輪機燃燒室，該燃氣渦輪機燃燒室?guī)в? -布置于在一端向燃燒室開口的圓柱體(2)的中間區(qū)段中的引燃噴嘴，其中，所述引燃噴嘴包括燃料噴嘴(I)以及圍繞所述燃料噴嘴(I)的外周徑向間隔開的圓柱形外罩(9)，并且，在燃料噴嘴(I)和外罩(9)之間設(shè)有先導(dǎo)渦旋元件(5)， -在徑向方向上圍繞所述引燃噴嘴布置的多個主燃燒器， -先導(dǎo)錐(4)，所述先導(dǎo)錐帶有內(nèi)側(cè)(11)和外側(cè)(12)以及燃燒室側(cè)的開口(6)，所述先導(dǎo)錐(4)在燃燒室側(cè)布置在所述引燃噴嘴上，使得通過空氣和先導(dǎo)燃料的混合在所述先導(dǎo)錐(4)內(nèi)形成先導(dǎo)火焰，以點燃由所述主燃燒器噴入的燃料， -所述先導(dǎo)錐(4)在其內(nèi)側(cè)(11)和/或外側(cè)(12)上具有湍流生成器， 其特征在于， 所述燃氣渦輪機燃燒室具有軸向方向(A)，且每個主燃燒器具有主噴嘴(7)以及以一定間隙圍繞相關(guān)的主噴嘴(7)的外周布置的外圓柱體(20)，并且，帶有燃燒室側(cè)出口的延長管(250)構(gòu)造為，使得它將外圓柱體(20)的開口在軸向方向(A)上延長直至所述先導(dǎo)錐(4)的開口(6)，并且，在所述出口的區(qū)域內(nèi)在延長管(250 )的內(nèi)側(cè)(260 )上設(shè)有湍流生成器。`
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃氣渦輪機燃燒室，帶有布置于在一端向燃燒室開口的圓柱體(2)的中間區(qū)段中的引燃噴嘴，其中引燃噴嘴包括燃料噴嘴(1)以及圍繞燃料噴嘴(1)的外周徑向間隔開的圓柱形外罩(9)，且其中在燃料噴嘴(1)和外罩(9)之間設(shè)有先導(dǎo)渦旋元件(5)；在徑向方向上圍繞引燃噴嘴布置的多個主燃燒器；先導(dǎo)錐(4)，所述先導(dǎo)錐(4)帶有內(nèi)側(cè)(11)和外側(cè)(12)以及燃燒室側(cè)的開口(6)，其中先導(dǎo)錐(4)在燃燒室側(cè)布置在引燃噴嘴上，使得通過空氣和先導(dǎo)燃料的混合在先導(dǎo)錐(4)內(nèi)形成先導(dǎo)火焰，以點燃由主燃燒器噴入的燃料，其中先導(dǎo)錐(4)在其內(nèi)側(cè)(11)和/或外側(cè)(12)具有湍流生成器。
文檔編號F23R3/34GK103119369SQ201180037995
公開日2013年5月22日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者B.普拉德 申請人:西門子公司