專利名稱：燃燒器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒器組件，尤其是一種用于燃氣輪機的燃燒器組件。此外，本發(fā)明涉及一種燃氣輪機。
背景技術(shù)：
典型的燃氣輪機燃燒器組件，如它主要使用在所謂的環(huán)管燃燒系統(tǒng)中，在例如US 6，082，111和US 2004/0055306A1中描述。該燃燒器組件典型地包括安裝支撐殼體的蓋板。 支撐殼體包括歧管和燃料噴嘴，歧管具有機加工在其內(nèi)部的燃料和燃油通道，燃料噴嘴從歧管延伸并通過燃氣和燃油通道供給燃料，所謂的火箭噴口(rocket)。在燃料噴嘴中的噴射孔引導(dǎo)燃料流出噴嘴進入由燃氣輪機的壓縮器到燃燒器組件輸送的空氣的流動通道中。 在該流動通道中存在漩流器(swirler)，用于提供渦旋以實現(xiàn)燃料和空氣完全的混合。支撐殼體的設(shè)計包括8個燃料噴嘴(火箭發(fā)動機)，例如，其被焊接到歧管上，也被焊接到主漩流器組件的漩流器上。然而，在提到的現(xiàn)有技術(shù)中描述的設(shè)計妥協(xié)于歧管生產(chǎn)的高成本，因為在歧管里機加工燃氣和燃油通道是精巧的并且需要歧管的高厚度。在機加工燃料通道以后，蓋板焊接到歧管上以使得閉合通道。在焊接過程中，由于在焊接過程中引入的熱，不得不小心不要在歧管材料中產(chǎn)生太多的應(yīng)力。并且，因為燃料與機加工在歧管內(nèi)部的燃氣或燃油通道的壁形成接觸，用于歧管的材料需要由耐腐蝕的材料制造。此外，在使用燃燒器組件中，歧管會具有比傳輸通過歧管的燃料明顯高的溫度。因此，材料也需要是耐應(yīng)力的。因此，現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器組件的歧管和燃料噴嘴通常由需要通過研磨技術(shù)精加工的鍛造的部件(Piece) 制成以減少對張力裂縫的敏感性。材料需求增加了制造歧管的成本。此外，耐腐蝕和耐應(yīng)力材料通常難于加工，其甚至更增加了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目標是提供一種有利的有助于降低制造支撐殼體成本的燃燒器組件。本發(fā)明的另一個目標是提供一種有利的燃氣輪機。第一個目標通過權(quán)利要求1中所述的燃燒裝置解決，第二個目標通過權(quán)利要求13 中所述的燃氣輪機解決。從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明的進一步的改進。發(fā)明的燃燒器組件包括具有供給歧管和從供給歧管延伸的燃料噴嘴的支撐殼體。 向燃料噴嘴供給燃料的燃料通道系統(tǒng)存在在供給歧管內(nèi)。供給歧管由至少兩個從屬部件 (subparts)夾合而成。當(dāng)歧管例如通過系緊(bracing)或者焊接由連接到一起的不同的從屬部件夾層時，燃料通道如燃氣和/或燃油通道，能夠在連接從屬部件為一個部件，即，夾層的供給歧管之前，在每個從屬部件中機加工。那么機加工能夠從從屬部件的一側(cè)完成，該從屬部件的該側(cè)會被連接到另一從屬部件，即，在將該從屬部件組合成夾層歧管之后，該側(cè)會是一個內(nèi)部界面(interface)。那么在機加工后額外的焊接連接來覆蓋通道并隨之的熱傳入所涉及的應(yīng)力是不必要的。此外，不同從屬部件之間的連接能夠位于低受應(yīng)力的區(qū)域以使得夾層概念的壽命狀況得以增加。因此，通過夾層供給歧管，能夠簡化燃料通道的機加工，因此，降低制造成本。燃料通道系統(tǒng)可以包括機加工在至少其中一個從屬部件中的一個或者多個凹口。 特別地，支撐歧管可以由盤狀的從屬部件夾層，每一個盤狀的從屬部件具有兩個相對的盤面，至少一個凹口在至少一個盤狀從屬部件的至少一個盤面中加工。與現(xiàn)有技術(shù)的歧管中的燃料通道相比，這些凹口易于機加工進從屬部件里，因為與整體的現(xiàn)有技術(shù)的歧管相比， 能夠在其中機加工凹口的面的數(shù)量增加了。在連接從屬部件后，凹口能隨后與鄰接的從屬部件的凹口或者面一起形成夾合歧管的燃料通道。特別地，通過在每一個盤狀從屬部件的至少一個盤面中機加工至少一個凹口，可以實現(xiàn)復(fù)雜的燃料通道系統(tǒng)，特別是雙燃料系統(tǒng)， 即用于燃氣和燃油的系統(tǒng)。更多數(shù)量的從屬部件允許用于實現(xiàn)更復(fù)雜的燃料通道系統(tǒng)。如果屬于不同盤狀從屬部件并且在夾合歧管中被布置為彼此相對位置的盤面中的凹口定位成使得在連接從屬部件以后彼此對齊，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料通道的更大的橫截面。通過從每一個凹口延伸到燃料噴嘴的至少一個通孔，燃料噴嘴能夠被流體連接到燃料通道系統(tǒng)。在本發(fā)明的燃燒裝置，一個或者多個凹口可以本身形成燃料通道系統(tǒng)的至少一個燃料通道。然而，在本發(fā)明的進一步的改進中，形成燃料通道系統(tǒng)的至少一個燃料通道的至少一個燃料管可以被容納在至少一個凹口中和/或在至少一個通孔中。通過不使用凹口自身作為燃料通道，可以降低材料的耐腐蝕的需要，這是因為燃料不與歧管材料形成接觸。相反，燃料僅與燃料管形成接觸，燃料管可以由高耐腐蝕材料制成。然而，由該材料制作燃料管與由該材料制作整個供給歧管相比更容易和便宜。當(dāng)容納燃料管在該凹口中時，供給歧管的外輪廓不需要關(guān)于氣體動力學(xué)地優(yōu)化的現(xiàn)有技術(shù)的輪廓被改變。至少一個燃料管的端部可以通過焊接或者系緊被固定到歧管，燃料管的材料可以是比歧管的從屬部件的材料更高的等級。通過這種方式，可以避免與燃料管密封有關(guān)的問題，燃料管即燃氣和/或燃油管。一種本發(fā)明的燃氣輪機包括至少一個本發(fā)明的燃燒器組件。通過使用本發(fā)明的燃燒器組件，可以降低與制造燃氣輪機燃燒器有關(guān)的成本。


進一步本發(fā)明的的特征、特性和優(yōu)勢將從接下來結(jié)合附圖的本發(fā)明的實施例的描述變得清楚。圖1示出了燃氣輪機高度示意性的視圖。圖2以透視圖示出了本發(fā)明的燃燒器組件的實施例。圖3以分解截面圖示出了燃燒器組件的供給歧管的第一變型。圖4以組裝截面圖示出了圖3的供給歧管。圖5以截面圖示出了燃燒器組件的供給歧管的第二變型。圖6示出了燃燒器組件中燃料管的布置圖。
具體實施例方式圖1以高度示意性視圖示出了一種燃氣輪機1，該燃氣輪機1包括壓縮器段3，具有多個環(huán)管的燃燒器5和具有設(shè)置在燃燒器中的燃燒器組件6的燃燒器段4，以及渦輪段 7。轉(zhuǎn)子9延伸穿過所有段并且在壓縮器段3中支撐多列壓縮器葉片11，并在渦輪段7中， 支撐多列渦輪葉片13。在壓縮葉片11的相鄰的列之間和渦輪葉片13的相鄰的列之間，多列壓縮器定子葉片15和渦輪定子葉片17分別從燃燃氣渦輪1的殼體19徑向地向內(nèi)朝向轉(zhuǎn)子9延伸。在燃氣輪機1的工作中，空氣通過壓縮器段3的空氣入口 21吸入?？諝馔ㄟ^轉(zhuǎn)動壓縮器葉片11被壓縮并且同時引導(dǎo)向燃燒器段4的燃燒器組件6。在燃燒器組件6中，空氣與氣體或液體燃料混合并且混合物在燃燒器5中燃燒。由燃燒燃料-空氣混合物產(chǎn)生的熱的和加壓的燃燒氣體被供給渦輪段7。在它穿過渦輪段7的路線上，熱的和加壓的氣體在膨脹和冷卻的同時傳輸動量到渦輪葉片13，因此賦予驅(qū)動壓縮器和例如用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機或者工業(yè)機器的消耗裝置的轉(zhuǎn)子9轉(zhuǎn)動運動。多列渦輪定子葉輪17作用為用于引導(dǎo)熱的和加壓的燃燒氣體的噴嘴，以優(yōu)化動量傳輸?shù)綔u輪葉片13。最后，膨脹和冷卻的燃燒氣體通過排燃氣裝置23離開渦輪段7。圖2示出了本發(fā)明的燃燒器組件6的實施例的透視圖，燃燒器組件6包括，作為主要部件的歧管27，從歧管27延伸的8個燃料噴嘴四和圍繞燃料噴嘴四的尖端的8個漩流器31。歧管27和燃料噴嘴四一起形成了燃燒器組件的支撐殼體25，穿過該支撐殼體， 燃料通道系統(tǒng)延伸到燃料噴嘴四的尖端中的燃料噴射開口(因為噴射開口由漩流器31圍繞，因此不可見)。請注意雖然8個燃料噴嘴四(有時候也稱作火箭發(fā)動機(rocket))存在于燃燒器組件6中，燃料噴嘴四的數(shù)量不限于8個。原理上可以多于或少于8個燃料噴嘴，例如，6 個燃料噴嘴或者12個燃料噴嘴。此外，引燃燃料噴嘴(未示出)可以插入歧管27的中心開口 35中。當(dāng)被安裝到環(huán)管燃燒器上時，歧管借助于法蘭被安裝到燃燒器上游端部，以使得燃料噴嘴四面朝向燃燒器中的燃燒區(qū)。壓縮器空氣可以被引導(dǎo)穿過漩流器31，在那里空氣與燃料混合隨后引導(dǎo)進入燃燒區(qū)，在燃燒區(qū)，燃料-空氣混合物燃燒以制造燃燃氣渦輪的工作流體。根據(jù)本發(fā)明，燃燒器組件6的歧管27是多個具有盤狀形狀的從屬部件37到41的夾層結(jié)構(gòu)。圖3以分解截面透視圖示出了歧管27的從屬部件37到41，以及圖4示出了裝配好的狀態(tài)中的供給歧管27的透視截面圖。為了制造供給歧管27，從屬部件37到41被裝配以使得它們的盤面36，38，40，42彼此鄰接。隨后它們沿著周邊的外部接縫43和內(nèi)部接縫45 (位于中心開口 35中)被焊接或者系緊。在歧管27裝配好的狀態(tài)中彼此鄰接的盤面 36，38，40和42在接下來被稱作內(nèi)盤面以把它們與盤面44和46區(qū)分開，盤面44和46會形成裝配后的歧管27的外表面。盤面44和46接下來被稱作外盤面。在本實施例中，所有內(nèi)盤面36，38，40和42設(shè)置有在相應(yīng)盤的圓周上全部或者局部延伸的凹口。在本實施例中，盤37的內(nèi)盤面36中的凹口 47和盤39的內(nèi)盤面38中的凹口 37位于各自盤37，39的徑向外部分，而位于盤39的內(nèi)盤面40中以及盤41的內(nèi)盤面42中的凹口 47位于相應(yīng)盤的徑向內(nèi)部分。在徑向外部位置的凹口 47定位成使得當(dāng)供給歧管27裝配時彼此對齊。凹口一起形成歧管燃料通道系統(tǒng)的燃氣通道49。以同樣的方式，位于徑向內(nèi)部位置的凹口 47當(dāng)供給歧管27裝配時彼此對齊。這些凹口一起形成燃料通道系統(tǒng)的燃油通道51。形成在盤狀部分中并且沿著歧管27軸向方向延伸多或者少的通孔53和55也是燃料通道系統(tǒng)的一部分， 分別用于供給燃氣到燃氣通道45 (通孔5 和供給燃油到燃油通道51 (通孔55)。此外，進一步的通孔57連接燃油通道51與燃料噴嘴四(圖4未示出)的內(nèi)部燃料通道系統(tǒng)。類似的通孔連接燃氣通道49與燃料噴嘴四的內(nèi)部燃氣通道系統(tǒng)。注意根據(jù)本實施例的燃燒器組件是所謂的雙燃料燃燒器組件，即，能夠或者由氣體燃料或者由液體燃料驅(qū)動的燃燒器組件。為了實現(xiàn)它，四個燃料噴嘴四經(jīng)通孔57連接到燃油通道51而其它燃料噴嘴四經(jīng)通孔55連接到燃氣通道49。然而，本發(fā)明的燃燒器組件也可以實施作為單一燃料燃燒器。在這種情況中僅存在一個燃油通道51或者僅有一個燃氣通道49并且所有的燃料噴嘴連接到同一燃料通道。在這種情況中，也可以實施本發(fā)明的燃燒器組件僅具有兩個盤狀從屬部件而不是三個盤狀從屬部件。此外，雖然本發(fā)明實施例中燃料通道49，51由位于相對位置的內(nèi)盤面的對應(yīng)的凹口 47形成，當(dāng)從屬部件被一起組裝時，僅在兩個相對的盤面的其中一個內(nèi)形成凹口以使得另一盤面(沒有凹口)本身形成相應(yīng)燃料通道的壁也是足夠的。供給歧管27的夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計允許在裝配歧管27之前形成燃料通道49，51。這是有利的，由于燃料通道49，51不需要像現(xiàn)有技術(shù)中那樣從外部面44，46形成。從外部面形成的燃料通道，在機加工該通道后，需要焊接到外部面的蓋板，用于覆蓋燃料通道。然而，該蓋板位于歧管的關(guān)鍵區(qū)域。因此，本發(fā)明的夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計允許在該關(guān)鍵區(qū)域移除焊縫。歧管的周邊中的焊接的或者系緊的接縫相比外部面的焊縫不是那么關(guān)鍵的。從關(guān)鍵區(qū)域移除焊縫提高了燃燒器組件的壽命狀況。此外，從屬部件易于裝配并且能夠在單一工作步驟中焊接或者系緊。燃燒器組件的供給歧管的可替代的實施例示出在圖5和6中。像在圖3和4中示出的實施例，供給歧管127是三個盤狀從屬部件137，139，141的夾層結(jié)構(gòu)。內(nèi)盤面136， 138，140，142設(shè)置有凹口 137，當(dāng)裝配歧管時，凹口 137與相對盤面中的對應(yīng)凹口對齊。分別位于從屬部件137和139的內(nèi)盤面136和內(nèi)盤面138中的凹口 147—同形成徑向的外部的通道139，而分別位于從屬部件139和141的內(nèi)盤面140和內(nèi)盤面142中的凹口 137—同形成徑向的內(nèi)部的通道151。也示出在圖5中的是在歧管127的外部周邊的焊接或者系緊接縫143和在內(nèi)部周邊的焊接或者系緊接縫145。與示出在圖3和4中的實施例相比，通道149和151沒有被用作燃料通道但是用于容納燃料管150，152。徑向外燃料管150被用作燃氣管，而徑向內(nèi)燃料管152被用作燃油管。至少一個供給管154穿過通孔153，該通孔153將通道147與從屬部件137的外盤面146相連接。以同樣的方式，一個或者多個供給管156延伸穿過連接通道151到從屬部件137的外部盤面146的多個通孔155。通孔155包括分別延伸穿過從屬部件137和從屬部件139的從屬段(subsection)。通孔段在兩個從屬部件137、139中的位置使得當(dāng)歧管 127裝配時，這些通孔段(section)彼此對齊。此外，四個供給管158從燃油管152到從屬部件141的外部面146延伸穿過通孔157。以類似的方式，四個供給管從燃氣管150穿過通孔159延伸到從屬部件141的外部面146。類似于通孔155，通孔159包括兩個從屬段，該兩個從屬段延伸通過不同從屬部件139、141，并且該兩個從屬段在該從屬部件中定位成使得當(dāng)歧管127裝配時它們彼此對齊。連接到燃油管152的四個供給管158進一步與自歧管127 (圖中未示出)延伸的四個燃油噴嘴的內(nèi)部燃油通道系統(tǒng)連接。燃氣供給通道160每一個連接到四個燃氣噴嘴其中之一的相應(yīng)的內(nèi)部燃氣供給系統(tǒng)。所有的供給管154、156、158、160被焊接到供給歧管127 的相應(yīng)的外部面144、146。通過這種方式，供給歧管127的密封得以實現(xiàn)。替代于被焊接到外部面144、146，供給管可以被系緊到外部面。燃油管152，燃氣管150和相應(yīng)的供給管154、156、160、158以透視圖在圖6中示出，但圖6中沒有示出供給歧管。注意到雖然用于雙燃料燃燒器組件的供給歧管127示出在圖5和6中，供給歧管也能作為單一燃料系統(tǒng)實施。僅一個燃料管150、152是必需的。在這種情況中，供給歧管127也能夠僅由兩個從屬部件裝配。圖5和6中示出的實施例允許降低供給歧管的材料成本，這是因為供給歧管的材料不與燃料接觸。因此，與第一實施例相比，能夠選擇更低耐腐蝕的材料，這降低了材料成本。燃料管和供給管在耐腐蝕方面能夠用比從屬部件更高等級的材料容易地制造，以使得整體成本降低效果仍然存在。然而，除了成本效果外，還存在如下效果，即用于供給歧管的可使用的低等級材料也更容易機加工，以使得制造時間和成本也降低。所有的這些優(yōu)勢能夠獲得而不需要明顯地改變供給歧管的結(jié)構(gòu)設(shè)計。特別是，裝配的供給歧管的外部和內(nèi)部周邊的形狀根本不需要被改變。因此，示出在圖5和圖6中的實施例可以被實現(xiàn)而不改變供給歧管的氣體動力學(xué)(aerodynamics)。與實施例無關(guān)，本發(fā)明的燃燒器組件降低了制造成本，這是因為夾層結(jié)構(gòu)的歧管易于機加工并且從屬部件能夠像批量產(chǎn)品那樣被制造，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過從關(guān)鍵位置移除焊縫實現(xiàn)了同樣的或者更好的壽命狀況。
權(quán)利要求
1.一種燃燒器組件(6)，包括支撐殼體(25)，所述支撐殼體0 具有包括燃料通道系統(tǒng)09、51、53、55、57、150、 152、154、156、158、160)的供給歧管(27、127)和具有從所述供給歧管(27、127)延伸并且通過所述供給歧管(27、127)的所述燃料通道系統(tǒng)(49、51、53、55、57、150、152、巧4、156、158、 160)供給燃料的燃料噴嘴09)， 其特征在于所述供給歧管07、127)由至少兩個從屬部件(37、39、41、137、139、141)夾合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器組件(6)，其特征在于所述從屬部件(37、39、41、 137、139、141)被焊接或者系緊在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃燒器組件(6)，其特征在于所述燃料通道系統(tǒng)09、 51、53、55、57、150、152、154、156、158、160)包括至少一個燃氣通道(49、150)和至少一個燃油通道(51,152)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的燃燒器組件(6)，其特征在于所述燃料通道系統(tǒng) (49、51、53、55、57、150、152、154、156、158、160)包括在至少一個所述從屬部件(37、39、41、137、139、141)中機加工的一個或多個凹口07、147)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器組件(6)，其特征在于所述供給歧管07、127)由盤狀從屬部件(37、39、41、137、139、141)夾合而成，每一個所述盤狀從屬部件具有兩個相對的盤面(36、38、40、42、136、138、140、142)，至少一個凹口在至少一個所述盤狀從屬部件 (37、39、41、137、139、141)的至少一個所述盤面(36、38、40、42、136、138、140、142)中機加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒器組件(6)，其特征在于至少一個凹口07、147)在每一個盤狀從屬部件(37、39、41、137、139、141)的至少一個所述盤面(36、38、40、42、136、138、140、142)中機加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒器組件(6)，其特征在于屬于不同的盤狀從屬部件 (37、39、41、137、139、141)且在所述夾層供給歧管07、127)中以彼此相對關(guān)系布置的凹口 (47,147)被定位成彼此對齊。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項所述的燃燒器組件(6)，其特征在于至少一個通孔 (57、157、159)從每個凹口 (47、147)延伸到燃料噴嘴(29) 0
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8任一項所述的燃燒器組件(6)，其特征在于所述一個或多個凹口 07)和/或一個或多個通孔(57)形成所述燃料通道系統(tǒng)的至少一個燃料通道(49、51)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項所述的燃燒器組件(6)，其特征在于形成所述燃料通道系統(tǒng)的至少一個燃料通道的至少一個燃料管(150、152、154、156)容納在所述至少一個凹口 07)和/或至少一個通孔中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃燒器組件(6)，其特征在于所述至少一個燃料管(150、 152)的材料比所述歧管(127)的所述從屬部件(137、139、141)的材料更高等級。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的燃燒器組件(6)，其特征在于至少一個燃料管(154、156)的端部通過焊接或系緊被固定到所述歧管(127)。
13.—種包括至少一個前述權(quán)利要求中任一項所述的燃燒器組件(6)的燃氣輪機。
全文摘要
一種燃燒器組件(6)包括支撐殼體(25)，所述支撐殼體(25)具有包括燃料通道系統(tǒng)(49、51、53、55、57)的供給歧管(27、127)和具有從所述供給歧管(27)延伸并且通過所述供給歧管(27、127)的所述燃料通道系統(tǒng)(49、51、53、55、570)供給燃料的燃料噴嘴(29)。所述供給歧管(27)把至少兩個從屬部件(37、39、41)夾在中間。
文檔編號F02C7/22GK102356224SQ201080012461
公開日2012年2月15日 申請日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者A.波特克, B.格魯格, C.施倫索格, H.斯特里布, S.A.拉米爾, T.A.?？怂? T.克里格, T.格里布 申請人:西門子公司, 西門子加拿大有限公司