專利名稱：燃燒器和用這種燃燒器控制燃氣輪機的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃氣輪機的燃燒器。此外本發(fā)明還涉及ー種用這種燃燒器控制燃氣輪機的方法。
背景技術(shù)：
燃燒室是燃氣輪機主要的組成部分，在許多領(lǐng)域燃氣輪機用于驅(qū)動發(fā)電機或做功機械。在這里利用燃料的能含量產(chǎn)生渦輪軸的旋轉(zhuǎn)運動。為此，燃料被燃燒器在連接在其下游的燃燒室內(nèi)燃燒，與此同時從壓氣機輸入經(jīng)壓縮的空氣?？梢詾槊總€燃燒器配設(shè)單獨的燃燒室，其中，從燃燒室流出的エ質(zhì)可以聚集在渦輪部件之前或之內(nèi)。但也可以與之不同，燃燒室可以設(shè)計為所謂環(huán)形燃燒室的結(jié)構(gòu)形式，此時，多個、尤其全部燃燒器，匯入ー個共同的通常為環(huán)形的燃燒室內(nèi)。 燃料燃燒產(chǎn)生高溫高壓的エ質(zhì)。這種エ質(zhì)在連接在燃燒室下游的渦輪部件中膨脹做功。為此，渦輪部件有ー些與渦輪軸連接并可旋轉(zhuǎn)的渦輪工作葉片。渦輪工作葉片環(huán)狀布設(shè)在渦輪軸上并因而構(gòu)成ー些工作葉片排。此外，渦輪還包括ー些固定的渦輪導向葉片，它們同樣環(huán)狀固定在渦輪的內(nèi)機匣上，構(gòu)成導向葉片排。渦輪工作葉片在這里通過傳遞流過渦輪的エ質(zhì)的脈量驅(qū)動渦輪軸。渦輪導向葉片則用于每兩個沿エ質(zhì)流向看相繼的工作葉片排或工作葉片環(huán)之間エ質(zhì)的流動導引。在這種情況下，由一個渦輪導向葉片環(huán)或?qū)蛉~片排以及一個沿エ質(zhì)流向看順序連接的渦輪工作葉片環(huán)或工作葉片排組成的相繼的一対，構(gòu)成ー個渦輪級。在這種燃氣輪機的設(shè)計參數(shù)中，除了能達到的功率外，通常還有ー個設(shè)計目標是特別高的效率。在這方面，基于熱動力學原理，高的效率原則上可通過高的出ロ溫度達到，エ質(zhì)以此出ロ溫度從燃燒室流出并流入渦輪部件。因此這種燃氣輪機カ求而且也已達到大約1220°C至1500°C的溫度。然而在如此高的エ質(zhì)溫度時，與這種エ質(zhì)遭遇的部件和構(gòu)件遭受到高的熱負荷。為了盡管如此仍能保證所涉及部件在可靠性高的同時有比較長的使用壽命，所涉及的部件，尤其燃燒室，通常有必要采用特別耐熱的材料和進行冷卻。為此燃燒室壁通常在其內(nèi)側(cè)設(shè)有熱屏元件組成的內(nèi)襯，它們可以提供特別耐熱的保護層，以及它們通過原本的燃燒室壁冷卻。由于燃燒室內(nèi)熱屏元件高的熱負荷和動カ負荷，工作中在少有的情況下可能因為基本材料內(nèi)形成裂紋導致部分熱屏元件或整個熱屏元件脫落。在這種情況下外殼不再防御燃燒室內(nèi)存在的高溫。由此導致起氧化皮。此外當部分熱屏元件碎裂脫落發(fā)生在渦輪進口前時，會粗暴地破壞在它們后面的渦輪葉片和引起燃氣輪機的嚴重損壞。渦輪的最大危險出現(xiàn)在，燃燒室內(nèi)熱屏元件的碎塊直接處于渦輪進口前，亦即在渦輪導向葉片前或內(nèi)。此時由于阻擋流動使渦輪工作葉片受到不同的熱負荷。其結(jié)果是激勵葉片，在最嚴重的情況下由于激勵固有頻率造成葉片共振的災(zāi)禍。在熱屏缺失的情況下，在燃燒室壁上熱屏元件的脫落與渦輪工作葉片由于熱屏元件卡死引發(fā)紊流造成第一次斷裂之間，一般要經(jīng)過幾分鐘。在渦輪部件損壞時，除了修理費用外尤其還同時產(chǎn)生燃氣輪機生產(chǎn)中斷成本，從而在總體上可造成很高的總費用。按現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器通過固定在燃燒室外売上的加速度傳感器檢測熱屏缺失。它們檢測在燃燒室內(nèi)熱屏碰撞的特征的振動，并在用其他參數(shù)校準后發(fā)出警報。然而這種系統(tǒng)易出故障。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于燃氣輪機的改進的燃燒器。本發(fā)明另ー個技術(shù)問題是提供一種用這種燃燒器控制燃氣輪機的方法。有關(guān)燃燒器的技術(shù)問題通過ー種用于燃氣輪機的燃燒器得以解決。涉及方法的技術(shù)問題通過ー種用所述的燃燒器和光學傳感器控制燃氣輪機的方法得以解決。在這里，燃燒器包括燃燒室、燃燒室內(nèi)部和燃燒室壁以及設(shè)在燃燒室下游的渦輪葉片排，它有第一渦輪導向葉片排。此外，燃燒器還包括固定燃燒器與燃燒室壁的燃燒器安裝件。燃燒器安裝件有燃燒室插板。燃燒室插板朝燃燒室內(nèi)部的方向位于前面。燃燒器包 括至少ー個混合燃料導管，它在混合燃料工作時供給混合燃料，以及在不用混合燃料工作時它設(shè)計為燃料攔截管(Brennstofflanzenattrape)。按本發(fā)明，在燃燒器用混合燃料工作時，在燃燒室插板上或其附近設(shè)至少ー個光學傳感器。除此之外或與之不同，在燃燒器不用混合燃料工作吋，按本發(fā)明在燃料攔截管內(nèi)設(shè)至少ー個光學傳感器。尤其設(shè)計為攝像機的光學傳感器與第一渦輪導向葉片排直接相對置。由此光學傳感器可以監(jiān)測第一渦輪導向葉片排的盡可能大的區(qū)域和直接在它前面的區(qū)域。光學傳感器通過所述配置提供圖像，借助圖像可以監(jiān)測第一渦輪導向葉片排。若應(yīng)監(jiān)測第一渦輪導向葉片排的整個區(qū)域，則為此只需要少量傳感器。與會遭受其他噪聲影響的聲學系統(tǒng)相比，這種具有光學傳感器的燃燒器更為可靠。由此尤其還可以在燃氣輪機不停止運行的情況下，光學地檢測第一渦輪導向葉片排的狀態(tài)。將光學傳感器設(shè)置在燃料攔截管內(nèi)帶來的另ー個優(yōu)點是，光學傳感器可方便地裝入和拆除。優(yōu)選地，第一渦輪導向葉片排可借助光學傳感器在線監(jiān)測。因此當葉片處于危險狀態(tài)或例如有異物直接處于第一渦輪導向葉片排前時，可以及時關(guān)閉燃氣輪機。優(yōu)選地，設(shè)至少兩個燃燒器，它們沿燃燒室周向布設(shè)，其中，每個燃燒器包括ー個將各燃燒器與燃燒室壁固定的燃燒器安裝件，其中，每個燃燒器安裝件有燃燒室插板，以及，所述至少兩個燃燒室插板沿燃燒室周向在留出間隙的情況下彼此相鄰，以及在這里，光學傳感器布置在間隙內(nèi)。燃燒室插板在留出空隙的情況下與燃燒室壁相鄰。與之不同或除此之外，光學傳感器布置在燃燒室插板與燃燒室壁之間的空隙內(nèi)。按所述配置，傳感器與第一渦輪導向葉片排直接相對置，而且能特別簡單地固定。在用燃燒器控制燃氣輪機的方法中，由光學傳感器提供圖像以及在由光學傳感器提供的圖像中可借助適用的軟件自動識別異物。當有事先規(guī)定大小的異物時，發(fā)出警報并使燃氣輪機停止運行。由此可防止機器損壞，諸如葉片斷裂或支承結(jié)構(gòu)起氧化皮。


由下面參見附圖1-2的說明中提供本發(fā)明的其他特征、性質(zhì)和優(yōu)點。圖I表示按現(xiàn)有技術(shù)有燃燒器和燃燒器安裝件的燃燒室的ー個局部。圖2表示按本發(fā)明有光學攝像機的燃燒器。
具體實施例方式圖I用剖視圖表示一部分燃燒室。由圖可見燃燒器I、環(huán)形圍繞燃燒器I的燃燒器安裝件3和部分燃燒室壁5。燃燒室設(shè)置在燃燒室充氣腔4內(nèi)以及環(huán)形地圍繞渦輪軸(未表示)延伸。燃燒器I裝入燃燒器安裝件3的支座內(nèi)。燃燒器安裝件3與燃燒室壁5相鄰并在端側(cè)封閉燃燒室。燃燒器安裝件3包括ー個設(shè)計為槽形環(huán)7的支架。在槽形環(huán)7朝燃燒室內(nèi)部2方 向的前面存在燃燒器插板9，它同時成為燃燒室的圍繞燃燒器I的隔板。因此燃燒室的端側(cè)在一定程度上僅由燃燒器插件板9組成。在燃燒器安裝件3的中心可以看到圍繞燃燒器孔33的燃燒器壁27。在本實施例中，對于每個燃燒器I而言均存在ー個自己的燃燒器安裝件
3。相鄰燃燒器安裝件3的燃燒器插板9沿周向在留出間隙20 (圖2)的情況下互相毗鄰。此外，燃燒器插件板9在留出空隙30的情況下與燃燒室壁5相鄰。不僅在空隙30內(nèi)而且在間隙20 (圖2)內(nèi)均可設(shè)置密封件(未表示)。燃燒器I具有包括混合燃料導管23的混合燃燒器。在這里，燃燒器I可以用混合燃料或不用混合燃料工作。優(yōu)選地，混合燃燒器用液態(tài)燃料例如燃油工作。若燃燒器I不用液態(tài)燃料工作，則混合燃料導管23用燃料攔截管(未表示)替換。燃燒室壁5在其內(nèi)側(cè)設(shè)有熱屏元件(未表示)組成的保護層。圖2表示按本發(fā)明尤其設(shè)計為監(jiān)測攝像機22的光學傳感器配置在兩個燃燒室插板39之間的間隙20內(nèi)。然而監(jiān)測攝像機22還可以相鄰地設(shè)置在燃燒室插板9的其他區(qū)域中。此外在圖2中還可見沿徑向在外部的燃燒室壁5a和沿徑向在內(nèi)部的燃燒室壁5b，它們使燃燒室插板9與燃燒室壁5連接?，F(xiàn)在按本發(fā)明在至少兩個燃燒器I (圖I)的情況下，當燃燒器I (圖I)用液態(tài)燃料工作時，在燃燒室插板9之間的間隙20內(nèi)設(shè)至少ー個監(jiān)測攝像機22。采用這種配置，使攝像機22直接與(未示出的)第一渦輪導向葉片排相對置，并因而可以綜覽盡可能多的空間。因此(未示出的)第一渦輪導向葉片排的完整的區(qū)域，可以通過在沿周向排列的燃燒室插板9之間的間隙20內(nèi)設(shè)置的少量攝像機22監(jiān)測。攝像機22也可以配置在燃燒室插板9與沿徑向在外部的燃燒室壁5A或沿徑向在內(nèi)部的燃燒室壁5B之間的空隙30內(nèi)。在不用液態(tài)燃料工作時，作為補充或替代方式在(未示出的)混合燃料攔截管內(nèi)設(shè)至少ー個監(jiān)測攝像機22，從而在這里監(jiān)測攝像機22直接構(gòu)建在燃燒器I內(nèi)。在這種情況下監(jiān)測攝像機22可方便地從(未示出的)燃燒室外部裝入和拆除。監(jiān)測攝像機22提供圖像，圖像借助適用的軟件分析并自動識別異物。當有事先規(guī)定大小的異物時發(fā)出警報并接著使燃氣輪機停止運行，并由此控制燃氣輪機。除此之外，用提供的圖像在線監(jiān)測(未示出的)第一渦輪導向葉片排的狀態(tài)。盡管借助環(huán)形燃燒室說明本發(fā)明，但燃燒室也可以設(shè)計為大體圓柱形的燃燒室，包括在圓柱體端側(cè)的至少ー個燃燒器和至少ー個燃燒器安裝件。
權(quán)利要求
1.一種用于燃氣輪機的燃燒器(1)，包括燃燒室、燃燒室內(nèi)部(2)和燃燒室壁(5)以及設(shè)在燃燒室下游的渦輪葉片排，它具有第一渦輪導向葉片排，其中，燃燒器(I)包括固定燃燒器(I)與燃燒室壁(5)的燃燒器安裝件(3)，其中，燃燒器安裝件(3)具有燃燒室插板(9)，以及其中，燃燒室插板(9)朝燃燒室內(nèi)部(2)的方向位于前面，以及其中，燃燒器(I)包括至少ー個混合燃料導管(23)，該混合燃料導管在混合燃料工作時供給混合燃料，以及在不用混合燃料工作時它設(shè)計為燃料攔截管，其特征為在燃燒器(I)用混合燃料工作時，在燃燒室插板(9)上或其附近布設(shè)至少ー個光學傳感器，和/或，在燃燒器(I)不用混合燃料工作時，在燃料攔截管內(nèi)布設(shè)至少ー個光學傳感器，從而可通過設(shè)置光學傳感器監(jiān)測第一渦輪導向葉片排。
2.按照權(quán)利要求I所述的燃燒器(I)，其特征為，所述第一渦輪導向葉片排可借助光學傳感器在線監(jiān)測。
3.按照權(quán)利要求I或2所述的燃燒器(I)，其特征為，設(shè)有至少兩個燃燒器(I )，它們沿燃燒室周向布設(shè)，其中，每個燃燒器(I)包括一個將各燃燒器(I)與燃燒室壁(5)固定的燃燒器安裝件(3)，其中，每個燃燒器安裝件(3)具有燃燒室插板(9)，以及，所述至少兩個燃燒室插板(9)沿燃燒室周向在留出間隙(20)的情況下彼此相鄰，以及在這里，光學傳感器布置在所述間隙(20)內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求I至3中任一項所述的燃燒器(1)，其特征為，燃燒室插板(9)在留出空隙(30)的情況下與燃燒室壁(5)相鄰，以及其中，光學傳感器布置在所述空隙(30)內(nèi)。
5.一種用按照前列諸權(quán)利要求之一所述的燃燒器(I)和光學傳感器控制燃氣輪機的方法，其特征為光學傳感器提供圖像以及在由光學傳感器提供的圖像中可借助適用的軟件自動識別異物，以及當有事先規(guī)定大小的異物時發(fā)出警報并使燃氣輪機停止運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃氣輪機的燃燒器(1)，包括燃燒室、燃燒室內(nèi)部(2)和燃燒室壁(5)以及設(shè)在燃燒室下游的渦輪葉片排，它具有第一渦輪導向葉片排，燃燒器包括固定燃燒器與燃燒室壁的燃燒器安裝件(3)，燃燒器安裝件具有燃燒室插板(9)，燃燒室插板朝燃燒室內(nèi)部的方向位于前面，燃燒器包括至少一個混合燃料導管(23)，它在混合燃料工作時供給混合燃料，在不用混合燃料工作時它設(shè)計為燃料攔截管，在燃燒器用混合燃料工作時，在燃燒室插板上或其附近設(shè)光學傳感器，在燃燒器不用混合燃料工作時，在燃料攔截管內(nèi)設(shè)至少一個光學傳感器，從而可通過設(shè)置光學傳感器監(jiān)測第一渦輪導向葉片排。本發(fā)明還涉及一種用這種燃燒器控制燃氣輪機的方法。
文檔編號F23R3/58GK102777935SQ20121014872
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者A.克魯格, A.貝徹, D.沃格特曼, J.克萊因菲爾德, M.澤豪斯特, O.黛絲, S.格倫德爾, T.克雷格 申請人:西門子公司