低燃燒動態(tài)和排放的燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室襯套的改進孔排列的制作方法
【專利摘要】一種具有內(nèi)殼和外殼的燃氣輪機燃燒室。所述內(nèi)殼具有內(nèi)壁元件(501)，其具有第一孔排列和第二孔排列。所述內(nèi)壁元件包圍燃燒爐容積。所述第一孔排列具有以第一面密度布置的第一孔，所述第二孔排列具有以第二面密度布置的第二孔，所述第一面密度不同于所述第二面密度。所述外殼具有外壁元件(502)，其具有另外的第一孔排列和另外的第二孔排列。所述外殼的外壁元件(502)包圍所述內(nèi)殼的內(nèi)壁元件(501)，使得在兩者之間形成間隙。所述另外的第一孔排列具有以另外的第一面密度布置的另外的第一孔，所述另外的第二孔排列具有以另外的第二面密度布置的另外的第二孔，所述另外的第一面密度不同于所述另外的第二面密度。
【專利說明】低燃燒動態(tài)和排放的燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室襯套的改進孔排列

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于燃氣輪機的燃燒室的殼體以及一種用于制造燃氣輪機的燃燒室的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在燃氣輪機的【技術(shù)領(lǐng)域】中，目的是降低產(chǎn)生環(huán)境污染物，比如各種氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和未燃燒的碳氫化合物(UHC)。因此，目的是在燃氣輪機的燃燒室中實現(xiàn)一種可靠穩(wěn)定的稀薄燃燒的燃燒過程。
[0003]為了提供稀薄燃燒的燃燒過程，引導(dǎo)特別是靠近燃燒室前端(燃燒過程在此開始)的更多空氣與燃燒爐中的燃料進行混合。這是通過重新平衡有效面積來實現(xiàn)的，該有效面積是燃燒罐的累積孔面積和燃燒爐即旋流器的面積。然而，通過引導(dǎo)更多的空氣流過前端，燃燒室促進燃燒不穩(wěn)定性，這是與稀薄燃燒的燃燒相關(guān)聯(lián)的固有問題。
[0004]為了抑制燃燒不穩(wěn)定性特別是燃燒室內(nèi)的燃燒動態(tài)，燃燒室殼體的壁元件設(shè)置有氣體交換通過其而發(fā)生的孔。
[0005]GB 2 309 296 A公開了一種燃氣渦輪發(fā)動機燃燒爐，其中該燃燒爐包括內(nèi)燃燒爐壁和外燃燒爐壁。阻尼孔形成到燃燒爐壁。阻尼孔均勻地布置在壁部分上，即各阻尼孔彼此之間具有相同的距離。
[0006]EP I 104 871 Al公開了一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室，其中該燃燒室是雙壁燃燒室。該雙壁燃燒室的內(nèi)壁和外壁包括瀉流孔(effus1n hole)，以便提供沖擊冷卻。瀉流孔均勻地分布在有效的內(nèi)壁或外壁上。
[0007]EP I 321 713 A2公開了一種燃氣輪機燃燒室的改進的火焰管。冷卻空氣可被引導(dǎo)通過火焰管的各個壁的孔。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的可以是提供一種具有降低的燃燒不穩(wěn)定性及更低排放的燃燒室。
[0009]此目的可以通過根據(jù)獨立權(quán)利要求所述的用于燃氣輪機的燃燒室的殼體、用于燃氣輪機的燃燒室以及用于制造燃氣輪機的燃燒室的方法來解決。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于燃氣輪機的燃燒室的殼體。所述殼體包括壁元件，其包括第一孔排列和第二孔排列。所述第一孔排列包括第一孔，流體可流過該第一孔。所述第一孔排列還包括所述第一孔的第一面密度。所述第二孔排列包括第二孔，流體可流過該第二孔。所述第二孔排列還包括所述第二孔的第二面密度。所述第一面密度不同于所述第二面密度。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的其它方面，提出了一種用于燃氣輪機的燃燒室。所述燃燒室包括:內(nèi)殼，其包括上述殼體的特征；和外殼，其也可以包括上述殼體的特征。所述外殼的外壁元件至少部分地包圍所述內(nèi)殼的內(nèi)壁元件，使得在所述內(nèi)壁元件與所述另外的外壁元件之間形成間隙。
[0012]術(shù)語“內(nèi)”和“外”是指所述內(nèi)外壁元件相對于壁元件與燃燒室中的火焰容積之間的距離的相對位置。所述燃燒室的中心軸線可以是(例如形成為圓柱形的)燃燒室(比如罐型燃燒室)的對稱線，即穿過火焰區(qū)域，或者其可以例如與燃氣輪機(比如環(huán)形燃燒室)的轉(zhuǎn)子中心線平行或甚至重合。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種用于制造燃氣輪機的燃燒室的方法。根據(jù)該方法，包括第一孔的第一孔排列形成為內(nèi)殼體的內(nèi)壁元件，其中流體可流過該第一孔，并且其中所述第一孔排列包括所述第一孔的第一面密度。此外，根據(jù)該方法，包括第二孔的第二孔排列形成為所述內(nèi)壁元件，其中流體可流過該第二孔，并且其中所述第二孔排列包括所述第二孔的第二面密度。所述第一面密度不同于所述第二面密度。
[0014]術(shù)語“面密度”(表面密度)限定每單位面積的孔的數(shù)量。例如，如果兩個相鄰的孔排列包括不同的面密度，則所述相鄰孔排列中的每個包括不同數(shù)量的孔。這導(dǎo)致孔在相應(yīng)的孔排列上非均勻分布。
[0015]因此，通過本發(fā)明，用于燃燒室的殼體的壁元件包括具有所述第一面密度的第一孔排列和具有所述第二面密度的第二孔排列。因此，壁元件的孔分布不均勻，并且特別適于沿著所述壁元件流動的相應(yīng)流體的相應(yīng)流動特性。
[0016]用于燃氣輪機的燃燒室的殼體可以是圍繞例如燃燒室的燃燒容積的內(nèi)殼。所述殼體還可以是部分地圍繞所述內(nèi)殼的外殼。因此，通過應(yīng)用內(nèi)殼和外殼，可以形成雙壁燃燒室(即雙層襯套)。間隙可以存在所述內(nèi)殼與所述外殼之間。沿著外壁元件流動的流體，例如冷卻流體/氣體，可以通過所述外壁元件的第一和第二孔進入該間隙，用于冷卻目的。該流體還可以從該間隙流過所述內(nèi)壁元件的第一和第二孔進入燃燒室的燃燒空間，用于冷卻目的。
[0017]雙層襯套的內(nèi)殼體的內(nèi)壁包圍燃燒室的燃燒爐容積。圍繞所述內(nèi)殼且從而圍繞該燃燒爐容積，外殼的外壁以提供間隙的方式包圍這樣的雙層襯套的內(nèi)壁。因此，該間隙也圍繞著燃燒爐容積。冷卻流體流可流過外壁的相應(yīng)孔進入該間隙。冷卻流體還從這兩個壁元件之間的間隙流過所述內(nèi)壁的孔進入燃燒室的燃燒爐容積。
[0018]因此，通過燃燒室的傳統(tǒng)方法，用于燃燒室的殼體的壁元件的孔均勻地分布。在傳統(tǒng)方法中，第一孔排列和第二孔排列包括相應(yīng)孔的一個且相同的面密度。根據(jù)本發(fā)明的本發(fā)明方法，孔非均勻地分布在燃燒室的(內(nèi)外)殼體中。因此，孔的分布可以專為燃燒室的(燃燒的)流體的流動參數(shù)以及專為冷卻氣體的流動參數(shù)而定制。因此，燃燒室內(nèi)的燃燒動態(tài)可得到降低。因此，殼體和其他燃燒部件的壽命因例如壁元件的溫度分布的波動的減少而變得更長。此外，通過壁部的減少的燃燒動態(tài)，渦輪機放率和渦輪機的運行溫度可以增力口，而不會影響燃燒室殼體的壽命。因此，氮(NOx)排放同樣可以得到減少，例如通過采用稀薄燃燒運行燃氣輪機，即通過燃氣輪機內(nèi)更低的引燃燃料分流。總之，以非均勻的方式布置孔，并且通過將孔的圖案布置在相應(yīng)的孔排列中，燃燒室可以以更低的氮(NOx)排放運行，因為例如更多的空氣可被輸送至燃燒過程，用于提供稀燃燃燒。此外，火焰溫度因稀燃燃燒而得以降低。
[0019]根據(jù)進一步的示例性實施例，所述壁元件形成用于繞著燃燒室的中心軸線沿著圓周方向至少部分地延伸。一般而言，燃燒室形成為圓筒形(或圓錐形)。例如，中心軸線形成燃燒室的例如對稱軸線。根據(jù)進一步的示例性實施例，所述第一孔排列的第一孔沿著所述圓周方向相繼地形成到所述壁元件中，用于形成第一孔的至少一個第一排。
[0020]根據(jù)進一步的示例性實施例，所述第二孔排列的第二孔沿著所述圓周方向相繼地形成到所述壁元件中，用于形成第二孔的至少一個第二排。在整個圓周上觀察，第一孔的數(shù)量例如等于第二孔的數(shù)量，但是對于每排孔，在第一排孔與第二排孔之間的面密度不同。
[0021]根據(jù)進一步的示例性實施例，所述第二孔排列的第二孔沿著所述圓周方向相繼地形成到所述壁元件中，用于形成第二孔的至少一個第二排。因為所述第一孔排列中的第一孔包括的第一面密度不同于所述第二孔排列的第二孔的第二面密度，所以第一孔的數(shù)量例如不同于所述第二孔的數(shù)量。
[0022]就包括所述第一排和第二排的上述示例性實施例來說，第一排的數(shù)量不同于第二排的數(shù)量。另外或者可替代地，第一排中的第一孔的數(shù)量不同于第二排的第二孔的數(shù)量。這導(dǎo)致第一面密度不同于第二面密度，并且因此第一和第二孔沿著壁元件非均勻分布。
[0023]根據(jù)進一步的示例性實施例，所述第一孔排列的第一孔沿著第一方向相繼地形成到所述壁元件中。所述第一方向不同于所述圓周方向，用于形成第一孔的至少一個另外的第一排。
[0024]特別地，根據(jù)進一步的示例性實施例，所述第一方向與所述圓周方向之間的第一角度在約10°和約80°之間，特別是在約30°和約60°之間。因此，所述第一孔排列到壁元件中，使得所述另外的第一排沿著相應(yīng)的(例如管狀)壁元件以螺旋的方式布局。
[0025]根據(jù)進一步的示例性實施例，所述第二孔排列的第二孔沿著第二方向相繼地形成到所述壁元件中。所述第二方向不同于所述圓周方向和/或不同于所述第一方向，用于形成第二孔的至少一個另外的第二排。
[0026]特別地，根據(jù)進一步的示例性實施例，所述第二方向與所述圓周方向之間的第二角度在約10°和約80°之間，特別是在約30°和約60°之間。通過所述另外的第一排和所述另外的第二排，相應(yīng)的第一和/或第二孔沿著相應(yīng)的第一和第二方向相繼地形成，使得相應(yīng)的另外的第一排和相應(yīng)的另外的第二排可形成沿著壁元件繞著中心軸線的螺旋(即螺旋形)走向。
[0027]根據(jù)該方法的進一步的示例性實施例，相對于所述內(nèi)壁元件，布置外殼的外壁元件，使得所述外壁元件至少部分地包圍所述內(nèi)壁元件，并且使得在所述內(nèi)壁元件與所述外壁元件之間形成間隙。
[0028]根據(jù)該方法的進一步的示例性實施例，另外的第一孔排列形成為外壁元件，其中，所述另外的第一孔排列包括另外的第一孔，另外的流體(例如冷卻流體/氣體)可流過所述另外的第一孔。所述另外的第一孔排列包括所述另外的第一孔的另外的第一面密度。此夕卜，包括另外的第二孔的另外的第二孔排列形成為外壁元件，其中，另外的流體(例如冷卻流體/氣體)可流過所述另外的第二孔，其中，所述另外的第二孔排列包括所述第二孔的另外的第二面密度。所述另外的第一面密度不同于所述另外的第二面密度。
[0029]所述內(nèi)和/或外壁的總的孔面積遍及所述壁分布，從而形成具有不同孔密度的條帶或區(qū)域。分布的標準取決于流動參數(shù)，其例如可以是所述流體和/或另外的流體的溫度、流速、流動方向和/或湍流。
[0030]因此，通過上述方法，所述第一孔和第二孔的布置得以設(shè)計和形成，同時考慮到了相應(yīng)流體的流動參數(shù)。因此，提供了孔的有效的孔分布且從而所述流體和所述另外的流體沿著相應(yīng)壁元件的改進的引導(dǎo)。由此，燃燒室的效率也因適當(dāng)?shù)目着帕卸靡詫崿F(xiàn)。
[0031]例如，在該方法的開始，壁元件中的孔排列的孔可以均等地分布，且因此包括相等的面孔密度。接著，可以將一些孔從現(xiàn)有的孔排列中移除，使得形成分別的孔排列之間的非均等的分布和非相等的孔密度。接著，在流動試驗中測量總的孔面積如何減少，作為確認。接著，計算如何加工且布置相應(yīng)的孔，以獲得標稱流動參數(shù)并實現(xiàn)了良好的阻尼特性。接著，將相應(yīng)的孔分布在相應(yīng)的孔排列中，使得形成孔的不均勻的分布和/或不均勻的面密度，以便分別與計算出的標稱流動參數(shù)和燃燒室的總的有效流動面積相匹配。
[0032]通過上述發(fā)明，燃燒室內(nèi)的流體的燃燒動態(tài)可以得到降低。換句話說，所述內(nèi)壁元件和外壁元件可以以非均勻且定制的方式穿孔。因此，由于燃燒動態(tài)的降低，燃燒室部件和位于下游的渦輪機級部件的壽命因減少的火焰波動和溫度分布而得以實現(xiàn)。此外，NOx排放得到減少，因為由于減少的燃燒動態(tài)，可以應(yīng)用更低的引燃燃料分流(引燃燃料/[引燃燃料+主要燃料])。
[0033]必須指出的是，已經(jīng)參照不同的主題對本發(fā)明的實施例進行了說明。特別地，已經(jīng)參照裝置類型權(quán)利要求對一些實施例進行了說明，而已經(jīng)參照方法類型權(quán)利要求對其他實施例進行了說明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員要從上述以及下面的描述中明白，除非另有說明，除了屬于一種類型的主題的特征的任意組合之外，涉及不同主題的特征之間的特別是所述裝置類型權(quán)利要求的特征和所述方法類型權(quán)利要求的特征之間的任意組合同樣被認為是隨本申請而公開。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]根據(jù)下文所要描述的實施例的示例，本發(fā)明的上述方面及其他各方面變得顯而易見，并且參照實施例的示例對其進行解釋。參照本發(fā)明并不局限于此的實施例的示例，本發(fā)明將在下文中得到更加詳細地描述。
[0035]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的具有第一和第二排孔的燃燒室的殼體；
[0036]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的具有第一和第二排孔的燃燒室的殼體；
[0037]圖3和圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的燃燒室的相應(yīng)殼體中的孔圖案的抽象視圖；
[0038]圖5示出了包括內(nèi)外殼體的燃燒室的示意圖；以及
[0039]圖6示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的殼體的方法的示意圖。

【具體實施方式】
[0040]各圖中的圖示是示意性的。要指出的是，在不同的圖中，相似或相同的元件帶有相同的附圖標記。
[0041]圖1示出了用于燃氣輪機的燃燒室100的殼體。該殼體包括壁元件101，其包括第一孔排列I和第二孔排列II。第一孔排列I包括第一孔110，流體可以流過該第一孔110。第一孔排列I包括第一孔110的第一面密度。
[0042]第二孔排列II包括第二孔120，流體可以流過該第二孔120。第二孔排列II包括第二孔120的第二面密度。
[0043]所述第一面密度不同于所述第二面密度。也就是說，每單位面積的第一孔110的數(shù)量不同于每單位面積的第二孔120的數(shù)量。換句話說，相對于第二孔排列II中的第二孔120，第一孔110的分布具有不同的圖案和/或不同的數(shù)量和/或不同的大小(例如孔直徑)。
[0044]例如，如可以從圖1中得到，第一孔排列1、第二孔排列II以及例如第三孔排列III包括相同的面積大小。此外，第一孔排列1、第二孔排列II以及第三孔排列III可以限定這樣的面單元，也就是該面單元可以限定這些孔的相應(yīng)的第一、第二和/或第三面密度。
[0045]在圖1中，第一孔排列I內(nèi)的第一孔110的密度分別高于第二孔排列II和第三孔排列III各自的第二面密度和第三面密度。
[0046]更多的孔可以布置在壁元件101的上游前端，因為火焰位于此。例如，如圖1示例性地示出，第一孔排列I可以具有三個第一排111，位于更下游的第二孔排列II可以具有兩個第二排121，以及位于更遠下游的第三孔排列III可以具有一個第三排131。
[0047]特別地，如圖1所示，沿著燃燒室100的中心軸線102，相對于流體的流動方向，燃燒室100包括在燃燒室100的上游位置燃燒爐部分104(例如前端部分)。沿著中心軸線102，相對于流體的流動方向，在燃燒室100的下游端部，燃燒氣體排出燃燒室100，并且例如進一步流至燃氣輪機的渦輪機級。如可從圖1中得到,相應(yīng)的孔110、120、130的面密度從燃燒室100的上游端至下游端是減小的。通過圖1中孔110、120、130的示例性分布，第一孔排列I的第一孔110沿著圓周方向103相繼地形成到壁元件101中，用于形成所述第一孔I1的第一排111。鄰近第一排111且沿著下游方向，第二孔排列II的第二孔120沿著圓周方向103相繼地形成到壁元件101中，用于形成例如第二孔120的兩個第二排121。此夕卜，如圖1所示，第三孔排列III的第三孔113沿著圓周方向103相繼地形成到壁元件101中，用于形成所述第三孔130的至少三個第三排131。
[0048]例如，如果各孔排列1、I1、III包括相同的限定面積，則孔110、120、130的數(shù)量和排111、121、131的數(shù)量沿著從燃燒室100的上游端至燃燒室100中的下游端的方向減少。換句話說，例如，所述兩個第二排121之間的距離小于所述第三排131之間的距離。例如，燃燒室100的上游端的第一排111之間的距離可以是燃燒室100的下游部分的第三排131之間的距離的一半。
[0049]在圖1中，如圖1所示的孔排列1、I1、III可以被施加至內(nèi)壁元件501 (參照圖5)(內(nèi)襯套)。由于從燃燒室100上游端至燃燒室100下游端的沿著中心軸線102的非均勻的孔分布，燃燒室下游部分的孔的面密度低于上游部分的孔的面密度。此外，相比于均勻布置的孔排列，還可以實現(xiàn)特別是在壁元件101上游部分的適當(dāng)?shù)臑a流冷卻。此外，通過如圖1所示的孔分布，燃燒室100內(nèi)的燃燒動態(tài)的適當(dāng)?shù)淖枘崽匦缘靡詫崿F(xiàn)。分別基于燃燒室有效面積的所期望的減少和通過貫穿內(nèi)壁的分別的孔110、120、130的冷卻流體的所期望的質(zhì)量流量，得出軸向排111、121、131的這種布置。
[0050]圖2示出了燃燒室100，其中，壁元件101包括第一孔排列I和第二孔排列II。所述第一孔排列I的第一孔110沿著第一方向201相繼地形成到壁元件101中。第一方向201不同于圓周方向103，用于形成第一孔110的至少一個另外的第一排211。
[0051]另外或者可替代地，所述第二孔排列II的第二孔120沿著第二方向202相繼地形成到壁元件101中。第二方向202不同于圓周方向103，用于形成第二孔120的至少另外一個第二排221。
[0052]如可以從圖2中得到，另外的第一排211可以包括例如兩個第一孔110。另外的第二排221包括例如三個第二孔120。因此，第二孔排列II中的第二孔120的面密度高于第一孔排列I中的第一孔110的面密度。
[0053]此外，如圖2所示，通過分別沿著第一和第二方向布置的孔110、120，形成了沿著壁元件101圍繞中心軸線102的螺旋(螺旋形)走向。換句話說，圖2中的相應(yīng)孔110、120相對于圓周方向103以傾斜的方式(以螺旋形圖案)布置。
[0054]特別地，包括如圖2所示的孔圖案的殼體可以用于具有外壁元件502(參照圖5)的外殼。特別地，傾斜的另外的第一排211、221的第一方向和第二方向可以處于與燃燒室100內(nèi)的燃燒氣體的螺旋運動相同的方向。此外，兩個相鄰的傾斜的另外的排211、221之間的間距沿著圓周方向103可以或是均勻的或是非均勻的，取決于通過各個孔110、120、130的所需的流動參數(shù)。
[0055]包括圖1中所示的內(nèi)殼和圖2中所示的外殼的燃燒室100具有令人驚訝的效果:高效的冷卻性能、燃燒室中高效的火焰動態(tài)阻尼以及穩(wěn)定的火焰特性。
[0056]圖3示出了如圖2所示的孔圖案的更抽象的視圖。在圖3中，特別地，示出了燃燒室100的外殼的外壁502(參照圖5)的孔圖案。在圖3中，示例性地示出了第一孔排列I和第二孔排列II。第一孔110沿著另外的第一排211相繼地布置。另外的第一排211沿著第一方向201延伸。第一角度α I限定在第一方向201與圓周方向103之間。
[0057]第二孔120沿著第二方向202相繼地布置在第二孔排列II中，并且形成了另外的第二排221。第二角度α 2限定在第二方向202與圓周方向103之間。
[0058]如圖3所示，另外的第一排211和另外的第二排221相對于圓周方向103具有螺旋形(傾斜)走向。特別地，如圖3所示，沿著圓周方向103，各個另外的排211、221之間的距離在彼此之間是不同的。例如，如在第一孔排列I中所示，第一孔排列I包括3對另外的第一排211，其中在每對另外的第一排211之間存在的距離比每兩個另外的第一排211之間的更大，其限定了各對另外的第一排211。
[0059]相比之下，如在第二孔排列II中所示，第二孔排列II包括兩對另外的第二排221以及一個另外的第二排排列，所述另外的第二排排列包括三個另外的第二排221。
[0060]因此，沿著所示圓周方向，每個另外的排211、221之間的距離不同，從而提供孔110、120的非均勻分布。
[0061]圖4示出了如在圖1中示意性所示的孔圖案的抽象視圖。特別地，當(dāng)圖4所示的孔圖案在被應(yīng)用至燃燒室100的內(nèi)殼的內(nèi)壁501 (參照圖5)時可能是有利的。第一孔110的第一排111和第二孔120的第二排121沿著軸線方向102相繼地布置，其中所述第一排111和第二排121相對于圓周方向103是平行的。第一孔排列I中的第一排111之間的距離小于第二孔排列II的第二排121之間的距離。
[0062]為了更好地觀察，圖5示出了雙層壁罐型的燃燒室100的橫截面。內(nèi)殼的內(nèi)壁501包圍燃燒室100的燃燒爐容積。在該內(nèi)殼周圍,夕卜殼的外壁502以設(shè)置有間隙的方式圍繞內(nèi)壁501。冷卻流體流503可流過外壁502的相應(yīng)孔110、120到該間隙中。冷卻流體流503形成冷卻流體流504的至少一部分，所述冷卻流體流504從這兩個壁元件501、502之間的間隙通過內(nèi)壁501的孔110、120、130流入燃燒室100中。冷卻流體流504可能小于或大于冷卻流體流503，取決于冷卻流體是否已被添加至這兩個壁元件501和502之間的間隙或從其中移除。
[0063]如圖5所示，內(nèi)壁501和外壁502圍繞著中心軸線102，并且由此形成燃燒室100的筒狀部。
[0064]圖6示出了校準和布置所期望的內(nèi)壁元件501和外壁元件502的孔排列1、I1、III的方法。在步驟601中，限定初始燃燒室設(shè)計。初始燃燒室設(shè)計可以包括在內(nèi)壁元件501中和/或在外壁元件502中的均勻或非均勻分布的孔圖案。
[0065]接著，在額定工作條件下對燃燒室進行操作、測量或分析，使得內(nèi)壁元件501和外壁元件502分別暴露于冷卻流體流503和另外的冷卻流體流504。冷卻流體以其分別的運行流動參數(shù)流過內(nèi)壁元件501和外壁元件502的分別的孔。
[0066]接著，在步驟602中，決定內(nèi)壁元件501的孔排列1、I1、III。內(nèi)壁元件501的有效面積由內(nèi)壁元件501的孔110、120、130的總數(shù)來確定。同樣地，在步驟603中，決定外壁元件502的孔排列1、I1、III。外壁元件(外襯套)502的有效面積由外壁元件502的孔120、130、140的總數(shù)來確定。
[0067]接著，在步驟605中，基于內(nèi)壁元件501的孔排列1、I1、III和外壁元件502的孔排列1、I1、III，確定總的燃燒室100的有效面積。
[0068]此外，確定離開內(nèi)壁元件501進入燃燒室100的燃燒空間中的流體的流動參數(shù)(例如，另外的冷卻流體流504的速度)(參照步驟604)。
[0069]接著，在步驟606中，將冷卻流體503、504的流動參數(shù)的確定的值和組合的內(nèi)外壁元件501、502 (即燃燒室100)的幾何參數(shù)與冷卻流體503、504的例如速度的標稱值和燃燒室100的有效面積進行比較。
[0070]如果測得的流動參數(shù)和/或燃燒室100的幾何參數(shù)的標稱值不對應(yīng)于相應(yīng)的標稱值，則在步驟607中，對內(nèi)壁元件501和/或外壁元件502中的相應(yīng)孔的第一面密度、另外的第一面密度、第二面密度和/或另外的第二面密度且由此分別的孔圖案進行單獨地修改，直至達到流動參數(shù)/幾何參數(shù)的標稱值。
[0071]如果達到標稱值，則內(nèi)壁元件501和外壁元件502的孔圖案的最終設(shè)計得以實現(xiàn)(參照步驟608)。
[0072]因此，通過如圖6所示的上述方法，在燃燒室的實際工作條件下，實現(xiàn)內(nèi)壁元件501和外壁元件502的定制及優(yōu)化的壁圖案，從而設(shè)計出優(yōu)化的流體流動及有效的燃燒室100。在傳統(tǒng)的方法中，孔圖案在被計算出并且給定的表面上平均地分布。通過本方法，確定給定表面內(nèi)的孔圖案，使用如圖6所示及如上所述的反復(fù)過程平衡了在阻尼方面的要求和在表面上分配冷卻空氣方面的要求。換句話說，孔圖案專為燃燒室100及燃燒室100所安裝至的燃氣輪機的工作條件而定制。
[0073]為了清楚起見，在上述各附圖中，不是所有的孔110、120、130和排111、121、131、211、221被標有分別的附圖標記。
[0074]應(yīng)當(dāng)注意的是，術(shù)語“包括”不排除其他元件或步驟，并且“一”或“一個”不排除多個。此外，結(jié)合不同實施例所描述的元件可被組合。還應(yīng)當(dāng)注意的是，權(quán)利要求中的附圖標記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃氣輪機的燃燒室(100)，所述燃燒室(100)包括: 內(nèi)殼和外殼， 其中，所述內(nèi)殼包括內(nèi)壁元件(501)，其包括第一孔排列(I)和第二孔排列(II)，其中，所述內(nèi)壁元件(501)包圍所述燃燒室(100)的燃燒爐容積， 其中，所述第一孔排列(I)包括第一孔(110)，流體可流過該第一孔(110)，其中，所述第一孔(110)以第一面密度布置， 其中，所述第二孔排列(II)包括第二孔(120)，流體可流過該第二孔(120)，其中，所述第二孔(120)以第二面密度布置，并且 其中，所述第一面密度不同于所述第二面密度，并且 其中，所述外殼包括外壁元件(502)，所述外壁元件包括另外的第一孔排列(I)和另外的第二孔排列(II)，其中，所述外殼的外壁元件(502)至少部分地包圍所述內(nèi)殼的內(nèi)壁元件(501)，使得在所述內(nèi)壁元件(501)與所述外壁元件(502)之間形成間隙， 其中，所述另外的第一孔排列(I)包括另外的第一孔(110)，流體可流過所述另外的第一孔(110)，其中，所述另外的第一孔(110)以另外的第一面密度布置， 其中，所述另外的第二孔排列(II)包括另外的第二孔(120)，流體可流過所述另外的第二孔(120)，其中，所述另外的第二孔(120)以另外的第二面密度布置，并且其中，所述另外的第一面密度不同于所述另外的第二面密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室(100)， 其中，所述內(nèi)壁元件(501)繞著所述燃燒室(100)的中心軸線(102)沿著圓周方向(103)延伸，并且/或者 其中，所述外壁元件(502)繞著所述燃燒室(100)的中心軸線(102)沿著圓周方向(103)延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室(100)， 其中，所述內(nèi)壁元件(501)繞著燃氣輪機的中心軸線(102)沿著圓周方向(103)延伸，并且/或者 其中，所述外壁元件(502)繞著燃氣輪機的中心軸線(102)沿著圓周方向(103)延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的燃燒室(100)， 其中，所述第一孔排列(I)的第一孔(110)沿著所述圓周方向(103)相繼地形成到所述內(nèi)壁元件(501)中，用于形成第一孔(110)的至少一個第一排(111)，并且/或者 其中，所述另外的第一孔排列⑴的另外的第一孔(110)沿著所述圓周方向(103)相繼地形成到所述外壁元件(502)中，用于形成另外的第一孔(110)的至少一個另外的第一排(111)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的燃燒室(100)， 其中，所述第二孔排列(II)的第二孔(120)沿著所述圓周方向(103)相繼地形成到所述內(nèi)壁元件(501)中，用于形成第二孔(120)的至少一個第二排(121)，并且/或者 其中，所述另外的第二孔排列(II)的另外的第二孔(120)沿著所述圓周方向(103)相繼地形成到所述外壁元件(502)中，用于形成另外的第二孔(120)的至少一個另外的第二排(121)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的燃燒室(100)， 其中，所述第一孔排列(I)的第一孔(110)沿著第一方向(201)相繼地形成到所述內(nèi)壁元件(501)中， 其中，所述第一方向(201)不同于所述圓周方向(103)，用于形成第一孔(110)的至少一個另外的第一排(211)， 其中，所述另外的第一孔排列(I)的另外的第一孔(110)沿著另外的第一方向(201)相繼地形成到所述外壁元件(502)中， 其中，所述另外的第一方向(201)不同于所述圓周方向(103)，用于形成另外的第一孔(110)的至少一個另外的外第一排(211)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒室(100)， 其中，所述第一方向(201)與所述圓周方向(103)之間的第一角度(α I)在10°和80。之間，特別是在30°和60。之間，并且/或者 其中，在所述另外的第一方向(201)與所述圓周方向(103)之間的另外的第一角度(α?)在10。和80。之間，特別是在30。和60。之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項所述的燃燒室(100)， 其中，所述第二孔排列(II)的第二孔(120)沿著第二方向(202)相繼地形成到所述內(nèi)壁元件(501)中， 其中，所述第二方向(202)不同于所述圓周方向(103)，用于形成第二孔(120)的至少一個另外的第二排(221)，并且/或者 其中，所述另外的第二孔排列(II)的另外的第二孔(120)沿著另外的第二方向(202)相繼地形成到所述外壁元件(502)中， 其中，所述另外的第二方向(202)不同于所述圓周方向(103)，用于形成另外的第二孔(120)的至少一個另外的外第二排(221)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒室(100)， 其中，在所述第二方向(202)與所述圓周方向(103)之間的第二角度(α2)在10°和80。之間，特別是在30°和60。之間，并且/或者 其中，在所述另外的第二方向(202)與所述圓周方向(103)之間的另外的第二角度(α2)在10。和80。之間，特別是在30。和60。之間。
10.一種用于制造燃氣輪機的燃燒室(100)的方法，所述方法包括: 形成第一孔排列(I)，其包括在燃燒室(100)的內(nèi)殼的內(nèi)壁元件(501)中的第一孔(110)，其中，流體可流過該第一孔(110)，其中，所述第一孔(110)以第一面密度布置，并且形成第二孔排列(II)，其包括在所述內(nèi)壁元件(501)中的第二孔(120)，其中，流體可流過該第二孔(120)，其中，所述第二孔(120)以第二面密度布置， 其中，所述第一面密度不同于所述第二面密度，并且 其中，所述內(nèi)壁元件(501)包圍所述燃燒室(100)的燃燒爐容積， 相對于所述內(nèi)壁兀件(501),布置燃燒室(100)的外殼的外壁兀件(502),使得所述外壁元件(502)至少部分地包圍所述內(nèi)壁元件(501),并且使得在所述內(nèi)壁元件(501)與所述外壁元件(502)之間形成間隙， 將另外的第一孔排列⑴形成到所述外壁元件(502)中，所述另外的第一孔排列包括另外的第一孔(110)，另外的流體可流過所述另外的第一孔(110)，其中，所述另外的第一孔(110)以另外的第一面密度布置，并且 將另外的第二孔排列(II)形成到所述外壁元件(502)中，所述另外的第二孔排列包括另外的第二孔(120)，另外的流體可流過所述另外的第二孔(120)，其中，所述另外的第二孔(120)以另外的第二面密度布置， 其中，所述另外的第一面密度不同于所述另外的第二面密度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，所述方法還包括: 使流體流(503)流過所述第一孔排列(I)和所述第二孔排列(II)， 使另外的流體流(504)流過所述另外的第一孔排列(I)和所述另外的第二孔排列(II)， 確定所述流體流(503)和/或所述另外的流體流(504)的流動參數(shù)，以及修改所述第一面密度、所述另外的第一面密度、所述第二面密度和/或所述另外的第二面密度，直至所述流體流(503)的流動參數(shù)和/或燃燒室(100)的幾何參數(shù)的測量值符合該流量參數(shù)和/或燃燒室(100)的幾何參數(shù)的相應(yīng)標稱值。
【文檔編號】F23R3/06GK104204679SQ201280071988
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月27日
【發(fā)明者】C.賈亞藤加 申請人:西門子公司