專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，流動的壓縮空氣流可沿軸線通過燃?xì)廨啓C(jī)從壓縮機(jī)部段流往渦輪部段，其中，氣流相對于軸線有扭轉(zhuǎn)。
本發(fā)明尤其涉及從氣流中制備一股支流，以便將這股支流用于為運行燃?xì)廨啓C(jī)的其它目的。這種支流的一種已知的應(yīng)用是冷卻渦輪部段和冷卻設(shè)在壓縮機(jī)部段與渦輪部段之間并由氣流流過的燃燒室。在傳統(tǒng)的用于發(fā)電的功率為100兆瓦及其以上的固定式燃?xì)廨啓C(jī)中便有必要這樣做，因為渦輪進(jìn)口前的氣流經(jīng)燃料燃燒后被加熱到溫度超過1000℃，渦輪部段和燃?xì)廨啓C(jī)其它部段的構(gòu)件由此受到很高的熱負(fù)荷。在這樣的熱負(fù)荷之下，有時沒有冷卻便不能承受。最好將從氣流中抽取的空氣用作為冷卻劑。也已經(jīng)有人建議在空氣中摻入其它物質(zhì)，尤其是水蒸氣。
因為導(dǎo)引分出來用于冷卻的空氣系統(tǒng)往往是分支，以及壓縮空氣氣流中用于燃燒的主要部分在燃燒室中遭受的壓力損失，為了要保證有高的熱力學(xué)效率通常維持得很低，所以可以預(yù)先考慮一種可能性提高分流空氣的靜壓。為此當(dāng)然可采用一個鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)，這樣做總是意味著高昂的設(shè)備性費用支出和降低凈效率，因為運行鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)所需的能量，最終還是必須要由燃?xì)廨啓C(jī)本身提供，并因而不再能饋給供電網(wǎng)中提供使用。因此，原則上應(yīng)避免使用鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)。
由EP 0193838B1、US-Patent Re.33896、EP 0224817B1、US-Patent4749029、EP 0483554A1、和EP 0489193A1，可知設(shè)計燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器和燃燒室以及將這樣的燃燒室與渦輪部段連接起來的熱燃?xì)馔ǖ赖囊话阍瓌t。上述最后一個文獻(xiàn)中涉及的是用于燃?xì)廨啓C(jī)的形式上為所謂的環(huán)形燃燒室的燃燒室，并給出了冷卻此環(huán)形燃燒室構(gòu)件的指示。
在EP 0447886A1中描述了借助于空氣的支流冷卻燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子零件。
由US-Patent 5207064可知一種帶有一燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的設(shè)備。此設(shè)備包括燃燒室本身，和配屬于燃燒室的裝置以及從流過燃燒室的壓縮空氣流中提取支流的裝置。這些支流的一部分供入所謂的引燃噴嘴，它們在每一個支流中燃燒供入的全部燃料中的一小部分，以及，使在此氣流中其它地方進(jìn)行的并為此供入燃料的主要部分的燃燒穩(wěn)定化。在其它地方抽取的另外的支流用于冷卻燃燒室。這些支流總是在那些按規(guī)定要使用此支流的地方附近的氣流中提取，用于引燃噴嘴的支流在此設(shè)備的進(jìn)氣區(qū)抽取，用于冷卻燃燒室外壁的在外壁附近，以及，用于冷卻燃燒室內(nèi)壁的在此內(nèi)壁附近抽取此支流。燃燒室本身設(shè)計為圓環(huán)形的，并圍繞著燃?xì)廨啓C(jī)的一個轉(zhuǎn)子，此轉(zhuǎn)子將設(shè)在燃燒室后面的渦輪部段與設(shè)在燃燒室前面的壓縮機(jī)部段連接起來。
本發(fā)明的目的是提供一種本文前言所述類型的燃燒室，它的結(jié)構(gòu)簡單，為了抽取支流只設(shè)置并不昂貴的裝置，以及，此燃燒室可盡可能無損失地導(dǎo)引氣流和基本上沒有附加的裝置而保持通暢。
為達(dá)到上述目的提出了一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，流動的壓縮空氣流可沿軸線從壓縮機(jī)部段到渦輪部段流過此燃?xì)廨啓C(jī)，其中，氣流相對于軸線有扭轉(zhuǎn)，燃燒室在進(jìn)口有一個環(huán)形通道和入流段，用以從氣流中分出一股支流，以及，入流段有用于從支流中消除扭轉(zhuǎn)的裝置，以及，入流段與冷卻燃燒室的冷卻通道和與使燃燒室中的燃燒穩(wěn)定化的引燃噴嘴連接。
按照本發(fā)明的意圖，用于從氣流中分出支流的許多不同的裝置合并為一個唯一的設(shè)在燃燒室進(jìn)口的入流段，在此入流段中通過消除扭轉(zhuǎn)并因而結(jié)合減速制備好一股提高了靜壓的支流，這一入流段通過相應(yīng)的帶有冷卻燃燒室的冷卻通道的裝置和與使燃燒室中的燃燒過程穩(wěn)定化的引燃噴嘴連通。此外，除了所需要的向氣流中供入燃料而可能必須的供料裝置外，燃燒室可以沒有其它裝置而保持通暢。因此，氣流可基本上自由地流過燃燒室，所以基本上避免了熱力學(xué)損失。
可以理解，按本發(fā)明分出的支流中扭轉(zhuǎn)的減少并不是通過耗散，亦即摩擦進(jìn)行的，而是在基本上避免渦流的情況下通過偏轉(zhuǎn)進(jìn)行的，以便達(dá)到盡可能大地提高支流中的靜壓，并因而從由此而產(chǎn)生的優(yōu)點中獲得盡可能全面和廣泛的好處。支流最好是氣流中流過環(huán)形通道的一個圓環(huán)形局部區(qū)的部分，因為以此方式可以保證，在分開時不會失去扭轉(zhuǎn)。作適當(dāng)設(shè)計的入流段與冷卻通道的連接，最好通過適當(dāng)?shù)墓艿肋M(jìn)行。
從支流中消除扭轉(zhuǎn)的裝置最好是作適當(dāng)設(shè)計和排列的導(dǎo)流葉片。
此外，為了將燃料供入氣流最好設(shè)肋，將這些肋安排成，使通過它們供入氣流中的燃料，在由引燃噴嘴提供的引領(lǐng)火焰處點燃。設(shè)置適當(dāng)?shù)娜剂瞎艿老到y(tǒng)，用于將燃料不僅供往引燃噴嘴，而且供往肋。在此設(shè)計的范圍內(nèi)，引燃噴嘴所具有的數(shù)量最好是肋所具有的數(shù)量之半，或與肋的全部數(shù)量相當(dāng)。因此產(chǎn)生了這樣的配置每一個引燃噴嘴配一個肋，或每一個引燃噴嘴配兩個肋，通過適當(dāng)?shù)卮_定一個引燃噴嘴和一個肋或兩個肋彼此的相對位置可以充分利用這一配置，使氣流中在引燃噴嘴提供引領(lǐng)火焰的區(qū)域內(nèi)具有非常高的燃料濃度，這有助于提高燃料-空氣混合物的點火性能，并因而有助于燃燒穩(wěn)定性。
剛才所介紹的設(shè)計的進(jìn)一步改進(jìn)特征在于，燃燒室與渦輪部段相連，氣體必須通過導(dǎo)向葉片環(huán)才流入渦輪部段，其中，肋的數(shù)量等于導(dǎo)向葉片的數(shù)量。在適當(dāng)?shù)卮_定肋和導(dǎo)向葉片彼此相對位置的情況下，這一設(shè)計可以使由于將燃料供入氣流時的不均勻性造成的、在氣流中溫度分布的局部最高值總是位于兩個導(dǎo)向葉片之間，所以導(dǎo)向葉片上所受到的溫度負(fù)荷明顯地低于氣流中出現(xiàn)的最高溫度。這種結(jié)構(gòu)可以在有目的地非均質(zhì)地將燃料供入一個適當(dāng)設(shè)計的裝置中時，通過有目的地提高溫度分布的最高值，達(dá)到提高氣流的起熱力學(xué)決定性作用的平均溫度的目的，與此同時并不增加導(dǎo)向葉片的熱負(fù)荷。所以，按本發(fā)明最終可以提高燃?xì)廨啓C(jī)的熱力學(xué)效率。
設(shè)有供應(yīng)燃料的肋的燃燒室中最好沒有其它裝置，以便氣流能基本上無干擾地經(jīng)燃燒室流過。這種燃燒室以特殊方式避免了例如在渦流和/或在昂貴的內(nèi)部裝置處可能產(chǎn)生的熱力學(xué)損失，并因而在獲得高效率方面有很大優(yōu)點。
由附圖可見本發(fā)明的實施例。在每個附圖中只表示了那些對于說明本發(fā)明實施例為有意義的構(gòu)件。其中互相對應(yīng)的構(gòu)件用相同的符號表示。附圖是局部簡化的和/或略有走樣的，且尤其不能看作是一種具體實施形式的準(zhǔn)確比例的描述。附圖中

圖1、圖2和圖3為在一臺燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒室視圖；圖4為燃燒室最佳實施形式的視圖。
圖1表示燃?xì)廨啓C(jī)中的區(qū)部截面，即壓縮機(jī)部段18的一部分、渦輪部段19的一部分，以及在兩者之間形式上為環(huán)形燃燒室的燃燒室6。此結(jié)構(gòu)布置相對于軸線3是軸對稱的。壓縮機(jī)部段18提供壓縮氣體亦即壓縮空氣流2，壓縮空氣流沿軸線3螺旋形傳送，因此相對于軸線3存在扭轉(zhuǎn)。在圖2和3中表示了這一點。氣流2大部分流入燃燒室6，在燃燒室6進(jìn)口處的環(huán)形通道4中從氣流2引出一股支流1。這一股支流1流入在環(huán)形通道4圓環(huán)形局部區(qū)5中的入流段8中，并在那里首先遇到導(dǎo)流葉片11，它們從支流1中基本上消除扭轉(zhuǎn)。在導(dǎo)流葉片11之后，支流1基本上平行于軸線3地流入集氣腔20，并從那里供往多個使用地點。通過向外的管10，一部分支流1流入環(huán)形通道4外側(cè)13后面的冷卻通道14中，并因而可以冷卻燃燒室6；其中的一部分經(jīng)冷卻空氣孔22重新進(jìn)入燃燒室6，一部分在燃燒室6后面重新與氣流2混合。支流1的另一部分通過向里指的管9進(jìn)入環(huán)形通道4內(nèi)側(cè)12后面，并在那里同樣進(jìn)入冷卻通道14，在那里冷卻燃燒室6。這一部分支流1在燃燒室6后面局部重新進(jìn)入氣流2；另一部分通過在內(nèi)側(cè)12上所設(shè)的冷卻空氣孔22直接流入燃燒室6。支流1的還有一部分流往引燃噴嘴7，在那里摻入經(jīng)燃料管道系統(tǒng)17供入的燃料。此引燃噴嘴7用于在一定程度上預(yù)熱氣流2和穩(wěn)定在燃燒室6中的燃燒，這一燃燒提供了要輸送給氣流2中熱量的主要部分。在燃燒室6中的燃燒通過燃料實現(xiàn)，燃料通過裝在燃燒室6中的肋15的燃料管道系統(tǒng)17送入，再從那里經(jīng)噴嘴16噴入氣流2中。在燃燒室6中的燃燒是在保持氣流2的扭轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行的，由此帶來在提高燃?xì)廨啓C(jī)熱力學(xué)效率方面的各種優(yōu)點。渦輪部段19在其面對燃燒室6的這一端設(shè)有固定的導(dǎo)向葉片21，它們總是可看作是燃?xì)廨啓C(jī)中熱負(fù)荷最高的構(gòu)件，并在實際上就如同燃燒室6那樣更加倍地需要冷卻。從氣流2中分出的支流1同樣也用于這一目的；由圖1中由于它是簡圖所以沒有表示。導(dǎo)向葉片21和渦輪部段19其他構(gòu)件的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，可參閱所引用的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)和有關(guān)的專業(yè)書籍。燃燒室6環(huán)繞著燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子24。在燃燒室6與轉(zhuǎn)子24之間有一個密封裝置23，例如迷宮密封裝置，它保證氣流2全部進(jìn)入燃燒室6。
圖2中表示沿圖1中線II-II所指示的方向?qū)θ肓鞫?的前視圖。氣流2的扭轉(zhuǎn)用彎曲的箭頭表示。軸線3表示為十字交叉。由圖可明顯看出，入流段8包括了環(huán)形通道4中一個圓環(huán)形局部區(qū)5。還可看見導(dǎo)流葉片11，它們被定位為，使它們能減少并最好基本消除進(jìn)入入流段8中的支流1的扭轉(zhuǎn)，以提高靜壓。由圖中還可看出指向里面或指向外面的管9和10，如上所述，支流1的一些部分通過它們分別流往為它們所確定的目的地，尤其是流入燃燒室6的冷卻通道14。
圖3表示相應(yīng)于圖1中線III-III垂直于軸線3通過燃燒室6的橫截面。在這里同樣用彎曲的箭頭象征性地表示氣流2的扭轉(zhuǎn)。由圖中可見帶噴嘴16的肋15以及導(dǎo)向葉片21，后者已屬于渦輪部段19。肋15和導(dǎo)向葉片21的數(shù)量和排列方式彼此調(diào)諧，以便將由于氣流2造成的導(dǎo)向葉片21的熱負(fù)荷保持得較低，由于所選擇的肋15的幾何形狀，氣流2被不均勻加熱。
圖4表示在垂直于軸線3的視圖中的入流段8連同向外延伸的管10以及引燃噴嘴7。由圖明顯可見，每根管10具有扁平橫截面的形狀；這一剖面形狀定向為，使螺旋形地繞軸線3運動的氣流2受到的阻力盡可能小。
本發(fā)明涉及的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室設(shè)計為盡可能無干擾和低損失地導(dǎo)引通過它流動的壓縮空氣，以及它可以從氣流中分出一股支流并將其制備成非常適用于多種目的，尤其用于冷卻的目的和用于穩(wěn)定化的目的。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)(6、18、19)的燃燒室(6)，從壓縮機(jī)部段(18)流向渦輪部段(19)的壓縮空氣流(2)，可沿軸線(3)流過燃燒室，其中，氣流(2)相對于軸線(3)具有扭轉(zhuǎn)，其特征在于在燃燒室(6)進(jìn)口，設(shè)有一個環(huán)形通道(4)，以及設(shè)有一個入流段(8)，用以從氣流(2)分出一股支流(1)，入流段(8)有一個用于消除支流(1)中扭轉(zhuǎn)的裝置(11)，以及，入流段(8)與冷卻燃燒室(6)的冷卻通道(14)和與使燃燒室(6)中的燃燒穩(wěn)定化的引燃噴嘴(7)連通。
2.按照權(quán)利要求1所述的燃燒室(6)，其特征在于入流段(8)沿環(huán)形通道(4)的一個圓環(huán)形局部區(qū)(5)延伸，并通過管(9、10)與冷卻通道(14)連接。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的燃燒室，其特征在于從支流(1)中消除扭轉(zhuǎn)的裝置(11)是導(dǎo)流葉片(11)。
4.按照上述任一項權(quán)利要求所述的燃燒室(6)，它有將燃料供入氣流中的肋(15)，其中，燃料在引燃噴嘴(7)所提供的引領(lǐng)火焰處點燃和燃燒，以及此燃燒室有燃料管道系統(tǒng)(17)，用以將燃料不僅供往引燃噴嘴(7)，而且供往肋(15)。
5.按照權(quán)利要求4所述的燃燒室，其特征在于引燃噴嘴(7)所具有的數(shù)量，是肋(15)所具有數(shù)量的一半或與肋(15)的全部數(shù)量相當(dāng)。
6.按照權(quán)利要求5所述的燃燒室(6)，它與渦輪部段(19)相連，氣流必須通過導(dǎo)向葉片環(huán)(21)才流入渦輪部段(19)，其中，肋(15)的數(shù)量等于導(dǎo)向葉片(21)的數(shù)量。
7.按照權(quán)利要求4至6中任一項所述的燃燒室(6)，在此燃燒室中環(huán)形通道(4)的后面，只安裝了一些肋(15)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，流動的壓縮空氣流可沿軸線通過燃?xì)廨啓C(jī)從壓縮機(jī)部段流往渦輪部段，其中，氣流相對軸線有扭轉(zhuǎn)。在這種情況下，在燃燒室的進(jìn)口設(shè)有一個環(huán)形通道，以及設(shè)有一個入流段，用以從氣流分出一股支流，入流段有一個用于消除支流中扭轉(zhuǎn)的裝置，以及，入流段與冷卻燃燒室的冷卻通道和與使燃燒室中的燃燒穩(wěn)定化的引燃噴嘴連通。此燃燒室在避免熱力學(xué)損失方面是一種特別有利的設(shè)計，并能分出一股支流，它既特別適用于冷卻又適用于達(dá)到穩(wěn)定化的目的。
文檔編號F23R3/22GK1139476SQ95191343
公開日1997年1月1日 申請日期1995年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月24日
發(fā)明者赫爾穆特·馬霍恩 申請人:西門子公司