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1、(10)申请公布号 CN 104246371 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104246371 A (21)申请号 201280071982.2 (22)申请日 2012.03.29 F23R 3/04(2006.01) F23R 3/28(2006.01) F23C 7/02(2006.01) F23C 9/08(2006.01) (71)申请人 埃克森美孚上游研究公司 地址 美国德克萨斯州 (72)发明人 AN索科洛夫 DV特列季亚科夫 IA斯洛巴蒂安斯克伊 (74)专利代理机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245 代理人 赵蓉民 (54) 发明名称 涡轮机燃。
2、烧器组装件 (57) 摘要 一种涡轮机燃烧器组装件包含燃烧器主体 (20) 以及布置在燃烧器主体 (20) 内的燃烧器衬 套 (24)。燃烧器衬套 (24) 限定具有头端 (32) 和排出端 (37) 的燃烧室 (30)。多个燃烧器喷嘴 (44-49)被以环形阵列布置在燃烧室(30)的头端 (32)， 并且流体输送喷嘴 (90) 被基本中心地布置 在燃烧室 (30) 的头端 (32) 处的环形阵列内。流 体输送喷嘴(90)包含穿过壁部分(100)延伸到第 二端部分(99) 的第一端部分(98)。 壁部分(100) 包含至少一个燃烧室出口 (113)。流体输送喷嘴 (90) 被配置为将非可燃流体。
3、输送到多个燃烧器 喷嘴 (44-49) 中的至少一个燃烧器喷嘴和燃烧室 (30) 内。 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.09.28 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/RU2012/000232 2012.03.29 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/147633 EN 2013.10.03 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104246371 A CN 104246371 A 1/2 页 2 1。
4、. 一种涡轮机燃烧器组装件， 其包括 ： 燃烧器主体 ； 燃烧器衬套， 其被布置在所述燃烧器主体内， 所述燃烧器衬套限定具有头端和排出端 的燃烧室 ； 多个燃烧器喷嘴， 其被以环形阵列布置在所述燃烧室的所述头端 ； 流体输送喷嘴， 其被基本中心地布置在所述燃烧室的所述头端处的所述环形阵列内， 所述流体输送喷嘴包含穿过壁部分延伸到第二端部分的第一端部分， 所述壁部分包含至少 一个燃烧室出口， 所述流体输送喷嘴被配置为将非可燃流体输送到所述多个燃烧器喷嘴中 的至少一个燃烧器喷嘴。 2. 根据权利要求 1 所述的涡轮机燃烧器， 其中壁部分包含被流体连接到所述多个燃烧 器喷嘴的多个燃烧器喷嘴出口。 3。
5、. 根据权利要求 2 所述的涡轮机燃烧器组装件， 其中所述多个燃烧器喷嘴出口之一被 流体连接到所述多个燃烧器喷嘴中的两个相邻喷嘴。 4. 根据权利要求 1 所述的涡轮机燃烧器组装件， 其中所述至少一个燃烧室出口包含在 所述第二端部分形成的第一燃烧室出口和在与所述第二端部分相邻的所述壁部分内形成 的第二燃烧室出口。 5. 根据权利要求 4 所述的涡轮机燃烧器组装件， 其中所述流体输送喷嘴的所述第一燃 烧室出口包括在所述第二端部分处提供的喷流板， 所述喷流板具有多个开口， 所述多个开 口部分地阻止从所述流体输送喷嘴传送进入所述燃烧室的流动。 6. 根据权利要求 5 所述的涡轮机组装件， 其中所述第。
6、二燃烧室出口包含在所述第二端 部分处的所述壁部分内形成的多个开口。 7. 根据权利要求 6 所述的涡轮机组装件， 其中所述多个开口绕着在所述第二端部分处 的所述壁部分周向延伸。 8. 根据权利要求 1 所述的涡轮机燃烧器组装件， 其进一步包括 ： 在与所述燃烧室的所 述头端相邻的所述燃烧器衬套内形成的至少一个额外非可燃流体出口， 所述至少一个额外 非可燃流体出口被配置并设置为朝向所述多个燃烧器喷嘴输送额外的非可燃流体。 9. 根据权利要求 8 所述的涡轮机燃烧器组装件， 其中所述额外的非可燃流体包含排气 和惰性气体之一。 10. 根据权利要求 1 所述的涡轮机燃烧器组装件， 其中所述非可燃流体。
7、是空气。 11. 一种将非可燃流体引入涡轮机燃烧器的方法， 所述方法包括 ： 将非可燃流体输送到延伸进入所述涡轮机燃烧器的燃烧室内的流体输送喷嘴中 ； 传送所述非可燃流体的第一部分在径向上向外穿过所述流体输送喷嘴进入绕着所述 流体输送喷嘴排列的多个燃烧器喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴 ； 以及 传送所述非可燃流体的第二部分穿过在所述流体输送喷嘴的末端处形成的燃烧室出 口进入所述燃烧室。 12. 根据权利要求 11 所述的方法， 其中传送所述非可燃流体的所述第一部分进入所述 多个燃烧器喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴包含传送所述非可燃流体的所述第一部分穿过 在所述流体输送喷嘴的壁内形成的燃烧器喷嘴出口进入。
8、所述多个燃烧器喷嘴中的两个相 邻燃烧器喷嘴。 权 利 要 求 书 CN 104246371 A 2 2/2 页 3 13. 根据权利要求 11 所述的方法， 其中传送所述非可燃流体的所述第一部分进入所述 多个燃烧器喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴包含传送所述非可燃流体的所述第一部分进入 第一燃烧器喷嘴以创建在第一方向上绕着所述第一燃烧器喷嘴的流动， 并且进入第二燃烧 器喷嘴以创建在与所述第一方向相反的第二方向上绕着所述第二燃烧器喷嘴的流动。 14. 根据权利要求 11 所述的方法， 其进一步包括 ： 传送所述非可燃流体的第三部分穿 过在所述流体输送喷嘴的所述末端处形成的另一燃烧室出口， 所述非可燃流。
9、体的所述第二 部分在径向上经过所述流体输送喷嘴进入所述燃烧室并且所述第三部分的所述非可燃流 体的所述第三部分在轴向上经过所述流体输送喷嘴进入所述燃烧室。 15. 根据权利要求 11 所述的方法， 其进一步包括 ： 传送额外的非可燃流体穿过所述涡 轮机燃烧器的衬套到所述流体输送喷嘴。 16. 根据权利要求 15 所述的方法， 其中传送所述额外的非可燃流体到所述流体输送喷 嘴包含在所述多个燃烧器喷嘴中的相邻喷嘴之间传送排气和惰性气体之一。 17. 一种涡轮机， 其包括 ： 压缩机部分 ； 涡轮部分， 其被机械地连结到所述压缩机部分 ； 以及 燃烧器组装件， 其被流体连接到所述压缩机部分和所述涡轮部。
10、分， 所述燃烧器组装件 包括 ： 燃烧器主体 ； 燃烧器衬套， 其被布置在所述燃烧器主体内， 所述燃烧器衬套限定具有头端和排出端 的燃烧室 ； 多个燃烧器喷嘴， 其被以环形阵列布置在所述燃烧室的所述头端处 ； 流体输送喷嘴， 其被基本中心地布置在所述燃烧室的所述头端处的所述环形阵列内， 所述流体输送喷嘴包含穿过壁部分延伸到第二端部分的第一端部分， 所述壁部分包含被流 体连接到所述多个燃烧器喷嘴中的两个相邻喷嘴的多个燃烧器喷嘴出口， 所述壁部分包含 在所述第二端部分中形成的第一燃烧室出口以及在与所述第二端部分相邻的壁部分中形 成的第二燃烧室出口 ； 以及 在与所述燃烧室的所述头端相邻的所述衬套中。
11、形成的至少一个额外非可燃流体出口， 所述至少一个额外非可燃流体出口被配置并设置为在所述多个燃烧器喷嘴的相邻喷嘴之 间输送非可燃流体流。 18. 根据权利要求 17 所述的涡轮机， 其中所述流体输送喷嘴的所述第一燃烧室出口包 括在所述第二端部分处提供的喷流板， 所述喷流板具有部分地阻止从所述流体输送喷嘴传 送到所述燃烧室的流动的多个开口。 19. 根据权利要求 18 所述的涡轮机， 其中所述第二燃烧室出口包含在所述第二端部分 处的所述壁部分中形成的多个开口。 20. 根据权利要求 19 所述的涡轮机， 其中所述多个开口绕着所述第二端部分处的所述 壁部分周向延伸。 权 利 要 求 书 CN 104。
12、246371 A 3 1/4 页 4 涡轮机燃烧器组装件 技术领域 0001 本文公开的主题涉及涡轮机领域， 并且更具体地涉及涡轮机燃烧器组装件。 背景技术 0002 许多涡轮机包含压缩机部分， 该压缩机部分通过公共压缩机 / 涡轮轴杆或转子和 燃烧器组装件连结到涡轮部分。 压缩机部分引导压缩气流通过多个连续级直到燃烧器组装 件。在燃烧器组装件内， 压缩气流与燃料混合以形成可燃烧的混合物。可燃烧的混合物在 燃烧器组装件内燃烧以形成热气。热气被过渡件引导到涡轮部分。热气膨胀通过涡轮部分 而做功， 所述功被输出以便为例如发电机、 泵提供动力或者为车辆提供动力。 除了提供压缩 空气用于燃烧外， 一部。
13、分压缩气流被传送经过涡轮部分以用于冷却的目的。 0003 燃烧器组装件包含限定燃烧室的衬套部分。 可燃烧混合物在燃烧室内燃烧以形成 热气。随着时间的推移， 衬套由于暴露在热气中而开始腐蚀。经常地， 腐蚀开始于位于燃烧 器喷嘴的相邻出口部分的高温区。 腐蚀将对要求昂贵的且周期性的维护和更换以维持涡轮 机操作的燃烧器操作寿命具有负面影响。 发明内容 0004 根据示例实施例的一个方面， 一种涡轮机燃烧器组装件包含燃烧器主体以及被布 置在燃烧器主体内的燃烧器衬套。燃烧器衬套限定具有头端和排出端的燃烧室。多个燃烧 器喷嘴被以环形阵列布置在燃烧室的头端， 并且流体输送喷嘴被基本中心地布置在燃烧室 的头端。
14、处的环形阵列内。流体输送喷嘴包含穿过壁部分延伸到第二端部分的第一端部分。 壁部分包含至少一个燃烧室出口。 流体输送喷嘴被配置为将非可燃流体输送到多个燃烧器 喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴。 0005 根据示例实施例的另一方面， 一种将非可燃流体引入涡轮机燃烧器的方法包含将 非可燃流体输送到延伸进入涡轮机燃烧器的燃烧室内的流体输送喷嘴， 传送非可燃流体的 第一部分进入绕着流体输送喷嘴排列的多个燃烧器喷嘴中的至少一个燃烧器喷嘴， 以及传 送非可燃流体的第二部分通过在流体输送喷嘴的末端处形成的燃烧室出口进入燃烧室。 0006 根据示例实施例的又一方面， 一种涡轮机包含压缩机部分、 机械连结到压缩机部 分。
15、的涡轮部分以及流体连接到压缩机部分和涡轮部分的燃烧器组装件。 燃烧器组装件包含 燃烧器主体以及布置在燃烧器主体内的燃烧器衬套。 燃烧器衬套限定具有头端和排出端的 燃烧室。多个燃烧器喷嘴被以环形阵列布置在燃烧室的头端处， 并且流体输送喷嘴被基本 中心地布置在燃烧室的头端处的环形阵列内。 流体输送喷嘴包含穿过壁部分延伸到第二端 部分的第一端部分， 所述壁部分包含被流体连接到多个燃烧器喷嘴中的两个相邻燃烧器喷 嘴的多个燃烧器喷嘴出口。 所述壁部分包含在第二端部分内形成的第一燃烧室出口以及在 与第二端部分相邻的壁部分内形成的第二燃烧室出口。 至少一个额外非可燃流体出口形成 在与燃烧室的头端相邻的衬套内。
16、， 所述至少一个额外非可燃流体出口被配置并设置为在多 个燃烧器喷嘴中的相邻燃烧器喷嘴之间输送非可燃流体流。 说 明 书 CN 104246371 A 4 2/4 页 5 0007 这些和其他的优点和特征将通过结合附图的以下描述中变得更明显。 附图说明 0008 被视为本发明的主题在说明书的结论处的权利要求书中被特别地指出且被清楚 地声明。本发明的前述及其他特征和优点通过结合附图的以下具体实施方式是明显的， 其 中 ： 0009 图 1 是根据示例实施例包含燃烧器组装件的涡轮机的示意图 ； 0010 图 2 是根据示例实施例的燃烧器组装件的部分横截面图 ； 0011 图 3 是图 2 中的燃烧器。
17、组装件的端视图 ； 以及 0012 图 4 是示例实施例的燃烧器组装件的流体输送喷嘴的细节图。 0013 参考附图， 通过示例的方法， 具体实施方式解释了本发明的实施例连同优点和特 征。 具体实施方式 0014 参考图 1 和图 2， 根据示例实施例构造的涡轮机被总体标示为 2。涡轮机 2 包含可 操作地连接到涡轮部分 6 的压缩机部分 4。燃烧器组装件 8 被流体连接到压缩机部分 4 和 涡轮部分 6。燃烧器组装件 8 由多个周向隔开的燃烧器形成， 其中一个燃烧器被标示为 10。 当然， 应理解的是燃烧器组装件 8 可以包含燃烧器的其他布置。压缩机部分 4 也通过公共 压缩机 / 涡轮轴杆 。
18、12 被连结到涡轮部分 6。在这种布置下， 压缩机部分 4 把压缩空气输送 到燃烧器组装件 8。压缩空气与可燃流体或燃料混合以形成可燃混合物。可燃混合物在燃 烧器 10 内燃烧以形成燃烧产物或热气， 该燃烧产物或热气通过过渡件 14 被输送到涡轮部 分 6。热气沿着气体路径 ( 未独立标识 ) 膨胀通过涡轮部分 6 以便为例如发电机、 泵、 车辆 等 ( 也未示出 ) 提供动力。 0015 根据示例实施例， 燃烧器10包含燃烧器主体20， 在该燃烧器主体20内布置有燃烧 器衬套 24。燃烧器衬套 24 与燃烧器主体 20 间隔开以便限定通道 26。燃烧器衬套 24 限定 燃烧室30， 该燃烧室。
19、30具有用燃烧器盖34提供的第一端或头端32以及被流体耦接到过渡 件 14 的第二端或排出端 37。燃烧器 10 包含布置在头端 32 的多个燃烧器喷嘴 44-49( 图 3)。燃烧器喷嘴 44-49 被布置成具有中心区域的环形阵列 ( 未独立标识 )。 0016 在所示的示例实施例中， 燃烧器喷嘴 44 包含围绕中心排出部分 53 的外喷嘴部分 52。外喷嘴部分 52 与中心排出部分 53 间隔开以形成流体腔室 55。如以下将更全面地论述 的， 流体腔室 55 接收非可燃流体 ( 例如空气、 蒸汽和 / 或惰性气体 )。非可燃流体与通过 延伸穿过燃烧器盖 34 的燃料入口 56 所接收的可燃。
20、流体混合。可燃流体穿过中心排出部分 53 并且与非可燃流体混合以形成可燃混合物。非可燃流体也向燃烧器喷嘴 44 提供冷却。 用与以上所述相似的方式， 燃烧喷嘴 45 包含外喷嘴部分 57、 中心排出部分 58 以及流体腔 室 60 ； 燃烧器喷嘴 46 包含外喷嘴部分 62、 中心排出部分 63 以及流体腔室 65 ； 燃烧器喷嘴 47 包含外喷嘴部分 68、 中心排出部分 69 以及流体腔室 71 ； 燃烧室喷嘴 48 包含外喷嘴部分 73、 中心排出部分74以及流体腔室76 ； 以及燃烧器喷嘴49包含外喷嘴部分78、 中心排出部 分 79 以及流体腔室 80。 0017 进一步根据示例实施。
21、例， 燃烧器10包含流体输送喷嘴90， 该流体输送喷嘴90被布 说 明 书 CN 104246371 A 5 3/4 页 6 置在头端 32 并且被定位在燃烧器喷嘴 44-49 的中心区域 ( 未独立标识 ) 内。流体输送喷 嘴 90 被流体连接到非可燃流体入口 92 并且包含喷嘴主体 94， 该喷嘴主体 94 具有穿过壁 部分 100 延伸到第二端部分 99 的第一端部分 98。流体输送喷嘴 90 包含在壁部分 100 内 形成的多个燃烧器喷嘴出口， 其中一个喷嘴出口被标示为 110。流体输送喷嘴 90 也包含在 壁部分 100 内提供的第一组多个燃烧室出口 ( 其中一个被标示为 113)、。
22、 第二组多个燃烧室 出口 ( 其中一个被标示为 115) 以及第三组多个燃烧室出口 117。第一组多个燃烧室出口 113 采取在壁部分 100 内形成的开口 ( 未独立标识 ) 的形式。虽然被显示为绕着喷嘴主体 94 延伸的单一行， 但第一组多个燃烧室出口 113 的数量或行以及尺寸可以变化。第二组多 个燃烧室出口 115 采取具有多个开口 122 的微型喷流板 120 的形式。第三组多个燃烧室出 口 117 采取在壁部分 100 内形成于燃烧器喷嘴出口 110 和第一燃烧室出口 113 之间的开口 125 的形式。开口 125 被形成在一对流动重定向元件处， 其中一个元件被标示为 128， 。
23、其被 提供在壁部分 100 的外表面 ( 未独立标识 ) 上。 0018 通过这种布置， 可燃流体或燃料被传送穿过燃料进口 56 直到燃烧器喷嘴 44-49。 燃料从每个中心排出部分 53、 58、 63、 69 和 74 经过。通常在同一时间， 非可燃流体或空气被 传送穿过非可燃流体入口92直到流体输送喷嘴90。 非可燃流体沿着喷嘴主体94流动并且 穿过燃烧器喷嘴出口 110 进入每个流体腔室 55、 60、 65、 71 和 76。更具体地， 燃烧器喷嘴出 口 110 被配置为将非可燃流体输送到燃烧器喷嘴 44-49 中的两个相邻喷嘴中。通过这种布 置， 非可燃流体以特定的方向进入每个流体。
24、腔室 55、 60、 65、 71 和 76。例如， 如图 3 所示， 进 入流体腔室 55 的非可燃流体可以按照逆时针漩涡流动并且非可燃流体可以按照顺时针漩 涡进入流体腔室 60。因此， 相邻喷嘴内的漩涡以相反的方向流动。非可燃流体与可燃流体 混合并且作为可燃混合物从每个燃烧器喷嘴44-49中经过， 所述可燃混合物在燃烧室30内 燃烧以形成热气。热气从燃烧器 10 流入过渡件 14 并且继续直到涡轮部分 6 的第一级。 0019 此外， 进入流体喷嘴 90 的第二部分非可燃流体穿过第一燃烧室出口 113， 第三部 分非可燃流体穿过第二燃烧室出口 115， 第四部分非可燃流体穿过第三燃烧室出口。
25、 117。从 第一燃烧室出口 113 经过的第二部分非可燃流体从流体喷嘴 90 中径向流入燃烧室 30 以便 与可燃混合物混合以辅助更完全的燃烧。第三部分流体穿过第二燃烧室出口 115 轴向进入 燃烧室 30 并且为微型喷流板 120 提供冷却。微型喷流板 120 的存在创建了在流体喷嘴 90 内建立期望压力的流动约束。最后， 第四部分非可燃流体穿过第三燃烧室出口 117 并且出 于冷却的目的被流动重定向构件 118 重新定向以形成在壁构件 100 的外表面 ( 未独立标 识 ) 上流动的薄膜冷却流。 0020 除了可燃流体与非可燃流体混合并且从燃烧器喷嘴 44-49 和流体喷嘴 90 中流过。
26、 之外， 燃烧器10包含在燃烧器衬套24内形成的额外非可燃流体出口134。 额外非可燃流体 出口 134 引导另一非可燃流体 ( 例如排气 (EG)、 蒸汽或另一惰性气体 ) 进入燃烧室 30 以 进一步增强燃烧并导致减少排放。额外非可燃流体出口 134 引导额外非可燃流体在径向上 向内直到流体输送喷嘴 90。更具体地， 额外非可燃流体出口 134 被定位成引导燃烧器喷嘴 44-49 中的相邻喷嘴之间的额外非可燃流体与可燃混合物混合并且与可燃烧混合物一起燃 烧。额外非可燃流体的引入向燃烧器衬套的内表面 ( 未独立标识 ) 提供冷却并且进一步导 致来自涡轮机 2 的较低排放。冷却燃烧衬套的内表面。
27、导致燃烧衬套的使用寿命增加， 并且 延长燃烧器的使用寿命。 亦即， 通过增加燃烧器的使用寿命， 昂贵的维护程序和涡轮机的停 说 明 书 CN 104246371 A 6 4/4 页 7 机时间一起被减少。此外， 由流体输送喷嘴和额外非可燃流体提供的可燃流体与非可燃流 体的混合导致各种物质 ( 例如 CO 等 ) 的更完全燃烧， 由此导致来自气体涡轮机 2 的较低排 放。 0021 虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明， 但应该容易理解的是， 本发明 并不局限于这些公开的实施例。相反， 本发明能够被修改以包含在此之前没有描述的但是 与本发明的精神和范围相当的任何数量的变化、 改动、 替换或者等效布置。此外， 虽然已经 描述了本发明的各种实施例， 应当理解的是， 本发明的各个方面可以仅包含某些所描述的 实施例。 因此， 本发明不应被视为由前面的说明书限制， 而是仅由随附的权利要求书的范围 限制。 说 明 书 CN 104246371 A 7 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 104246371 A 8 2/3 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 104246371 A 9 3/3 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104246371 A 10 。