燃气涡轮发动机的制作方法

本发明涉及一种燃气涡轮发动机。

背景技术：

1、众所周知，市场和法律对燃气涡轮功率设备的性能和污染物排放的要求变得越来越严格。结果，存在对于足够灵活以依靠不同类型的燃料(包括天然气、氢及其混合物)运行并且同时满足所有排放和性能要求的燃气涡轮发动机的增加的需求。

2、在许多情况下，用于功率设备的燃气涡轮发动机包括环形燃烧室和多个烧嘴组件，其设计成依靠气体(天然气或合成气)或液体燃料运行。烧嘴组件可包括中心喷枪喷射器、扩散或部分预混引燃烧嘴以及围绕引燃烧嘴的外部主预混烧嘴。烧嘴组件的每个烧嘴构造成供应在环形燃烧室中燃烧的燃料流速。已知的燃气涡轮发动机的烧嘴组件特别优化以依靠天然气或合成气或依靠燃油操作，并且当使用不同的燃料(例如氨或氢)时不可保证性能和/或排放水平。

3、因此，感觉需要升级具有环形燃烧室的燃气涡轮发动机，无论是新的还是已经就位的，使得这些种类的涡轮机也可符合当前市场需求和用于污染物排放的法律要求而依靠不同的燃料(包括氢、氨、甲烷和天然气)有效且灵活地运行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种允许克服或至少减少以上限制的燃气涡轮发动机。

2、根据本发明，提供了一种燃气涡轮发动机，其包括：

3、环形燃烧室；

4、与环形燃烧室连通的多个燃烧器，其中每个燃烧器沿相应燃烧器轴线限定相应气体流径，并且包括沿相应气体流径顺序布置的第一燃烧器级和第二燃烧器级，并且其中燃烧器的第二燃烧器级构造成排放到环形燃烧室中。

5、本发明允许利用具有单个环形燃烧室的燃气涡轮发动机中顺序燃烧的优点。环形燃烧室服务于所有第二燃烧器级，而第一级燃烧单独进行，而不混合不同燃烧器的流。顺序燃烧很灵活，并且允许满足对关于包括氢、氨、天然气和合成气的宽范围的燃料的性能和污染物排放的要求。因此，可使顺序燃烧的益处用于任何尺寸的机器，即用于复杂且昂贵的高等级燃气涡轮以及用于较低等级和较小尺寸的燃气涡轮，其较不昂贵、更简单且更紧凑，并且因此也适用于多种应用。

6、根据本发明的一方面，每个燃烧器的气体流径在环形燃烧室的上游与其它燃烧器的气体流径分开。

7、根据本发明的一方面，环形燃烧室限定用于燃烧器的第二燃烧器级的共用燃烧室。

8、根据本发明的一方面，每个燃烧器的第一燃烧器级包括围绕相应燃烧器轴线分布的多个相应微型烧嘴。

9、微型烧嘴允许产生短火焰，其中前部靠近相应喷嘴。由于由每个微型烧嘴占用的空间很小，故它们中的许多可围绕燃烧器轴线分布，以获得根据设计偏好的燃烧条件。由相邻微型烧嘴的出口引起的湍流有利于燃料和空气的快速且有效混合，并且甚至在狭小的空间中允许令人满意的燃烧条件。因此可制造很紧凑的燃烧器。

10、根据本发明的一方面，每个燃烧器包括界定相应气体流径的燃烧器壳，以及布置成封闭燃烧器壳的上游端部并且支承相应燃烧器的微型烧嘴的支承板，并且其中每个微型烧嘴包括燃料导管和空气导管，邻近气体流径在相应支承板的喷嘴表面处形成第一级喷嘴。

11、根据本发明的一方面，每个喷嘴表面具有在50个喷嘴/m2与300个喷嘴/m2之间的第一级喷嘴的密度。

12、第一级喷嘴的此密度确保了有效的混合和可靠的火焰条件，以避免污染物排放。

13、根据本发明的一方面，每个燃烧器包括燃料仓室，并且其中在每个燃烧器中，至少第一组微型烧嘴中的微型烧嘴具有联接到相应燃烧器的燃料仓室的相应燃料导管。

14、根据本发明的一方面，在每个燃烧器中，所有微型烧嘴具有联接到相应燃烧器的燃料仓室的相应燃料导管，或第二组微型烧嘴中的微型烧嘴与相应燃烧器的燃料仓室分离。

15、所有微型烧嘴可用于促进燃烧并且增加功率输出，或根据设计偏好，微型烧嘴中的部分可仅用于供应空气，这可改进湍流和混合速率和/或用作用于第二燃烧器级的稀释空气。

16、根据本发明的一方面，每个燃烧器包括中心喷枪喷射器，该中心喷枪喷射器延伸穿过相应支承板直至相应第二燃烧器级。

17、根据本发明的一方面，每个中心喷枪喷射器包括联接到燃料供应系统的内部燃料导管，以及由内部燃料导管供应并且构造成将燃料在第二级燃烧器处输送到气体流径中的第二级喷嘴。

18、一方面，喷枪喷射器允许设计具有紧凑结构的两级燃烧器，而不影响燃烧的效率、性能和质量。另一方面，喷枪喷射器的更换简单，因此也使维护简单。

19、根据本发明的一方面，每个燃烧器包括稀释空气混合器，该稀释空气混合器构造成在第一燃烧器级与第二燃烧器级之间的位置处将空气引入到气体流径中。

20、根据本发明的一方面，燃气涡轮发动机包括压缩机和燃烧室壳，该燃烧室壳限定共用空气仓室，该共用空气仓室构造成接收来自压缩机的压缩空气并且将压缩空气供应到燃烧器。

21、根据本发明的一方面，燃烧器在燃烧室壳与环形燃烧室之间容纳在共用空气仓室中，燃烧器优选地构造成直接从共用空气仓室接收空气。

22、基于微型烧嘴的燃烧器具有极其紧凑的设计，尤其是就燃烧器轴向长度而言。结果，两级燃烧器的尺寸可小到使得燃烧器可完全封闭在共用燃烧器中，节省燃烧室壳外侧的空间。

23、根据本发明的一方面，每个燃烧器包括具有第一部分和第二部分的燃烧器壳，其中每个第一级燃烧器包括容纳在相应燃烧器壳的第一部分中的中心烧嘴，并且燃烧器壳的第一部分限定用于第一级燃烧器的局部空气仓室，并且其中局部空气仓室构造成通过相应管路系统接收来自共用空气仓室的空气。

24、根据本发明的一方面，每个燃烧器包括过渡管道，该过渡管道在相应第一燃烧器级与相应第二燃烧器级之间容纳在相应燃烧器壳的第二部分中，其中每个燃烧器的稀释空气混合器容纳在相应燃烧器壳的第二部分中，并且构造成通过燃烧室壳中的相应端口将空气从共用空气仓室引入到气体流径中，并且其中燃烧器的第二燃烧器级在燃烧室壳与环形燃烧室之间容纳在共用空气仓室中。

技术特征：

1.一种燃气涡轮发动机，包括：

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，每个燃烧器(6)的气体流径(20)在所述环形燃烧室(7)的上游与其它燃烧器(6)的气体流径(20)分开。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中，所述环形燃烧室(7)限定用于所述燃烧器(6)的第二燃烧器级(6b)的共用燃烧室。

4.根据前述权利要求中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个燃烧器(6)的第一燃烧器级(6a)包括围绕所述相应燃烧器轴线(c)分布的多个相应微型烧嘴(23)。

5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中，每个燃烧器(6)包括界定所述相应气体流径(20)的燃烧器壳(18)，以及布置成封闭所述燃烧器壳(18)的上游端部并且支承相应燃烧器(6)的微型烧嘴(23)的支承板(21)，并且其中每个微型烧嘴(23)包括燃料导管(24)和空气导管(25)，邻近所述气体流径(20)在相应支承板(21)的喷嘴表面(21a)处形成第一级喷嘴(27)。

6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其中，每个喷嘴表面(21a)具有在50个喷嘴/m2与300个喷嘴/m2之间的第一级喷嘴(27)的密度。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的燃气涡轮发动机，其中，每个燃烧器(6)包括燃料仓室(22)，并且其中在每个燃烧器(6)中，至少第一组微型烧嘴(23)中的微型烧嘴(23)具有联接到所述相应燃烧器(6)的燃料仓室(22)的相应燃料导管(24)。

8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其中，在每个燃烧器(6)中，所有微型烧嘴(23)具有联接到所述相应燃烧器(6)的燃料仓室(22)的相应燃料导管(24)，或第二组微型烧嘴(23)中的微型烧嘴(23)与所述相应燃烧器(6)的燃料仓室(22)分离。

9.根据权利要求5至权利要求8中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个燃烧器(6)包括中心喷枪喷射器(28)，所述中心喷枪喷射器延伸穿过所述相应支承板(21)直至相应第二燃烧器级(6b)。

10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，包括燃料供应系统(8)，其中每个中心喷枪喷射器(28)包括联接到所述燃料供应系统(8)的内部燃料导管(30)，以及由所述内部燃料导管(30)供应并且构造成将燃料在所述第二级燃烧器(6)处输送到所述气体流径(20)中的第二级喷嘴。

11.根据权利要求4至权利要求10中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，每个燃烧器(6；106)包括稀释空气混合器(35；135)，所述稀释空气混合器构造成在所述第一燃烧器级(6a；106a)与所述第二燃烧器级(6b；106b)之间的位置处将空气引入到所述气体流径(20；120)中。

12.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，包括压缩机(2)和燃烧室壳(10)，所述燃烧室壳限定共用空气仓室(11)，所述共用空气仓室构造成接收来自所述压缩机(2)的压缩空气并且将所述压缩空气供应到所述燃烧器(6)。

13.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其中，所述燃烧器(6)在所述燃烧室壳与所述环形燃烧室(7)之间容纳在所述共用空气仓室中，所述燃烧器(6)优选地构造成直接从所述共用空气仓室接收空气。

14.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其中，每个燃烧器(106)包括具有第一部分(118a)和第二部分(118b)的燃烧器壳(118)，其中每个第一级燃烧器(106)包括容纳在相应燃烧器壳(118)的第一部分(118a)中的中心烧嘴(123)，并且所述燃烧器壳(118)的第一部分(118a)限定用于所述第一级燃烧器(106)的局部空气仓室(122)，并且其中所述局部空气仓室(122)构造成通过相应管路系统(121)接收来自所述共用空气仓室(11)的空气。

15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其中，每个燃烧器(106)包括过渡管道(107)，所述过渡管道在相应第一燃烧器级(106a)与相应第二燃烧器级(106b)之间容纳在所述相应燃烧器壳(118)的第二部分(118b)中，其中每个燃烧器(106)的稀释空气混合器(135)容纳在所述相应燃烧器壳(118)的第二部分(118b)中，并且构造成通过所述燃烧室壳(10)中的相应端口(15)将空气从所述共用空气仓室(11)引入到所述气体流径(20)中，并且其中所述燃烧器(106)的第二燃烧器级(6b)在所述燃烧室壳(10)与所述环形燃烧室(7)之间容纳在所述共用空气仓室(11)中。

技术总结一种燃气涡轮发动机包括环形燃烧室(7)和与环形燃烧室(7)连通的多个燃烧器(6)。每个燃烧器(6)沿相应燃烧器轴线(C)限定相应气体流径(20)，并且具有沿相应气体流径(20)顺序布置的第一燃烧器级(6a)和第二燃烧器级(6b)。燃烧器(6)的第二燃烧器级(6b)构造成排放到环形燃烧室(7)中。技术研发人员：A·恰尼,M·T·毛雷尔受保护的技术使用者：安萨尔多能源瑞士股份公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4