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燃烧室

阅读：82发布：2020-05-11

IPRDB可以提供燃烧室专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种燃烧室(1)，其包括带有滑动表面(23)的内部壳体(2)和带有滑动壁部(21)的外部壳体(3)。滑动表面(23)和滑动壁部(21)彼此可滑动地附接。至少一个冷却孔(11)置于滑动壁部(21)中。冷却孔(11)至少部分地这样置于滑动壁部(21)中，使得当内部壳体(2)热膨胀时冷却孔(11)由于滑动表面(23)相对于滑动壁部(21)的滑动而打开，和/或当内部壳体(2)热收缩时冷却孔(11)由于滑动表面(23)相对于滑动壁部(21)的滑动而关闭。此外，公开了包括创造性燃烧室(1)的燃气涡轮机。，下面是燃烧室专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃烧室(1)，包括带有滑动表面(23)的内部壳体(2)和带有滑动壁部(21)的外部壳体(3)，以及所述滑动壁部(21)中的至少一个冷却孔(11)，所述滑动表面(23)和所述滑动壁部(21)彼此可滑动地附接，其中：所述冷却孔(11)至少部分地这样置于所述滑动壁部(21)中，使得当所述内部壳体(2)热膨胀时所述冷却孔(11)由于所述滑动表面(23)相对于所述滑动壁部(21)的滑动而打开，和/或当所述内部壳体(2)热收缩时所述冷却孔(11)由于所述滑动表面(23)相对于所述滑动壁部(21)的滑动而关闭。

2.如权利要求1所述的燃烧室(1)，其特征在于，所述冷却孔(11)具有圆形的、三角形的、矩形的、或梯形的开口截面。

3.如权利要求1或2所述的燃烧室(1)，其特征在于，所述燃烧室(1)包括预燃室区域(4)，所述滑动表面(23)和所述滑动壁部(21)位于所述预燃室区域(4)的外部壳体(3)中。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的燃烧室(1)，其特征在于，所述燃烧室(1)包括下游端(5)，所述内部壳体(2)和所述外部壳体(3)在所述下游端(5)处连结在一起。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的燃烧室(1)，其特征在于，所述内部壳体(2)包括位于所述外部壳体(3)之间的至少一个间隔件，所述滑动表面(23)是所述间隔件朝向所述外部壳体(3)的面。

6.如权利要求5所述的燃烧室(1)，其特征在于，所述间隔件是定位环(8)。

7.一种燃气涡轮机，其包括如权利要求1至7中任意一项所述的燃烧室(1)。

说明书全文

技术领域

本发明涉及带有冷却布置的燃烧室，特别地，涉及带有冷却布置的燃气涡轮机燃烧装置的预燃室(pre-chamber)。

背景技术

燃气涡轮机通常包括压缩机、燃烧装置和涡轮机。压缩机压缩要送到燃烧装置的空气，在燃烧装置中空气和燃料混合。所产生的燃料-空气混合物在燃烧室内燃烧。在燃料和空气燃烧期间，生成热的燃烧气体。该燃烧气体被用来驱动涡轮机。典型的燃烧装置包括燃烧器、定位接近燃烧器的预燃室、以及主燃烧室。特别地，由于预燃室的位置接近燃烧器，所以预燃室暴露于非常高的温度。如果预燃室达到一定温度，则该预燃室易于发生碳堆积，然后对预燃室壳体的金属可能会带来负面影响。
为了保护预燃室部件，将冷却孔添加到预燃室壳体。采用例如压缩空气进行冷却限制了预燃室的最大温度。然而，由于用于冷却的空气也可能另外在涡轮机内做功，因而会影响涡轮机的效率，尽管仅仅是较小的影响。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种具有改善冷却的燃烧室。本发明进一步的目的是提供一种有益的燃气涡轮机。
第一个目的通过如权利要求1所述的燃烧室得以解决。第二个目的通过如权利要求7所述的燃气涡轮机得以解决。从属权利要求限定了本发明进一步的发展。
该创造性的燃烧室包括带有滑动表面的内部壳体和带有滑动壁部的外部壳体。滑动表面和滑动壁部在至少一个附接区中彼此可滑动地附接在一起。该创造性的燃烧室还包括至少一个冷却孔，该冷却孔位于滑动壁部中。该冷却孔至少部分地这样置于滑动壁部中，使得当内部壳体热膨胀时该冷却孔由于滑动表面相对于滑动壁部的滑动而打开，和/或当内部壳体热收缩时该冷却孔由于滑动表面相对于滑动壁部的滑动而关闭。这意味着冷却孔是由于内部壳体的热膨胀和热收缩的缘故而打开和关闭，而被压缩机空气冷却的外部壳体具有基本上恒定的温度，因此不会膨胀或收缩。优选地，该创造性的燃烧室可以包括许多这样的冷却孔。
本发明利用了燃烧室内部壳体和外部壳体之间的温度差。外部壳体的温度由来自压缩机的压缩空气的温度控制。通常，包括有压缩空气的流动通道围绕燃烧室的外部壳体。因此，外部壳体的温度相当恒定。相反，内部壳体的温度由火焰温度控制，所以内部壳体的温度取决于火焰的存在和特性而变化。这意味着燃烧室内的高温导致内部壳体的膨胀，而外部壳体几乎保持其形状不变。在内部壳体膨胀期间，冷却孔打开。打开的冷却孔为热的内部壳体提供了足够的冷却空气。如果内部壳体再次冷却下来，则其收缩，并且冷却孔由于该收缩而自动关闭。因此，本发明提供了用于内部壳体的可变冷却的简单方式，使得在处于高负载且火焰温度很高的情况下，冷却流量在需要时能够增大。
冷却孔可以是圆形的、三角形的、矩形的、或者梯形的开口截面。通过孔的开口截面的形状，能够确定与滑动表面相对于滑动壁部的滑动相关的冷却流体流量的增加量。因而，冷却孔及其截面的形状可以适应特定温度要达到的所需冷却流量。
燃烧室还能够包括预燃室区域，滑动表面和滑动壁部可以置于这预燃室区域中。此外，燃烧室可以包括将内部壳体和外部壳体连结在一起的下游端。在这种情形中，当内部壳体的热膨胀所致的相对运动在该区域内最大时，内部壳体的滑动表面和外部壳体的滑动壁部将在燃烧室的上游端处有益地且可滑动地彼此附接在一起。
优选地，内部壳体可以包括至少一个间隔件，其被置于外部壳体和内部壳体之间。然后，滑动表面是该间隔件的一个面，该面显示朝向外部壳体。特别地，间隔件可以是定位环。间隔件或定位环在内部壳体和外部壳体之间提供了足够的距离。内部壳体和外部壳体之间存在的空间可以被用作冷却流动通道。
一般来说，燃烧室可以是例如干式低排放(DLE)燃烧室。
该创造性的燃气涡轮机包括如上所述的燃烧室。该创造性的燃气涡轮机还具有该创造性燃烧室的优点。

附图说明

通过下面结合附图的实施例描述，本发明更多的特征、特性和优点将变得清楚。
图1示意性示出了贯穿燃烧装置的纵向剖面。
图2以透视图示意性示出了燃烧室的一部分。
图3以透视图示意性示出了内部壳体的滑动表面和带有冷却孔的外部壳体的滑动壁部。
图4以透视图示意性示出了外部壳体中的部分打开的冷却孔。
图5以透视图示意性示出了外部壳体中完全打开的冷却孔。
图6以正视图示意性示出了部分打开的三角形冷却孔。
图7以正视图示意性示出了部分打开的替代性三角形冷却孔。

具体实施方式

现在将参照图1～图7对本发明的实施例进行描述。图1示意性示出了贯穿燃烧装置的纵向剖面。该燃烧装置包括布置成串流的燃烧器、过渡件和主燃烧室1，燃烧器具有旋流器部14和附接至旋流器部14的燃烧器头部13，过渡件称为燃烧预燃室4。主燃烧室1的直径比预燃室4的直径大。主燃烧室1在上游端6处连接到预燃室4。总体上，预燃室4可以被实施作为燃烧器头部13朝向燃烧室1的一个延长部，或者可以被实施作为燃烧室4朝向燃烧器头部13的一个延长部，或者可以被实施作为燃烧器头部13和燃烧室1之间的独立部。燃烧器和燃烧室1组件围绕纵向对称轴线15是旋转对称的。
燃料导管20被设置用于将气态或液态燃料引导给燃烧器，这燃料在旋流器14中与流入的空气16混合。燃料-空气混合物17然后被导向主燃烧区19，燃料-空气混合物17在主燃烧区19燃烧形成热的且加压的排气，该排气沿着由箭头所示的方向18流到燃气涡轮发动机的涡轮机(未示出)。
图2以透视剖视图示意性示出主燃烧室1和预燃室4的一部分。主燃烧室1包括上游端6和下游端5。在上游端6处，燃烧室1包括形成预燃室4的窄部。可替代地，主燃烧室1可以连接到实施作为单独元件的预燃室4。此外，主燃烧室1和(特别是)预燃室4包括内部壳体2和外部壳体3。内部壳体2和外部壳体3在下游端5处连结到一起，并且在上游端6附近附接区7处滑动以便允许不同的膨胀。内部壳体2包括位于上游端6靠近预燃室4的定位环8。定位环8的一个表面与外部壳体3处于滑动接触中。该表面形成内部壳体2的滑动表面23，滑动表面23与外部壳体3的滑动壁部21一起提供附接区7。
在内部壳体2和外部壳体3之间具有内部空间22，内部空间22可以被用作冷却空气通道，用于冷却内部壳体2。为了该目的，外部壳体3包括冷却孔9，冷却孔9与内部空间22流连通，以便将冷却空气导入到内部空间22中从而冷却内部壳体2。此外，内部壳体2包括冷却孔10，冷却孔10将所用的冷却空气导入到主燃烧室1中。特别地，外部壳体3中的冷却孔9通常被放置在外部壳体3的上游端6处，以便冷却预燃室4。
创造性的燃烧室1还包括位于外部壳体3的滑动壁部21中(即，在设置有附接区7的地方)的冷却孔11。这些孔11定位的地方可以使这些孔11在最大温差时将会完全打开，而在火焰温度下降时将会部分关闭，由此提供更低的冷却流量。由于温度下降，所以内部壳体2相对于外部壳体3收缩，因此定位环8部分地覆盖这些孔。
图3以透视图示意性示出了创造性的冷却孔11的位置。在图3中可以看到主燃烧室1的上游端6的一部分。特别地，可以看到内部壳体2包括定位环8的部分和外部壳体3的滑动壁部21的部分，滑动壁部21与定位环8的滑动表面23处于滑动接触中。
外部壳体3的滑动壁部21包括具有圆形开口截面的冷却孔11。这冷却孔11这样定位使得其被定位环8的滑动表面23部分地覆盖。如果内部壳体2变热，特别是当燃烧室1处于使用中时，那么相比于外部壳体3，内部壳体2膨胀。由于内部壳体2和外部壳体3的下游端连结在一起，所以内部壳体2沿着由箭头12指示的方向膨胀。由于该运动，冷却孔11进一步打开，从而更多的冷却空气(或者其它任意冷却流体)能够通过冷却孔11进入到内部壳体2和外部壳体3之间的内部空间22中。
图4以透视图示意性示出了部分打开的冷却孔11。如图3中一样，能够看到具有内部壳体2的滑动表面23的定位环8和外部壳体3的滑动壁部21。外部壳体3包括具有圆形开口截面的冷却孔11。冷却孔11这样放置在外部壳体3的滑动壁部21中，使得定位环8的滑动表面23部分地覆盖冷却孔11。如果内部壳体2具有和外部壳体3一样的温度，那么冷却孔11可以被滑动表面23部分关闭或完全覆盖。这是例如当燃烧室1没有工作时的情形。
图5以透视图示意性示出了当内部壳体2比外部壳体3具有更高温度时的冷却孔11。在这种情形中，由于燃烧室1内增高的温度，所以内部壳体2相比于外部壳体3膨胀。这意味着定位环8已经相对于外部壳体3竖向运动。因为该运动，所以定位环8的滑动表面23不再能够部分或者完全地覆盖冷却孔11。因此，在图5中冷却孔11完全打开。现在，最大的冷却流体流量能够进入冷却孔11，并且可以冲击内部壳体2并流动通过内部空间22。
冷却孔11的位置和形状可以优化以满足绝对的流量要求，并且可以优化以利用膨胀的内部壳体2设定通过该孔的冷却空气流量变化的所需相关性。在图6和图7中示出了冷却孔11的替代性截面的示例。图6和图7以正视图示意性示出了具有三角形截面的冷却孔11。在这两幅图中，冷却孔11被定位在外部壳体3的滑动壁部21中，从而使内部壳体2(更准确地，使定位环8的滑动表面23)部分覆盖冷却孔11。图6中，冷却孔11这样定位在外部壳体3的滑动壁部21中，使得其三角形截面的一个顶点指向预燃室4的方向。相反，在图7中冷却孔11的三角形截面的一个顶点指向燃烧室1的下游端5的方向。两种构造在内部壳体2的膨胀期间都提供了冷却流体流量的非线性变化。
总之，创造性的燃烧室1(特别是冷却孔11的设置和其位置)增加了燃烧室的效率，因为其提供了适应内部壳体2的温度的冷却流体流量。这意味着在内部壳体2的温度较低的情形中时冷却流量也低，而随着内部壳体2的温度的增加，冷却流量也增加。

标题	发布/更新时间	阅读量
燃烧室-专利编号CN107850310A	2020-05-13	532
氧燃烧室-专利编号CN102119298A	2020-05-11	184
燃烧室壁-专利编号CN101460783A	2020-05-11	889
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燃烧室-专利编号CN1130718A	2020-05-12	906
燃烧室-专利编号CN86104491A	2020-05-12	272
燃烧室-专利编号CN103104933B	2020-05-11	290

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