[發明專利]用于閉合燃氣渦輪熱氣通路部件的壁內的開口的插入元件

有效

• 申請號: 201310756827.0
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103835811A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: F·雷內特;G·安布羅斯;M·霍伊貝;J·德榮格
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: F02C7/12
• 分類號: F02C7/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;嚴志軍

技術領域

本發明涉及用于閉合燃氣渦輪熱氣通路部件的壁內的開口的插入元件和用于提高燃氣渦輪工作性能的方法。

背景技術

為了增加現代燃氣渦輪的效率和動力輸出，燃燒溫度已經恒定地升高。最近，NO_X和CO₂排放規則已變得更嚴格，維持低排放水平因此將是增大重要性的動因。這可通過減少燃燒過程中的未混合空氣而實現。當減少燃料噴射位置下游的瀉流冷卻空氣的量幫助減少排放時，熱氣通路壁的冷卻對于確保特定的工作壽命十分重要。作為傳統瀉流冷卻的替代，如US2012／0047908A1中所公開的，高效的近壁冷卻方案可提供噴燃器(burner)結構的所需冷卻。

帶有上述雙壁設計的燃燒室壁的燃燒室出現在EP0669500B1中。用于冷卻目的的壓縮燃燒進氣流穿過圍繞燃燒區的雙壁設計燃燒室壁的封閉中間空間，雙壁設計的燃燒室壁通過對流冷卻而被冷卻。同時，該方案減小散入熱氣通路中的冷卻空氣的量；可惜的是，這種近壁冷卻系統的制造非常困難。一種方案可為雙壁空心結構的鑄造。然而，該制造方法的缺點在于其很高的復雜性導致了高廢品率和因此高成本。此外，鑄造方案遭受其固有的設計限制以及對于任何設計修改的非常長研制周期。另一問題是噴燃器布置特別是沿著環形燃燒器的環狀前面板布置的預混噴燃燒的大尺寸和復雜性。通常為較小部件例如渦輪葉片和輪葉保留雙壁空心結構的精確鑄造，在此高價格更易被接受。

燃氣渦輪工作性能的另一重要方面涉及工作靈活性。在此，主要限制是部分負荷或瞬時過程中的脈動水平，這必須小心控制。在燃氣渦輪工作過程中，由于燃料例如氣體或油的不當燃燒，具有嚴重壓力波動的嚴重熱聲脈動可能在燃燒室中發生。這些脈動使得燃燒裝置和渦輪的硬件遭受嚴重的機械振動，這可導致燃燒裝置或渦輪的個別部件損壞。

為了吸收這種脈動，燃燒裝置通常設有阻尼器(damper)，例如亥姆霍茲阻尼器。亥姆霍茲阻尼器包括共振室，其經由阻尼管連接到燃燒室的內部或圍繞燃燒室的介質。

US2005／0229581公開了一種具有混合管的再熱燃燒裝置，混合管后為燃燒室；混合管在其前面板處具有設有孔且與該前面板平行的聲屏(acoustic?screen)、以及也設有孔的碰撞板。聲屏和碰撞板限定了經由聲屏的孔到燃燒室內部且經由碰撞板的孔到燃燒室外部的腔室。碰撞板與聲屏之間的腔室限定了多個亥姆霍茲阻尼器，使得由于多個阻尼器與每個再熱燃燒裝置相關聯而阻尼效果得以提高。然而，碰撞板和聲屏之間的腔室內的空氣流未被引導，因此冷卻效果未得到優化；這使得燃燒室的不同部分以不同方式冷卻且在不同溫度下工作較為困難。此外，制造十分困難。

有效地減少熱聲脈動的另一方案涉及消聲和EP2295864Al中公開的近壁冷卻的組合。在此，用于燃氣渦輪的燃燒裝置包括具有第一和第二壁的部分。第一通道將第一和第二壁之間的區域連接到燃燒裝置的內部，且第二通道將第一和第二壁之間的所述區域連接到燃燒裝置的外部。在第一和第二壁之間，限定了多個腔室作為亥姆霍茲阻尼器，每個與一個第一通道和至少一個第二通道相連接。

在燃氣渦輪原型的生產中，用多個噴燃器工作的環形燃燒器的前面板被制造為一個全尺寸部件。在釬焊包封前述亥姆霍茲阻尼器腔室的完整前面板夾層結構之后，前面板被手動焊接到環形燃燒室的主體。已發現程序更為復雜；此外，在燃氣渦輪工作過程中，焊接區域將暴露于很高的溫度下，使得該焊接點的期望壽命顯得相當有限。此外，使用最好的工程操作和特別的注意以用于大型前面板原型結構的真空釬焊。在商業生產過程中，對更多數量的部件維持該制造質量水平將是非常困難的。

發明內容

本發明的一般目的在于提供允許在燃氣渦輪中的可靠干預的一般概念，以提高工作性能，特別是改進燃氣渦輪的熱暴露部件的耐熱性以達到更高處理溫度。另一方面是為降低燃氣渦輪中的聲音脈動建立基礎，優選地在發生最大振幅的熱氣通路內的位置。然而，由于上述位置不能預先準確定位的事實，這方面很難實現，使得在燃氣渦輪的生產過程中不能提供合適的干預。因此，為了上述目的而采取的方法應當在已經存在的燃氣渦輪上也是適用的。

該目的通過技術方案1中給出的裝置實現。通過在子技術方案中以及特別是參考優選實施例在以下描述中所公開的特征，可以有利地修改本發明裝置。用于提高燃氣渦輪的工作性能的另一本發明方法在技術方案10中公開，其中使用了根據技術方案1的本發明裝置。