[发明专利]用于冷却燃气涡轮机燃烧器的高温气体部件的系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种置于燃气涡轮机燃烧器内的高温气体通道部件。确切地说，本发明涉及冲击冷却所述高温气体部件的一部分。

背景技术

燃气涡轮机广泛用于工业和发电领域中。典型的燃气涡轮机包括压缩机部分、位于所述压缩机部分下游的燃烧部分，以及位于燃烧器下游的涡轮机部分。所述燃烧部分通常包括燃烧器，所述燃烧器具有多个环形高温气体通道部件，例如燃烧衬里和/或过渡管，所述部分至少部分限定延伸在所述燃烧衬里与所述涡轮机部分之间的高温气体通道。所述高温气体通道部件各自通常包括内表面和外表面。通常，所述燃烧部分进一步包括外壳，所述外壳围绕所述高温气体通道部件并且限定与所述压缩机部分流体连通的腔室。

在操作中，诸如环境空气等压缩工作流体从所述压缩机部分沿管道输送到所述燃烧部分的所述腔室中。所述压缩工作流体的一部分在燃烧室内与燃料混合形成可燃混合物，所述燃烧室通常限定在所述燃烧衬里内。所述可燃混合物燃烧以产生高温高速高温的气体，所述气体经由所述高温气体通道流入所述涡轮机部分中。所述压缩工作流体的一部分用作冷却介质，用于冷却多个高温气体通道部件的外表面和其他高温段。例如，可将所述冷却介质输送过多个高温气体通道部件的外表面，从而以对流和/或传导方式冷却这些表面。

所述高温气体通道部件的特定表面，例如所述燃烧衬里的后端或者所述过渡管的后端可能对热应力特别敏感。因此，这些表面可明显获益于将冷却介质集中喷射到所述高温气体通道部件的外表面，从而大幅增加所述冷却介质与所述高温气体通道部件之间的传热或冷却效率。这种冷却方法在所属领域中已知为冲击或喷射冲击冷却。

在当前的冲击冷却配置中，冷却介质沿通道流过一个或多个冷却通道，所述冷却通道配置用于将压缩工作流体冲击/聚集到一个高温气体通道部件外表面的特定区域中。通常情况下，所述冷却介质冲击一个高温气体通道部件的外表面，然后沿通道直接流入高温气体通道和/或回流到压缩工作流体流中，在其中与燃料混合以进行燃烧。

尽管这种冷却方法通常能够有效地冷却受到冷却空气冲击的特定区域，但是未能利用冷却空气的大部分冷却能力。例如，可以使用相同的冷却介质来进一步冷却高温气体部件。因此，所属领域中需要对高温气体通道部件以及用于冷却所述高温气体通道部件的方法做出改进。

发明内容

本发明的方面和优点在以下说明中进行描述，或者可以从说明书中显而易见，或者可以通过实践本发明而了解。

本发明的一个实施例是一种用于冷却燃烧器的高温气体通道部件的系统。所述系统通常包括冲击套管，所述冲击套管通常周向围绕所述高温气体通道部件的外表面。第一冷却室限定在所述冲击套管与所述高温气体通道部件的所述外表面的第一部分之间。第二冷却室置于所述第一冷却室的下游。所述第二冷却室限定在所述冲击套管与所述高温气体通道部件的所述外表面的第二部分之间。入口延伸穿过所述冲击套管，以便限定进入所述第一冷却室的第一流动通道。出口限定位于所述第一冷却室与所述第二冷却室之间的第二流动通道。

本发明的另一个实施例是一种用于燃气涡轮机的燃烧器，所述燃烧器具有外壳以及被所述外壳周向围绕的环形高温气体通道部件。所述高温气体通道部件与所述外壳径向隔开，以便至少部分限定两者之间的流动通道。所述高温气体通道部件包括主体，所述主体沿所述主体的外表面限定第一冷却室和第二冷却室。所述第二冷却室置于所述第一冷却室的下游。冲击套管周向围绕所述第一冷却室和所述第二冷却室。入口延伸穿过所述冲击套管。所述入口限定位于所述流动通道与所述第一冷却室之间的第一流动通道。出口延伸穿过位于所述入口下游的冲击套管。所述出口限定位于所述第一冷却室与所述第二冷却室之间的第二流动通道。

本发明的另一个实施例包括一种方法，用于冷却置于燃气涡轮机燃烧器内的高温气体通道部件的外表面的一部分。所述方法包括将冷却介质输送过延伸穿过冲击套管的入口。所述冷却介质冲击所述高温气体通道部件的所述外表面的第一部分。将所述冷却介质输送过延伸穿过所述冲击套管的出口。所述冷却介质再冲击所述高温气体通道部件的所述外表面的第二部分。

在阅读以下说明之后，所属领域中的普通技术人员将更好地了解这些实施例及其他内容的特征和方面。

附图说明

本说明书参考附图，针对所属领域的技术人员，完整且可实现地公开了本发明，包括其最佳模式，在附图中：

图1是在本发明多个实施例范围内的示例性燃烧器的简化截面图；

图2是图1所示燃烧器的一部分的局部透视截面图；