一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套的制作方法
【專利摘要】一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，屬于燃氣輪機燃燒室的結構設計。其技術特點是在導流襯套筒體內壁面設置有導流片，導流片包括直流段和彎曲段；按照導流襯套內空氣流動方向，直流段起始位置位于火焰筒摻混孔的上游端，且其末端不超過最后一排主燃孔與導流襯套筒體所對應的軸向位置；導流片彎曲段起始位置與導流片直流段的末端平滑過渡連接，導彎曲段的終止位置位于定位塊上游與主燃孔下游之間，彎曲段的彎曲方向與火焰筒內燃氣旋轉的方向相同，彎曲段末端切線方向與火焰筒中心線夾角為5°～70°。該實用新型可使導流襯套內部氣流均勻流動，增強導流襯套的機械強度，提高運行的安全性和使用壽命，同時可有效改善火焰筒表面的冷卻效果。
【專利說明】一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種燃氣輪機燃燒室的結構設計，尤其涉及燃燒室的導流襯套的結構，屬于燃氣輪機【技術領域】。
【背景技術】
[0002]燃氣輪機是當今世界清潔利用化石能源的重要設備。燃氣輪機的壽命主要取決于其熱端部件的壽命，比如燃燒室火焰筒的壽命。而火焰筒的壽命又主要受其表面的溫度分布的影響，因此各國學者花費了大量人力物力試圖來解決火焰筒壁溫這個難題，目前主要有二個大的方向，一是尋找更好的材料，以能在更高的溫度下長時間工作；二是設計更好的冷卻結構。前者受限于材料科學發展的進展，材料耐溫極限的突破極為困難，后者則主要集中在火焰筒表面的結構形式上，如氣膜孔、發散孔、魚鱗孔等。后者在過去的幾十年內取得了巨大的進步，但是隨之而來的結構復雜性也令火焰筒的加工成本急劇增加，這對提升燃氣輪機市場競爭力是不利的。
[0003]燃燒室中另外一個重要部件便是導流襯套，傳統設計中導流襯套多是由一段或多段薄壁圓筒連接而成，主要起空氣流動通道的作用。這種薄壁圓筒不僅功能單一，而且在實際運行中也容易出現結構強度不足的情況。
實用新型內容
[0004]為了克服上述現有技術中的不足和缺陷，本實用新型提出了一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，使其不僅可使導流襯套內部氣流均勻流動，增強導流襯套的機械強度，提高運行的安全性和使用壽命，而且可以大幅改善火焰筒表面的冷卻效果，從而克服其功能單一的缺陷。
[0005]本實用新型所采用的技術方案是:
[0006]一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，該導流襯套設置在火焰筒的外偵U，并通過設置在火焰筒頭部定位塊與火焰筒連接；在火焰筒外壁面上沿周向設置有多排摻混孔和主燃孔，其特征在于:在所述的導流襯套筒體內壁面設置有導流片，所述的導流片包括導流片直流段和導流片彎曲段；按照導流襯套內空氣流動方向，導流片直流段起始位置位于火焰筒摻混孔的上游端，導流片直流段的末端不超過最后一排主燃孔與導流襯套筒體所對應的軸向位置；導流片彎曲段起始位置與導流片直流段的末端平滑過渡連接，導流片彎曲段的終止位置位于定位塊上游與主燃孔下游之間，導流片彎曲段的彎曲方向與火焰筒內燃氣旋轉的方向相同。
[0007]本實用新型的另一技術特征在于:導流片彎曲段的彎曲程度為平滑過渡，導流片彎曲段末端切線方向與火焰筒中心線夾角α為5°?70° ;導流片彎曲段末端切線方向與火焰筒中心線夾角α優選為10°、20°、30°、40°、50°或60°。
[0008]本實用新型所述導流片的個數為每排主燃孔數目的N倍，N為正整數，且1^Ν^5 ;所述導流片的個數為每排主燃孔數目優選為1、2或3倍。
[0009]本實用新型所述的導流片采用直薄板結構，厚度為0.1?4mm ;導流片的厚度優選為 1mm、2mm 或 3mmη
[0010]本實用新型具有以下優點及突出性的技術效果:①由于導流片彎曲段的存在，形成了彎曲扇形通道，這樣就迫使在通道中流動的氣流按照彎曲段的彎曲方向進行流動，即逆著火焰筒內火焰的旋轉方向進行流動，也即是逆著火焰筒壁面高溫區的方向進行流動，因此與傳統的導流襯套相比，氣體的流動距離增加了，并增大了與氣體進行換熱的面積，從而提高了換熱效率，進而改善了火焰筒壁面高溫區的冷卻效果，降低火焰筒的溫度，延長了火焰筒的使用壽命。②由于本實用新型在導流襯套的內壁面設置了多個導流片，大大增強了導流襯套的機械強度，從而使導流襯套在燃氣輪機工作過程中進一步提高了運行的安全性和使用壽命。③本實用新型提供的導流襯套不僅可限制導流襯套內氣流的周向流動，實現導流襯套內部氣流的均勻流動，進而使火焰筒內部燃燒更加穩定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為含有本實用新型提出的導流襯套的燃氣輪機燃燒室的燃燒室結構示意圖。
[0012]圖2為圖1的立體剖視圖。
[0013]圖中標號:1_導流襯套；2_火焰筒；3_端蓋；4_定位塊；5_噴嘴；6_來流空氣；7-燃料氣；11-導流片；21_主燃孔；22_摻混孔；23_頭部空氣孔；110-直流段；111-彎曲段。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本實用新型的原理、結構和實施方式做進一步的說明。
[0015]圖1為含有本實用新型提出的導流襯套的燃氣輪機燃燒室的燃燒室結構示意圖，含有導流襯套1、火焰筒2、端蓋3、定位塊4和噴嘴5 ;導流襯套由一段或多段圓筒連接而成，導流襯套I在前端與端蓋3連接。
[0016]該導流襯套設置在火焰筒2的外側，并通過設置在火焰筒頭部定位塊4與火焰筒連接；在火焰筒外壁面上沿周向設置有多排摻混孔22和主燃孔21 ;在所述的導流襯套筒體內壁面設置有導流片11，可與導流襯套筒體內壁面焊接或一體化鑄造；所述的導流片包括導流片直流段110和導流片彎曲段111 ;按照導流襯套內空氣流動方向，導流片直流段起始位置位于火焰筒摻混孔22的上游端，導流片直流段的末端不超過最后一排主燃孔21與導流襯套筒體所對應的軸向位置；導流片彎曲段起始位置與導流片直流段的末端平滑過渡連接，導流片彎曲段的終止位置位于定位塊4上游與主燃孔21下游之間，即導流片11不應與定位塊4干涉，并且導流片在徑向的投影不能落在主燃孔21或摻混孔22所在區域。導流片彎曲段的彎曲方向應與火焰筒內燃氣旋轉的方向相同。
[0017]導流片彎曲段的彎曲程度為平滑過渡，導流片彎曲段末端切線方向與火焰筒中心線夾角α為5°?70° ;導流片彎曲段末端切線方向與火焰筒中心線夾角α優選為10°、20°、30°、40°、50°或60°。述導流片的個數為每排主燃孔數目的N倍，N為正正數，且1^Ν^5 ;優選方案為:所述導流片的個數為每排主燃孔數目優選為1、2或3倍，且沿周向均勻分布。所述的導流片采用直薄板結構，厚度為0.1?4mm ;導流片的厚度優選為1mm、2mm或3mm ;導流片11與火焰筒2外表面的外表面的徑向間距為I?10mm。
[0018]本實用新型的工作機理和工作過程如下:
[0019]如圖1所示，導流片11將導流襯套筒體和火焰筒2之間的環形通道分割為與導流片11數目相同的扇形通道。又由于導流片直流段110和導流片彎曲段111的存在，扇形通道又可分為直流扇形通道和彎曲扇形通道。來流空氣6流入導流襯套筒體與火焰筒之間的環形通道中，逆向流向燃燒室頭部，而后流入由導流片直流段110所分割形成的直流扇形通道中，在這個過程中，部分氣流從摻混孔22流入火焰筒內部；隨后又流入由導流片彎曲段111所分割形成的彎曲扇形通道中，在這個過程中，部分氣流從主燃孔21流入火焰筒內部；最后剩余的空氣從頭部空氣孔23流入火焰筒頭部。來流空氣6進入火焰筒內部后與通過噴嘴5進入火焰筒頭部的燃料氣7進行摻混和燃燒。
[0020]目前的燃燒室設計中，火焰筒頭部的空氣和燃料氣大多以一定旋流形式流動，以更好的組織燃燒和保持燃燒穩定性，因此火焰筒內部的火焰也以同樣旋轉方向的形式存在。但是這樣的火焰形式會造成火焰筒壁面存在與火焰結構相匹配分布的高溫區，高溫區主要集中在主燃孔21附近的火焰筒壁面。本實用新型提出的技術方案中，由于導流片彎曲段111的存在，形成了彎曲扇形通道，這樣就迫使在通道中流動的氣流按照彎曲段111的彎曲方向進行流動，是逆著火焰筒2內火焰的旋轉方向進行流動，也既是逆著火焰筒壁面高溫區的方向進行流動，這現對于傳統的導流襯套的流動來說，有三個方面得到改善:1)氣體的流動距離增長，與熱壁面的換熱時間會增加；2)氣體與火焰筒壁面的導熱系數會增大；3)導流片增大了與氣體進行換熱的面積。這樣一來，會大大改善火焰筒壁面高溫區的冷卻效果，從而降低火焰筒的溫度，延長火焰筒2的壽命，從而是導流襯套具有冷卻功能，與此同時，由于導流片的存在，也大大增強了導流襯套的結構強度，從而使導流襯套在燃氣輪機工作過程中有更好的安全性和長壽命。
【權利要求】
1.一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，該導流襯套設置在火焰筒(2)的外側，并通過設置在火焰筒頭部定位塊(4)與火焰筒連接；在火焰筒外壁面上沿周向設置有多排摻混孔(22)和主燃孔(21)，其特征在于:在所述的導流襯套筒體內壁面設置有多個導流片(11)，所述的導流片包括導流片直流段和導流片彎曲段；按照導流襯套內空氣流動方向，導流片直流段起始位置位于火焰筒摻混孔(22)的上游端，導流片直流段的末端不超過最后一排主燃孔(21)與導流襯套筒體所對應的軸向位置；導流片彎曲段起始位置與導流片直流段的末端平滑過渡連接，導流片彎曲段的終止位置位于定位塊(4)上游與主燃孔(21)下游之間，導流片彎曲段的彎曲方向與火焰筒內燃氣旋轉的方向相同。
2.按照權利要求1所述的一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，其特征在于:導流片彎曲段的彎曲程度為平滑過渡，導流片彎曲段末端切線方向與火焰筒中心線夾角α為5°?70。。
3.按照權利要求1所述的一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，其特征在于:所述的導流片(11)與火焰筒(2)外表面的徑向間距為I?10mm。
4.按照權利要求1所述的一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，其特征在于:所述的導流片為直薄板結構，厚度為0.1?4mm。
5.按照權利要求1所述的一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，其特征在于:所述導流片的個數為每排主燃孔數目的N倍，N為正正數，且I彡N彡5。
6.按照權利要求1?5任一權利要求所述的一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，其特征在于:導流片彎曲段末端切線方向與火焰筒中心線夾角α為10°、20°、30。、40。、50。或 60°。
7.按照權利要求1?5任一權利要求所述的一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，其特征在于:所述導流片的個數為每排主燃孔數目的1、2或3倍。
8.根據權利要求1?5任一權利要求所述的一種具有冷卻功能的燃氣輪機燃燒室的導流襯套，其特征在于:導流片的厚度為或3mm。
【文檔編號】F23R3/26GK204084461SQ201420547224
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】井文明, 謝法 申請人:北京華清燃氣輪機與煤氣化聯合循環工程技術有限公司