一種采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃氣渦輪發動機領域，具體涉及一種具有防振結構的燃氣輪機燃燒室，本發明防振結構可適用于M701F燃氣輪機燃燒室。
【背景技術】
[0002]目前，現代工業燃氣輪機不穩定燃燒現象較為普遍。對于市場上現役的M701F燃氣渦輪發動機燃燒室，火焰時常有閃爍、抖動，伴有強烈聲振現象，即振蕩燃燒現象，燃燒室內的壓力脈沖有時會很大。高頻尖嘯聲振極易損害發動機零件，目前發生時都是采取緊急停車作應急處理。這對發動機有很大危害，因此迫切需要在該燃氣輪機燃燒室上采用新型高效的防振技術。
[0003]從物理本質上來看，振蕩燃燒的振動頻率譜段均落在聲振波段內，故在空氣中均以聲音的形式向外傳播。所以解決不穩定燃燒問題通常就是解決燃燒過程中燃燒室內聲學特性耦合的聲學不穩定性問題。目前，解決燃燒室燃燒不穩定問題采用的措施有:提高噴嘴壓降，以改善混合霧化效果；改進噴嘴設計，以改變燃氣振蕩頻率等。
[0004]本發明通過一種聲襯與聲腔組合的方式，使燃燒室內聲阻與非線性效應顯著降低，使燃燒室內壓力振蕩很快衰減至接近于零，燃燒穩定性大大提高。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種燃燒穩定性高的工業燃氣輪機燃燒室。
[0006]本發明通過如下技術方案解決其技術問題:一種采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室，所述燃燒室包括火焰筒，所述火焰筒的一端為設有噴嘴的端板，其特征在于，在所述火焰筒的內壁面上設有多個聲襯，所述聲襯為位于所述火焰筒筒壁內與所述火焰筒內部連通的腔體，所述火焰筒的內壁上和所述端板的內側還分別設有聲腔，所述聲腔靠近所述筒壁與所述端板的連接部位設置成圈，所述聲腔為上端邊緣凸出于相應表面形成凸環結構的的凹槽。
[0007]所述凸環結構為圓環，均勻的分割成5或6瓣。
[0008]所述聲腔由上而下直徑逐漸縮小。
[0009]所述火焰筒的筒壁由外殼、燒蝕襯底和位于所述外殼與燒蝕襯底之間緊貼外殼設置的絕熱層組成，所述腔體設于所述燒蝕襯底內，連接所述絕熱層。
[0010]所述腔體為諧振腔，所述諧振腔通過腔孔與火焰筒內部連通，所述諧振腔的截面面積是所述腔孔截面面積的2-6倍。
[0011]所述腔孔與所述諧振腔的連接部位經倒圓角處理，倒圓半徑范圍為l-10mm。
[0012]相鄰兩腔孔的邊緣間距為其半徑的1-10倍。
[0013]所述諧振腔在所述火焰筒筒壁上沿周向設置，沿軸向排列。
[0014]相對于現有技術，本發明具有如下有益效果:采用本發明聲襯與聲腔組合防振結構的燃燒室可以有效地避免燃燒室內波與波的耦合，使燃燒室內聲阻與非線性效應顯著降低，克服了燃燒室內橫向和縱向的振蕩燃燒，使燃燒室壓力振蕩很快衰減至接近于零，使燃燒室燃燒穩定性大大提高。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明燃燒室的結構示意圖；
圖2為本發明較佳實施例的聲襯的結構示意圖；
圖3為本發明較佳實施例的聲腔的結構示意圖；
圖4為本發明較佳實施例的聲腔的設置位置示意圖；
圖5為圖4的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0016]現結合實施例和附圖對本發明作進一步描述:
如圖1所示，燃燒室包括燃燒室端蓋11、燃燒室外缸12、火焰筒吊環1、連接塊2、火焰筒3。燃燒室端蓋11與燃燒室外缸12相連，火焰筒3位于燃燒室外缸12內，火焰筒3通常具有若干個，圖1中只畫出了一個。火焰筒3的左端為設有噴嘴5、6的端板，火焰筒3通過連接塊2與火焰筒吊環I相連，并通過火焰筒吊環I與燃燒室端蓋11相連。
[0017]本發明改進了燃燒室火焰筒3的結構，從而改進燃燒室燃燒的穩定性。如圖2所示，火焰筒3的筒壁由外殼31、燒蝕襯底33和位于外殼31與燒蝕襯底33之間、緊貼外殼31設置的絕熱層32組成。本發明在火焰筒3的內壁面上設有多個聲襯，聲襯為設于火焰筒3筒壁的燒蝕襯底33內的腔體，稱該腔體為諧振腔34，諧振腔34底部連接絕熱層32，頂部通過腔孔35與火焰筒3內部連通。諧振腔34在火焰筒3筒壁上沿周向設置，沿軸向排列。諧振腔34的截面面積是腔孔35截面面積的2-6倍。相鄰兩腔孔35的邊緣間距為其半徑的1-10倍。腔孔35與諧振腔34的連接部位經倒圓角處理，倒圓半徑范圍為l-10mm。腔孔35與諧振腔34的連接部位經倒圓角處理使燃燒室內聲阻與非線性效應顯著降低。
[0018]如圖3、4所示，火焰筒3的內壁上和端板4的內側還分別設有聲腔7(圖中只畫出了端板4上的聲腔7)，聲腔7靠近火焰筒3筒壁與端板4的連接部位設置成圈，聲腔7為上端邊緣凸出于相應表面形成凸環結構的的凹槽，即聲腔7下部伸入相應表面內，上部凸出于相應表面。凸環結構為圓環，被均勻的分割成5瓣。聲腔7由上而下直徑逐漸縮小。
[0019]當燃燒室內產生壓力波后，入射波沖擊火焰筒3的燒蝕襯底33，其中一部分通過腔孔35進入諧振腔34，失去一部分能量；返回燃燒區的反射波的能量低于入射波，并與入射波異相，從而可以避免波于波的耦合，提高燃燒室的燃燒穩定性。火焰筒3頭部的聲腔7像一個個貯能器一樣，當火焰筒3內壓力降低時，聲腔7中的介質流出來補充到火焰筒3中；當火焰筒3內壓力升高時，聲腔7又吸收介質把多余的能量貯存起來。聲腔7上分割開的圓環對旋轉波形成有效的耗散，使聲腔7對不同振型的燃燒振蕩均有明顯的抑制作用。另外，聲腔7位于端板4上噴嘴周圍的壓力波腹位置上，使燃燒室壓力振蕩很快衰減至接近于零，使燃燒穩定性得到大大提高。
【主權項】
1.一種采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室，所述燃燒室包括火焰筒，所述火焰筒的一端為設有噴嘴的端板，其特征在于，在所述火焰筒的內壁面上設有多個聲襯，所述聲襯為位于所述火焰筒筒壁內與所述火焰筒內部連通的腔體，所述火焰筒的內壁上和所述端板的內側還分別設有聲腔，所述聲腔靠近所述筒壁與所述端板的連接部位設置成圈，所述聲腔為上端邊緣凸出于相應表面形成凸環結構的的凹槽。2.根據權利要求1所述的采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室，其特征在于，所述凸環結構為圓環，均勻的分割成5或6瓣。3.根據權利要求2所述的采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室，其特征在于，所述聲腔由上而下直徑逐漸縮小。4.根據權利要求1~3任一項權利要求所述的采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室，其特征在于，所述腔體為諧振腔，所述諧振腔通過腔孔與火焰筒內部連通，所述諧振腔的截面面積是所述腔孔截面面積的2-6倍。5.根據權利要求4所述的采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室，其特征在于，所述腔孔與所述諧振腔的連接部位經倒圓角處理，倒圓半徑范圍為l-10mm。6.根據權利要求5所述的采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室，其特征在于，相鄰兩腔孔的邊緣間距為其半徑的1-10倍。7.根據權利要求6所述的采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室，其特征在于，所述諧振腔在所述火焰筒筒壁上沿周向設置，沿軸向排列。8.根據權利要求7所述的采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室，其特征在于，所述火焰筒的筒壁由外殼、燒蝕襯底和位于所述外殼與燒蝕襯底之間緊貼外殼設置的絕熱層組成，所述腔體設于所述燒蝕襯底內，連接所述絕熱層。
【專利摘要】一種采用聲襯與聲腔組合防振結構的工業燃氣輪機燃燒室，所述燃燒室包括火焰筒，所述火焰筒的一端為設有噴嘴的端板，在所述火焰筒的內壁面上設有多個聲襯，所述聲襯為位于所述火焰筒筒壁內與所述火焰筒內部連通的腔體，所述火焰筒的內壁上和所述端板的內側還分別設有聲腔，所述聲腔靠近所述筒壁與所述端板的連接部位設置成圈，所述聲腔為上端邊緣凸出于相應表面形成凸環結構的凹槽。采用本發明聲襯與聲腔組合防振結構的燃燒室可以有效地避免燃燒室內波與波的耦合，使燃燒室內聲阻與非線性效應顯著降低，克服了燃燒室內橫向和縱向的振蕩燃燒，使燃燒室壓力振蕩很快衰減至接近于零，使燃燒室燃燒穩定性大大提高。
【IPC分類】F23R3/42
【公開號】CN104896513
【申請號】CN201510240089
【發明人】鄧小文, 楊毅, 高慶水, 馮永新, 蔡筍, 劉石, 徐廣文, 閆東博, 張群
【申請人】廣東電網有限責任公司電力科學研究院, 西北工業大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月13日