一种燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及燃气轮机【技术领域】，尤其涉及一种燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构。该燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构包括过渡锥顶、配气盖板、外环板和内环板，过渡锥顶在周向上均布有多排气膜孔，过渡锥顶的内壁一侧与气膜孔相对的位置设置有气体冲击板，配气盖板上与气膜孔相对应的位置开设有多排盖板通孔，这样，进入配气空腔中的冷却气流可以顺利穿过过渡锥顶上的气膜孔，进入过渡锥顶内侧，然后冲击在气体冲击板上，在气体冲击板的引导下，从而在过渡锥顶内臂上形成一层冷却气膜层，进而强化和提高了过渡锥顶的冷却效果。
【专利说明】一种燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及燃气轮机【技术领域】，尤其涉及一种燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构。
【背景技术】
[0002]目前，重型燃气轮机环管型燃烧室头部包括配气盖板和过渡锥顶等部件，其中配气盖板起着头部配气的功能，过渡锥顶靠近主燃区，与主燃区高温气体接触，同时受到主燃区强烈的辐射换热影响，壁面温度非常高，是一个高温部件。对单喷嘴燃烧室来说，过渡锥顶靠近从喷嘴喷出的燃气，燃气与喷嘴掺混空气混合，可能产生卷曲及附着于过渡锥顶的现象，在合适的温度及当量比条件下，燃气会发生燃烧，烧蚀过渡锥顶，影响燃烧室性能。因此，对燃烧室头部配气盖板与过渡锥顶的组合冷却结构形式要求非常高，需要在最小的冷却空气量要求下实现冷却目标。
[0003]现有技术中，冷却气体自配气盖板的小孔喷射出来，对过渡锥顶具有一定的冲击冷却效应，但是冲击冷却效应较强的位置只在靠近过渡锥顶中心处间距较小的区域。目前，对过渡锥顶的冷却结构一般采用打圆孔。对于这种冷却孔，气流从过渡锥顶喷射出来，可以一定程度上阻隔热燃气与过渡锥顶壁面的接触，但是打孔密度难以掌握，孔较密的情况，孔径需要控制在一定大小之内，固壁结构强度也难以保证；孔较稀疏时，无法达到较好的冷却效果；同时，由于打圆孔的冷却形式未对过渡锥顶形成有效贴壁气膜保护，因此，冷却效果并不好。
[0004]然而，目前燃烧室的发展趋势是出口温度将进一步升高，对火焰筒壁以及头部的冷却气量却不会大幅增加，反而可能保持不变或者减小，因此需要发展冷却效率更高的冷却结构，而现有的燃烧室头部配气冷却结构却难以实现较好的冷却效果。
[0005]因此，针对以上不足，本实用新型提供了一种燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构。
实用新型内容
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]本实用新型的目的是提供一种燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构以使冷却气在进入过渡锥顶内后在其内壁上形成气膜层，提高对过渡锥顶的冷却效果。
[0008]( 二 )技术方案
[0009]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其包括过渡锥顶、配气盖板、外环板和内环板，外环板和内环板均与过渡锥顶同轴线设置在过渡锥顶上，外环板位于内环板的外侧，配气盖板设置外环板和内环板之间，以与外环板、内环板和过渡锥顶形成配气空腔，且配气盖板与过渡锥顶的轴线垂直，过渡锥顶在周向上均布有多排气膜孔，过渡锥顶的内壁一侧与气膜孔相对的位置设置有气体冲击板，配气盖板上与气膜孔相对应的位置开设有多排盖板通孔。
[0010]其中，所述过渡锥顶靠近内环板的区域在周向上均布一排水平冷却孔，该水平冷却孔的中心线与过渡锥顶的轴线平行，配气盖板上与水平冷却孔相对应的位置开设一排盖板通孔。
[0011]其中，所述水平冷却孔的中心线与过渡锥顶壁面的法向夹角为30°?60°。
[0012]其中，所述气膜孔为圆形，气膜孔的孔径为2.0?5.0mm。
[0013]其中，相邻的两排气膜孔在过渡锥顶表面的距离为10.0?30.0mm。
[0014]其中，所述气膜孔的周向孔间距为10.0?40.0mm ;所述气膜孔的中心线与过渡锥顶壁面的法向夹角为0°?20°。
[0015]其中，所述气体冲击板的长度为3.0?8.0mm。
[0016]其中，所述气体冲击板与过渡锥顶壁面夹角为0°?35°。
[0017]其中，所述配气盖板上的盖板通孔的中心线与配气盖板壁面夹角为0°?20°。
[0018]其中，所述配气盖板上相邻的两排盖板通孔之间径向间距8.0?25.0mm，每排盖板通孔沿周向均匀分布，且盖板通孔沿周向的孔间距16.0?40.0mm。
[0019](三)有益效果
[0020]本实用新型的上述技术方案具有如下优点:本实用新型提供的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构中，过渡锥顶在周向上均布有多排气膜孔，过渡锥顶的内壁一侧与气膜孔相对的位置设置有气体冲击板，配气盖板上与气膜孔相对应的位置开设有多排盖板通孔，这样，进入配气空腔中的冷却气流可以顺利穿过过渡锥顶上的气膜孔，进入过渡锥顶内侧，然后冲击在气体冲击板上，在气体冲击板的引导下，从而在过渡锥顶内臂上形成一层冷却气膜层，进而强化和提高了过渡锥顶的冷却效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型实施例燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构的局部立体图；
[0022]图2是本实用新型实施例燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构的局部剖面图；
[0023]图3是本实用新型实施例燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构中过渡锥顶的剖面图；
[0024]图4是本实用新型实施例配气盖板的局部剖面图。
[0025]图中，1:配气盖板；2:外环板；3:内环板；4:过渡锥顶；5:气体冲击板；6:配气空腔；7:盖板通孔；8:气膜孔；9:水平冷却孔。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0027]在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、
“外” “纵”、“横”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型描述中轴向是指燃烧室火焰筒的轴方向，也是X方向(如图2所示)。
[0028]如图1和图2所示，本实用新型提供的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构包括过渡锥顶4、配气盖板1、外环板2和内环板3，外环板2和内环板3均与过渡锥顶4同轴线设置在过渡锥顶4上，外环板2位于内环板3的外侧，配气盖板I设置外环板2和内环板3之间，以与外环板2、内环板3和过渡锥顶4形成配气空腔6，且配气盖板I与过渡锥顶4的轴线垂直，过渡锥顶4在周向上均布有四排气膜孔8，过渡锥顶4的内壁一侧与每排气膜孔8相对的位置设置有一圈气体冲击板5，配气盖板I上与气膜孔8相对应的位置开设有四排盖板通孔7。其中，内环板3和外环板2上无小孔及其它泄漏结构。
[0029]上述技术方案中，冷却气(从导流衬套逆流至头部的气体)穿过配气盖板I上的盖板通孔7进入到配气盖板I与外环板2、内环板3和过渡锥顶4形成的配气空腔6中，由于配气盖板I上的盖板通孔7的位置与过渡锥顶4上气膜孔8的位置相对应，进入配气空腔6中的冷却气流在对过渡锥顶4冲击冷却的同时，可以顺利穿过过渡锥顶4上的气膜孔8，进入过渡锥顶4内侧，然后冲击在气体冲击板5上，在气体冲击板5的引导下，从而在过渡锥顶4内臂上形成一层冷却气膜层，可强化过渡锥顶4的冷却效应，该冷却气进而进入主燃烧区燃烧。
[0030]如图2和图3所示，优选地，过渡锥顶4靠近内环板3的区域在周向上也均布一排水平冷却孔9，水平冷却孔9的中心线与过渡锥顶4壁面的法向夹角Θ 2 一般为30°?60°，该水平冷却孔9的中心线与过渡锥顶4的轴线平行，配气盖板I上与水平冷却孔9相对应的位置开设一排盖板通孔7。
[0031]通常，过渡锥顶4中心位置为燃料气旋流器，燃料以一定旋流角扩张喷射进入主燃区，在一定条件下会发生燃料气向过渡锥顶4的卷曲，并附着于过渡锥顶4上，在一定温度和当量比条件下这部分附着燃料发生燃烧，会烧蚀过渡锥顶4。而本实用新型中，冷却气通过配气盖板I上靠进内环板3的盖板通孔7后，进入配气空腔6，然后沿过渡锥顶4轴向穿过过渡锥顶4上的水平冷却孔9，形成水平冷却气，该水平方向冷却气与燃料气的掺混为锐角，能够阻止燃料气附着过度锥顶，使燃料气进入主燃区，进而改善过度锥顶内侧的温度状况。
[0032]具体地，过渡锥顶4上的气膜孔8为圆形，气膜孔8的孔径为2.0?5.0mm ;相邻的两排气膜孔8在过渡锥顶4表面的距离为10.0?30.0mm ;气膜孔8的周向孔间距为10.0?40.0mm。这样的尺寸设置一方面可以保证过渡锥顶4的结构强度，另一方面有可以保证对过渡锥顶4的冷却效果。
[0033]其中，气膜孔8的中心线与过渡锥顶4壁面的法向夹角03为0°?20°。这样的角度可以保证冷却气通过过渡锥顶4上的气膜孔8后可以直接冲击到气体冲击板5上，进而在过渡锥顶4内壁上形成气膜层。
[0034]具体地，气体冲击板5的长度L为3.0?8.0mm ;气体冲击板5与过渡锥顶4壁面夹角94为0°?35°。这样的结构设置可以适应不同角度的气膜孔8，进而可以在过渡锥顶4内壁上形成均匀的气膜层。
[0035]如图4所示，所述配气盖板I上的盖板通孔7的中心线与配气盖板I壁面夹角Θ i为O。?20°，以适应过渡锥顶4上气膜孔8的角度，从而可以使冷却气顺畅地进入过渡锥顶4内侧；配气盖板上相邻的两排盖板通孔之间径向间距8.0?25.0mm,每排盖板通孔沿周向均匀分布，且盖板通孔沿周向的孔间距16.0?40.0mm，配气盖板I上的盖板通孔7 —方面起流量分配调节作用，一方面形成气体冲击效应，对过渡锥顶4进行冲击冷却。
[0036]一般地，过渡锥顶4与轴向呈20°?50°角度，以调节主燃区火焰位置及形态。
[0037]综上所述，本实用新型提供的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构中，过渡锥顶4在周向上均布有四排气膜孔8，过渡锥顶4的内壁一侧与每排气膜孔8相对的位置设置一圈气体冲击板5，配气盖板I上与气膜孔8相对应的位置开设有四排盖板通孔7，这样，进入配气空腔6中的冷却气流可以顺利穿过过渡锥顶4上的气膜孔8，进入过渡锥顶4内侧，然后冲击在气体冲击板5上，在气体冲击板5的引导下，从而在过渡锥顶4内臂上形成一层冷却气膜层，进而强化和提高了过渡锥顶4的冷却效果，以适应燃烧室出口温度升高的趋势；过渡锥顶4靠近内环板3的区域在周向上也均布一排水平冷却孔9，配气空腔6中的气体经过该水平冷却孔9形成水平冷却气，该水平方向的冷却气能够阻止燃料气附着过度锥顶，使燃料气进入主燃区，进而改善过度锥顶内侧的温度状况。
[0038]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其特征在于:其包括过渡锥顶、配气盖板、外环板和内环板，外环板和内环板均与过渡锥顶同轴线设置在过渡锥顶上，外环板位于内环板的外侧，配气盖板设置外环板和内环板之间，以与外环板、内环板和过渡锥顶形成配气空腔，且配气盖板与过渡锥顶的轴线垂直，过渡锥顶在周向上均布有多排气膜孔，过渡锥顶的内壁一侧与气膜孔相对的位置设置有气体冲击板，配气盖板上与气膜孔相对应的位置开设有多排盖板通孔。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其特征在于:所述过渡锥顶靠近内环板的区域在周向上均布一排水平冷却孔，该水平冷却孔的中心线与过渡锥顶的轴线平行，配气盖板上与水平冷却孔相对应的位置开设一排盖板通孔。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其特征在于:所述水平冷却孔的中心线与过渡锥顶壁面的法向夹角为30°?60°。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其特征在于:所述气膜孔为圆形，气膜孔的孔径为2.0?5.0mm。
5.根据权利要求4所述的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其特征在于:相邻的两排气膜孔在过渡锥顶表面的距离为10.0?30.0mm。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其特征在于:所述气膜孔的周向孔间距为10.0?40.0mm ;所述气膜孔的中心线与过渡锥顶壁面的法向夹角为0。?20°。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其特征在于:所述气体冲击板的长度为3.0?8.0mm。
8.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其特征在于:所述气体冲击板与过渡锥顶壁面夹角为0°?35°。
9.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其特征在于:所述配气盖板上的盖板通孔的中心线与配气盖板壁面夹角为0°?20°。
10.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室头部配气冷却结构，其特征在于:所述配气盖板上相邻的两排盖板通孔之间径向间距8.0?25.0mm，每排盖板通孔沿周向均匀分布，且盖板通孔沿周向的孔间距16.0?40.0mm。
【文档编号】F23R3/04GK204084460SQ201420376454
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】孙晓, 吴晶峰, 查筱晨, 张珊珊 申请人:北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司