一种燃烧室火焰筒结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及动力装备【技术领域】，尤其涉及一种燃烧室火焰筒结构，包括头部端壁和火焰筒壁，其特征在于，所述的火焰筒壁沿轴向被划分为可替换斜孔壁和气膜冷却壁，可替换斜孔壁上设置有多个斜孔和多个主燃孔，两端分别于与头部端壁以及气膜冷却壁连接。本实用新型通过在主燃区火焰筒壁面引入斜孔，对壁面形成更好的保护，同时对燃烧起辅助稀释作用，降低排放；由于斜孔壁的可单独替换性，降低了火焰筒的维修成本。
【专利说明】一种燃烧室火焰筒结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及动力装备【技术领域】，尤其涉及一种燃烧室火焰筒结构。
【背景技术】
[0002]燃气轮机包括压气机，燃烧室，透平三大部件。其中，燃气轮机的最高温度区存在于燃烧室，燃烧室作为连接压气机和透平的燃气燃烧部件，将化学能转化为热能，将热空气通入透平做功。在燃烧室前端装有燃料喷嘴，喷嘴喷出的燃料与进入的空气在燃烧室内燃烧，燃烧温度可达2000摄氏度以上，压力可达20个大气压。燃烧室外缸在高温下很难承受这样的高压。为降低燃烧室缸壁的温度，以保证其强度，通常在燃烧室内设火焰筒，减少外缸受热，使其主要承压。
[0003]火焰筒一般采用耐高温合金制成，目前的火焰筒金属材料正常工作温度都在1000摄氏度以下，因此必须对火焰筒进行冷却，且冷却结构的合理性对火焰筒的工作寿命影响很大。目前用于燃气轮机火焰筒的基本冷却方式主要有气膜冷却、发散冷却、冲击发散组合冷却、层板冷却等，基本原理大多是将一部分冷气从燃烧室外环腔引入至火焰筒内，在火焰筒内壁形成气膜，一方面冷却火焰筒壁，另一方面隔离热燃气。良好的冷却结构应能在火焰筒内侧形成分布均匀，且湍流度低、贴壁好的气膜，同时避免气膜叠加过厚影响燃烧组织。在实际燃机运行中，火焰筒壁面的温度分布往往是不均匀的甚至不同区域有着明显的差异，对于这种情况下冷却结构的选取比较困难，一种冷却结构很难保证适用于所有的区域。另一方面，先进燃烧室火焰筒热负荷的增加和可用冷气量的减少之间存在着矛盾。
[0004]已知的传统燃气轮机燃烧室火焰筒，一般采用整体压制的方法加工火焰筒本体，然后在其表面加工气膜孔并焊接金属挡板，以使引入的冷却气体更好贴壁。一方面，火焰筒长期在高温下工作面临着蠕变、氧化问题，并且其在燃气轮机的不断启停过程中承受着热机械疲劳；另一方面，由于火焰筒内燃烧场的不确定性、造成热负荷的不均匀性，以及传统冷却结构冷却性能的限制，导致火焰筒壁面本身温度分布不均，易造成较大热应力。火焰筒在使用的过程中出现疲劳裂缝，其修复方法一般为修补焊接，然而火焰筒冷却结构的复杂性以及隔热涂层的使用都增加了焊接修补的难度，当火焰筒内多处存在裂痕时，对其进行修复是不现实的，需要进行更换，而作为整体压制而成的火焰筒，此时则需要整体替换，花费昂贵。
[0005]如专利CN 101113820A中，采用了在主燃孔区域添加不同角度发散冷却孔的方式来增强该区域的冷却效率，该结构可以有效增强主燃孔附近的冷却，但是对于不同的火焰筒，主燃孔区域不一定为需要增强冷却的区域；并且这样的结构较容易在主燃孔和发散冷却孔之间产生应力集中，因为其不可替换，经过长时间工作，较容易损坏。
[0006]因此，针对以上不足，本实用新型提供了一种燃烧室火焰筒结构。
实用新型内容
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]本实用新型要解决的技术问题是现有技术中在主燃孔区域添加不同角度发散冷却孔的方式来增强该区域的冷却效率，对于不同的火焰筒，主燃孔区域不一定为需要增强冷却的区域；并且这样的结构较容易在主燃孔和发散冷却孔之间产生应力集中，并且不可替换，经过长时间工作，较容易损坏。
[0009]( 二 )技术方案
[0010]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃烧室火焰筒结构，其特征在于:包括头部端壁和火焰筒壁，其特征在于，所述的火焰筒壁沿轴向被划分为可替换斜孔壁和气膜冷却壁，可替换斜孔壁上设置有多个斜孔和多个主燃孔，两端分别与头部端壁以及气膜冷却壁连接。
[0011]其中，所述可替换斜孔壁沿轴向前后都设置有V型坡口，采用焊接方式与头部端壁以及气膜冷却壁连接。
[0012]其中，所述气膜冷却壁上设有气膜孔，且在内壁面上设有气膜挡板。
[0013]其中，所述斜孔与火焰筒轴向具有流向倾角α，所述流向倾角α范围为30°?60。。
[0014]其中，所述斜孔与火焰筒径向具有周向倾角β，所述周向倾角β范围为30°?60。。
[0015]其中，所述的可替换斜孔壁上的斜孔孔径小于火焰筒壁厚。
[0016](三)有益效果
[0017]本实用新型的上述技术方案具有如下优点:本实用新型通过斜孔冷却对主燃区火焰筒壁面形成更好的保护，提高该区域的冷却效率和冷却均匀性，降低火焰筒壁面温度，减小热应力；由于将火焰筒在结构上划分为三部分并通过焊接成型，使火焰筒具有部分可替换性。若在火焰筒较易产生热疲劳应力的主燃区壁面出现难修复的损坏，可对此部分单独替换；由于火焰筒的主燃孔同样位于可替换的斜孔壁上，因此，对于斜孔壁的替换可兼顾对燃烧组织的调节；主燃区火焰筒壁斜孔的引入提高了燃料空气混合速率，在一定程度上起到辅助稀释作用，降低燃烧温度，进而减少污染，降低排放。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型提供的一种具有可替换斜孔壁的火焰筒结构原理示意图；
[0019]图2为一种具有可替换斜孔壁的火焰筒结构的整体三维结构示意图；
[0020]图3为可替换斜孔壁的横截面示意图；
[0021]图中:1:火焰筒；2:头部端壁；3:火焰筒壁；4:可替换斜孔壁；5:气膜冷却壁；6:斜孔；7:主燃孔；8:气膜孔；9:气膜挡板；10:V型坡口。
【具体实施方式】
[0022]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。
[0023]由图1所示，本实用新型提供了一种燃烧室火焰筒结构I结构，包括头部端壁2和火焰筒壁3，而所述火焰筒壁3又划分为可替换斜孔壁4和气膜冷却壁5，所述可替换斜孔壁4上同时存在多个斜孔6和多个主燃孔7，两端分别与头部端壁2以及气膜冷却壁5连接。引入斜孔结构6进行冷却和辅助稀释的区域对应燃烧室的主燃区，在所述气膜冷却壁5上设有气膜孔8，同时在内壁设有气膜挡板9，气膜挡板9设在气膜孔8相对应内壁前方位置。
[0024]由图1所示，可替换斜孔壁沿轴向前后都设置有V型坡口 10，采用焊接方式与所述头部端壁2以及所述气膜冷却壁5连接。图2显示了由此连接得到的火焰筒I整体结构。
[0025]对于所述可替换斜孔壁4上的所述斜孔6，采用交叉排布的布置方式，且所述斜孔6的排布不限于均布。所述的可替换斜孔壁4的斜孔孔径最大应小于火焰筒I壁厚，斜孔6具有一定的流向倾角α和周向倾角β。如图1所示，在本实用新型的一个典型实施例中，所述斜孔6与火焰筒I轴向具有流向倾角α，所述流向倾角α范围为30°?60°，斜孔6的开孔倾斜方向与火焰筒I内流体的流动方向相一致；如图3所示，在本实用新型的另一个典型实施例中，所述斜孔6与火焰筒I径向具有周向倾角β，所述周向倾角β范围为30°?60°，斜孔6的开孔倾斜方向与火焰筒I内壁面附近的气流旋流方向相一致。
[0026]使用时，火焰筒I外侧的冷空气在流经所述可替换斜孔壁4时，部分冷空气从壁面的所述主燃孔7进入火焰筒I内部的主燃区，参与所述火焰筒I内部流体的气流组织并参与燃料燃烧，部分冷空气由壁面的所述斜孔6流动到所述火焰筒I内部的主燃区，流过所述斜孔6的冷却空气首先对主燃区的火由可替换斜孔壁4进行冷却，进而在与所述火焰筒I内的流体掺混的过程中起到燃料稀释作用，辅助燃烧。在本实用新型所述的实施例中，由于所述可替换斜孔4具有一定的流向倾角α和周向倾角β，可形成更好的贴壁气膜，降低所述可替换斜孔壁4的壁面温度。同时由于所述斜孔6的辅助稀释作用，加快了燃料与空气的混合速率，可以降低燃烧温度，减少NOx排放。另外，所述火焰筒I的所述头部端壁2、所述可替换斜孔壁4和所述气膜冷却壁5分别加工，并焊接成型。由于主燃区壁面通常温度梯度较大，容易产生热疲劳应力，在所述火焰筒I的检修过程中，若发现仅所述可替换斜孔壁4存在不可修复损坏，可单独加工替换所述可替换斜孔壁4，不必替换整个火焰筒I。在替换所述可替换斜孔壁4的过程中，一方面可以通过调整壁面上的所述主燃孔7，以设法调整燃烧组织，减小所述火焰筒I热负荷，另一方面也可以通过故障分析，对于易产生热疲劳区域调整所述斜孔6布置，进而获得更好的壁温分布。
[0027]综上所述，本实用新型提供了一种由包括头部端壁和火焰筒壁，其特征在于，所述的火焰筒壁沿轴向被划分为可替换斜孔壁和气膜冷却壁，可替换斜孔壁上设置有多个斜孔和多个主燃孔，两端分别于与头部端壁以及气膜冷却壁连接。本实用新型通过在主燃区火焰筒壁面引入斜孔，对壁面形成更好的保护，同时对燃烧起辅助稀释作用，降低排放；由于斜孔壁的可单独替换性，降低了火焰筒的维修成本。
[0028]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种燃烧室火焰筒结构，其特征在于:包括头部端壁(2)和火焰筒壁(3)，其特征在于，所述的火焰筒壁(3)沿轴向被划分为可替换斜孔壁(4)和气膜冷却壁(5)，可替换斜孔壁(4)上设置有多个斜孔(6)和多个主燃孔(7)，两端分别与头部端壁(2)以及气膜冷却壁(5)连接。
2.根据权利要求1所述的燃烧室火焰筒结构，其特征在于:所述可替换斜孔壁(4)沿轴向前后都设置有V型坡口(10)，采用焊接方式与头部端壁(2)以及气膜冷却壁(5)连接。
3.根据权利要求1所述的燃烧室火焰筒结构，其特征在于:所述气膜冷却壁(5)上设有气膜孔(8)，且在内壁面上设有气膜挡板(9)。
4.根据权利要求1所述的燃烧室火焰筒结构，其特征在于:所述斜孔(6)与火焰筒(I)轴向具有流向倾角α，所述流向倾角α范围为30°?60°。
5.根据权利要求1所述的燃烧室火焰筒结构，其特征在于:所述斜孔(6)与火焰筒(I)径向具有周向倾角β，所述周向倾角β范围为30°?60°。
6.根据权利要求1所述的燃烧室火焰筒结构，其特征在于:所述的可替换斜孔壁(4)上的斜孔(6)孔径小于火焰筒(I)壁厚。
【文档编号】F23R3/42GK204227467SQ201420632152
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】查筱晨, 孙晓, 杨旭, 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