燃烧室的头部装置、燃烧室及燃气轮机的制作方法

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃烧室的头部装置、燃烧室及燃气轮机。

背景技术：

燃气轮机是以空气为介质，靠高温燃气推动涡轮机械连续做功的大功率、高性能动力机械。它主要是由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成，再配以进气、排气、控制、传动和其它辅助系统。燃气轮机的热力学循环过程如下：

压气机连续不断地从外界大气中吸入空气并增压，被压缩后的空气温度升高有利于与燃料进行更猛烈的化学反应，更大的膨胀比也有利于压缩空气燃烧后释放更大的能量；

压缩空气从压气机出来后即进入燃烧室，首先会在燃烧室进口与喷入燃料进行掺混，然后点火燃烧，空气温度上升数百甚至上千度，压力也会激增；

高温高压的燃气从燃烧室出口喷出，在膨胀的同时推动涡轮叶片做功，涡轮将燃气的能量转化为动能后，一部分用于压气机压缩空气持续进行热力学循环，更大一部分则通过主轴将转子的扭矩输出。整个热力学循环使燃气轮机实现了燃料化学能向机械能转换的最终目的。

燃气轮机的燃烧室在研发过程中需要进行大量的实验。在需要测试不同主级燃料喷管的燃烧效果时，需要对喷管进行更换。现有技术中，燃烧室的头部装置的喷管和集气匣焊接固定，不可拆换，当喷管不适用时，需要根据设计重新加工，极大的浪费了研发时间和成本。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种燃烧室的头部装置、燃烧室及燃气轮机，以节约燃烧室的研发时间和成本。

本发明实施例提供的燃烧室的头部装置，包括由近及远同轴设置的法兰、集气匣和头部进气件，以及主级燃料管、辅助支撑杆、值班级燃料管和多个主级燃料喷管，其中：头部进气件包括混气筒和环绕混气筒且平行于混气筒轴向的多个预混气通道孔，混气筒的近端具有端板，端板中心具有第一通孔；集气匣固定于头部进气件，集气匣的近侧腔壁具有径向对称的第二通孔和第三通孔，多个主级燃料喷管与集气匣的远侧腔壁螺纹连接，每个主级燃料喷管与集气匣的内腔相通且一一对应的伸入预混气通道孔内；值班级燃料管固定于法兰且穿过第一通孔；主级燃料管固定于法兰和第二通孔，辅助支撑杆固定于法兰和第三通孔。

可选的，主级燃料喷管的数量为10～24个且在集气匣的远侧腔壁上均匀分布。

较佳的，主级燃料喷管具有限位于集气匣远侧腔壁外的凸台。

可选的，主级燃料喷管的燃料出口沿主级燃料喷管的轴向设置。

可选的，主级燃料喷管的燃料出口沿主级燃料喷管的径向设置。

可选的，主级燃料喷管的燃料出口至少为两个且沿主级燃料喷管的周向均匀分布。

较佳的，法兰对应第一通孔的位置具有螺纹孔，对应第二通孔的位置具有第四通孔，对应第三通孔的位置具有第五通孔；值班级燃料管、主级燃料管和辅助支撑杆具有外螺纹，值班级燃料管通过与螺纹孔螺纹锁接固定于法兰，主级燃料管穿过第四通孔并通过位于第四通孔两侧的一对第一螺母固定于法兰，辅助支撑杆穿过第五通孔并通过位于第五通孔两侧的一对第二螺母固定于法兰。

较佳的，主级燃料管与第二通孔焊接，辅助支撑杆与第三通孔焊接。

本发明实施例还提供一种燃烧室，包括前述任一技术方案所述的头部装置。

本发明实施例还提供一种燃气轮机，包括前述技术方案所述的燃烧室。

燃烧室采用前述的头部装置，当需要测试不同主级燃料喷管的燃烧效果时，只需将主级燃料喷管拧下并更换即可，相比现有技术，大大节约了燃烧室的研发周期，降低了研发成本。

附图说明

图1a为本发明一实施例头部装置应用于燃烧室截面视图(第一尺寸形态)；

图1b为本发明一实施例头部装置应用于燃烧室截面视图(第二尺寸形态)；

图2为本发明一实施例头部装置剖视立体图；

图3为本发明一实施例中集气匣与头部进气件装配的剖视立体图；

图4为本发明一实施例中集气匣截面视图；

图5为本发明一实施例中头部进气件立体视图；

图6为本发明一实施例中集气匣与主级燃料喷管装配截面图；

图7本发明一实施例中的主级燃料喷管截面示意图；

图8本发明另一实施例中的主级燃料喷管截面示意图。

附图标记：

1-头部装置

10-法兰

11-集气匣

12-头部进气件

13-主级燃料管

14-辅助支撑杆

15-值班级燃料管

16-主级燃料喷管

161-凸台

162-燃料出口

121-混气筒

122-预混气通道

123-端板

124-第一通孔

111-第二通孔

112-第三通孔

101-螺纹孔

102-第四通孔

103-第五通孔

17-第一螺母

18-第二螺母

2-机匣

3-火焰筒

201-高压空气入口

301-高压空气喷射小孔

302-高压空气喷射大孔

具体实施方式

为节约燃气轮机的燃烧室的研发时间和成本，本发明实施例提供了一种燃烧室的头部装置、燃烧室及燃气轮机。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1a、图2至图6所示，本发明实施例提供的燃烧室的头部装置1，包括由近及远同轴设置的法兰10、集气匣11和头部进气件12，以及主级燃料管13、辅助支撑杆14、值班级燃料管15和多个主级燃料喷管16，其中：头部进气件12包括混气筒121和环绕混气筒121且平行于混气筒121轴向的多个预混气通道孔122，混气筒121的近端具有端板123，端板123中心具有第一通孔124；集气匣11固定于头部进气件12，集气匣11的近侧腔壁具有径向对称的第二通孔111和第三通孔112，多个主级燃料喷管16与集气匣11的远侧腔壁螺纹连接，每个主级燃料喷管16与集气匣11的内腔相通且一一对应的伸入预混气通道孔122内；值班级燃料管15固定于法兰10且穿过第一通孔124；主级燃料管13固定于法兰10和第二通孔111，辅助支撑杆14固定于法兰10和第三通孔112。

燃烧室除包含上述头部装置1外，通常还包括机匣2、火焰筒3和点火装置(图中未示出)等，其中，机匣2表面设有高压空气入口201、火焰筒3表面设有高压空气喷射小孔301和高压空气喷射大孔302。头部进气件12固定在火焰筒3的近端，混气筒121和多个预混气通道孔122通向火焰筒3，法兰10与机匣1的近端固定安装。

在本申请中，以法兰10作为参照，定义部件靠近法兰10的一侧为近侧，相应的，定义部件远离法兰10的一侧为远侧。

燃烧室启动工作时，首先值班级燃料管15开启，燃料依次通过值班级燃料管15、混气筒121进入火焰筒3；间隔一定时间后，主级燃料管13开启，燃料依次通过主级燃料管13、集气匣11、多个主级燃料喷管16、多个预混气通道孔122进入火焰筒3，从而保证进入火焰筒3的燃料在火焰筒3的截面方向上均匀。点火装置在火焰筒3内将燃料与空气点燃后，形成高温高压燃气，进入燃气轮机的涡轮膨胀做功。

本发明实施例燃烧室采用前述头部装置1设计，当需要测试不同主级燃料喷管16的燃烧效果时，只需将主级燃料喷管16拧下并更换即可，相比现有技术，大大节约了燃烧室的研发周期，降低了研发成本。

在本发明实施例中，可选的，主级燃料喷管16的数量为10～24个且在集气匣11的远侧腔壁上均匀分布，较多数量且均匀分布的主级燃料喷管16使得经头部进气件12后进入火焰筒3的燃料更加均匀，有利于燃料的均匀充分燃烧，提高燃料利用率。

如图6至图8所示，主级燃料喷管16的设计上进一步具有限位于集气匣11远侧腔壁外的凸台161。这样便于对主级燃料喷管16在集气匣11上的安装进行定位，使主级燃料喷管16伸入预混气通道孔122内的长度适当。

主级燃料喷管16的燃料出口162的具体结构形式不限，如图7所示，在一个可选实施例中，主级燃料喷管16的燃料出口162沿主级燃料喷管16的轴向设置。如图8所示，在另一个可选实施例中，主级燃料喷管16的燃料出口162沿主级燃料喷管16的径向设置。可以根据燃料喷射方向需要进行相应的结构设计。此外，如图8所示，主级燃料喷管16的燃料出口162可以至少为两个且沿主级燃料喷管16的周向均匀分布，也有利于燃料更加均匀的分散喷出。

请参照图1a、图1b、图2至图5所示，法兰10对应第一通孔124的位置具有螺纹孔101，对应第二通孔111的位置具有第四通孔102，对应第三通孔112的位置具有第五通孔103；值班级燃料管15、主级燃料管13和辅助支撑杆14具有外螺纹，值班级燃料管15通过与螺纹孔101螺纹锁接固定于法兰10，主级燃料管13穿过第四通孔102并通过位于第四通孔102两侧的一对第一螺母17固定于法兰10，辅助支撑杆14穿过第五通孔103并通过位于第五通孔103两侧的一对第二螺母18固定于法兰10。

对比图1a和图1b所示，采用上述设计，当燃烧室的机匣2与火焰筒3的轴向尺寸因设计、加工和安装方式等作出调整时(如由图1a中的d1调整为图1b中的d2)，可以通过调整主级燃料管13、辅助支撑杆14和值班级燃料管15在法兰10上的穿出长度，从而使头部装置1能够匹配燃烧室的设计安装要求，进一步节约了燃烧室的研发时间和成本。

在本发明上述实施例中，可选的，主级燃料管13与第二通孔111焊接，辅助支撑杆14与第三通孔112焊接。此外，如果主级燃料管13的远端设计有环形凸沿，也可以通过设置在环形凸沿处的螺钉或螺栓将主级燃料管13和第二通孔111固定连接，辅助支撑杆14与第三通孔112也可以相应的采用该种紧固连接设计方案。

本发明实施例还提供一种燃烧室，包括前述任一技术方案的头部装置。头部装置的设计大大节约了燃烧室的研发周期，降低了研发成本。

本发明实施例还提供一种燃气轮机，包括前述技术方案的燃烧室。由于采用前述头部装置设计方案，该燃气轮机燃烧室的研发周期大大缩短，研发成本得以降低。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。