一种燃烧室头部组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及干低排放燃烧室领域，具体涉及一种燃烧室头部组件。
【背景技术】
[0002]目前，随着用户日益严格的要求，燃气轮机排放已经成为燃气轮机行业的关键标准，而干低排放燃烧技术因其能有效地降低排放且优化燃烧室寿命，在低排放领域中应用最为广泛，干低排放燃烧技术主要采用贫预混燃烧方式，降低燃烧区火焰温度，从而保证较低的NOx排放。
[0003]由于采用贫预混燃烧方式，燃烧不稳定性成为干低排放燃烧室中的难题之一，因此燃烧室气流组织成为燃烧室设计阶段需要重点考虑的问题，需要保证燃烧室中的回流区稳定且容积足够。
[0004]现有的燃烧室头部组件在中心旋流器下游的回流区受限于中心筒体的边界，且所形成的中心回流区会受到环形区出口气流的挤压作用，导致中心回流区发展不充分，引起燃烧不稳定现象，同时回流区更多地向下游延伸，导致燃烧室出口温度场品质变差，影响燃机寿命。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种燃烧室头部组件，以解决目前燃烧室出口温度场品质差，从而影响燃机寿命的冋题。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]一种燃烧室头部组件，包括:
[0008]中心筒体，其具有中心旋流器和内筒体后壁，所述内筒体后壁附连到所述中心旋流器的上游端；
[0009]中心体外壁，与中心筒体同轴设置；
[0010]一级旋流器，位于所述内筒体后壁与所述中心体外壁之间，附连在所述中心体外壁的下游端；
[0011]扩展筒体，与所述中心体外壁直径相同，附连在所述一级旋流器的下游端。
[0012]可选地，所述中心体外壁的内壁上具有紊流器。
[0013]可选地，所述紊流器为多个环形肋，所述环形肋的轴线与所述中心筒体的轴线重合，多个所述环形肋沿轴向方向均匀分布。
[0014]可选地，所述一级旋流器焊接在中心体外壁的下游端。
[0015]可选地，所述扩展筒体焊接在一级旋流器的下游端。
[0016]可选地，所述扩展筒体的半径与高的比值为1.5?2。
[0017]本发明的有益效果:
[0018]本发明燃烧室头部组件通过中心旋流器外侧的一级旋流器帮助扩大中心回流区容积，同时增强其稳定性；同时，气流通过中心旋流器后直接突扩形成中心回流区，中心回流区轴向位置向上游移动，环形区气流对中心回流区的挤压作用大大削弱，进一步增强中心回流区稳定性，扩展了燃烧室的贫油熄火边界，优化燃烧室的性能。
【附图说明】
[0019]图1是现有技术燃气轮机燃烧室的截面的简化视图；
[0020]图2是现有技术燃气轮机燃烧室头部组件的截面的简化视图；
[0021]图3是本发明燃气轮机燃烧室的截面的简化视图；
[0022]图4是本发明燃气轮机燃烧室头部组件的截面的简化视图。
[0023]附图标记:
[0024]燃烧室10，39;
[0025]头部组件11，40;
[0026]中心筒体 12，41;
[0027]中心旋流器 13，42;
[0028]内筒体前壁 14 ；
[0029]内筒体后壁 15，43;
[0030]中心体外壁 16，44;
[0031]一级旋流器 17，45;
[0032]扩展筒体 46 ；
[0033]紊流器18，47;
[0034]中心回流区 19，48;
[0035]环形区20，49;
[0036]中心预混通道21，50;
[0037]冷却空气通道22，51。
【具体实施方式】
[0038]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
[0039]参考图1所示，大致显示了现有的燃气轮机燃烧室10的头部组件11 ;参考图2，该头部组件11包括中心筒体12、中心体外壁16与一级旋流器17 ;其中，中心筒体12包括中心旋流器13、内筒体前壁14与内筒体后壁15，三者通过焊接前后固连，形成中心预混通道21，用于燃料与空气的充分预混，并在中心预混通道21下游形成中心回流区19 (虚线部分)，用于稳定燃烧。
[0040]一级旋流器17焊接在中心筒体12的内筒体前壁14下游端的外侧，用于冷却头部组件11近火焰端面，同时能够防止燃烧室回火；中心体外壁16焊接在一级旋流器17的上游端，并与中心筒体12同轴放置，之间形成冷却空气通道22，来流空气进入冷却空气通道22冷却中心体外壁16 ;中心体外壁16包括紊流器构件18，能够增强冷却空气的紊流度，从而强化中心体外壁16的冷却效果。已有试验结果表明，环形区20(虚线部分)出口气流会对中心回流区19形成挤压，导致中心回流区19不稳定，影响燃烧稳定性。
[0041]参考图3，本发明提供了一种燃气轮机的燃烧室39的头部组件40 ;参考图4，该头部组件40包括中心筒体41、中心体外壁44与一级旋流器45。
[0042]其中，中心筒体41包括中心旋流器42与内筒体后壁43 ;内筒体后壁43通过焊接方式附连到中心旋流器42的上游端，形成中心预混通道50，用于燃料与空气的充分预混。中心预混通道50下游端形成中心回流区48 (虚线部分)，用于稳定燃烧。
[0043]一级旋流器45位于内筒体后壁43与中心体外壁44之间(形成的空隙内)，通过焊接方式附连在中心旋流器42的外侧，且位于中心体外壁44的下游端，用于强化中心旋流器42所产生的中心回流区48 (虚线部分)，增大中心回流区48容积，优化燃烧稳定性。
[0044]中心体外壁44焊接在一级旋流器45的上游端，并与中心筒体41同轴放置，之间形成冷却空气通道51，来流空气进入冷却空气通道51冷却中心体外壁44。
[0045]中心体外壁44包括紊流器47构件，能够增强冷却空气的紊流度，从而强化中心体外壁44的冷却效果；其中，紊流器47可以为多种适合的形状，本实施例中，为了进一步提高增强冷却空气的紊流度，紊流器47为多个环形肋，环形肋的轴线与中心筒体41的轴线重合，多个环形肋沿轴向方向均匀分布。
[0046]扩展筒体46能够令中心旋流器42与一级旋流器45的出口气流更早地进行突扩，从而令中心回流区48位置前移，削弱环形区49出口气流对中心回流区48的挤压作用，进一步优化燃烧稳定性；进一步，本实施例中，为了确保出口气流的突扩效果，优选扩展筒体46的半径与高的比值为1.5?2。同时，一级旋流器45出口气流在旋流作用下具有向壁面贴近的趋势，能够对扩展筒体46进行冷却，防止扩展筒体46出现烧蚀现象。
[0047]本发明燃烧室的头部组件40，通过中心旋流器42外侧的一级旋流器45帮助扩大中心回流区48容积，同时增强其稳定性；同时，气流通过中心旋流器42后直接突扩形成中心回流区48，中心回流区48轴向位置向上游移动，环形区49气流对中心回流区48的挤压作用大大削弱，进一步增强中心回流区48稳定性，扩展了燃烧室39的贫油熄火边界，优化燃烧室39的性能。
[0048]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种燃烧室头部组件，其特征在于，包括: 中心筒体(41)，其具有中心旋流器(42)和内筒体后壁(43)，所述内筒体后壁(43)附连到所述中心旋流器(42)的上游端； 中心体外壁(44)，与中心筒体(41)同轴设置； 一级旋流器(45)，位于所述内筒体后壁(43)与所述中心体外壁(44)之间，附连在所述中心体外壁(44)的下游端； 扩展筒体(46)，与所述中心体外壁(44)直径相同，附连在所述一级旋流器(45)的下游端。2.根据权利要求1所述的燃烧室头部组件，其特征在于，所述中心体外壁(44)的内壁上具有紊流器(47)。3.根据权利要求2所述的燃烧室头部组件，其特征在于，所述紊流器(47)为多个环形肋，所述环形肋的轴线与所述中心筒体(41)的轴线重合，多个所述环形肋沿轴向方向均匀分布ο4.根据权利要求1所述的燃烧室头部组件，其特征在于，所述一级旋流器(45)焊接在所述中心体外壁(44)的下游端。5.根据权利要求1所述的燃烧室头部组件，其特征在于，所述扩展筒体(46)焊接在所述一级旋流器(45)的下游端。6.根据权利要求1所述的燃烧室头部组件，其特征在于，所述扩展筒体(46)的半径与高的比值为1.5?2。
【专利摘要】本发明涉及干低排放燃烧室领域，具体涉及一种燃烧室头部组件，以解决目前燃烧室出口温度场品质差，从而影响燃机寿命的问题。燃烧室头部组件包括：中心筒体，其内筒体后壁附连到中心旋流器的上游端；中心体外壁，与中心筒体同轴设置；一级旋流器，附连在中心体外壁的下游端；扩展筒体，附连在一级旋流器的下游端。本发明燃烧室头部组件通过中心旋流器外侧的一级旋流器帮助扩大中心回流区容积，同时增强其稳定性；同时，气流通过中心旋流器后直接突扩形成中心回流区，中心回流区轴向位置向上游移动，环形区气流对中心回流区的挤压作用大大削弱，进一步增强中心回流区稳定性，扩展了燃烧室的贫油熄火边界，优化燃烧室的性能。
【IPC分类】F23R3/38
【公开号】CN105240872
【申请号】CN201510591749
【发明人】王正阳, 赵凯岚, 张善军, 周建华, 马宏宇
【申请人】中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月17日