一种地面燃机燃烧室的火焰筒结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机领域，具体而言，涉及一种地面燃机燃烧室的火焰筒结构。
【背景技术】
[0002]随着重型燃气轮机技术的发展，现代重型燃气轮机追求超低污染排放，同时向着高温升的方向发展，燃气轮机总体性能的提升对主燃烧室设计提出了更高要求。
[0003]主燃烧室是用来将燃气中的化学能转变为热能，将压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许温度，以便进入涡轮做功的装置。火焰筒是燃烧室的主要组成部件，也是发动机最重要的受热部件之一，同时火焰筒是燃烧室中故障最多的部件，也是限制发动机寿命的关键部件。由于现代火焰筒冷却技术的发展要求，火焰筒的结构变得越来越复杂。火焰筒是开孔薄壁结构，不但筒体的几何尺寸差异大，而且筒壁上还开有很多不同孔径的冷却气膜孔、掺混孔以保证占总气量20%的冷却气量从火焰筒侧壁进入。这样的开孔结构不仅加工复杂，导致火焰筒温度分布上存在着很大的温度梯度，容易出现应力集中现象。
[0004]为了降低NOx排放和获得较高的燃烧效率，现代燃气轮机燃烧室越来越多地采用燃料-空气预混的燃烧方式。然而预混燃烧更易产生振荡现象一一声波、流体力学和放热之间相互作用。振荡出现时，会伴随着放热量和压力的大幅波动，使系统性能下降并降低燃烧室的使用寿命，因此燃烧系统的设计必须保证能够避免或控制振荡现象。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种地面燃机的火焰筒结构，能使减少局部高温度梯度的出现，也极大的减少了 NOx的排放，同时防止了热声振荡的发生。
[0006]本发明通过如下技术手段解决上述技术问题:其基本结构为螺旋式弹簧，包括四段直径渐变的环形段。
[0007]所述火焰筒四段长度相等，为别为90mm?110mm。
[0008]所述火焰筒的第一段前端和第四段后端与燃烧室机匣固定连接。
[0009]所述火焰筒第一段螺旋的旋转方向为左手旋，第二段为右手旋，第三段为左手旋，第四段为右手旋。
[0010]作为本发明的进一步改进:火焰筒的第一段为直筒型，第二、三段的直径为渐扩型，扩张半角为4?6°，第四段的直径为渐扩型，扩张半角为3?4°。
[0011]作为本发明的优选实施方式:第一段弹簧的缝隙(即螺距与弹簧钢直径的差)宽度为0.1mm?0.4mm，第二、三段弹簧的缝隙宽度为0.9?1.1mm，第四段弹簧的缝隙宽度为
0.4 ?0.8mm。
[0012]采用本发明可以取得以下有益效果:
[0013]1)本发明通过改变主燃烧室火焰筒的结构，改变了声波在主燃烧室内的传播，进而使声压振动与热释放速率波动的相位差不会始终保持不变，同时弹簧本身具有缓冲压力的作用，从而有效防止了热声振荡的发生。
[0014]2)本发明中掺混气均匀的从弹簧式火焰筒壁面的缝隙进入，省去了单独设置冷却孔、掺混孔的加工步骤，且能使燃料和空气混合的更加均匀，减少了局部高温度梯度的出现，提高了燃烧室的使用寿命，也极大的减少了 NOx的排放。
【附图说明】
[0015]图1:本发明的实例的剖视正等测图
[0016]图2:本发明的纵向剖视图
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述:
[0018]本实施例的一种地面燃机燃烧室的火焰筒结构，所述火焰筒壁面由螺旋式的弹簧钢构成，包括依次相连的四段，且四段长度相等，为别为90mm?110mm。如图2所示，火焰筒第一段1螺旋的旋转方向为左手旋，第一段弹簧的缝隙(即螺距与弹簧钢直径的差)宽度为0.1_?0.4_，且弹簧式火焰筒直径不变。如图1所示，第一段火焰筒起始端与主旋流筒外壁8出口端相连，同时与燃烧室机匣7通过圆柱形支柱6固定连接，圆柱形支柱6有四个，在周向上分布均匀。外侧有占燃烧室总空气量20%的冷却掺混气从主旋流筒外壁8和机匣7的间隙进入燃烧室，第一段火焰筒直径不变，气流对这段只起到冷却作用。
[0019]如图2所示，火焰筒第二、三段的直径为渐扩型，扩张半角为4?6°，第二段为右手旋，第三段为左手旋，第二、三段弹簧的缝隙宽度为0.9?1.1mm。如图1所示，当冷却掺混空气流动到第二、三段时，大部分掺混空气可以通过较大的缝隙和外扩的结构进入火焰筒内部参与燃烧，此部分的火焰筒的缝隙和扩张角度可以有效的控制参与燃烧的空气量。
[0020]如图2所示，火焰筒第四段4螺旋为右手旋，与上一个螺旋的旋向相反，弹簧的缝隙宽度为0.4?0.8_，直径为渐扩型，扩张半角减小为3?4°，减小掺混气量的进入。该结构可以改变声波在主燃烧室内的传播，进而使声压振动与热释放速率波动的相位差不会始终保持不变，同时弹簧本身具有缓冲压力的作用，从而有效防止了热声振荡的发生。如图1所示，火焰筒第四段4通过支柱5与机匣7固定连接，该支柱5有4个，在周向上分布均匀。
[0021]上述实施例仅为本发明的一个优选实施方式，不应成为对本发明保护范围的限制，本发明的【具体实施方式】不限上述实施例。
【主权项】
1.一种地面燃机燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，所述火焰筒壁面由螺旋式的弹簧钢构成，包括依次相连的四段，四段长度相等，分别为90mm?110mm。2.根据权利要求1所述的一种地面燃机燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，所述火焰筒的第一段的为直筒型，弹簧的缝隙(即螺距与弹簧钢直径的差)宽度为0.1_?0.4_，螺旋的旋转方向为左手旋。3.根据权利要求1所述的一种地面燃机燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，所述火焰筒的第二、三段的直径为渐扩型，扩张半角为4?6°，弹簧的缝隙宽度为0.9?1.1mm，第二、三段的螺旋的旋转方向分别为右手旋和左手旋。4.根据权利要求1所述的一种地面燃机燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，所述火焰筒的第四段的直径为渐扩型，扩张半角为3?4°，弹簧的缝隙宽度为0.4?0.8_，第四段的螺旋的旋转方向为右手旋。5.根据权利要求1所述的一种地面燃机燃烧室的火焰筒结构，其特征在于，所述火焰筒的第一段前端和第四段后端与燃烧室机匣固定连接。
【专利摘要】本发明所提供的一种地面燃机燃烧室的火焰筒结构，其基本结构为螺旋式弹簧，包括四段直径渐变的环形段，此火焰筒结构简单，免去单独设置冷却孔、掺混孔的加工步骤。本发明通过改变主燃烧室火焰筒的结构，改变声波在主燃烧室内的传播，进而使声压振动与热释放速率波动的相位差不会始终保持不变，从而防止热声振荡的发生。本发明中掺混气均匀的从弹簧式火焰筒壁面的缝隙进入，能使燃料和空气混合的更加均匀，减少局部高温度梯度的出现，提高燃烧室的使用寿命，也可以极大的减少NOx的排放。
【IPC分类】F23R3/42
【公开号】CN105423344
【申请号】CN201610015950
【发明人】张群, 邢力, 黎超超, 汪玉明, 杨省喆
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2016年1月12日