专利名称：一种带有中心旋流器的火焰筒的制作方法
技术领域：
本发明属于工业用燃气轮机领域，特别提供了一种用于燃气轮机燃烧系统的火焰筒。
背景技术：
火焰筒是燃气轮机燃烧室不可缺少的核心部件，一般由高温合金材料制成，其功 用是①使燃料与由压气机送来的一部分空气在火焰筒内进行有效燃烧；②使由压气机送 来的另一部分空气与燃烧后形成的高温燃气进行掺混，使之成为燃气透平能够承受的高温 燃气，为其在燃气透平中膨胀作功准备条件。 对火焰筒提出的要求主要包括①燃料必须在火焰筒内燃烧完全，燃烧火焰短，严 防火焰伸入透平；②火焰筒出口的燃气温度场比较均匀，防止透平叶片局部过热或发生较 大的热应力；③火焰筒冷却良好，满足长寿命使用要求；④流阻损失小；⑤尽可能减小火焰 筒尺寸和重量，使结构简化，便于制造。 在满足火焰稳定燃烧的前提下，采取相应的技术措施来强化火焰筒头部燃烧区内 燃料和燃烧空气的掺混，縮短火焰长度，对于提高火焰筒出口温度场均匀性和縮短火焰筒 长度有较大帮助。 对于直径尺寸较大的圆柱形火焰筒结构，特别是用于重型燃气轮机燃烧室的火焰 筒，目前，普遍采用1个火焰筒对应安装多个燃料喷嘴的方式来充分利用火焰筒头部燃烧 区的空间，强化燃料和燃烧空气掺混，縮短火焰长度，多个燃料喷嘴沿火焰筒轴线呈圆周均 布。 图1为外壁单侧进气的圆柱形火焰筒典型结构，火焰筒由外壁组件3、前端板2及 6个空气旋流器1共同组成。外壁组件3由多个气膜段焊接制成，外壁组件3上加工主燃孔 4和补燃孔5。火焰筒上6个空气旋流器1沿火焰筒中心轴线7均匀分布，6个空气旋流器 1对应安装6个燃料喷嘴。燃料由6个燃料喷嘴供入火焰筒头部燃烧区后，与经空气旋流器 1、主燃孔4和补燃孔5进入的燃烧空气进行掺混和燃烧反应。这种燃料由多个燃料喷嘴供 入的方式，增加了燃料和燃烧空气掺混时的接触面积，能够加速燃料和空气掺混过程，实践 证明，这种结构对有效利用火焰筒头部燃烧区空间，縮短火焰长度效果明显。但存在的问题 是，由于火焰筒的直径较大，燃烧空气由火焰筒外壁上的主燃孔4和补燃孔5进入时，空气 的射流深度不足，无法有效供入火焰筒燃烧区的中心区域，造成中心区燃烧空气不足，燃烧 不完全，中心区火焰较长。火焰筒长度较短时，燃烧室出口温度场均匀性变差。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有中心旋流器的火焰筒，用于解决直径较大的火焰筒 采用多喷嘴供入燃料时，中心区燃烧空气不足的问题。 本发明提供一种带有中心旋流器的火焰筒，火焰筒由外壁组件3、前端板2、安装 在前端板2上的空气旋流器1和1个中心旋流器6组成，其中空气旋流器1沿火焰筒中心轴线呈周向均匀分布，中心旋流器6位于火焰筒轴线上。 本发明提供的带有中心旋流器的火焰筒，所述的中心旋流器6由外轮毂8、旋流叶 片9和内轮毂10组成，并在内轮毂上分布有围绕中心旋流器轴线呈圆周分布的射流孔11， 以吹除回流的内轮毂前的高温燃气，见图4。 本发明提供的带有中心旋流器的火焰筒，中心旋流器6的中心轴与火焰筒中心轴 线重合并不对应安装燃料喷嘴。 本发明提供的带有中心旋流器的火焰筒，所述的中心旋流器6为叶片式结构、切 向孔结构或切向槽结构中的任意一种，空气旋流器对应安装燃料喷嘴。 本发明提供的带有中心旋流器的火焰筒，空气旋流器叶片或切向孔相对于自身轴 线的偏转角度为10 80° 。 本发明提供的带有中心旋流器的火焰筒，外壁组件3由多个气膜段焊接制成，并 有周向分布的主燃孔4和补燃孔5。 本发明提供的带有中心旋流器的火焰筒，其工作原理是空气经过中心旋流器后， 产生旋流，在燃烧区内向外侧膨胀，与燃料喷嘴供入的燃料进行掺混，并发生燃烧反应。同 时，由中心旋流器内轮毂上的射流孔进入的少量空气，用于吹除中心旋流器内轮毂前的高 温燃气，防止旋流器内环的壁温过高。 本发明的优点为通过在火焰筒前端板2上增加一个中心旋流器，能够补充中心 区燃烧空气，弥补火焰筒外壁组件3上主燃孔4和补燃孔5进气射流深度不足的问题，有利 于縮短火焰长度，改善出口温度场均匀性。在火焰筒前端板2上安装中心旋流器6对火焰 筒改动量小，不需增加额外的冷却空气，可保持工作过程中火焰筒壁面温度不变。同时，这 种中心旋流器自身结构简单，加工制造成本低。
图1外壁单侧进气的圆柱形火焰筒典型结构示意图
图2带中心旋流器的火焰筒结构示意图
图3带中心旋流器的火焰筒立体图
图4中心旋流器结构图
具体实施例方式
—种带有中心旋流器的火焰筒，见图2、图3。火焰筒由外壁组件3、前端板2、安装 在前端板2上的6个空气旋流器1和1个中心旋流器6组成，其中空气旋流器1沿火焰筒 中心轴线7呈周向均匀分布，中心旋流器6位于火焰筒轴线上。 外壁组件3由多个气膜段焊接制成，外壁组件3上加工主燃孔4和补燃孔5。 6个 空气旋流器1对应安装6个燃料喷嘴。中心旋流器6的中心轴与火焰筒中心轴线7重合， 中心旋流器6不对应安装燃料喷嘴。 所述的中心旋流器为叶片式结构，直径为53mm，由外轮毂8、旋流叶片9和内轮毂 10组成，包括18个叶片9且叶片相对于中心旋流器的中心轴线偏转角度为35° ;中心旋流 器在内轮毂上安装有围绕中心旋流器中心轴呈圆周分布的射流孔11。见图4。
权利要求
一种带有中心旋流器的火焰筒，其特征在于火焰筒由外壁组件(3)、前端板(2)、安装在前端板(2)上的空气旋流器(1)和1个中心旋流器(6)组成，其中空气旋流器(1)沿火焰筒中心轴线呈周向均匀分布，中心旋流器(6)位于火焰筒轴线上。
2. 按照权利要求1所述的带有中心旋流器的火焰筒，其特征在于所述的中心旋流器 (6)由外轮毂(8)、旋流叶片(9)和内轮毂(10)组成，并在内轮毂上分布有围绕中心旋流器 轴线呈圆周分布的射流孔(ll)，以吹除回流的内轮毂前的高温燃气。
3. 按照权利要求2所述的带有中心旋流器的火焰筒，其特征在于中心旋流器(6)的 中心轴与火焰筒中心轴线重合。
4. 按照权利要求1-3所述的带有中心旋流器的火焰筒，其特征在于所述的中心旋流 器(6)为叶片式结构、切向孔结构或切向槽结构中的任意一种。
5. 按照权利要求4所述的带有中心旋流器的火焰筒，其特征在于空气旋流器叶片或 切向孔相对于自身轴线的偏转角度为10 80° 。
6. 按照权利要求5所述的带有中心旋流器的火焰筒，其特征在于外壁组件(3)上有 周向分布的主燃孔(4)和补燃孔(5)。
全文摘要
一种带有中心旋流器的火焰筒，火焰筒由外壁组件(3)、前端板(2)、安装在前端板(2)上的空气旋流器(1)和1个中心旋流器(6)组成，其中空气旋流器(1)沿火焰筒中心轴线呈周向均匀分布，中心旋流器(6)位于火焰筒轴线上。本发明的优点为通过在火焰筒前端板2上增加一个中心旋流器，能够补充中心区燃烧空气，弥补火焰筒外壁组件3上主燃孔4和补燃孔5进气射流深度不足的问题，有利于缩短火焰长度，改善出口温度场均匀性。在火焰筒前端板2上安装中心旋流器6对火焰筒改动量小，不需增加额外的冷却空气，可保持工作过程中火焰筒壁面温度不变。同时，这种中心旋流器自身结构简单，加工制造成本低。
文档编号F23R3/58GK101713550SQ20081001356
公开日2010年5月26日 申请日期2008年10月8日 优先权日2008年10月8日
发明者刘常青, 尹家录, 李孝堂, 王克新, 聂海刚, 金戈, 顾铭企, 高凤树, 齐兵 申请人:中国航空工业第一集团公司沈阳发动机设计研究所