具有自冷却功能的燃气轮机的环形燃烧室的制作方法

本实用新型涉及一种燃气轮机的零部件，具体涉及一种具有自冷却功能的燃气轮机的环形燃烧室。

背景技术：

提高燃气轮机或航空发动机热效率的两条基本途径是提高压比和提高涡轮入口温度。其中，涡轮入口温度由燃烧室出口温度决定，因此，燃烧室的重要发展趋势是高温升。而民用燃气轮机燃烧室的发展趋势是更低的污染排放。这两者都需要大幅度提高用于参加燃烧的空气分配比例，使燃料充分燃烧。由于进气总量在一定工况下是不变的，因此减少冷却空气分配比例是一个必然的趋势。另外，为降低后方涡轮发动机寿命期内的使用成本和维护成本，燃烧室火焰筒的冷却显得尤为重要。

现有的冷却方式包括以下几类：

一、发汗冷却；即由多孔介质构成火焰筒壁，在壁体内的微细小孔形成了大量的对流通道，这些微细小孔均匀弥散在火焰筒壁体内，冷却空气通过壁体微细小孔进入热燃气一侧，微细的冷却气射流射入燃气侧便立即合并，在火焰整个内壁上形成一个均匀的“保护毯”。发汗冷却在理论上是最有效的火焰筒冷却方式，但是其实际应用由于材料方面的原因而停滞不前。多孔材料易于被外来物阻塞、积碳和表面氧化等。

二、层板；层板由束层金属板焊接而成，在每层层板上加工出内部流动通道，使得气流在通道内对流。该方法可以减少冷却气量，但结构十分复杂，且机械强度低，易堵塞。

三、逆向平行流翅壁；在冷侧壁面开槽进气，在热侧开凹槽布满小孔为冷却器出口，主要特点在于逆流和多换热层，效果较好但结构极其复杂。

以天然气为燃料的燃气轮机的环形燃烧室，燃烧温度约2700K，若不进行适当的冷却，火焰筒壁面温度高达1200K，火焰筒很快会被烧坏。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有自冷却功能的燃气轮机的环形燃烧室，它可以对环形燃烧室的壁面进行冷却。

为解决上述技术问题，本实用新型具有自冷却功能的燃气轮机的环形燃烧室的技术解决方案为：

包括由环形燃烧室外环1与环形燃烧室内环2组成的环形燃烧室腔体10，环形燃烧室外环1的外圈套设有机匣外壳3，机匣外壳3与环形燃烧室外环1组成环形外腔20；环形燃烧室内环2的内圈设置有排气管4，环形燃烧室内环2与排气管4组成环形内腔30；环形燃烧室内环2的内侧设置有冲击发散冷却板2-3，冲击发散冷却板2-3的两端分别固定连接环形燃烧室内环2的内侧壁面；环形燃烧室内环2与冲击发散冷却板2-3之间形成冷却间隙；冲击发散冷却板2-3上开设有多个冲击冷却孔8；环形燃烧室内环2上开设有多个发散冷却孔7。

所述环形燃烧室外环1头部的内圈固定设置有旋流区冲击冷却板1-2；环形燃烧室外环1的头部端面开设有多个冲击冷却孔1-3。

所述机匣外壳3的内壁设置有隔热板5。

所述隔热板5与机匣外壳3为焊接连接。

所述冲击冷却孔8与发散冷却孔7一一对应。

所述冲击冷却孔7和发散冷却孔8的轴向垂直于各孔所在的壁面。

所述冲击发散冷却板2-3的两端分别通过C型端圈2-2固定连接环形燃烧室内环2的内侧壁面。

本实用新型可以达到的技术效果是：

本实用新型结合隔热板、冲击冷却和发散冷却三种方式，能够对燃烧室内燃烧最旺盛的区域壁面进行有效降温，保证材料寿命。

本实用新型能够提高壁面材料的寿命，同时降低压力损失。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1是本实用新型具有自冷却功能的燃气轮机的环形燃烧室的示意图；

图2是本实用新型的局部示意图。

图中附图标记说明：

1为环形燃烧室外环， 2为环形燃烧室内环，

3为机匣外壳， 4为排气管，

5为隔热板， 6为预混旋流器，

7为发散冷却孔， 8为冲击冷却孔，

10为环形燃烧室腔体， 20为环形外腔，

30为环形内腔，

1-1为端盖， 1-2为旋流区冲击冷却板，

1-3为冲击冷却孔，

2-1为燃烧室扩压器， 2-2为C型端圈，

2-3为冲击发散冷却板，

A为尾部径向流道， B为燃烧室径向出口流道，

11为外腔掺混孔， 21为内腔掺混孔。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型具有自冷却功能的燃气轮机的环形燃烧室，包括由环形燃烧室外环1与环形燃烧室内环2组成的环形燃烧室腔体10，环形燃烧室外环1的外圈套设有机匣外壳3，机匣外壳3与环形燃烧室外环1组成环形外腔20；环形燃烧室内环2的内圈设置有排气管4，环形燃烧室内环2与排气管4组成环形内腔30；

环形燃烧室外环1的尾部固定设置有端盖1-1；机匣外壳3的尾部设有开口作为空气进口；机匣外壳3的尾部与环形燃烧室外环1的尾部端盖1-1形成尾部径向流道A，尾部径向流道A与环形外腔20的尾端连通；

环形燃烧室内环2的尾部固定设置有燃烧室扩压器2-1，燃烧室扩压器2-1与环形燃烧室外环1的端盖1-1形成燃烧室径向出口流道B，并将环形燃烧室腔体10的尾端与排气管4连通；

环形燃烧室外环1的尾部沿周向开设有多个外腔掺混孔11，外腔掺混孔11将环形外腔20的尾部与环形燃烧室腔体10的尾部连通；

环形燃烧室内环2的尾部沿周向开设有多个内腔掺混孔21，内腔掺混孔21将环形燃烧室腔体10与环形内腔30的尾部连通；

机匣外壳3的头端封闭，形成环形燃烧室的头部，环形燃烧室的头部沿周向均布有多个预混旋流器6；且环形外腔20的头端与环形燃烧室腔体10的头端及环形内腔30的头端连通；

如图2所示，环形燃烧室外环1头部的内圈固定设置有旋流区冲击冷却板1-2；环形燃烧室外环1的头部端面开设有多个冲击冷却孔1-3；

环形燃烧室内环2的内侧设置有冲击发散冷却板2-3，冲击发散冷却板2-3的两端分别通过C型端圈2-2固定连接环形燃烧室内环2的内侧壁面；环形燃烧室内环2与冲击发散冷却板2-3之间形成冷却间隙；

冲击发散冷却板2-3上开设有多个冲击冷却孔8；环形燃烧室内环2上开设有多个发散冷却孔7；

冲击冷却孔8与发散冷却孔7一一对应；冲击冷却孔7和发散冷却孔8的轴向垂直于各孔所在的壁面；

机匣外壳3的内壁设置有隔热板5，隔热板5用于降低环形燃烧室外环1壁面对机匣外壳3的辐射传热，降低机匣外壳3的温度，以保证机匣外壳3的寿命。隔热板5与机匣外壳3为焊接连接。

本实用新型的工作原理如下：

压缩空气从空气进口进入后，沿尾部径向流道A流向环形外腔20，一部分空气参与燃烧，该部分空气到达环形燃烧室的头部后，在旋流器6内与燃料预混后流入环形燃烧室腔体10内进行燃烧；

另一部分空气分为两股，分别对环形燃烧室的头部和环形燃烧室内环2进行冷却；

一股空气对环形燃烧室的头部进行冲击冷却：该股空气通过环形燃烧室外环1头部的冲击冷却孔1-3，对旋流区冲击冷却板1-2进行冷却；

另一股对环形燃烧室内环2进行冲击发散双重冷却：该股空气流入环形内腔30后，先通过冲击冷却孔8进入冷却间隙，对环形燃烧室内环2的外表面进行冷却；然后通过环形燃烧室内环2的发散冷却孔7进入环形燃烧室腔体10，空气在环形燃烧室内环2的内表面形成一层冷却气膜，从而降低环形燃烧室内环2内表面的温度；同时，环形燃烧室内环2的发散冷却孔7能够加大环形燃烧室内环2的换热面积，降低壁面厚度方向的温度梯度。

压缩空气在环形外腔20流动的过程中，能够对环形燃烧室外环1进行冷却。

本实用新型在工作过程中，外环壁面温度约为800K，内环壁面约为900K，头部约为900K，均能满足材料使用寿命的设计要求。