一种单管燃烧室和燃气轮机的制作方法

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种单管燃烧室和燃气轮机。

背景技术：

现有技术中，微型燃气轮机一般主要包括压气机、燃烧室、以及涡轮等结构；其中，压气机用于将空气增压后输入燃烧室内，燃烧室用于将空气与燃料混合燃烧然后输出高压燃气，涡轮则用于利用燃烧室导出的高压燃气进行做功。

作为微型燃气轮机的三大部件之一，燃烧室整体性能的好坏直接影响微型燃气轮机的总体性能。然而，由于受到高温辐射和高温燃气的冲刷，燃烧室火焰筒成为燃气轮机内部温度最高，使用寿命最短的部件；进而，为了确保火焰筒的使用寿命要求和安全性，火焰筒的筒壁温度必须控制在火焰筒材料的温度承受范围内，尽量降低火焰筒筒壁的温度，特别是温度最高的主燃区壁面。

目前大多数已知的燃气轮机中，燃烧室火焰筒的冷却方式均为气膜冷却，即在火焰筒筒壁上打上许多的小孔，通过这些小孔喷出的空气来形成一道气膜，以保护火焰筒筒壁不受高温影响。然而，由于冷却气膜很容易导致火焰筒主燃区的火焰局部淬熄，进而形成大量co，因此，上述火焰筒冷却方式很容易影响燃烧室的燃烧效率。

技术实现要素：

本发明公开了一种单管燃烧室和燃气轮机，用于降低燃烧室的火焰筒壁温、并避免影响燃烧室的燃烧效率。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种单管燃烧室，包括壳体和位于所述壳体内的火焰筒；其中，

所述火焰筒包括相对设置的头部截面和燃气出口、以及位于所述头部截面和所述燃气出口之间的筒壁；

所述壳体包括围绕所述火焰筒的筒壁设置的侧壁，所述侧壁与所述火焰筒的主燃区相对的壁体上设有至少一个进气口。

上述单管燃烧室中，由于进气口设置于壳体的侧壁上、且正对着火焰筒的主燃区，因此，从上述进气口进入的冷却空气可以直接冲击火焰筒的主燃区筒壁，以起到冲击冷却效果，从而可以很大程度上降低火焰筒主燃区的筒壁温度，进而，可以有效控制整个火焰筒的筒壁温度在其材料的温度承受范围内，因此，上述单管燃烧室的火焰筒使用寿命较长、安全性能较高。并且，上述火焰筒的筒壁上无需打冷却孔，进而，一方面，可以有效避免冷却气膜导致的火焰筒内co较高、燃烧效率较低的情况；另一方面，由于无需分配空气以形成冷却气膜，因此，燃烧用气可以更加充分，从而可以一定程度上提高燃烧效率；另外，省略打孔工艺还可以大大降低火焰筒的成本。

优选地，所述侧壁上设有两个所述进气口，所述两个进气口相对设置。

优选地，沿所述火焰筒的轴线方向上，每个所述进气口与所述火焰筒头部截面之间的距离为10mm～120mm。

优选地，每个所述进气口的直径为100mm～200mm。

优选地，所述单管燃烧室还包括与所述进气口一一对应的进气管道，每个所述进气管道和与其对应的进气口相连通、且其轴心线与所述壳体的侧壁垂直设置。

优选地，所述火焰筒的筒壁在所述主燃区与所述燃气出口之间的壁体上设有掺混孔。

优选地，所述壳体还包括位于所述火焰筒的头部截面一端、且与所述侧壁相连接的顶壁，以及位于所述火焰筒的燃气出口一端、且与所述侧壁相连接的底壁。

优选地，所述单管燃烧室还包括安装于所述火焰筒的头部截面一端的主燃级燃料管道、预燃级燃料管道和预混装置；其中，所述主燃级燃料管道垂直穿过所述壳体的顶壁、并与所述火焰筒的头部截面连接；所述预燃级燃料管道垂直穿过所述壳体的顶壁、并与所述预混装置连接；所述预混装置环绕所述主燃级燃料管道设置，用于将从预燃级燃料管道通入的燃料与空气相混合，并将混合后的燃料和空气喷入所述火焰筒内。

优选地，所述预混装置背离所述主燃级燃料管道的一侧设有与所述壳体空间相连通的第一入口、朝向所述壳体顶壁的一侧设有与所述预燃级燃料管道相连通的第二入口，朝向所述火焰筒的头部截面的一侧设有与所述火焰筒相连通的出口。

一种燃气轮机，包括上述任一技术方案中所述的单管燃烧室。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种单管燃烧室的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种单管燃烧室的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种单管燃烧室的部分结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1～图3。

如图1～图3所示，本发明实施例提供的一种单管燃烧室，包括壳体1和位于壳体1内的火焰筒2；其中，

火焰筒2包括相对设置的头部截面22和燃气出口23、以及位于头部截面22和燃气出口23之间的筒壁21；

壳体1包括围绕火焰筒2的筒壁21设置的侧壁11，该侧壁11与火焰筒2的主燃区a相对的壁体上设有至少一个进气口110。

上述单管燃烧室中，由于进气口110设置于壳体1的侧壁11上、且正对着火焰筒2的主燃区a，因此，从上述进气口110进入的冷却空气可以直接冲击火焰筒2的主燃区筒壁，以起到冲击冷却效果，从而可以很大程度上降低火焰筒2主燃区的筒壁温度，进而有效控制整个火焰筒2的筒壁21温度在其材料的温度承受范围内，因此，上述单管燃烧室的火焰筒使用寿命较长、安全性能较高。并且，上述火焰筒2的筒壁21上可以不用打冷却孔，进而，一方面，可以有效避免冷却气膜导致的火焰筒内co较高、燃烧效率较低的情况；另一方面，由于无需分配空气以形成冷却气膜，因此，燃烧用气可以更加充分，从而可以一定程度上提高燃烧效率；另外，省略打孔工艺还可以大大降低火焰筒2的成本。

如图1和图2所示，一种具体的实施例中，壳体1的侧壁11上设有两个进气口110，该两个进气口110相对设置。

通过相对设置的两个进气口110充入冷却空气，可以使冷却空气有效覆盖并冲击火焰筒2的主燃区a筒壁21，进而有效地降低火焰筒2主燃区a的筒壁21温度。当然，上述对于进气口110数量的设置只是一个具体实施方式，实际应用中，进气口110的数量并不限于两个。

如图1和图3所示，在上述实施例的基础上，一种具体的实施例中，沿火焰筒2的轴线o方向上，每个进气口110与火焰筒2头部截面22之间的距离s可以为10mm～120mm，以使进气口110可以正对火焰筒2主燃区a的高温区域，从而实现直接高效地降低火焰筒2主燃区a筒壁21的温度。

如图1和图3所示，在上述两个实施例的基础上，一种具体的实施例中，每个进气口110的直径d可以为100mm～200mm，上述进气口110的尺寸可以兼顾进入的空气流量和速率，从而，一方面可以保证空气的供应、从而保证火焰筒2的燃烧效率，同时另一方面可以保证对火焰筒2的冲击冷却效果。

如图1～图3所示，在上述各实施例的基础上，一种具体的实施例中，本发明实施例提供的单管燃烧室还可以包括与壳体1上的进气口110一一对应的进气管道3，具体地，每个进气管道3和与其对应的进气口110相连通、且其轴心线a与壳体1的侧壁11垂直设置；即，由每个进气口110充入壳体1内的冷却空气气流方向垂直于壳体1的侧壁11，因此，冷却空气可以垂直冲击火焰筒2的主燃区a筒壁21，进而可以减小冷却空气的流程，使冷却空气可以直接高效地与火焰筒2主燃区a筒壁21之间进行热交换，从而可以高效地实现对火焰筒2筒壁21的降温。

当然，上述对于进气管道3的角度设置只是一个具体实施方式，实际应用中，进气管道3也可以与壳体1侧壁11之间呈一定夹角、以调整冷却气流流向。

如图1和图2所示，在上述各实施例的基础上，一种具体的实施例中，火焰筒2的筒壁21在主燃区a与燃气出口23之间的壁体上可以设有掺混孔210；具体地，壳体1内的冷却空气可以从掺混孔210进入到火焰筒2内，由于掺混孔210位于火焰筒2的主燃区a与燃气出口23之间，从而从掺混孔210进入火焰筒2内的冷却空气可以直接与高温燃气混合输出，进而可以降低火焰筒2燃气出口23处的温度，并且不会影响主燃区a的燃烧效率；另外，由于上述火焰筒2的筒壁21上不设冷却孔，进而不会分配冷却空气，从而可以有更多的冷却空气从掺混孔进入火焰筒2内，进而更好的调节火焰筒2燃气出口23的温度场。

如图1和图2所示，在上述各实施例的基础上，一种具体的实施例中，壳体1还可以包括位于火焰筒2的头部截面22一端、且与侧壁11相连接的顶壁12，以及位于火焰筒2的燃气出口23一端、且与侧壁11相连接的底壁13，即壳体1的两端都封装起来，仅在其侧壁11上设有进气口110。

如图1～图3所示，在上述各实施例的基础上，一种具体的实施例中，本发明实施例提供的单管燃烧室还可以包括安装于火焰筒2的头部截面22一端的主燃级燃料管道4、预燃级燃料管道5和预混装置6。

如图1～图3所示，可选地，主燃级燃料管道4可以垂直穿过壳体1的顶壁12、并与火焰筒2的头部截面22连接；预燃级燃料管道5可以垂直穿过壳体1的顶壁12、并与预混装置6连接；预混装置6可以环绕主燃级燃料管道4设置，并可以将从预燃级燃料管道5通入的燃料与空气预混合，然后将混合的燃料和空气喷入火焰筒2内。

如图1～图3所示，在上述实施例的基础上，一种具体的实施例中，

预混装置6背离主燃级燃料管道4的一侧可以设有与壳体1空间相连通的第一入口61，以允许壳体1空间内的空气进入预混装置6内与燃料混合；

进一步地，预混装置6朝向壳体1顶壁12的一侧可以设有与预燃级燃料管道5相连通的第二入口62、以用于通入燃料；

进一步地，预混装置6朝向火焰筒2的头部截面22的一侧可以设有与火焰筒2相连通的出口63，以用于将预混合后的燃料和空气喷入火焰筒2内。

本发明实施例还提供一种燃气轮机，该燃气轮机包括上述任一实施例中的单管燃烧室。

上述燃气轮机中，燃烧室的火焰筒筒壁温度可以有效控制在其材料的温度承受范围内，因此，其燃烧室的使用寿命较长、安全性能较高；并且，该燃气轮机的燃烧室中，燃烧用气较充分，燃烧效率较高；另外，该燃气轮机的燃烧室的成本较低。综上所述，上述燃气轮机使用寿命较长、安全性能较高、工作效率较高且成本较低。

如图1～图3所示，在上述实施例的基础上，一种具体的实施例中，本发明实施例提供的燃气轮机还可以包括设置于燃烧室的进气口110一端的压气机，以及，设置于燃烧室的燃气出口23一端的涡轮；具体地，上述压气机可以将空气增压并充入燃烧室内；上述涡轮可以利用燃烧室的燃气出口23所导出的气体进行做功。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例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。