火焰筒、燃烧室及燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种火焰筒、燃烧室及燃气轮机。


背景技术：

2.燃气轮机主要包括压气机、燃烧室、透平三大部件，压气机排气在燃烧室内与燃料混合后参与燃烧，生成的热燃气输送至透平做功。由于燃气轮机燃烧室工作在贫燃条件下，极容易出现热声不稳定性，谐振器是现有的一种被动控制手段，它是由火焰筒旁接一个细管和一个封闭空腔组成，理想的谐振器能够消除特定频率的声波，使声波的传递损失无限大，燃烧室中常用谐振器的这一特点来降低高频振荡，达到抑制热声振荡的目的。
3.然而相关技术中的谐振器与火焰筒连接不稳定，影响燃气轮机的正常运转。


技术实现要素：

4.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
5.相关技术中公开了一种火焰筒，该相关技术中的火焰筒包括筒体和形成在所述筒体的筒壁上的谐振器，谐振器沿筒壁的壁厚方向分成多层腔室，该火焰筒的谐振器的抑制频率范围较宽，声波抑制能力强。然而，本技术的发明人研究发现，该相关技术中的谐振器直接安装在筒壁上，对于谐振器与火焰筒连接处冷却效果不好、温度场高的结构，其连接强度不高，谐振器的使用寿命较短，从而影响燃气轮机的使用寿命和正常运转。
6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种火焰筒，能够使谐振器与火焰筒连接更加稳定，提高谐振器和火焰筒的使用寿命。
7.本发明实施例还提出了一种燃烧室。
8.本发明实施例还提出了一种燃气轮机。
9.根据本发明实施例的火焰筒，包括：筒体，所述筒体具有燃烧段，所述燃烧段在所述筒体的长度方向上延伸，所述燃烧段的外壁面设有凸出部；谐振器，所述谐振器与所述凸出部远离所述筒体的一侧相连，所述谐振器内具有腔室，所述腔室的一端与所述筒体内部连通，所述腔室的另一端适于与外界连通。
10.根据本发明实施例的火焰筒，能够使谐振器更加稳定的固定在筒体上，提高谐振器和火焰筒的使用寿命。
11.在一些实施例中，所述燃烧段上设有多个贯穿所述筒体的筒壁的冷却孔，所述冷却孔连通所述腔室和所述筒体内部，所述谐振器上设有多个通孔，所述通孔连通所述腔室和外界。
12.在一些实施例中，所述筒体与所述凸出部一体形成。
13.在一些实施例中，所述筒体的横截面的外轮廓为圆形，所述凸出部的外轮廓在所述筒体外周面的相切面上的投影为回字形或环形。
14.在一些实施例中，所述谐振器在所述筒体外周面的相切面上的投影的外轮廓与所
述凸出部在所述筒体外周面的相切面上的投影的外轮廓相同。
15.在一些实施例中，所述凸出部在所述筒体厚度方向上的尺寸为a，且7.5mm≤a≤10mm。
16.在一些实施例中，所述谐振器的数量为多个，所述凸出部的数量为多个，多个所述凸出部环绕所述筒体间隔布置，且多个所述谐振器与多个所述凸出部一一对应。
17.在一些实施例中，相邻两个所述谐振器在所述筒体周向的间隔距离为b，且1≤b≤11mm。
18.根据本发明实施例的燃烧室，包括：燃烧室外壳，所述燃烧室外壳具有进口和出口；火焰筒，所述火焰筒为上述任一项实施例所述的火焰筒，所述火焰筒设在所述燃烧室外壳内，且所述火焰筒的一端与所述进口连通，所述火焰筒的另一端与所述出口连通。
19.根据本发明实施例的燃烧室，能够使谐振器更加稳定的固定在筒体上，提高谐振器和燃烧室的使用寿命。
20.根据本发明实施例的燃气轮机，包括如上述实施例所述的燃烧室。
21.根据本发明实施例的燃气轮机，能够使谐振器更加稳定的固定在筒体上，提高燃气轮机的使用寿命和运行的稳定性。
附图说明
22.图1是本发明实施例的火焰筒的结构示意图。
23.图2是本发明实施例的火焰筒的筒体的结构示意图。
24.图3是本发明实施例的火焰筒中谐振器结构示意图。
25.图4是本发明实施例的火焰筒中谐振器与筒体连接示意图。
26.附图标记：
27.筒体1，燃烧段11，冷却孔111，凸出部12，
28.谐振器2，侧板21，顶板22，通孔221。
具体实施方式
29.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
30.如图1至图4所示，根据本发明实施例的火焰筒包括筒体1和谐振器2。
31.筒体1具有燃烧段11，燃烧段11在筒体1的长度方向上(如图1中所示的左右方向)延伸，燃烧段11上设有凸出部12，凸出部12位于燃烧段11内，凸出部12与筒体1相连，凸出部12在筒体1的厚度方向上沿远离筒体1的方向延伸。
32.需要说明的是，燃烧段11为火焰筒的尾端，换言之，燃烧段11邻近火焰筒出口处。
33.具体地，如图1所示，燃烧段11位于筒体1的右端，且燃烧段11内的温度高于筒体1其他位置，即筒体1右端的温度高于筒体1左端的温度。
34.凸出部12设在筒体1的右端，凸出部12的底部与筒体1的外壁相连。凸出部12在左右方向上的的尺寸小于或等于燃烧段11在左右方向上的尺寸。
35.谐振器2与凸出部12相连，谐振器2内具有腔室，腔室的一端与筒体1内部连通，腔室的另一端与外界连通。
36.具体地，如图1所示，谐振器2的底部与凸出部12的顶部相连，谐振器2设在燃烧段11内，腔室的底部与筒体1内部连通，腔室的顶部与外界连通。
37.谐振器2包括一个顶板22和四个侧板21，四个侧板21首尾相连并围绕顶板22布置，即侧板21的顶面与顶板22的底面相连，四个侧板21分别布置在顶板22的前后左右四个方向，四个侧板21与一个顶板22形成腔室。
38.根据本发明实施例的火焰筒，凸出部12在筒体1的厚度方向上延伸，谐振器2与凸出部12相连，相比于谐振器2与筒体1直接焊接，避免了谐振器2与筒体1之间的连接处由于热应力较高产生结构失效，因此谐振器2与凸出部12相连降低了谐振器2底部的热应力，从而能够使谐振器2的更加稳定的固定在筒体1上，提高谐振器2和火焰筒的使用寿命，还可提高谐振器2对声波的抑制效果。
39.在一些实施例中，燃烧段11设有多个贯穿筒体1的筒壁的冷却孔111，冷却孔111连通腔室和筒体1内部，谐振器2上设有多个贯穿谐振器2周壁的通孔221，通孔221连通腔室和外界。
40.具体地，如图2所示，多个冷却孔111均匀布置在燃烧段11，冷却孔111沿筒体1厚度方向贯通筒壁，多个冷却孔111为圆形孔、椭圆形孔或方孔，且多个冷却孔111的流通面积相同。如图3所示，顶板22上设有多个通孔221，通孔221贯穿顶板22，且通孔221连通腔室和外界。
41.本发明实施例的火焰筒，火焰筒外界空气通过顶板22上的通孔221进入谐振腔2的腔室内，并通过筒体1右端的冷却孔111进入火焰筒内部，，从而降低火焰筒在燃烧的过程中产生的高频振荡，达到抑制热声振荡的效果。
42.在一些实施例中，筒体1与凸出部12一体形成。
43.需要说明的是，凸出部12可通过机加工的方式与筒体1一体形成，也可以在筒体1卷制成型时与筒体1一体形成。
44.本发明实施例的火焰筒，凸出部12与筒体1一体形成与凸出部12与筒体1之间通过焊接连接相比，避免了由于焊接引起的热应力集中，提高了凸出部12与筒体1之间的连接强度和连接稳定性。而通过谐振器2与凸出部12连接与谐振器2与筒体2直接连接相比谐振器2底部的焊接部避开了高温高应力区，避免谐振器2底部的温度过高导致的热应力集中，提高谐振器2对声波抑制效果，并且凸出部12还起到了冷却降温的作用，提高了谐振器2与筒体2之间的连接强度和连接稳定性。
45.在一些实施例中，筒体1的横截面的外轮廓为圆形，凸出部12的外轮廓在筒体外周面的相切面上的投影为回字形或环形。
46.具体地，如图2所示，筒体1为圆筒形，凸出部12设在筒体1的外壁上，且凸出部12在筒体1的径向上沿远离筒壁的方向延伸，回字形的凸出部12与筒体1外壁围成了一个空腔，当谐振器2与凸出部12连接后，空腔与腔室连通。
47.本发明实施例的火焰筒，通过设置回字形和环形的凸出部12，可以与谐振器2相配合扩大腔室的体积，从而提高对声波的抑制效果。
48.在一些实施例中，谐振器2在筒体1外周面的相切面上的投影的外轮廓与凸出部12在筒体1外周面的相切面上的投影的外轮廓相同。
49.需要说明的是，当凸出部12的外轮廓为环形时，谐振器2的外轮廓同样为环形，当
凸出部12的外轮廓为回字形时，谐振器2的外轮廓同样为回字形。
50.具体地，如图2和图3所示，凸出部12的顶面为弧形面，且凸出部12顶面的弧度与筒体1的弧度相同，谐振器2底面同样为弧形面，且谐振器2底面的弧度与筒体1的弧度相同。当谐振器2的底面与凸出部12的顶面相连后，能够使谐振器2与凸出部12的连接更加紧密，提高腔室的密封性，进而提高谐振器2对声波的抑制效果。
51.在一些实施例中，凸出部12在筒体1厚度方向上的尺寸为a，且7.5mm≤a≤10mm。
52.需要说明的是，当凸出部12在筒体1厚度方向上的尺寸a小于7.5mm时，火焰筒内的高温气流无法得到足够的冷却，高温气流对谐振器2底部与凸出部12顶部之间的连接产生不良影响，即谐振器2底部与凸出部12顶部的连接处依旧会产生热应力集中，当凸出部12在筒体1厚度方向上的尺寸a大于10mm时，虽然火焰筒内的高温气流能够得到充分冷却，然而，谐振器2和凸出部12在筒体1厚度方向上的尺寸之和过大影响燃气轮机其他部件无法正常安装。
53.本发明实施例的火焰筒，当凸出部12在筒体1厚度方向上的尺寸7.5mm≤a≤10mm，既能够是火焰筒排出的高温气流得到冷却，减小谐振器2与凸出部12之间的热应力，还能够使火焰筒的结构更加紧凑，降低火焰筒和燃气轮机的制造成本。
54.在一些实施例中，谐振器2的数量为多个，凸出部12的数量为多个，多个凸出部12环绕筒体1间隔布置，且多个谐振器2与多个凸出部12一一对应。
55.具体地，如图1所示，谐振器2的数量与凸出部12的数量相同，多个凸出部12在筒体1厚度方向上的尺寸相同，且多个凸出部12在筒体1的周向向均匀间隔布置，多个凸出部12与多个谐振器2一一对应相连。
56.本发明实施例的火焰筒，通过设置多个谐振器2和多个凸出部12，能够提高谐振器2对火焰筒的高频振荡抑制效果，且多个谐振器2间隔布置，冷却气流能够从相邻的两个谐振器2之间流过，从而对火焰筒和谐振器2进行冷却，进一步降低谐振器2与凸出部12之间的热应力，提高谐振器2与凸出部12连接的稳定性和整个燃气轮机运行的稳定性。
57.在一些实施例中，相邻两个谐振器2在筒体1周向的间隔距离为b，且1≤b≤11mm。
58.需要说明的是，当相邻两个谐振器2在环绕筒体1的方向上的间隔距离b小于1mm时，导致相邻两个谐振器2之间的间隔距离较小，不仅影响在火焰筒长度方向上的冷却气流的流通，从而影响火焰筒的冷却，还会使相邻的两个谐振器2之间发生干涉，影响谐振器2对声波的抑制效果。当相邻两个谐振器2在环绕筒体1的方向上的间隔距离b大于11mm时，使安装在火焰筒上谐振器2的数量减小，从而降低火焰筒对高频振荡的抑制效果。
59.本发明实施例的火焰筒，当相邻两个谐振器2在环绕筒体1的方向上的间隔距离1≤b≤11mm，避免影响在火焰筒长度方向上的冷却气流的流通，提高火焰筒的冷却速度，还能够有效抑制火焰筒的高频振荡。
60.下面参照图1至图4描述本发明实施例的火焰筒的运行原理。
61.燃料在火焰筒内发生燃烧，高温气流通过火焰筒出口进入下游。外界空气通过顶板22的通孔221进入谐振腔2的腔室内，并通过筒体1右端的冷却孔111进入火焰筒尾端。在气流流经谐振器2的过程中，谐振器2使声波的传递损失增大，进而降低高频振荡，达到抑制热声振荡的目的。
62.凸出部12设在筒体1外壁上，且凸出部12在筒体1的径向上沿远离筒壁的方向延
伸，谐振器2与凸出部12相连，相比于谐振器2与筒体1外壁之间连接，火焰筒产生的高温气流首先通过凸出部12再传递至谐振器2，因此在高温气流通过凸出部12传递的过程中，凸出部12能够对高温气流进行降温冷却，降低了谐振器2与凸出部12连接处的温度，进而降低了谐振器2与凸出部12之间的热应力，使谐振器2与凸出部12之间的连接更加稳定，提高谐振器2和火焰筒的使用寿命。
63.根据本发明实施例的燃烧室包括燃烧室外壳和火焰筒，
64.燃烧室外壳具有进口和出口。
65.火焰筒，火焰筒为上述任一项实施例的火焰筒，火焰筒设在燃烧室外壳内，且火焰筒的一端与进口连通，火焰筒的另一端与出口连通。
66.根据本发明实施例的燃烧室，由于采用上述实施例的火焰筒，能够使谐振器2更加稳定的固定在筒体1上，提高谐振器2和燃烧室的使用寿命。
67.根据本发明实施例的燃气轮机，包括如上述实施例的燃烧室。
68.根据本发明实施例的燃气轮机，谐振器2更加稳定的固定在筒体1上，提高燃气轮机的使用寿命和运行的稳定性。
69.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
70.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
71.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
72.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
73.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
74.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。