一种具有主动控制功能的燃气轮机点火装置的制作方法

1.本发明涉及一种点火装置，尤其涉及一种具有主动控制功能的燃气轮机点火装置。


背景技术：

2.燃气轮机是最常用的燃气动力机械，燃料与经压气机压缩后的空气在燃烧室内混合燃烧，形成强能量密度的高温高压燃气，然后利用透平将燃气能量转换为轴功率输出，带动发电机发电。燃气轮机具有以下优点：1)运行可靠，结构简单、紧凑，比之燃煤或燃气锅炉占地少，节省基建投资；2)具有起动快、自动化程度高的特点；3)具有能的梯级利用优势，燃料释放的热量被燃气轮机利用后，燃气余能还可在余热锅炉内被利用，大幅度提高能源的利用率；4)可以燃用天然气、氢气、生物质气、氨燃料等煤炭以外的燃料，具有清洁环保低碳的优势。
3.燃气轮机因具有上述优势，其多用于电网调峰，需频繁启停，而点火是燃气轮机机组启动过程中最关键的步骤之一，为适应电力负荷调度的要求，对燃气轮机一次点火的成功率要求较高。重型燃气轮机燃烧室内气流速度一般在几十米每秒量级，而天然气燃料的燃烧传播速度一般小于一米每秒，为确保燃料在燃烧室内成功点火并稳定燃烧，一般在燃烧室头部采用具有旋流作用的燃料喷嘴，在燃烧室中心形成具有稳焰作用的回流区。燃气轮机制造商设计了可伸缩的点火装置，在燃气轮机点火启动时，点火装置深入燃烧室中心的回流区位置，点火成功后再退出燃烧室，防止被高温燃气烧损。但现有燃气轮机点火装置存在高温密封环垫圈损坏而导致高温燃气泄漏烧损点火电缆、因弹簧卡涩点火装置未伸入燃烧室等问题，在实际运行中易发生点火失败引起机组跳闸，跳闸之后机组将经长时间清吹后方可再次进入点火程序，直接延误机组的正常启动。


技术实现要素：

4.为了防止燃气轮机高温气体从点火装置泄漏烧损点火电缆、弹簧卡涩导致点火装置未伸入燃烧室而造成燃气轮机点火故障的问题，本发明提出了一种具有主动控制功能的燃气轮机点火装置。本发明在点火装置上部设置大小可变的压力控制腔，在燃气轮机点火时往压力控制腔内通入高压空气，推动点火电极伸入燃烧室，解决因弹簧卡涩导致点火装置未伸入燃烧室的问题；本发明将点火装置中心滑杆外围设计成蜂窝型迷宫密封结构，利用气体流经蜂窝型迷宫密封结构将产生很强的涡流和屏障，从而形成很大的阻尼而达到阻止高温气体泄漏的密封效果，解决因点火电缆烧损引起的燃气轮机点火故障的问题。
5.本发明采用如下技术方案来实现的：
6.一种具有主动控制功能的燃气轮机点火装置，包括点火装置正极接头、陶瓷绝缘体、高温合金中心滑杆、高压进气管、高压放气管、点火装置上盖、点火装置圆柱主体、蜂窝型迷宫密封结构、点火负极、点火正极、弹簧和底座；
7.所述点火装置正极接头位于点火装置的正中心，上部与点火电缆相连，下部与点
火正极相连，用于传导高压电流；
8.所述陶瓷绝缘体位于点火装置正极接头外围，与点火装置正极接头同轴心布置，用于阻止点火装置正极接头与高温合金中心滑杆之间放电；
9.所述高温合金中心滑杆位于陶瓷绝缘体外围，下端与点火正极相连，与陶瓷绝缘体同轴心布置，用于带动点火正极和点火负极上下移动；
10.所述点火装置上盖为圆柱体薄板结构，位于点火装置最上部，与高温合金中心滑杆同轴心布置，下端面设计有锥形密封面，在其上中心对称设置高压进气孔和高压放气孔，等间距设计有用于压紧点火装置上盖的盖板通孔；
11.所述高压进气管和高压放气管呈中心对称布置在点火装置上盖上，分别与高压进气孔和高压放气孔联通，在高压进气管和高压放气管上分别安装有高压进气控制阀和高压放气控制阀；
12.所述点火装置圆柱主体为中空的圆柱腔体，上端面与点火装置上盖相连，下部与底座连接；
13.所述蜂窝型迷宫密封结构均匀布置在圆柱腔体的外壁面上，蜂窝型迷宫密封结构与点火装置圆柱主体之间形成蜂窝阻尼腔，高温气体经蜂窝阻尼腔后将产生很强的涡流和屏障，形成的阻尼能够达到阻止高温气体泄漏的密封效果；
14.所述点火负极与位于中心的点火正极在点火时形成高压放电，点燃燃气轮机燃烧室内可燃混气；
15.所述点火装置圆柱主体、蜂窝型迷宫密封结构和点火装置上盖之间形成压力控制腔；
16.所述弹簧安装在高温合金中心滑杆上，燃气轮机点火时，在压力控制腔内高压气体作用下，推动高温合金中心滑杆向下移动，点火正极和点火负极伸入燃烧室点火，点火成功后，放空压力控制腔内高压气体，高温合金中心滑杆在弹簧力作用下，使点火正极和点火负极迅速退出燃烧室，蜂窝型迷宫密封结构上部锥形密封面与点火装置上盖密封面接触，形成密封对，防止高温气体泄漏。
17.本发明进一步的改进在于，所述点火装置正极接头的形状为圆柱体结构。
18.本发明进一步的改进在于，所述陶瓷绝缘体的形状为圆柱体结构。
19.本发明进一步的改进在于，所述高温合金中心滑杆的形状为圆柱体结构。
20.本发明进一步的改进在于，蜂窝型迷宫密封结构能够替换为直通型迷宫密封结构或刷式密封结构。
21.本发明进一步的改进在于，所述蜂窝型迷宫密封结构的主体为上部封闭底部敞开的圆柱腔体结构，上部端面设计为锥形密封面，正六边形蜂窝结构均匀布置在圆柱腔体的外壁面上。
22.本发明进一步的改进在于，所述点火负极为l型窄带薄片结构。
23.本发明进一步的改进在于，所述点火负极采用高温合金材料制成。
24.本发明进一步的改进在于，所述弹簧采用压缩弹簧。
25.本发明至少具有如下有益的技术效果：
26.本发明提供的一种具有主动控制功能的燃气轮机点火装置，在点火装置上部设置了大小可变的压力控制腔，通过调节压力控制腔的压力，实现主动控制点火电极伸入和退
出燃烧室，解决因弹簧卡涩导致点火装置未伸入燃烧室造成点火失败的问题；将位于点火装置中心的高温合金中心滑杆外围设计成蜂窝型迷宫密封结构，利用气体流经蜂窝型迷宫密封齿时，气流在蜂窝阻尼腔内产生很强的涡流和屏障，可有效阻止高温气体泄漏，防止点火电缆烧损，减少燃气轮机启动时点火故障的发生，降低燃气轮机启动成本。
附图说明
27.图1是本发明一种具有主动控制功能的燃气轮机点火装置示意图。
28.图2是本发明一种具有主动控制功能的燃气轮机点火装置点火时中心剖切图。
29.图3是本发明一种具有主动控制功能的燃气轮机点火装置退出燃烧室后中心剖切图。
30.附图标记说明：
31.1、点火装置正极接头；2、陶瓷绝缘体；3、高温合金中心滑杆；4、点火装置圆柱主体；5、蜂窝型迷宫密封结构；6、底座；7、点火装置上盖；8、高压进气管；9、高压放气管；10、点火正极；11、点火负极；12、弹簧；13、高压进气控制阀；14、高压放气控制阀；15、点火装置上盖锥形密封面；16、蜂窝型迷宫密封结构锥形密封面；17、蜂窝型密封齿；18、蜂窝阻尼腔；19、压力控制腔；20、螺栓孔；21、盖板通孔；22、安装螺栓孔。
具体实施方式
32.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
33.请参阅图1、图2和图3，本发明提供的一种具有主动控制功能的燃气轮机点火装置，主要包括点火装置正极接头1、陶瓷绝缘体2、高温合金中心滑杆3、点火装置圆柱主体4、蜂窝型迷宫密封结构5、底座6、点火装置上盖7、高压进气管8、高压放气管9、点火正极10、点火负极11、弹簧12、高压进气控制阀13、高压放气控制阀14、点火装置上盖锥形密封面15、蜂窝型迷宫密封结构锥形密封面16、蜂窝型密封齿17、蜂窝阻尼腔18和压力控制腔19等。
34.请参阅图1，本实施例中点火装置正极接头1直径为2mm，长202mm，位于点火装置的正中心；陶瓷绝缘体2内径为2mm，外径为6mm，长192mm，与点火装置正极接头1同轴心布置，陶瓷绝缘体2下端面与点火正极9相距5mm；高温合金中心滑杆3内径为6mm，外径为10mm，长197mm，与陶瓷绝缘体2同轴心布置，高温合金中心滑杆3上端面与陶瓷绝缘体2平齐；点火装置上盖7内径为10mm，外径为52mm，厚10mm，在直径为44mm的圆上等间距开设有直径为5.5mm的8个盖板通孔12，在距点火装置上盖7中心18mm处呈中心对称开设孔径为3mm的高压进气孔和高压放气孔各1个，在点火装置上盖7的下端面设计有点火装置上盖锥形密封面15，点火装置上盖7位于点火装置最上部，与高温合金中心滑杆3同轴心布置；点火装置圆柱主体4内径为36mm，外径为52mm，长为122mm，上端面与点火装置上盖7相连，在上端面上等间距开设有8个m5的螺栓孔20，下端面与底座6连接；底座6厚8mm，长与宽均为70mm，中心孔直径为10mm；蜂窝型迷宫密封结构5的主体为上部封闭底部敞开的圆柱腔体结构，内径为24mm，外
径为28mm，高60mm，蜂窝型迷宫密封齿厚1mm，蜂窝深度为4mm，蜂窝正六边形对边距离为3mm，蜂窝型迷宫密封结构5的上端面设计为与点火装置上盖锥形密封面15匹配的蜂窝型迷宫密封结构锥形密封面16；压力控制腔19由点火装置上盖7、点火装置圆柱主体4、蜂窝型迷宫密封结构5和高温合金中心滑杆3包裹形成，高压进气管8和高压放气管9分别通过点火装置上盖7上的高压进气孔和高压放气孔与压力控制腔19联通，高压进气管8和高压放气管9上分别安装有高压进气控制阀13和高压放气控制阀14；弹簧12安装在高温合金中心滑杆3上，弹簧10的直径为3mm，螺距为20mm。
35.本实施例一种具有主动控制功能的燃气轮机点火装置的具体工作方式如下：
36.燃气轮机启机点火时，高压进气控制阀13打开，高压放气控制阀14关闭，高压气通过高压进气管8充入压力控制腔19，蜂窝型迷宫密封结构5受到高压气体作用，带动高温合金中心滑杆3向下运动，点火正极10和点火负极11伸入燃烧室，并在上万伏的高压作用下击穿点火正极10和点火负极11间的空气放电形成火花，点燃燃烧室内点火装置周围的可燃混气，若60秒内有两个以上(包括两个)火焰探测器指示有火，则点火成功。确认燃气轮机点火成功后，高压进气控制阀13关闭，高压放气控制阀14打开，快速放空压力控制腔19内的高压气体，蜂窝型迷宫密封结构5在弹簧12的弹力作用下，带动高温合金中心滑杆3向上运动，点火正极10和点火负极11快速退出燃烧室，直至蜂窝型迷宫密封结构锥形密封面16与点火装置上盖锥形密封面15接触，形成锥形密封对，防止高温气体泄漏，燃气轮机点火结束。
37.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。实施例中采用的蜂窝型迷宫密封结构还可为直通型迷宫密封结构或刷式密封结构。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。