CN101713550A - 一种带有中心旋流器的火焰筒 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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，缩短火焰长度，对于提高火焰筒出口温度场均匀性和缩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，缩短火焰长度，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，缩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。
附图说明
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
具体实施方式
一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。
Claims (6)
1.一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(11)，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)。
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