CN103423774A - 一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构 - Google Patents
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Abstract
一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构，涉及燃气轮机燃烧室的结构设计。该结构包括火焰筒、过渡段和密封结构；火焰筒插入过渡段中，由火焰筒和过渡段的内壁面共同限定燃烧流道，火焰筒与过渡段之间布置有密封结构；密封结构包括密封支撑件和弹性密封件。密封支撑件呈阶梯状，前端为凸起的圆台，与火焰筒一起构成一个阶梯环形稳压腔；弹性密封件弹性密封火焰筒与过渡段的连接处，与密封支撑件一起限定密封腔。冷气通过冷却通道和密封腔分别冷却火焰筒、过渡段以及密封结构。稳压腔能够提升冷气静压差，降低压力损失，减少火焰筒与过渡段连接处的冷却空气用量以及提高密封支撑件刚度。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机燃烧室的结构设计，尤其涉及燃烧室火焰筒与过渡段连接的密封结构，属于动力装备技术领域。
背景技术
燃气轮机是能源领域不可或缺的重大动力装备。燃烧室作为燃气轮机的三大核心部件之一，其任务是加热工质，将燃料的化学能转化为高温燃气的热能，形成温度和温度场均满足要求的燃气，然后送到透平中去做功。燃烧室在结构上一般由外壳、火焰筒和过渡段等部分组成。其中火焰筒和过渡段的连接部分通常设置有密封结构。
密封结构的作用是为了防止空气在不期望的位置泄漏到燃烧流道内，但完全密封的密封结构实现起来非常困难，一般优选采用有少量泄漏的密封结构，这种泄漏在合适的情况下能够起到冷却的效果。密封结构由于经受燃烧流道内侧燃气的高温高压，其存在高的温度梯度与压力变化，因此获得合适的冷却是十分重要的。
通过密封结构处的冷气，除了要冷却密封结构本身，还要冷却连接处的火焰筒壁面与过渡段壁面，而通过密封结构冷却气体流量通常很小，因此可能导致连接处的各项冷却性能得不到保证，可能达不到期望的温度分布，出现各种问题与故障。
现有的技术中专利公开号为US8307656的专利文献中，火焰筒连接处的壁面设为双层壁，靠冷气侧的壁面开静压孔、靠燃气侧的壁面开若干冷却孔起到主要的冷却效果，弹性密封件则主要起密封作用。该专利中通过密封结构的弹性密封件的气量很小，冷气通过量可以由火焰筒壁面上的开孔面积控制，为了达到充分冷却火焰筒壁面的要求，此处可能需要设置满足一定数目及开孔面积的孔，造成冷却气的需求较大、冷气的利用率不高的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，
本发明所采用的技术方案如下：本发明在冷气进入燃烧流道前设置稳压腔，能够提升冷气静压差，降低压力损失，减少火焰筒与过渡段连接处的冷却空气用量。
一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构，该结构包括火焰筒、过渡段和密封结构；火焰筒插入过渡段中，由火焰筒和过渡段的内壁面共同限定燃烧流道，密封结构布置在火焰筒与过渡段之间；其特征在于：
所述的密封结构包括密封支撑件和弹性密封件；密封支撑件呈阶梯状，前端为凸起的圆台，支撑件前端壁与支撑件后端壁分别连接在火焰筒上，密封支撑件与火焰筒外壁面构成一个阶梯环形的稳压腔；圆台阶梯端壁上沿周向至少布置一排总压进气孔，支撑件后端壁上沿周向至少布置一排出气孔；弹性密封件设置在凸起圆台后面的支撑件壁面上，弹性密封件与密封支撑件之间形成密封腔。
本发明的技术特征还在于：在稳压腔内的火焰筒外壁面上布置有肋片。
优选的，所述火焰筒壁面上肋片的肋间距与肋高比范围为5-20。
本发明的另一技术特征是：所述总压进气孔的总面积要小于出气孔的总面积。
本发明的又一技术特征是：弹性密封件由定位密封环和至少一个圆弧状弹性密封条组成，圆弧状弹性密封条设置在定位密封环上，该定位密封环固定在密封支撑件上。所述圆弧状弹性密封条个数优选在36到72之间。当圆弧状弹性密封条采用两个以上圆弧状弹性密封条时，相邻两个圆弧状弹性密封条之间的间隙优选在1mm～3mm范围内。
该发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本发明在冷却气体进入燃烧流道内之前的区域设置了一个稳压腔，与现有技术的静压孔进气相比，冷气通过总压孔进入稳压腔，提升了静压差，稳压腔兼有整流的效果，从而降低了压力损失，减少了所需的冷却气流量；冷却气在通过稳压腔后进入燃烧流道，在这一过程中可以冷却火焰筒和过渡段，提高了冷气的利用率。②稳压腔的结构形式可有效提高密封支撑件刚度；③在火焰筒外壁面上设置肋片，有效增强了冷侧对流换热。
附图说明
图1为本发明提供的一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构的结构原理示意图。
图2为带稳压腔的连接结构的结构三维剖视图。
图中符号说明如下：11-火焰筒；12-过渡段；13-密封结构；14-密封支撑件；15-弹性密封件；16-燃烧流道；17-火焰筒外壁面；19-稳压腔；20-支撑件前端壁；22-圆台阶梯端壁；23-支撑件壁；24-支撑件后端壁；25-总压进气孔；26-出气孔；27-肋片；28-定位密封环；30-密封腔；31-圆弧状弹性密封条；32-间隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式做进一步的说明。
图1为本发明提供的一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构的结构原理示意图。该连接结构包括火焰筒11、过渡段12和密封结构13；火焰筒11插入过渡段12中，由火焰筒11和过渡段12的内壁面共同限定燃烧流道16，密封结构13布置在火焰筒11与过渡段12之间。所述的密封结构13包括密封支撑件14和弹性密封件15；密封支撑件14呈阶梯状，前端为凸起的圆台，支撑件前端壁20与支撑件后端壁24分别连接在火焰筒上，密封支撑件与火焰筒外壁面17构成一个阶梯环形的稳压腔19；圆台阶梯端壁22上沿周向至少布置一排总压进气孔25，支撑件后端壁24上沿周向至少布置一排出气孔26；总压进气孔25、出气孔26与稳压腔19相连通；弹性密封件15设置在凸起圆台后面的支撑件壁面23上，弹性密封件15与密封支撑件14形成密封腔30。
位于稳压腔19内的火焰筒外壁面17上布置有肋片27。肋片27的优选肋片间距与肋高比范围为5～20。
弹性密封件15由定位密封环28和至少一个圆弧状弹性密封条31组成，圆弧状弹性密封条设置在定位密封环上，该定位密封环固定在密封支撑件32上。圆弧状弹性密封条31优选个数在36～72之间。当圆弧状弹性密封条采用两个以上圆弧状弹性密封条时，相邻两个圆弧状弹性密封条之间的间隙在1mm～3mm范围内（参见图2）。
圆弧状弹性密封条31最高处受限于过渡段12；并且在最高处受压时，可向定位密封环28的反方向延展，起到弹性密封的作用。
本发明的工作原理如下：
冷却气体由总压进气孔25进入中空的阶梯环形的稳压腔19，然后由出气孔26进入燃烧流道16，流经稳压腔19时对火焰筒外壁面17起到对流冷却的作用，从出气孔26流出后再对过渡段12起到类似气膜冷却的效果。冷气流经稳压腔19时，火焰筒外壁面17上的肋片27起到增强冷气对火焰筒外壁面17对流冷却的效果。
还有一部分冷气可由圆弧状弹性密封条31之间的间隙32进入密封腔30，冷却密封结构13以防止密封结构失效，完成冷却作用的这部分气体随后流入燃烧流道16。
弹性密封件15起到密封作用，弹性密封使通过其间的冷气流量很小，从而冷却的作用更多的依靠通过位于密封支撑件14上的总压进气孔25进入的冷气，冷气通过总压孔进入稳压腔，提升了静压差，稳压腔兼有整流的效果，从而降低了压力损失，减少了所需的冷却气体的流量，这部分冷气流经稳压腔19并最终进入燃烧流道16，冷气流量由出气孔26的总出口面积限定，稳压腔的总压进气孔25的总进口面积需要配合稳压腔出口的出气孔26的总出口面积，保证总压进气孔25的总面积要小于出气孔26的总面积，使出气孔作为冷却流道的限流部位，使稳压腔内的冷气具有较高的流速，以达到在稳压腔内具备好的对流冷却性能来冷却火焰筒外壁面17。
Claims (7)
1.一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构，该连接结构包括火焰筒（11）、过渡段（12）和密封结构（13）；火焰筒（11）插入过渡段（12）中，由火焰筒（11）和过渡段（12）的内壁面共同限定燃烧流道（16），密封结构（13）布置在火焰筒（11）与过渡段（12）之间；其特征在于：所述的密封结构（13）包括密封支撑件（14）和弹性密封件（15）；密封支撑件（14）呈阶梯状，前端为凸起的圆台；支撑件前端壁（20）与支撑件后端壁（24）分别连接在火焰筒上，密封支撑件与火焰筒外壁面（17）构成阶梯环形的稳压腔（19）；在凸起的圆台阶梯端壁（22）上沿周向至少布置一排总压进气孔（25），在支撑件后端壁（24）上沿周向至少布置一排出气孔（26）；弹性密封件（15）设置在凸起圆台后面的支撑件壁面（23）上，弹性密封件（15）与密封支撑件（14）之间形成密封腔（30）。
2.如权利要求1所述的一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构，其特征在于：所述的稳压腔（19）内的火焰筒外壁面（17）上布置有肋片（27）。
3.如权利要求2所述的一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构，其特征在于：火焰筒外壁面上肋片（27）的肋片间距与肋高比范围为5～20。
4.如权利要求1、2或3所述的一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构，其特征在于：所述总压进气孔（25）的总面积要小于出气孔（26）的总面积。
5.如权利要求1所述的一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构，其特征在于：弹性密封件（15）由定位密封环（28）和至少一个圆弧状弹性密封条（31）组成，圆弧状弹性密封条设置在定位密封环上，该定位密封环固定在密封支撑件（32）上。
6.如权利要求5所述的一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构，其特征在于：所述圆弧状弹性密封条（31）的个数在36～72之间。
7.如权利要求5或6所述的一种带稳压腔的燃烧室火焰筒与过渡段密封的连接结构，其特征在于：当圆弧状弹性密封条采用两个以上圆弧状弹性密封条时，相邻两个圆弧状弹性密封条之间的间隙在1mm～3mm范围内。
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