CN104165379A - 一种带冷却装置的燃烧室头部结构 - Google Patents
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Abstract
一种带冷却装置的燃烧室头部结构，该结构包括值班喷嘴、锥形稳焰板、多个主喷嘴、燃料喷管、第一燃料环管、第二燃料环管以及第三燃料供给管；锥形稳焰板为中空结构；通过燃料喷管、第一燃料环管向值班喷嘴锥形稳焰板引入低温未燃燃气，冷却值班喷嘴锥形稳焰板的高温区，通过第二燃料环管以及第三燃料供给管将燃气回转注入燃料喷注装置提供燃料；该冷却装置结构简单，布局合理，有效减低值班喷嘴锥形稳焰板高温区的温度，减少冷却气的使用量，同时提高了未燃燃气温度，加强混合效果，提高了燃烧效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机燃烧室的结构设计，尤其涉及一种带冷却装置的燃烧室头部结构。
背景技术
图1为一种典型的燃烧室头部结构，值班喷嘴2布置于中心，多个主喷嘴3环形均匀布置于值班喷嘴2的外侧；值班喷嘴2采用扩散或预混燃烧模式，值班喷嘴2下游设置锥形稳焰板21，目的在于增强整个燃烧室头部的稳焰性能，值班喷嘴2承担点火以及主要的稳焰功能。从端盖引出多个燃料喷管4，分别深入对应值班喷嘴2以及主喷嘴3中轴线区域，燃料喷管上设置燃料喷射装置5，喷注燃料并增强掺混。值班喷嘴2下游的锥形稳焰板21在工作状态时，流体温度可达2000K左右，极易被烧毁。传统的方法从头部引冷却气给锥形稳焰板21降温，但是对于F级燃机，可以用的冷却气小于全部空气量的10％，却需要承担冷却过渡段以及各种密封件的功能，因此能够分给锥形稳焰板21的冷却气量只有2％-3％左右，较难有理想的冷却效果。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种带冷却装置的燃烧室头部结构，采用该结构可以有效解决现有技术中锥形稳焰板冷却设计方面的难题，有效减少该区域冷却气用量。
本发明所采用的技术方案如下：
一种带冷却装置的燃烧室头部结构，包括值班喷嘴、锥形稳焰板、多个主喷嘴和燃料喷管；值班喷嘴布置于燃烧室头部结构的中心，多个主喷嘴环形均匀布置于值班喷嘴外侧，锥形稳焰板布置于值班喷嘴下游，燃料喷管从端盖引出，值班喷嘴以及主喷嘴均设置燃料喷注装置，其特征在于，该带冷却装置的燃烧室头部结构还包括第一燃料环管、第二燃料环管以及第三燃料供给管；所述锥形稳焰板为中空结构；所述第一燃料环管的上游端与燃料喷管连通，其下游端与锥形稳焰板下端部连通；所述第二燃料环管的上游端与锥形稳焰板的上端部连通，其下游端与第三燃料供给管连通，第三燃料供给管与主喷嘴的燃料喷注装置相连通；
燃气经第一燃料环管后从下端部进入锥形稳焰板中空结构内，再从锥形稳焰板的上端部进入第二燃料环管，经第三燃料供给管流入主喷嘴的燃料喷注装置，并与主喷嘴的内的空气混合。
优选的，第一燃料环管下游端距锥形稳焰板上端部的距离L1为锥形稳焰板上端部距下端部的距离L2的2/3-1。
本发明的另一可采用的技术方案如下：
一种带冷却装置的燃烧室头部结构，包括值班喷嘴、锥形稳焰板、多个主喷嘴和燃料喷管；值班喷嘴布置于燃烧室头部结构的中心，多个主喷嘴环形均匀布置于值班喷嘴外侧，锥形稳焰板布置于值班喷嘴下游，燃料喷管从端盖引出，值班喷嘴以及主喷嘴均设置燃料喷注装置，其特征在于，该带冷却装置的燃烧室头部结构还包括第一燃料环管、第二燃料环管以及第三燃料供给管；所述锥形稳焰板为中空结构；所述第一燃料环管的上游端与燃料喷管连通，其下游端与锥形稳焰板上端部连通；所述第二燃料环管的上游端与锥形稳焰板的下端部连通，其下游端与第三燃料供给管连通，第三燃料供给管与值班喷嘴的燃料喷注装置相连通；
燃气经第一燃料环管后从上端部进入锥形稳焰板中空结构内，再从锥形稳焰板的下端部进入第二燃料环管，经第三燃料供给管流入值班喷嘴的燃料喷注装置，并与值班喷嘴内的空气混合。
优选的，第二燃料环管上游端距锥形稳焰板上端部的距离L3为锥形稳焰板上端部距下端部距离L2的2/3-1。
优选的，上述两种技术方案中，锥形稳焰板的中空结构内侧内表面设置肋片；所述的燃料喷管为圆管，第三燃料供给管为多个圆管或一个环管。
本发明与现有技术相比有以下突出的优点及有益效果：
本发明涉及的带冷却装置的燃烧室头部结构在值班喷嘴锥形稳焰板的高温段设置中空结构，通过燃料喷管、第一燃料环管引温度较低的未燃燃气进入中空结构区域，对该区域进行冷却，燃气对中空区域冷却后，通过第二燃料环管以及第三燃料供给管将燃气回转注入燃料喷注装置，为燃料喷注系统提供燃料。该带冷却装置的燃烧室头部结构简单，有效利用了燃气的回转流动对值班喷嘴锥形稳焰板进行冷却，同时对温度较低的未燃燃气进行了加热，有效提高燃气与空气的混合效果，提高燃烧效率。
附图说明
图1为现有技术一种典型的燃烧室头部结构。
图2a为本发明第一种实施例截面示意图，图2b为图2a的左视图。
图3a为本发明另一种实施例截面示意图，图3b为图3b的左视图。
图中符号说：2-值班喷嘴；21-锥形稳焰板；3-主喷嘴；4-燃料喷管；41-第一燃料环管；42-第二燃料环管；43-第三燃料供给管；5-燃料喷注装置。
具体实施方式
下面结合附图具体实施例对本发明进行详细说明：
图2a、图2b为本发明一个典型的实施结构示意图,该燃气轮机带冷却装置的燃烧室头部结构，包括值班喷嘴2、锥形稳焰板21、多个主喷嘴3、燃料喷管4、燃料喷注装置5、第一燃料环管41、第二燃料环管42以及第三燃料供给管43，值班喷嘴2布置于燃烧室头部结构的中心，多个主喷嘴3环形均匀布置于值班喷嘴2的外侧，锥形稳焰板21布置于值班喷嘴2的下游，燃料喷管4从端盖引出，值班喷嘴2以及主喷嘴3均设置燃料喷注装置5，值班喷嘴的锥形稳焰板21为中空结构，第一燃料环管41上游端与燃料喷管4连通，其下游端与锥形稳焰板21下端部连通；第二燃料环管42上游端与锥形稳焰板21上端部连通，其下游端与第三燃料供给管43连通，第三燃料供给管43与设置在主喷嘴3上的燃料喷注装置5相连通。燃气从端盖引出，经过第一燃料环管41的引导，较低温的燃气流进锥形稳焰板21中空结构内，一方面可以降低锥形稳焰板21热端壁面的温度，另一方面可以加温温度较低的燃气，增强喷嘴的混合性能，提高燃烧效率，被加温的燃气通过第二燃料环管42流入主喷嘴3的燃料喷注装置5，并与主喷嘴3内的空气混合。优选的，第一燃料环管41下游端距锥形稳焰板21上端部的距离L1为锥形稳焰板21上端部距下端部的距离L2的2/3-1,当燃气轮机正常工作时，值班喷嘴2的锥形稳焰板21的高温区主要从距值班喷嘴2的锥形稳焰板21上端部距离为2/3-1处开始，该区域需要较强的冷却，通过引入温度较低的未燃燃气(燃气温度通常为常温或低于喷嘴进口温度)流经值班喷嘴锥形稳焰板的高温区，加强该区域的换热，从而带走部分热量，有效冷却值班喷嘴2的锥形稳焰板21的高温区。上述两种技术方案中，锥形稳焰板的中空结构内侧内表面设置肋片；所述的燃料喷管4为圆管，第三燃料供给管可以为多个圆管或一个环管。
为了进一步加强换热，锥形稳焰板21的中空结构内侧内表面设置肋片，通过肋片扰流加强该区域的换热，有效对该区域进行冷却。
图3a、图3b为本发明又一个典型的实施例的结构示意图，该燃气轮机带冷却装置的燃烧室头部结构1，包括值班喷嘴2、锥形稳焰板21、主喷嘴3、燃料喷管4、燃料喷注装置5、第一燃料环管41、第二燃料环管42以及第三燃料供给管43，值班喷嘴2布置于冷却装置中心，多个主喷嘴3环形均匀布置于值班喷嘴2外侧，锥形稳焰板21布置于值班喷嘴2下游，燃料喷管4从端盖引出，值班喷嘴2以及主喷嘴3均设置燃料喷注装置5，值班喷嘴锥形稳焰板21为中空结构，第一燃料环管41上游端与燃料喷管4连通，下游端与值班喷嘴锥形稳焰板21上端部连通，第二燃料环管42上游端与值班喷嘴锥形稳焰板21下端部连通，下游端与第三燃料供给管43连通，第三燃料供给管43与设置在值班喷嘴2上的燃料喷注装置5相连通。燃气从端盖引出，经过第一燃料环管41的引导，较低温的燃气流进锥形稳焰板21中空结构内，一方面可以降低锥形稳焰板21热端壁面的温度，另一方面可以加温温度较低的燃气，增强喷嘴的混合性能，提高燃烧效率，加温的燃气通过第二燃料环管42流入值班喷嘴2的燃料喷注装置5，并与值班喷嘴2内的空气混合。
优选的，第二燃料环管42上游端距锥形稳焰板21上端部的距离L3为锥形稳焰板21下端部距上端部距离L2的2/3-1，当燃气轮机正常工作时，值班喷嘴2锥形稳焰板21的高温区主要从距锥形稳焰板21上端部距离为2/3-1处开始，该区域需要较强的冷却，通过引入温度较低的未燃燃气(燃气温度通常为常温或低于喷嘴进口温度)流经值班喷嘴锥形稳焰板的高温区，加强该区域的换热，从而带走部分热量，有效冷却锥形稳焰板21的高温区。
优选的，值班喷嘴2的锥形稳焰板21的中空结构内侧内表面设置肋片，通过肋片扰流加强该区域的换热，有效对该区域进行冷却。
Claims (6)
1.一种带冷却装置的燃烧室头部结构，包括值班喷嘴(2)、锥形稳焰板(21)、多个主喷嘴(3)和燃料喷管(4)；值班喷嘴(2)布置于燃烧室头部结构的中心，多个主喷嘴(3)环形均匀布置于值班喷嘴(2)外侧，锥形稳焰板(21)布置于值班喷嘴(2)下游，燃料喷管(4)从端盖引出，值班喷嘴(2)以及主喷嘴(3)均设置燃料喷注装置(5)，其特征在于，该带冷却装置的燃烧室头部结构还包括第一燃料环管(41)、第二燃料环管(42)以及第三燃料供给管(43)；所述锥形稳焰板(21)为中空结构；所述第一燃料环管(41)的上游端与燃料喷管(4)连通，其下游端与锥形稳焰板(21)下端部连通；所述第二燃料环管(42)的上游端与锥形稳焰板(21)的上端部连通，其下游端与第三燃料供给管(43)连通，第三燃料供给管(43)与主喷嘴(3)的燃料喷注装置(5)相连通；
燃气经第一燃料环管(41)后从下端部进入锥形稳焰板(21)中空结构内，再从锥形稳焰板(21)的上端部进入第二燃料环管(42)，经第三燃料供给管(43)流入主喷嘴(3)的燃料喷注装置(5)，并与主喷嘴(3)的内的空气混合。
2.根据权利要求1所述的一种带冷却装置的燃烧室头部结构，其特征在于:第一燃料环管(41)下游端距锥形稳焰板(21)上端部的距离L1为锥形稳焰板(21)上端部距下端部的距离L2的2/3-1。
3.一种带冷却装置的燃烧室头部结构，包括值班喷嘴(2)、锥形稳焰板(21)、多个主喷嘴(3)和燃料喷管(4)；值班喷嘴(2)布置于燃烧室头部结构的中心，多个主喷嘴(3)环形均匀布置于值班喷嘴(2)外侧，锥形稳焰板(21)布置于值班喷嘴(2)下游，燃料喷管(4)从端盖引出，值班喷嘴(2)以及主喷嘴(3)均设置燃料喷注装置(5)，其特征在于，该带冷却装置的燃烧室头部结构还包括第一燃料环管(41)、第二燃料环管(42)以及第三燃料供给管(43)；所述锥形稳焰板(21)为中空结构；
所述第一燃料环管(41)的上游端与燃料喷管(4)连通，其下游端与锥形稳焰板(21)上端部连通；所述第二燃料环管(42)的上游端与锥形稳焰板(21)的下端部连通，其下游端与第三燃料供给管(43)连通，第三燃料供给管(43)与值班喷嘴的燃料喷注装置(5)相连通；
燃气经第一燃料环管(41)后从上端部进入锥形稳焰板(21)中空结构内，再从锥形稳焰板(21)的下端部进入第二燃料环管(42)，经第三燃料供给管(43)流入值班喷嘴(2)的燃料喷注装置(5)，并与值班喷嘴(2)内的空气混合。
4.根据权利要求3所述的一种带冷却装置的燃烧室头部结构，其特征在于:第二燃料环管(42)上游端距锥形稳焰板(21)上端部的距离L3为锥形稳焰板(21)上端部距下端部距离L2的2/3-1。
5.根据权利要求1或2所述的带冷却装置的燃烧室头部结构，其特征在于:所述的锥形稳焰板(21)的中空结构内侧内表面设置肋片。
6.根据权利要求1或2所述的一种带冷却装置的燃烧室头部结构，其特征在于:所述的燃料喷管(4)为圆管，第三燃料供给管(43)为多个圆管或一个环管。
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