CN104359126B - 一种燃气轮机燃烧室火焰筒的交错式冷却结构 - Google Patents
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Abstract
一种燃气轮机燃烧室火焰筒的交错式冷却结构，属于燃气轮机技术领域。该冷却结构包括沿火焰筒轴向布置的多个环形限流板，环形限流板外侧固定在导流衬套的内壁上，每个环形限流板内侧沿周向设置有冷却孔，冷却孔为矩形或半圆形。冷却孔可增强对流换热系数，改善火焰筒的冷却效果，防止火焰筒温度过高。环形限流板径向延伸至火焰筒，相邻的两个环形限流板的冷却孔在周向上交错分布，可限制空气的流动，增加回流空气的流动时间，有利于对火焰筒进行充分冷却。通过改善冷却，提高了火焰筒的可靠性，有助于提高火焰筒的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃气轮机燃烧室火焰筒的冷却结构。
背景技术
燃气轮机包括压气机、燃烧室和透平三大部件。其中，燃气轮机的最高温度区存在于燃烧室，燃烧室作为连接压气机和透平的燃气燃烧部件，将化学能转化为热能，将热空气通入透平做功。在燃烧室前端装有燃料喷嘴，喷嘴喷出的燃料与进入的空气在燃烧室内燃烧，燃烧温度可达2000摄氏度以上，压力可达20个大气压。燃烧室外缸在高温下很难承受这样的高压。为降低燃烧室缸壁的温度，以保证其强度，通常在燃烧室内设火焰筒，减少外缸受热，使外缸主要起到承压的作用。
火焰筒一般采用耐高温合金制成，目前的火焰筒金属材料正常工作温度都在1000摄氏度以下，因此必须对火焰筒进行冷却，且冷却结构的合理性对火焰筒的工作寿命影响很大。目前用于燃气轮机火焰筒的基本冷却方式主要有气膜冷却、发散冷却、冲击发散组合冷却、层板冷却等，基本原理大多是将一部分冷气从燃烧室回流空气通道引入至火焰筒内，在火焰筒内壁形成气膜，一方面冷却火焰筒壁，另一方面隔离热燃气。
而现代先进的干式低NOx排放(DLN)燃烧室，往往需要更多的空气从火焰筒头部进入燃烧室，参与组织燃烧，在进一步提升燃烧室温升的同时，控制火焰温度，从而提升燃汽轮机整体效率和降低NOx排放。为实现这一目的，高参数下的DLN燃烧室火焰筒上往往不开设主燃孔、掺混孔等孔径较大的进气孔，并且广泛地采用如发散冷却、冲击冷却或肋片冷却等耗费冷却气少或者完全不耗费冷却空气的冷却技术，从而提供更多的空气用于组织燃烧。
一方面，火焰筒长期在高温下工作，面临着蠕变、氧化问题，并且其在燃气轮机的不断启停过程中承受着热机械疲劳；另一方面，由于火焰筒内燃烧场的不确定性、造成热负荷的不均匀性，以及传统冷却结构冷却性能的限制，导致火焰筒壁面本身温度分布不均，易造成较大热应力。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃气轮机燃烧室火焰筒的交错式冷却结构，使其进一步对火焰筒进行冷却，提高冷却效率，避免火焰筒壁面温度过高以及分布不均造成的高热应力。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种燃气轮机燃烧室的交错式火焰筒冷却结构，火焰筒与导流衬套之间形成环形回流空气通道，其特征在于：交错式火焰筒冷却结构设置在所述环形回流空气通道内，该结构是由沿火焰筒轴向布置的多个环形限流板组成，环形限流板外侧固定在导流衬套的内壁上，每个环形限流板内侧沿周向设置有冷却孔。
上述技术方案中，所述每个环形限流板内侧的冷却孔均匀布置，且相邻的两个环形限流板上的冷却孔在周向上错列布置。
本发明的技术特征还在于：相邻的两个环形限流板的轴向距离为90mm～200mm之间。每个环形限流板上的冷却孔为矩形或半圆形；相邻两个冷却孔的中心间距在50mm～150mm之间。
本发明提供的交错孔式冷却火焰筒的结构，具有以下优点：①导流衬套内的环形限流板的作用下，回流空气在经过各限流板时会被迫贴近火焰筒，并有一定的加速效果，从而显著提高火焰筒表面的换热系数，改善火焰筒的冷却效果；②由于导流衬套设置有环形限流板，可以限制回流空气的速度，均匀布置的冷却孔可以提高进入火焰筒的空气的均匀度，有助于组织燃烧。
附图说明
图1为带有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒的结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为带有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒的三维结构示意图。
图中，1-导流衬套；2-火焰筒；3-环形限流板；4-环形回流空气通道；5-冷却孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1为带有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒的结构示意图，火焰筒2的外部设置有导流衬套1，导流衬套与火焰筒之间形成环形回流空气通道4；该冷却结构设置在所述环形回流空气通道内，包括多个沿火焰筒轴向布置的环形限流板3，每个环形限流板的外侧固定在导流衬套的内壁上，相邻的两个所述环形限流板3的轴向距离为90mm～200mm之间。每个环形限流板内侧沿周向设置有冷却孔5，空气从冷却孔和火焰筒形成的空间内穿过环形限流板。每个环形限流板内侧的冷却孔最好均匀布置，且相邻的两个环形限流板3上的冷却孔在周向上错列布置，回流空气从导流衬套出口进入环形回流空气通道4，到达环形限流板3处，从冷却孔5穿过，这样可限制空气的流动，增加回流空气的流动时间，有利于对火焰筒进行充分冷却。
图2为图1的A-A剖视图，所述环形限流板3从导流衬套1内壁面径向延伸至火焰筒2外壁面，可以对回流空气起到比较好的阻挡作用，在靠近火焰筒2处开设多个半圆形的冷却孔5，回流空气从所述冷却5孔中加速通过，有效增强火焰筒表面的换热系数。每个环形限流板上相邻两个冷却孔5的中心间距在在50mm～150mm之间。相邻的两个所述环形限流板的冷却孔5在周向上交错分布，这样可以增加回流空气的流动时间，改善冷却效果。
Claims (4)
1.一种燃气轮机燃烧室火焰筒的交错式冷却结构，所述火焰筒(2)的外部设置有导流衬套(1)，导流衬套与火焰筒之间形成环形回流空气通道(4)，其特征在于：该冷却结构设置在所述环形回流空气通道(4)内，包括多个沿火焰筒(2)轴向布置的环形限流板(3)；每个环形限流板(3)的外侧固定在导流衬套(1)的内壁上，每个环形限流板(3)内侧沿周向设置有冷却孔(5)；每个环形限流板(3)内侧的冷却孔(5)均匀布置，且相邻的两个环形限流板(3)上的冷却孔在周向上错列布置。
2.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室火焰筒的交错式冷却结构，其特征在于，相邻的两个环形限流板(3)之间的轴向距离为90mm～200mm之间。
3.如权利要求1或2所述的一种燃气轮机燃烧室火焰筒的交错式冷却结构，其特征在于，每个环形限流板上相邻两个冷却孔(5)的中心间距在50mm～150mm之间。
4.如权利要求3所述的一种燃气轮机燃烧室火焰筒的交错式冷却结构，其特征在于，所述冷却孔(5)为矩形孔或半圆形孔。
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