CN105157061A - 一种中心体组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及干低排放燃烧室领域，具体涉及一种中心体组件，以解决目前中心体的外部紊流器构件给燃烧室带来额外的压力损失，从而影响燃气轮机性能的问题。中心体组件包括：中心筒体，具有直径相同的中心旋流器、内筒体前壁与内筒体后壁；中心体外壁，同轴套设在中心筒体的外侧，与中心体外壁之间以形成环状的冷却空气通道；一级旋流器，附连在内筒体前壁的下游端外侧；二级旋流器，呈环状，同轴固定设置在冷却空气通道中。本发明中心体组件在冷却空气通道内采用二级旋流器，相对于常规紊流器构件来说，局部压力损失更低，燃气轮机效率能够得到提升。

Description

一种中心体组件

技术领域

本发明涉及干低排放燃烧室领域，具体涉及一种中心体组件。

背景技术

燃气轮机包括压气机、燃烧室与涡轮，压气机将空气压缩后，高压空气与燃料在燃烧室内混合点燃后形成高温高压的燃气，并推动涡轮做功。

目前，随着用户日益严格的要求，燃气轮机寿命已经成为燃气轮机行业的关键标准，而燃烧室作为燃气轮机中的热端部件，其寿命对整机寿命有着重要影响，因此冷却设计也成为燃烧室设计领域的关键技术。干低排放燃烧室中采用贫油预混燃烧，绝大多数空气用于和燃料预混，因此冷却空气量紧张，冷却设计难度更大，需要更高效的壁面冷却手段。

中国专利CN101639220A涉及用于涡轮机燃烧器的中心体罩及方法，在该专利中，该装置包括中心体、外部紊流器构件等，外部紊流器与中心体间隔开形成空气通道，能够强化冷却空气与壁面之间的换热，加强壁面冷却效果。但发现外部紊流器构件会为燃烧室带来额外的压力损失，影响燃气轮机性能；另外冷却空气在通道内停留的时间过短，冷却效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种中心体组件，以解决目前中心体的外部紊流器构件给燃烧室带来额外的压力损失，从而影响燃气轮机性能的问题。

本发明的技术方案是：

一种中心体组件，包括：

中心筒体，具有直径相同的中心旋流器、内筒体前壁、内筒体后壁，所述内筒体前壁连接到中心旋流器的下游端，所述内筒体后壁附连到中心旋流器的上游端；

中心体外壁，同轴套设在中心筒体的外侧，并与所述中心体外壁之间以形成环状的冷却空气通道；

一级旋流器，连接在所述内筒体前壁的下游端外侧；

二级旋流器，呈环状，同轴固定设置在所述冷却空气通道中，且位于所述中心体外壁的上游端。

可选地，所述二级旋流器的内径等于所述内筒体后壁的外径，所述二级旋流器的外径等于所述中心体外壁的内径。

可选地，所述二级旋流器旋流角度为30度～50度。

可选地，所述中心体外壁的内侧具有与二级旋流器旋向相同的螺旋肋。

本发明的有益效果：

本发明中心体组件能够优化高火焰温度下燃气轮机燃烧室的寿命性能；由于在冷却空气通道内采用二级旋流器，相对于常规紊流器构件来说，局部压力损失更低，燃气轮机效率能够得到提升；冷却空气通道内部气流紊流度更高，中心体外壁与冷却空气之间的换热效果增强，冷却效果更优；另外，二级旋流器能够令通过的气流产生向外侧运动的趋势，贴近中心体外壁的气流速度会加快，再次强化壁面的冷却效果。

附图说明

图1是现有技术燃气轮机燃烧室中心体组件的截面的简化视图；

图2是本发明燃气轮机燃烧室中心体组件的截面的简化视图；

图3是图2中的不具有螺旋肋的中心体外壁的截面的细节视图；

图4是图2中的具有与二级旋流器旋向相反的螺旋肋的中心体外壁的截面的细节视图。

附图标记：

中心体组件10，40；

中心筒体11，41；

中心旋流器12，42；

内筒体前壁13，43；

内筒体后壁14，44；

一级旋流器15，45；

中心体外壁16，46；

冷却空气通道17，47；

中心预混通道18，48；

紊流器构件19；

二级旋流器49；

螺旋肋50。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。

参考图1所示，大致显示了现有的燃气轮机燃烧室中心体组件10；该中心体组件10包括中心筒体11、一级旋流器15与中心体外壁16(呈筒状)；其中，中心筒体11包括中心旋流器12、内筒体前壁13(呈筒状)与内筒体后壁14(呈筒状)，三者通过焊接前后固连，形成中心预混通道18，用于燃料与空气的充分预混。

一级旋流器15焊接在中心筒体11的内筒体前壁13下游端的外侧，用于冷却中心体组件40近火焰端面，同时能够防止燃烧室回火；中心体外壁16焊接在一级旋流器15的上游端，并与中心筒体11同轴放置，之间形成冷却空气通道17，来流空气进入冷却空气通道17冷却；另外，中心体外壁16还包括紊流器构件19，能够增强冷却空气的紊流度，从而强化中心体外壁16的冷却效果。

但是，现有的中心体组件10中，中心体外壁16上紊流器构件19的设置，会为燃烧室带来额外的压力损失，从而影响燃气轮机性能；另外，冷却空气在冷却空气通道17内停留的时间过短，冷却效率较低。

参考图2，本发明实施例的燃气轮机燃烧室中心体组件40；该中心体组件40包括中心筒体41、一级旋流器45、中心体外壁46以及二级旋流器。

中心筒体41同样包括中心旋流器42、内筒体前壁43与内筒体后壁44(结构与现有技术结构基本相同)，三者通过焊接前后固连，形成中心预混通道48，用于燃料与空气的充分预混。

一级旋流器45(与现有一级旋流器15结构基本相同)焊接在中心筒体41的内筒体前壁43下游端的外侧，用于冷却中心体组件40近火焰端面，同时能够防止燃烧室回火。

中心体外壁46(呈筒状)，同轴套设在中心筒体41的外侧，与中心体外壁46之间以形成环状的冷却空气通道47，且中心体外壁46是焊接在一级旋流器45的上游端，来流空气进入冷却空气通道47冷却中心体外壁46。

二级旋流器49呈环状，同轴固定设置在冷却空气通道47中，且是通过焊接设置在中心体外壁46的上游端；需要说明的是，此处中心体外壁46的上游和下游是以中心体外壁46轴向中点为分界。另外，二级旋流器49起旋流作用的结构与一级旋流器45上其旋流作用的结构基本相同；并且，二级旋流器49的内径等于内筒体后壁44的外径，二级旋流器49的外径等于中心体外壁46的内径，以使得二级旋流器49正好同轴设置在环状的冷却空气通道47中，能够保证气流流动合理性。

二级旋流器49相对于紊流器构件19能够降低局部压力损失，从而提高燃气轮机效率；同时，通过二级旋流器49后冷却空气通道47内部气流能够获得更高的紊流度，从而使中心体外壁46与冷却空气之间的换热效果增强；最后，二级旋流器49能够令通过的气流产生向外侧运动的趋势，贴近中心体外壁46的气流速度会加快，再次强化冷却效果。进一步，为控制气流的加速程度及向外侧运动的趋势，二级旋流器49的旋流角度设置为30度到50度之间。

本发明的中心体外壁46内侧还可以采用其他适合的形式。参考图3所示，在一个优选实施例中，由于冷却空气通道47中放置二级旋流器49，能够起到增强紊流度的作用，因此为降低压力损失，可以取消中心体外壁46内侧的紊流器构件19，则中心体外壁46成为纯圆柱形壁。

参考图4，在另一个优选实施例中，若相比于压力损失来说更重视冷却效率，则可以在中心体外壁46内侧加工出与二级旋流器49旋向相反的螺旋肋50，进一步增强冷却空气通道47内部气流紊流程度，同时增加气流在冷却空气通道47内的停留时间，从而提高冷却效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种中心体组件，其特征在于，包括：

中心筒体(41)，具有直径相同的中心旋流器(42)、内筒体前壁(43)、内筒体后壁(44)，所述内筒体前壁(43)附连到中心旋流器(42)的下游端，所述内筒体后壁(44)连接到中心旋流器(42)的上游端；

中心体外壁(46)，同轴套设在中心筒体(41)的外侧，并与所述中心体外壁(46)之间以形成环状的冷却空气通道(47)；

一级旋流器(45)，连接在所述内筒体前壁(43)的下游端外侧；

二级旋流器(49)，呈环状，同轴固定设置在所述冷却空气通道(47)中，且位于所述中心体外壁(46)的上游端。

2.根据权利要求1所述的中心体组件，其特征在于，所述二级旋流器(49)的内径等于所述内筒体后壁(44)的外径，所述二级旋流器(49)的外径等于所述中心体外壁(46)的内径。

3.根据权利要求1所述的中心体组件，其特征在于，所述二级旋流器(49)旋流角度为30度～50度。

4.根据权利要求1所述的中心体组件，其特征在于，所述中心体外壁(46)的内侧具有与二级旋流器(49)旋向相同的螺旋肋(50)。