CN107339712B - 径向流燃烧室扩压器及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向流燃烧室扩压器及燃气轮机，该扩压器设置于中介机匣和离心叶轮罩形成的第一气流通道出口，该扩压器包括：与离心叶轮罩连接的第一支撑臂，及与燃烧室机匣连接的第二支撑臂，设置在第一支撑臂和第二支撑臂之间的多个用于引导进口气流的导流叶片，多个导流叶片之间设有用于对进口气流扩压减速的第二气流通道；第二气流通道的中心轴线与火焰筒的中心轴线共线，使扩压器流出的气流在径向流燃烧室火焰筒前后二股通道保持速度均匀、压力相等，从而避免了气流的大角度转弯，一方面有利于减小燃烧室总压损失，另一方面使得火焰筒内流动与燃烧更易于组织。另外，该扩压器的分体结构设计便于加工，且拆装方便，维护性能好。

Description

径向流燃烧室扩压器及燃气轮机

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，特别地，涉及一种径向流燃烧室扩压器及燃气轮机。

背景技术

扩压器是燃烧系统中的关键部件之一，其功用是降低从压气机流出的气流速度，以利于组织燃烧。扩压器不仅直接影响燃烧室的性能，也影响发动机的性能。合理设计扩压器对于改善燃烧条件，改进燃烧室性能、减少燃烧室尺寸和重量有重要意义。

如图1中所示，现有技术中，与离心压气机匹配的扩压器通常由“径向扩压器22”和“轴向扩压器21”两部分组成，气流的扩压减速在轴向扩压器21出口的突扩区域中实现；因为现有扩压器出口气流的中心轴线与火焰筒中心轴线是错开设置的，两者并不共线，导致进入燃烧室前后两股通道气流的射流深度和射流角度有偏差，从而使进入燃烧室火焰筒周围通道的气流速度也会存在偏差。

另外，现有扩压器大多匹配直流燃烧室或回流燃烧室，其排气形式为：轴向排气。但是在燃气轮机中装配径向流燃烧室时，使用现有扩压器会出现燃烧室前后二股通道气流速度不一致的现象，造成燃烧不充分，进一步导致燃烧室无效压力损失增加。且现有技术中径向扩压器和轴向扩压器为一体式结构，扩压器组件一端与压气机隔热板23焊接成一体，另一端与燃烧室机匣1焊接或螺栓连接，整个扩压器组件结构复杂、加工难度大、不易拆装、维护性差。

因此，需要设计一种适用于径向流燃烧室的扩压器，以使进入径向流燃烧室火焰筒前后两股通道的气流均匀，减少燃烧室中无效压力的损失。

发明内容

本发明提供了一种径向流燃烧室扩压器及燃气轮机，以解决现有的扩压器在适用于径向流燃烧室时进入火焰筒周围通道气流速度不一致的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种径向流燃烧室扩压器，该扩压器设置于中介机匣和离心叶轮罩形成的第一气流通道出口，以对进入径向流燃烧室的气流进行扩压减速，其特征在于，扩压器包括：与离心叶轮罩连接的用于支撑扩压器的第一支撑臂、与燃烧室机匣连接的用于支撑扩压器的第二支撑臂、及设置在第一支撑臂和第二支撑臂之间且分别与第一支撑臂和第二支撑臂连接的多个用于引导径向流燃烧室进口气流的导流叶片，

多个导流叶片之间形成了用于对进入径向流燃烧室的气流进行扩压减速的第二气流通道，第二气流通道的中心轴线与火焰筒的中心轴线共线，以使进入径向流燃烧室内火焰筒前后两股通道的气流均匀。

进一步地，第一支撑臂经搭接法兰与离心叶轮罩连接，用于控制扩压器的轴向装配距离。

进一步地，搭接法兰上设有与离心叶轮罩上的凸台外圆配合的搭接止口，以保证搭接法兰的安装边轴线与燃气轮机的发动机同轴。

进一步地，第二支撑臂经安装法兰固定连接在燃烧室机匣上，安装法兰设置在燃烧室机匣与中介机匣之间，用于固定扩压器。

进一步地，扩压器还包括使导流叶片与离心叶轮罩和中介机匣之间的气流通道出口对应的对接面。

进一步地，对接面为与离心叶轮罩和中介机匣紧密相接的圆环，以防止漏气造成无效压力损失。

进一步地，第二气流通道的截面为锥形，小径端连接第一气流通道出口。

根据本发明的另一方面，还提供了一种燃气轮机，其包括上述的用于径向流燃烧室的扩压器。

本发明具有以下有益效果：

本发明的径向流燃烧室的扩压器及燃气轮机，该扩压器设置于中介机匣与离心叶轮罩形成的第一气流通道的出口，以对燃烧室的进口气流进行扩压减速。该扩压器包括：与离心叶轮罩连接的用于支撑扩压器的第一支撑臂，及与燃烧室机匣连接的用于支撑扩压器的第二支撑臂，设置在第一支撑臂和第二支撑臂之间的多个对燃烧室进口气流进行引导的导流叶片；多个导流叶片之间形成了用于对引导的气流进行扩压减速的第二气流通道，第二气流通道的的中心轴线与火焰筒的中心轴线共线，使进入径向流燃烧室火焰筒前后两股通道气流的射流速度和角度相同，从而使径向流燃烧室的前后两股通道的气流速度均匀且压力平衡，避免了气流的大角度转弯，一方面有利于减小燃烧室总压损失，另一方面使得气流在火焰筒内流动与燃烧更易于组织。另外，该扩压器的分体结构设计便于加工，且拆装方便，维护性能好。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术扩压器的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的径向流燃烧室的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的扩压器的机构示意图。

附图标号说明：

10、扩压器；11、搭接法兰；12、搭接止口；13、第一支撑臂；14、导流叶片；15、对接面；16、第二支撑臂；17、安装法兰；

20、中介机匣；30、燃烧室机匣；40、离心叶轮罩；50、火焰筒。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图2至图3，本发明的优选实施例提供了一种径向流燃烧室的扩压器，因为现有的扩压器大多都是适配直流燃烧室或回流燃烧室的，这种扩压器的排气方式是轴向排气，而对径向的气流无法进行扩压减速，使用现有的扩压器会出现进入燃烧室内火焰筒周围的气流速度不一致，从而导致燃烧不充分，以致于燃烧室内无效压力损失增加。而本发明是适配于径向流燃烧室的扩压器，以使进入燃烧室内火焰筒前后两股通道的气流均匀。该扩压器10设置于中介机匣20与离心叶轮罩40形成的第一气流通道的出口，以对燃烧时进口气流进行扩压减速。该扩压器10包括：与离心叶轮罩40连接的用于支撑扩压器10的第一支撑臂13，及与燃烧室机匣30连接的用于支撑扩压器10的第二支撑臂16，设置在第一支撑臂13和第二支撑臂16之间的多个用于引导燃烧室进口气流的导流叶片14；多个导流叶片14之间形成了用于对进入燃烧室的气流进行扩压减速的第二气流通道，第二气流通道的中心轴线与火焰筒50的中心轴线共线，以使进入径向流燃烧室内火焰筒50前后两股通道的气流均匀。

在本实施例中，中介机匣20与离心叶轮罩40形成的气流经导流叶片14进入径向流燃烧室，第一气流通道的出口气流经第二气流通道进行扩压减速，且第二气流通道的中心轴线与火焰筒50的中心轴线共线，使扩压器10流出的气流在径向流燃烧室内火焰筒50分别与离心叶轮罩40及燃烧室机匣30之间的两股通道保持速度均匀、压力相等，从而避免了气流的大角度转弯，一方面有利于减小燃烧室总压损失，另一方面使得气流在火焰筒50内流动与燃烧更易于组织。另外，该扩压器10通过第一支撑臂13和第二支撑臂16与离心叶轮罩40和燃烧室机匣30连接，这种分体结构设计便于加工，且拆装方便，维护性能好。

优选地，第二气流通道的截面为锥形，小径端连接第一气流通道出口，以便于对从第一气流通道引入的气流进行扩压减速。

可选地，第一支撑臂13经搭接法兰11与离心叶轮罩40连接，用于控制扩压器10的轴向装配距离。

在本实施例中，搭接法兰11上设有与离心叶轮罩40上的凸台外圆配合的搭接止口12，以保证搭接法兰11的安装边轴线与发动机同轴，防止因径向扩压器10偏心导致的火焰筒50进气不均匀从而引起燃烧室出口温度场不能满足设计指标。

优选地，第二支撑臂16经安装法兰17固定连接在燃烧室机匣30上，安装法兰17设置在燃烧室机匣30与中介机匣20之间，并用螺栓固定，以进一步固定扩压器10。在本实施例中，根据径向流燃烧室火焰筒50的装配方向的变化来调整扩压器中心轴线与发动机轴线的夹角Φ，使得扩压器10出口气流的中心轴线与火焰筒50的中心轴线共线。具体地的，调整第一支撑臂13与离心叶轮罩40的连接位置以及第二支撑臂16与燃烧室机匣30的连接位置，以进一步调整扩压器10的中心轴线与发动机轴线的夹角Φ，以使扩压器10出口气流的中心轴线与火焰筒50的中心轴线共线，从而达到使进入径向流燃烧室火焰筒50前后两股通道气流速度均匀的目的。

在本实施例中，扩压器10还包括使导流叶片14与离心叶轮罩40和中介机匣20之间的气流通道出口对接的对接面15。导流叶片14经对接面15对准离心叶轮罩40和中介机匣20之间形成的气流通道口，以形成扩压器10的进气口，气流经过导流叶片14的整流后，进入第二气流通道，实现扩压减速。对接面15为与离心叶轮罩40和中介机匣20相接的圆环，对接面15与离心叶轮罩40和中介机匣20的配合间隙应保持足够小，以防止漏气造成无效压力损失。

具体地，通过调整对接面15，一方面使对接面15对准离心叶轮罩40和中介机匣20之间形成的气流通道口；另一方面调整扩压器10的中心轴线与发动机轴线的夹角Φ，使扩压器10第二气流通道的中心轴线与火焰筒50中心轴线共线，也就是使扩压器10的出口气流的中心轴线与火焰筒50的中心轴线共线，以保证进入径向流燃烧室内火焰筒50分别与离心叶轮罩40及燃烧室机匣30之间的两股通道的气流均匀，使得径向流燃烧室内燃烧充分，减少燃烧室中无效压力的损失。

在径向流燃烧室中，火焰筒50的中心轴线与发动机中心轴线的夹角大于45度，根据径向流燃烧室内火焰筒50的装配方向，在进行扩压器10装配和设计时，调整扩压器10中心轴线与发动机中心轴线之间的夹角，以实现扩压器10出口气流的中心轴线与火焰筒50的中心轴线共线。

本发明还提供一种燃气轮机，该燃气轮机包括上述的用于径向流燃烧室的扩压器，在此不再赘述。

从以上的描述可以得知，本发明的径向流燃烧室扩压器，设置于中介机匣和离心叶轮罩形成的第一气流通道出口，以对燃烧室进口气流进行扩压减速，因为，扩压器第二气流通道的中心轴线与火焰筒的中心轴线共线，使进入径向流燃烧室火焰筒前后两股通道气流的射流速度和角度相同，进一步为径向流燃烧室提供均匀的气流且保证火焰筒与燃烧室机匣和离心叶轮罩之间的压力平衡，避免了进入径向流燃烧室内的气流大转弯，一方面有利于减小燃烧室总压损失，另一方面使得气流在火焰筒内流动与燃烧更易于组织。另外，该扩压器采用分体式结构，便于加工，且拆装方便，维护性能好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种径向流燃烧室扩压器，该扩压器(10)设置于中介机匣(20)和离心叶轮罩(40)形成的第一气流通道出口，以对进入径向流燃烧室的气流进行扩压减速，其特征在于，所述扩压器(10)包括：与所述离心叶轮罩(40)连接的用于支撑所述扩压器(10)的第一支撑臂(13)、与燃烧室机匣(30)连接的用于支撑所述扩压器(10)的第二支撑臂(16)、及设置在所述第一支撑臂(13)和所述第二支撑臂(16)之间且分别与所述第一支撑臂(13)和所述第二支撑臂(16)连接的多个用于引导所述径向流燃烧室进口气流的导流叶片(14)，

多个所述导流叶片(14)之间形成了用于对进入所述径向流燃烧室的气流进行扩压减速的第二气流通道，火焰筒(50)的中心轴线与燃气轮机的发动机中心轴线的夹角大于45度，通过调整所述扩压器(10)的中心轴线与燃气轮机的发动机中心轴线的夹角使所述第二气流通道的中心轴线与所述火焰筒(50)的中心轴线共线，以使进入所述径向流燃烧室内所述火焰筒(50)前后两股通道的气流均匀；

所述第一支撑臂(13)经搭接法兰(11)与所述离心叶轮罩(40)连接，用于控制所述扩压器(10)的轴向装配距离；所述搭接法兰(11)上设有与所述离心叶轮罩(40)上的凸台外圆配合的搭接止口，以保证所述搭接法兰(11)的安装边轴线与燃气轮机的发动机同轴；

所述第二支撑臂(16)经安装法兰(17)固定连接在所述燃烧室机匣(30)上，所述安装法兰(17)设置在所述燃烧室机匣(30)与所述中介机匣(20)之间，用于固定所述扩压器(10)；

所述扩压器(10)还包括使所述导流叶片(14)与所述离心叶轮罩(40)和所述中介机匣(20)之间的第一气流通道出口对应的对接面(15)；

通过调整对接面(15)，使对接面(15)对准离心叶轮罩(40)和中介机匣(20)之间形成的气流通道口，通过调整第一支撑臂(13)与离心叶轮罩(40)的连接位置以及第二支撑臂(16)与燃烧室机匣(30)的连接位置，使扩压器(10)第二气流通道的中心轴线与火焰筒(50)中心轴线共线，扩压器(10)的出口气流的中心轴线与火焰筒(50)的中心轴线共线，以保证进入径向流燃烧室内火焰筒(50)分别与离心叶轮罩(40)及燃烧室机匣(30)之间的两股通道的气流均匀，使得径向流燃烧室内燃烧充分，减少燃烧室中无效压力的损失。

2.根据权利要求1所述的径向流燃烧室扩压器，其特征在于，

所述对接面(15)为与所述离心叶轮罩(40)和所述中介机匣(20)紧密相接的圆环，以防止漏气造成无效压力损失。

3.根据权利要求1所述的径向流燃烧室扩压器，其特征在于，

所述第二气流通道的截面为锥形，小径端连接所述第一气流通道出口。

4.一种燃气轮机，其特征在于，

包括如权利要求1至3任一所述的用于径向流燃烧室的扩压器。

Images