CN113048514A - 燃烧室罩帽 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种燃烧室罩帽，包括外环、若干个内环和稳焰面板，稳焰面板分别连接外环和若干个内环；外环为双层壁结构，包括外层壁和内层壁，外层壁设有进气孔，内环设有第一出气孔；空气沿进气孔进入，沿着外层壁和内层壁之间的第一气流流动通道，以及稳焰面板中的第二气流流动通道流动，再由第一出气孔喷出。通过采用内部气流流动通道冷却，进一步提升罩帽冷却均匀性，降低冷却空气量消耗，同时提升罩帽稳定火焰能力。
Description
技术领域
本申请涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种燃烧室罩帽。
背景技术
燃气轮机主要包括压气机、燃烧室、透平三大部件，压气机排气流至燃烧室，在燃烧室头部与燃料混合后进行燃烧，生成的热燃气输送至透平做功。燃烧室头部一般由喷嘴和罩帽等零部件组成，喷嘴布置在罩帽旋流通道内，通过喷出燃料和旋流通道内的空气预混，并在旋流通道出口处扩张，在喷嘴端部和罩帽稳焰面板附近形成回流区，进行燃烧并实现火焰稳定。
罩帽为燃料与空气的混合提供了预混空间，同时罩帽稳焰面板兼具火焰稳定的作用。罩帽稳焰面板具有较高的热负荷。现有技术中，一般采用在罩帽稳焰面板布置密集的冷却孔满足冷却需求，但是在罩帽稳焰面板布置密集的冷却孔会导致温度分布不均，产生较大的热应力，从而在冷却孔附近易形成裂纹，同时裂纹易于沿着密集的冷却孔扩展，导致罩帽稳焰面板整体发生严重开裂；另外，在罩帽稳焰面板布置冷却孔会削弱罩帽的火焰稳定能力。
发明内容
为解决上述问题，本申请提出了一种燃烧室罩帽。
为此，本申请的目的在于提出一种燃烧室罩帽，进一步提升罩帽冷却均匀性，降低冷却空气量消耗，同时提升罩帽稳定火焰能力，避免或减少由于罩帽稳焰面板布置冷却孔而产生裂纹。
为实现上述目的，本申请提出一种燃烧室罩帽，所述燃烧室罩帽包括外环、若干个内环和稳焰面板，所述稳焰面板分别连接所述外环和所述若干个内环；
所述外环为双层壁结构，包括外层壁和内层壁，所述外层壁设有进气孔，所述内环设有第一出气孔；
空气沿所述进气孔进入，沿着所述外层壁和所述内层壁之间的第一气流流动通道，以及所述稳焰面板中的第二气流流动通道流动，再由所述第一出气孔喷出。
可选的，在所述稳焰面板上，围绕所述内环设置至少一排第二出气孔，所述空气沿着所述外层壁和所述内层壁之间的第一气流流动通道，以及所述稳焰面板中的第二气流流动通道流动，由所述第二出气孔喷出。
可选的，所述进气孔布置在所述外环靠近所述稳焰面板的一侧。
可选的，所述进气孔布置在所述外环的同一圆周面上。
可选的，所述第一出气孔布置在所述内环靠近所述稳焰面板的一侧。
可选的，所述第一出气孔布置在所述内环的同一圆周面上。
可选的，所述第二气流流动通道包括若干个从中心呈散射状分布的气流流动通道。
可选的，所述第二气流流动通道还包括若干个与外围的内环呈同心圆分布的气流流动通道。
可选的，所述从中心呈散射状分布的气流流动通道与所述呈同心圆分布的气流流动通道之间相互连通。
可选的，所述第二气流流动通道对应至少一个进气孔。
可选的，所述内层壁和所述外层壁一体成型。
本申请提出的燃烧罩帽通过采用内部气流流动通道冷却，可避免或减少在罩帽稳焰面板布置冷却孔，提升罩帽稳定火焰能力，同时避免冷却孔裂纹扩展导致罩帽稳焰面板整体开裂；通过优化内部气流流动通道，实现均匀冷却。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请一个实施例的燃烧室罩帽总体结构示意图；
图2是本申请一个实施例的燃烧室罩帽局部剖视图；
图3是本申请一个实施例的燃烧室罩帽气流流动方向示意图；
图4是本申请一个实施例的燃烧室罩帽总体结构示意图；
图5是本申请一个实施例的燃烧室罩帽气流流动方向示意图；
图6是本申请一个实施例的燃烧室罩帽总体结构示意图；
图7是本申请一个实施例的一种燃烧室罩帽第二气流流动通道结构示意图；
图8是本申请一个实施例的一种燃烧室罩帽第二气流流动通道结构示意图；
图9是本申请一个实施例的一种燃烧室罩帽第二气流流动通道结构示意图；
图10是本申请一个实施例的一种燃烧室罩帽第二气流流动通道气流流动方向示意图；
图11是本申请一个实施例的一种燃烧室罩帽第二气流流动通道气流流动方向示意图；
图12是本申请一个实施例的燃烧室罩帽内层壁和外层壁连接结构示意图。
具体实施方式
实施例1
结合图1和图2所示，燃烧室罩帽123包括外环1、多个内环2和稳焰面板3，稳焰面板3分别连接外环1和若干个内环2，优选的，外环1和内环2均与稳焰面板3垂直设置。多个内环2均匀分布在稳焰面板3上，使得稳焰面板3的冷却更加均匀。
外环1为双层壁结构，包括外层壁11和内层壁12。其中，外层壁11设有多个进气孔110，用于空气进入，并且多个进气孔110沿着外环1的周向均匀布置。优选的，进气孔110布置在外环1的同一圆周面上，从而使气流更加均匀，提高稳焰面板3冷却的均匀性。在该申请的一个实施例中，外层壁11上的进气孔110布置在外环1靠近稳焰面板3的一侧，使气流通道更靠近稳焰面板3，从而提高稳焰面板3的冷却效果。
内环2设有多个第一出气孔20，多个第一出气孔20沿着内环2的周向均匀设置，优选的，第一出气孔20布置在内环2的同一圆周面上，从而使气流更加均匀，提高稳焰面板3冷却的均匀性。在该申请的一个实施例中，内环2上的第一出气孔20布置在内环2靠近稳焰面板3的一侧，使气流通道更靠近稳焰面板3，从而提高稳焰面板3的冷却效果。
外环1的外层壁11和内层壁12之间形成第一气流流动通道112；稳焰面板3形成第二气流流动通道30，第一气流流动通道112和第二气流流动通道30连通。在该申请一个实施例中，第二气流流动通道30对应至少一个进气孔110。如图3所示，空气沿外层壁11上进气孔110进入，沿着外层壁1和内层壁2之间的第一气流流动通道112，稳焰面板3中的第二气流流动通道30流动，最后由内环2上的第一出气孔20喷出。通过设置第一气流流动通道和第二气流流动通道，提高了稳焰面板3的冷却效果。
实施例2
燃烧室罩帽123包括外环1、多个内环2和稳焰面板3，稳焰面板3分别连接外环1和若干个内环2，优选的，外环1和内环2均与稳焰面板3垂直设置。多个内环2均匀分布在稳焰面板3上，使得稳焰面板3的冷却更加均匀。
外环1为双层壁结构，包括外层壁11和内层壁12。其中，外层壁11设有多个进气孔110，用于空气进入，多个进气孔110沿着外环1的周向均匀布置。优选的，进气孔110布置在外环1的同一圆周面上，从而使气流更加均匀，提高稳焰面板3冷却的均匀性。在该申请的一个实施例中，外层壁11上的进气孔110布置在外环1靠近稳焰面板3的一侧，使气流通道更靠近稳焰面板3，从而提高稳焰面板3的冷却效果。
内环2设有多个第一出气孔20，多个第一出气孔20沿着内环2周向均匀设置，优选的，第一出气孔20布置在内环2的同一圆周面上，从而使气流更加均匀，提高稳焰面板3冷却的均匀性。在该申请的一个实施例中，内环2上的第一出气孔20布置在内环2靠近稳焰面板3的一侧，使气流通道更靠近稳焰面板3，从而提高稳焰面板3的冷却效果。
在该申请的一个实施例中，在稳焰面板3上围绕内环2设置至少一排第二出气孔31，第二出气孔31均匀设置在稳焰面板3上，以使通过稳焰面板3的气流均匀，从而使稳焰面板3的冷却更加均匀。如图4所示，在该申请的一个实施例中，在稳焰面板3上围绕内环2设置两排第二出气孔31，图4仅为示意，应当理解为，第二出气孔31的排数不做限定。通过在稳焰面板3上设置第二出气孔31，进一步提高罩帽稳焰面板3的冷却性能，实现期望的火焰稳定形态。
外环1的外层壁11和内层壁12之间形成第一气流流动通道112；稳焰面板3形成第二气流流动通道30。在该申请一个实施例中，第二气流流动通道30对应至少一个进气孔110。如图5所示，空气沿外层壁11上进气孔110进入，沿着外层壁1和内层壁2之间的第一气流流动通道112，稳焰面板3中的第二气流流动通道30流动，随后空气由内环2上的第一出气孔20喷出，或者由稳焰面板3上的第二出气孔31喷出。通过设置第一出气孔和第二出气孔进一步提高稳焰面板3的冷却效果，优化稳焰效果。
实施例3
燃烧室罩帽123包括外环1、多个内环2和稳焰面板3，稳焰面板3分别连接外环1和若干个内环2，优选的，外环1和内环2均与稳焰面板3垂直设置。如图6所示，内环2包括中心内环21和外围内环22。多个外围内环22以中心内环21为对称中心，均匀设置在稳焰面板3上，使得稳焰面板3的冷却更加均匀。
外环1为双层壁结构，包括外层壁11和内层壁12。其中，外层壁11设有多个进气孔110，用于空气进入，多个进气孔110沿着外环1的周向均匀布置。优选的，进气孔110布置在外环1的同一圆周面上，从而使气流更加均匀，提高稳焰面板3冷却的均匀性。在该申请的一个实施例中，外层壁11上的进气孔110布置在外环1靠近稳焰面板3的一侧，使气流通道更靠近稳焰面板3，从而提高稳焰面板3的冷却效果。
内环2设有多个第一出气孔20，多个第一出气孔20沿着内环2周向均匀设置，优选的，第一出气孔20布置在内环2的同一圆周面上，从而使气流更加均匀，提高稳焰面板3冷却的均匀性。在该申请的一个实施例中，内环2上的第一出气孔20布置在内环2靠近稳焰面板3的一侧，使气流通道更靠近稳焰面板3，从而提高稳焰面板3的冷却效果。
外环1的外层壁11和内层壁12之间形成第一气流流动通道112；稳焰面板3形成第二气流流动通道30。在该申请一个实施例中，第二气流流动通道30对应至少一个进气孔110，以使空气由进气孔110进入第二气流流动通道30。
第二气流流动通道30包括多个从中心呈散射状分布的气流流动通道300，如图7所示，在该申请的一个实施例中，从中心呈散射状分布的气流流动通道包括从中心内环21呈散射状分布的气流流动通道301和从外围内环22呈散射状分布的气流流动通道302，气流流动通道301和气流流动通道302不互相连通。气流流动通道301和气流流动通道302均为直线型，气流流动通道301由稳焰面板3直接延伸到中心内环21。上述附图仅为示意，本申请中气流流动通道可以仅包括从中心内环21呈散射状分布的气流流动通道301，此外，气流流动通道301和气流流动通道302的数量可以任意设置，在此不做限制。
如图2所示，空气沿外层壁11上进气孔110进入，沿着外层壁1和内层壁2之间的第一气流流动通道112，稳焰面板3中的第二气流流动通道30流动，空气沿稳焰面板3的径向由外向内流动。具体来说，如图8所示，当空气进入第二气流流动通道30时，空气分别沿着气流流动通道301和气流流动通道302流动，空气沿着气流流动通道301直接到达中心内环21，并通过中心内环21上的第一出气孔20喷出；空气沿着气流流动通道302流动，一部分到达外围内环22，并通过外围内环22上的第一出气孔20喷出，另一部分空气继续流动，到达中心内环21，并通过中心内环21上的第一出气孔20喷出。以上附图仅为示意，本申请中空气进入第二气流流动通道30后的流动路径任意，在此不做限定。
实施例4
燃烧室罩帽123包括外环1、多个内环2和稳焰面板3，稳焰面板3分别连接外环1和若干个内环2，优选的，外环1和内环2均与稳焰面板3垂直设置。如图6所示，内环2包括中心内环21和外围内环22。多个外围内环22以中心内环21为对称中心，均匀设置在稳焰面板3上，使得稳焰面板3的冷却更加均匀。
外环1为双层壁结构，包括外层壁11和内层壁12。其中，外层壁11设有多个进气孔110，用于空气进入，多个进气孔110沿着外环1的周向均匀布置。优选的，进气孔110布置在外环1的同一圆周面上，从而使气流更加均匀，提高稳焰面板3冷却的均匀性。在该申请的一个实施例中，外层壁11上的进气孔110布置在外环1靠近稳焰面板3的一侧，使气流通道更靠近稳焰面板3，从而提高稳焰面板3的冷却效果。
内环2设有多个第一出气孔20，多个第一出气孔20沿着内环2周向均匀设置，优选的，第一出气孔20布置在内环2的同一圆周面上，从而使气流更加均匀，提高稳焰面板3冷却的均匀性。在该申请的一个实施例中，内环2上的第一出气孔20布置在内环2靠近稳焰面板3的一侧，使气流通道更靠近稳焰面板3，从而提高稳焰面板3的冷却效果。
外环1的外层壁11和内层壁12之间形成第一气流流动通道112；稳焰面板3形成第二气流流动通道30。在该申请一个实施例中，第二气流流动通道30对应至少一个进气孔110，以使空气由进气孔110进入第二气流流动通道30。
如图9所示，第二气流流动通道30包括多个从中心呈散射状分布的气流流动通道303和多个与外围内环22呈同心圆分布的气流流动通道304。优选的，气流流动通道303为直线型，并且两个气流流动通道303为一组，气流流动通道303由稳焰面板3直接延伸到中心内环21，空气进入第二气流流动通道30后可沿气流流动通道303到达中心内环21，并由中心内环21上的第一出气孔20喷出。气流流动通道304为曲线型，并且围绕外围内环22的周向均匀分布。在该申请的一个实施例中，气流流动通道303和气流流动通道304之间相互连通，并且一条气流流动通道303和多条气流流动通道304连通，以平衡罩帽周向气流参数差异导致的不均匀，从而提高稳焰面板3的冷却均匀性。优选的，如图10所示，多个气流流动通道303之间相互连通，多个气流流动通道304之间相互连通，以进一步平衡罩帽周向气流参数差异导致的不均匀，从而进一步提高稳焰面板3的冷却均匀性。上述附图仅为示意，气流流动通道303和气流流动通道304数量可以随意设置，在此不做限制。
如图2所示，空气沿外层壁11上进气孔110进入，沿着外层壁1和内层壁2之间的第一气流流动通道112，稳焰面板3中的第二气流流动通道30流动，空气沿稳焰面板3的径向由外向内流动。具体来说，当空气流经如图11所示的第二气流流动通道30时，空气沿着气流流动通道304流动，随后空气沿着气流流动通道304汇入气流流动通道303，随后一部分空气沿着气流流动通道303延伸到中心内环21，并由中心内环21上的第一出气孔20喷出；另一部分空气再次进入气流流动通道304，并沿着气流流动通道304延伸到中心内环21，最终由中心内环21上的第一出气孔20喷出。以上附图仅为示意，本申请中空气进入第二气流流动通道30后的流动路径任意，在此不做限定。通过优化第二气流流动通道，提高了稳焰面板的冷却效果，进一步平衡罩帽周向气流参数差异导致的不均匀。
实施例5
燃烧室罩帽123包括外环1、多个内环2和稳焰面板3，稳焰面板3分别连接外环1和若干个内环2，优选的，外环1和内环2均与稳焰面板3垂直设置。多个内环2均匀分布在稳焰面板3上，使得稳焰面板3的冷却更加均匀。
外环1为双层壁结构，包括外层壁11和内层壁12。在该申请的一个实施例中，内层壁12和外层壁11一体成型，从而使内层壁12和外层壁11之间的第一气流流动通道112封闭，以实现对稳焰面板3更好的冷却。在申请的一个实施例中，内层壁12和外层壁11通过焊接或螺栓连接，优选的，如图12所示，内层壁12和外层壁11采用螺栓的方式连接，进一步避免由于内层壁12和外层壁11温度差异导致的热应力。
此外，外层壁11设有多个进气孔110，用于空气进入，多个进气孔110沿着外环1的周向均匀布置。优选的，进气孔110布置在外环1的同一圆周面上，从而使气流更加均匀，提高稳焰面板3冷却的均匀性。在该申请的一个实施例中，外层壁11上的进气孔110布置在外环1靠近稳焰面板3的一侧，使气流通道更靠近稳焰面板3，从而提高稳焰面板3的冷却效果。
内环2设有多个第一出气孔20，多个第一出气孔20沿着内环2周向均匀设置，优选的，第一出气孔20布置在内环2的同一圆周面上，从而使气流更加均匀，提高稳焰面板3冷却的均匀性。在该申请的一个实施例中，内环2上的第一出气孔20布置在内环2靠近稳焰面板3的一侧，使气流通道更靠近稳焰面板3，从而提高稳焰面板3的冷却效果。
外环1的外层壁11和内层壁12之间形成第一气流流动通道112；稳焰面板3形成第二气流流动通道30。在该申请一个实施例中，第二气流流动通道30对应至少一个进气孔110。空气沿外层壁11上进气孔110进入，沿着外层壁1和内层壁2之间的第一气流流动通道112，稳焰面板3中的第二气流流动通道30流动，再由第一出气孔20喷出。通过设置第一气流流动通道和第二气流流动通道，提高了稳焰面板3的冷却效果。本申请的有益效果为：通过在罩帽结构中设置第一气流流动通道和第二气流流动通道，提升罩帽冷却均匀性，降低冷却空气量消耗，同时提升罩帽稳定火焰能力，避免或减少由于罩帽稳焰面板布置冷却孔而产生裂纹。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
Claims (11)
1.一种燃烧室罩帽(123)，其特征在于，所述燃烧室罩帽包括外环(1)、若干个内环(2)和稳焰面板(3)，所述稳焰面板(3)分别连接所述外环(1)和所述若干个内环(2)；
所述外环(1)为双层壁结构，包括外层壁(11)和内层壁(12)，所述外层壁(11)设有进气孔(110)，所述内环(2)设有第一出气孔(20)；
空气沿所述进气孔(110)进入，沿着所述外层壁(11)和所述内层壁(12)之间的第一气流流动通道(112)，以及所述稳焰面板(3)中的第二气流流动通道(30)流动，再由所述第一出气孔(20)喷出。
2.如权利要求1所述的燃烧室罩帽(123)，其特征在于，在所述稳焰面板(3)上，围绕所述内环设置至少一排第二出气孔(31)，所述空气沿着所述外层壁(11)和所述内层壁(12)之间的第一气流流动通道(112)，以及所述稳焰面板(3)中的第二气流流动通道(30)流动，由所述第二出气孔(31)喷出。
3.如权利要求1所述的燃烧室罩帽(123)，其特征在于，所述进气孔(110)布置在所述外环(1)靠近所述稳焰面板(3)的一侧。
4.如权利要求3所述的燃烧室罩帽(123)，其特征在于，所述进气孔(110)布置在所述外环(1)的同一圆周面上。
5.如权利要求1所述的燃烧室罩帽(123)，其特征在于，所述第一出气孔(20)布置在所述内环(2)靠近所述稳焰面板(3)的一侧。
6.如权利要求5所述的燃烧室罩帽(123)，其特征在于，所述第一出气孔(20)布置在所述内环(2)的同一圆周面上。
7.如权利要求1所述的燃烧室罩帽(123)，其特征在于，所述第二气流流动通道(30)包括若干个从中心呈散射状分布的气流流动通道(300)。
8.如权利要求7所述的燃烧室罩帽(123)，其特征在于，所述第二气流流动通道(30)还包括若干个与外围的内环呈同心圆分布的气流流动通道(304)。
9.如权利要求8所述的燃烧室罩帽(123)，其特征在于，所述从中心呈散射状分布的气流流动通道(300)与所述呈同心圆分布的气流流动通道(304)之间相互连通。
10.如权利要求1所述的燃烧室罩帽(123)，其特征在于，所述第二气流流动通道(30)对应至少一个进气孔(110)。
11.如权利要求1所述的燃烧室罩帽(123)，其特征在于，所述内层壁(12)和所述外层壁(11)一体成型。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113669759A (zh) * | 2021-09-13 | 2021-11-19 | 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 | 用于燃气轮机的罩帽 |
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- 2021-04-20 CN CN202110426568.XA patent/CN113048514A/zh active Pending
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