CN114811649B - 燃烧室和具有它燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提出一种燃烧室和具有该燃烧室的燃气轮机。其中，本发明的实施例的燃烧室，包括燃烧室本体、火焰筒和谐振器，所述火焰筒设置在气流腔内以将所述气流腔分隔为火焰腔和冷气流腔，所述火焰筒具有安装区，所述安装区上设置有热气入侵通孔，所述谐振器设置在冷气流腔内且与所述安装区相连，所述谐振器包括周壁和端盖，所述周壁包括相对设置的第一端和第二端，所述周壁的所述第一端设在所述安装区上，所述端盖设在所述周壁的所述第二端上，所述周壁、所述端盖和所述安装区围合成谐振腔，所述周壁上设有第一通孔。因此本发明实施例的燃烧室具有提升谐振腔的抑制热声震荡的频率范围、效果及提高燃烧室使用寿命的优点。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃烧室和具有该燃烧室的燃气轮机。
背景技术
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械。燃气轮机燃烧室在贫燃条件下工作时，容易出现热声不稳定现象，进而燃气轮机的燃烧性能具有较大影响。因此在相关技术中，在燃烧室内设置谐振腔能够抑制热声不稳定现象。但是，设置燃烧室的热燃气会入侵至谐振腔，造成谐振腔的抑制热声能力失效，严重影响燃气轮机燃烧室的安全。
相关技术，采用增大谐振腔的冷气进口的面积，减少谐振腔的热气入侵口的面积，使热气入侵变得困难。但是谐振腔的热气入侵口的直径与谐振腔的目标频率直接相关，为了减少热气入侵而减小内壁小孔直径会使谐振腔所能抑制的频率范围变窄，抑制能力变弱。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种燃烧室。该燃烧室具有提升谐振腔的抑制热声震荡的频率范围、效果及提高燃烧室使用寿命的优点。。
本发明的实施例还提出一种具有该燃烧室的燃气轮机。
本发明实施例的燃烧室包括燃烧室本体、火焰筒和谐振器，所述火焰筒设置在气流腔内以将所述气流腔分隔为火焰腔和冷气流腔，所述火焰筒具有安装区，所述安装区上设置有热气入侵通孔，所述谐振器设置在所述冷气流腔内，所述谐振器包括周壁和端盖，所述周壁包括相对设置的第一端和第二端，所述周壁的所述第一端设在所述安装区上，所述端盖设在所述周壁的所述第二端上，所述周壁、所述端盖和所述安装区围合成谐振腔，所述热气入侵通孔连通所述谐振腔和所述火焰筒，所述周壁上设有第一通孔，所述第一通孔能够与所述冷气流腔。
本发明实施例的燃烧室，通过在第一通孔设置谐振器包括周壁上，并通过第一通孔连通将谐振腔与冷却气源连通，达到防止火焰筒内的热气入侵入谐振腔而导致谐振腔失效的目的。将第一通孔设置谐振器的周壁上，使气流通过谐振腔进入火焰筒的速度增大，从而增加了防止火焰筒内的热气入侵入。进而可以提升热气入侵通孔的孔径，变相扩宽了谐振腔抑制频率的范围，进而提升谐振腔的抑制热声震荡的频率范围。由此避免燃烧室内因热声振荡过于剧烈而降低燃烧室使用寿命及燃烧室结构稳定的问题。
因此本发明实施例的燃烧室具有提升谐振腔的抑制热声震荡的频率范围、效果及提高燃烧室使用寿命的优点。
在一些实施例中，所述第一通孔设置在所述周壁靠近所述第一端的一段。
在一些实施例中，所述第一通孔的长度方向与所述火焰筒的延伸方向一致，所述第一通孔为多个，其中一部分所述第一通孔与另一部分所述第一通孔在所述火焰筒的延伸方向相对设置。
在一些实施例中，所述燃烧室还包括引气管，所述引气管的一端连通所述第一通孔，所述引气管的出气口朝向所述热气入侵通孔设置。
在一些实施例中，所述引气管包括导气部和喷气部，所述喷气部的长度方向与所述火焰筒的径向一致，所述导气部的一端连通所述第一通孔，所述导气部的另一端与所述喷气部的一端连通，所述喷气部的另一端朝着靠近所述火焰筒的一侧延伸，所述引气管的出气口设置在所述喷气部上。
在一些实施例中，所述导气部的方向垂直于喷气部方向。
在一些实施例中，所述导气部可以为多个，多个所述导气部沿所述谐振器的周向间隔开地设置，所述第一通孔为多个，多个所述导气部的所述一端对应地连通所述第一通孔，每个所述导气部的所述另一端与所述喷气部连通。
在一些实施例中，所述燃烧室还包括隔板，所述隔板设在所述谐振器内，所述谐振腔包括由所述隔板分隔开地第一腔体和第二腔体，所述隔板设有多个第二通孔，所述第二通孔连通所述第一腔体和所述第二腔体，所述第一腔体设置在所述火焰筒和所述第二腔体之间，所述第一通孔设置在所述谐振器具有所述第一腔体的一端。
在一些实施例中，所述第一通孔设置在所述谐振器具有所述第一腔体的侧壁和所述谐振器具有所述第二腔体的侧壁上。
在一些实施例中，所述端盖上设有多个第三通孔，所述第三通孔连通所述谐振腔和所述冷却气源连通。
在一些实施例中，所述安装区和所述谐振器中的每一者均设有多个，多个所述安装区隔开地设置在所述火焰筒上，多个所述谐振器对应地设置在所述安装区上。
在一些实施例中，每个所述安装区均设有多个所述热气入侵通孔。
本发明实施例的燃气轮机，包括根据实施例中任一项所述的燃烧室。
附图说明
图1是本发明一个实施例的火焰筒和谐振器布置图。
图2是图1中在A处的放大图。
图3是本发明实施例的火焰筒和谐振器布置图。
图4是本发明实施例的引气管和谐振器布置图，其中谐振器为矩形谐振器。
图5是本发明另一个实施例的引气管和谐振器布置图，其中谐振器为矩形谐振器。
图6是本发明一个实施例的引气管和谐振器布置图，其中谐振器为柱形谐振器。
图7是本发明另一个实施例的引气管和谐振器布置图，其中谐振器为柱形谐振器。
图8是本发明又一个实施例的引气管和谐振器布置图，其中谐振器为柱形谐振器。
附图标记：
燃烧室100；
火焰筒1；热气入侵通孔11；
谐振器2；周壁21；端盖22；谐振腔23；第一腔体231；第二腔体232；第一通孔24；第三通孔25；
引气管3；导气部31；喷气部32；
隔板4；第二通孔41；
冷气流腔51；火焰腔52。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图8描述本发明实施例的燃烧室100。
本发明实施例的燃烧室100，包括燃烧室本体(未示出)、火焰筒1和谐振器2。
燃烧本体具有气流腔(未示出)，火焰筒1设置在气流腔内以将气流腔分隔为火焰腔52和冷气流腔51，火焰筒1具有安装区，安装区上设置有热气入侵通孔11，谐振器2设置在冷气流腔51内。谐振器2包括周壁21和端盖22，周壁21包括相对设置的第一端和第二端，周壁21的第一端设在安装区上，端盖22设在周壁21的第二端上，周壁21、端盖22和安装区围合成谐振腔23，热气入侵通孔11连通谐振腔23和火焰腔52，即火焰腔52通过热气入侵通孔11与谐振腔23连通。周壁21上设有第一通孔24，第一通孔24能够与冷气流腔连通。
在使用时，火焰筒1内是高温燃气，冷气流腔51是空气或者是增加燃气，火焰筒1的内部的气体以及冷气流腔51的内部气体均是沿着火焰腔52的延伸方向流动。在谐振器2的周壁21上设置第一通孔24，并通过第一通孔24将谐振腔23与冷气流腔51连通，可以使冷气流腔51内的气体进入到谐振腔23内，从而具有防止火焰筒1内的热气入侵至谐振腔23而导致谐振腔23失效的目的。
本发明实施例的燃烧室100，通过将第一通孔24设置在谐振器2的周壁21上，使冷气流腔51内的气流通过谐振腔23进入火焰筒1的速度增大(因为第一通孔24设置在端盖，冷气流腔内的冷气会与热气形成气流对冲，抑制冷气进入谐振腔23的流速)，从而减少火焰筒1内的热气入侵至谐振器2内，进而可以相应地提升热气入侵通孔11的孔径(热气入侵通孔11的孔径与谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围正相关；即热气入侵通孔11的直径越大，谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围越广，热气入侵通孔11的直径越小，谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围越窄)，变相扩宽了谐振腔23自身可以抑制的热声震荡的频率范围，进而提升谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围和效果。由此，避免了燃烧室100因热声振荡剧烈程度过大而造成的燃烧室100使用寿命低及燃烧室100结构稳定差的问题。
因此，本发明实施例的燃烧室100具有扩宽谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围、提升抑制热声震荡的效果、提高燃烧室100使用寿命及结构稳定的优点。
可选地，火焰筒1包括筒壁，筒壁的内壁面围成该火焰腔52，安装区设置在筒壁的外壁面上。
为了便于描述，下面将图1中的位于火焰腔52内的向右方向的箭头的指向为火焰腔52内气体的流动方向，冷气流腔51中的箭头的指向为冷气流腔51内气体的流动方向，谐振腔23的箭头的指向为冷气流腔51内气体进入谐振腔23的示意方向，位于火焰腔52内的向下的箭头的指向火焰腔52内气体通过热气入侵通孔11入侵谐振腔23的方向。
如图1至图3所示，第一通孔24设置在周壁21靠近第一端的一段。
本发明实施例的燃烧室100，通过将第一通孔24设置在周壁21靠近第一端的一段，可以加速位于谐振腔23内在热气入侵通孔11附近的气体的流动，进一步抑制了热气的入侵，进而提升了谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围。
如图2和图3所示，第一通孔24的长度方向(深度方向)与火焰筒1的延伸方向一致。第一通孔24为多个，其中一部分的第一通孔24与另一部分的第一通孔24在火焰筒1的延伸方向相对设置。
本发明实施例的燃烧室100，通过一部分的第一通孔24与另一部分的第一通孔24在火焰筒1的延伸方向相对设置，可以将由火焰筒1内入侵至谐振腔23的热气及时从热气入侵通孔11或者另一部分的第一通孔24排出，防止火焰筒1的热气入侵至整个谐振腔23而造成谐振腔23抑制热声震荡的效果减弱或失效的问题，可以进一步提升谐振腔23抑制热声震荡的效果。由此，进一步避免燃烧室100内因热声振荡幅值过大降低燃烧室100使用寿命及燃烧室100结构稳定的问题。因此，本发明实施例的燃烧室100具有进一步提升抑制热声震荡的效果和增加燃烧室100使用寿命的优点。
可选地，如图4至图8所示，谐振器2可以为矩形谐振器或柱形谐振器。例如，谐振器2为矩形谐振器时，矩形谐振器包括相对设置的第三端和第四端，第三端和第四端沿着火焰筒1的延伸方向相对设置，多个第一通孔24中的一部分设在第三端，多个第一通孔24中的另一部分设在第四端。以图2所示为例，第三端为矩形谐振器的左侧壁，则第四端为矩形谐振器的右侧壁。
可以理解的是，冷气流腔51内的气流与火焰腔52内气流方向一致，火焰腔52内气流是沿着火焰筒1的延伸方向流动，第三端和第四端沿着火焰筒1内的气流的流向相对设置。换言之，第三端和第四端沿着冷气流腔51内的气流的流向相对设置。
其中，火焰筒1为圆筒状，则火焰筒1的延伸方向为该火焰筒1的轴向。
如图3至图8所示，该燃烧室100还包括引气管3，引气管3的一端连通第一通孔24，引气管3的出气口朝向热气入侵通孔11设置。换言之，冷气流腔与第一通孔24、引气管3及谐振腔23依次连通。
本发明实施例的燃烧室100，通过设置引气管3，并将引气管3的出气口朝向热气入侵通孔11设置，可以使依次通过第一通孔24和引气管3进入谐振腔23内的冷却气与从热气入侵通孔11入侵的热气之间形成对冲，进一步减少了火焰腔52内的热气对谐振腔23的入侵，进而提升谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围。由此，进一步提升抑制热声震荡的效果和燃烧室100使用寿命。
引气管3包括导气部31和喷气部32，喷气部32的长度方向与火焰筒1的径向一致，导气部31的一端连通第一通孔24，导气部31的另一端与喷气部32的一端连通，喷气部32的另一端朝着靠近火焰筒1的一侧延伸，引气管3的出气口设置在喷气部32上。换言之，引气管3的出气口与热气入侵通孔11相对设置。例如，如图3所示，热气入侵通孔11的开口朝下，则喷气部32具有的上端敞开，则喷气部32的下端与导气部31相连，喷气部32的上端具有引气管3的出气口，引气管3的出气口与热气入侵通孔11相对。
本发明实施例的燃烧室100，通过喷气部32形成了与热气入侵通孔11正向相对冲的气流，进一步减少了火焰腔52内的热气的入侵，进而提升谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围。此外，通过将喷气部32的另一端朝着靠近火焰筒1的一侧延伸，可以减少引气管3的出气口与热气入侵通孔11之间的距离，进而更好地抑制火焰腔52内的热气入侵至谐振腔23，进而提升谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围。
可选地，导气部31的延伸方向垂直于喷气部32的延伸方向。由此，可以缩减导气部31长度(两点之间直线最短)，具有节省材料和便于安装的优点。
如图4至图8所示，导气部31可以为多个，多个导气部31沿谐振器2的周向间隔开地设置，第一通孔24为多个，多个导气部31的一端对应地连通第一通孔24，每个导气部31的另一端与喷气部32连通。换言之，多个第一通孔24沿谐振器2的周向间隔开地设置。
本发明实施例的燃烧室100，通过设置多个导气部31，可以进一步提升进入谐振腔23内的气体的流量，使得气体通过谐振腔23的速度加快，进而更好地抑制火焰腔52内的热气入侵至谐振腔23，进而提升谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围。
可选地，多个第一通孔24沿谐振器2的周向均匀地间隔设置。
可选地，导气部31可以为多个，多个导气部31可以形成十字形，例如，图5和图6中所示。
本发明实施例不限于此，例如多个导气部31可以形成米字形，例如，图4和图8中所示。
如图2和图3所示，该燃烧室100还包括隔板4，隔板4设在谐振器2内，谐振腔23包括由隔板4分隔开的第一腔体231和第二腔体232，隔板4设有多个第二通孔41，第二通孔41连通第一腔体231和第二腔体232，第一腔体231设置在火焰筒1和第二腔体232之间，第一通孔24设置在谐振器2具有第一腔体231的一段。
本发明实施例的燃烧室100，通过设置隔板4将谐振腔23分隔为第一腔体231和第二腔体232，可以提升抑制热声震荡的频率范围。由此，本发明实施例的燃烧室100可以进一步提升抑制热声震荡的效果，进而提高燃烧室100使用寿命的优点。
可选地，一部分第一通孔24设置在谐振器2具有第一腔体231的侧壁上，另一部分第一通孔24设置在谐振器2具有第二腔体231的侧壁上。本发明实施例的燃烧室100，通过将冷却气通入第一腔体231和第二腔体232，相当于形成双腔的谐振腔23，可以进一步提升抑制谐振的频率范围。由此，本发明实施例的燃烧室100可以进一步提升抑制热声震荡的效果，进而提高燃烧室100使用寿命的优点。
如图2和图3所示，端盖22上设有多个第三通孔25，第三通孔25连通谐振腔23和冷气流腔连通。
本发明实施例的燃烧室100，通过端盖22上设有多个第三通孔25，可以进一步提升进入谐振腔23内的冷却气，进一步提升进入谐振腔23内的冷却气的流量。由此，本发明实施例的燃烧室100可以进一步提升抑制热声震荡的效果，进而提高燃烧室100使用寿命的优点。
安装区和谐振器2中的每一者均设有多个，多个安装区隔开地设置在火焰筒1上，多个谐振器2对应地设置在多个安装区上。换言之，火焰筒1上设置多个谐振器2。
本发明实施例的燃烧室100，通过在火焰筒1上设置多个谐振器2，可以进一步提升抑制热声震荡的效果及提高燃烧室100使用寿命。
可选地，每个安装区可以设有多个热气入侵通孔11。由此，进一步提升谐振腔23内的冷却气的进入火焰筒1的流量，进一步提升抑制热声震荡的效果，由此本发明实施例的燃烧室100具有提高燃烧室100使用寿命的优点。
本发明实施例的燃气轮机包括上述任一项实施例中的燃烧室100。
本发明实施例的燃气轮机具有提升谐振腔23的抑制热声震荡的频率范围的优点。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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发明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。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种燃烧室，其特征在于，包括：
燃烧室本体，所述燃烧本体具有气流腔；
火焰筒，所述火焰筒设置在气流腔内以将所述气流腔分隔为火焰腔和冷气流腔，所述火焰筒具有安装区，所述安装区上设置有热气入侵通孔；
谐振器，所述谐振器设置在所述冷气流腔内，所述谐振器包括周壁和端盖，所述周壁包括相对设置的第一端和第二端，所述周壁的所述第一端设在所述安装区上，所述端盖设在所述周壁的所述第二端上，所述周壁、所述端盖和所述安装区围合成谐振腔，所述热气入侵通孔连通所述谐振腔和所述火焰筒，所述周壁上设有第一通孔，所述第一通孔能够与所述冷气流腔连通；
引气管，所述引气管的一端连通所述第一通孔，所述引气管的出气口朝向所述热气入侵通孔设置，所述引气管包括导气部和喷气部，所述喷气部的长度方向与所述火焰筒的径向一致，所述导气部的一端连通所述第一通孔，所述导气部的另一端与所述喷气部的一端连通，所述喷气部的另一端朝着靠近所述火焰筒的一侧延伸，所述引气管的出气口设置在所述喷气部上。
2.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述第一通孔设置在所述周壁靠近所述第一端的一段。
3.根据权利要求2所述的燃烧室，其特征在于，所述第一通孔的长度方向与所述火焰筒的延伸方向一致，所述第一通孔为多个，其中一部分的所述第一通孔与另一部分的所述第一通孔在所述火焰筒的延伸方向相对设置。
4.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述导气部的方向垂直于喷气部方向。
5.根据权利要求4所述的燃烧室，其特征在于，所述导气部为多个，多个所述导气部沿所述谐振器的周向间隔开地设置，所述第一通孔为多个，多个所述导气部的所述一端对应地连通所述第一通孔，每个所述导气部的所述另一端与所述喷气部连通。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的燃烧室，其特征在于，还包括隔板，所述隔板设在所述谐振器内，所述谐振腔包括由所述隔板分隔开地第一腔体和第二腔体，所述隔板设有多个第二通孔，所述第二通孔连通所述第一腔体和所述第二腔体，所述第一腔体设置在所述火焰筒和所述第二腔体之间，所述第一通孔设置在所述谐振器具有所述第一腔体的一端。
7.根据权利要求6所述的燃烧室，其特征在于，所述谐振器具有所述第一腔体的侧壁和所述谐振器具有所述第二腔体的侧壁上均设有所述第一通孔。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的燃烧室，其特征在于，所述端盖上设有多个第三通孔，所述第三通孔连通所述谐振腔和冷却气源连通。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的燃烧室，其特征在于，所述安装区和所述谐振器中的每一者均设有多个，多个所述安装区隔开地设置在所述火焰筒上，多个所述谐振器对应地设置在所述安装区上；
每个所述安装区均设有多个所述热气入侵通孔。
10.一种燃气轮机，其特征在于，包括根据权利要求1-9任一项所述的燃烧室。
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