CN117663197A - 一种燃气轮机环形火焰筒支承结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气轮机环形火焰筒支承结构，包括热端安装环和冷端安装环，热端安装环呈T形结构，T形结构的顶部和环形火焰筒的尾部外壁衔接，冷端安装环通过后压紧环固定在压气机后盖板内部；燃气轮机运行时，环形火焰筒温度升高，环形火焰筒在径向和轴向上均发生热膨胀变形，薄壁结构对应变形，释放环形火焰筒的热应力。本发明的有益效果是：热端安装环和冷端安装环之间通过薄壁结构连接，通过r形的薄壁结构实现支撑点的延伸，火焰筒产生热变形时有更长的支撑段，从而减小单位长度上的热变形，大幅减小支撑结构的热应力，同时承受火焰筒在径向和轴向上产生的热变形，延长火焰筒的使用寿命。

Description

一种燃气轮机环形火焰筒支承结构

技术领域

本发明属于燃气轮机领域，尤其涉及一种燃气轮机环形火焰筒支承结构。

背景技术

燃气轮机燃料燃烧后产生高温烟气，高温烟气经导流后进入涡轮做功。火焰筒安装时为室温状态，但在燃气轮机运行时为高温状态，热膨胀会产生很大的变形，如果安装结构不合理，则会产生很大的热应力，影响零件和燃气轮机的寿命。

因此火焰筒的安装，不可避免地需要考虑高温热变形进行设计，专利CN103486619A采用内Z形支撑环、外U形支撑环进行双重定位，可保证火焰筒热应力的释放，但是支撑环的内外边均采用铆钉和多重螺栓紧固，安装过程较复杂。专利CN213421175U通过周向均布的导向支撑管内安装导向销钉来实现燃烧室的径向定心，在释放径向热应力的同时能保证燃烧室与喷嘴的同轴度，但是其燃烧室与冷却筒直接焊接为一体，轴向上仍然会产生一定的热应力。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种燃气轮机环形火焰筒支承结构。

这种燃气轮机环形火焰筒支承结构，用于将环形火焰筒和压气机后盖板尾端固定连接，支承结构包括：热端安装环和冷端安装环，热端安装环呈T形结构，T形结构的顶部和环形火焰筒的尾部外壁衔接，冷端安装环通过后压紧环固定在压气机后盖板内部；

热端安装环和冷端安装环之间通过薄壁结构连接；薄壁结构为r形薄壁结构或反折形薄壁环，r形薄壁结构包括圆筒薄壁环和弯折薄壁环；

圆筒薄壁环安装在热端安装环朝向冷端安装环的一端；在横截面上，圆筒薄壁环垂直于热端安装环的T形结构底部，冷端安装环垂直于圆筒薄壁环；

冷端安装环通过弯折薄壁环固定连接圆筒薄壁环；弯折薄壁环的一端从冷端安装环向圆筒薄壁环垂直延伸，弯折90°后另一端与圆筒薄壁环表面贴合焊接。

作为优选，弯折薄壁环和圆筒薄壁环贴合的一端远离环形火焰筒的轴线。

作为优选，薄壁结构为反折形薄壁环，反折形薄壁环中部设有U形弯，U形弯的凸起方向远离环形火焰筒的轴线，U形弯的一端延伸至热端安装环的T形结构底部端，U形弯的另一端弯折后和冷端安装环的端部连接。

作为优选，热端安装环和圆筒薄壁环之间、圆筒薄壁环和弯折薄壁环之间、弯折薄壁环和冷端安装环之间均采用焊接的连接方式，热端安装环端部和环形火焰筒焊接连接。

作为优选，后压紧环一端插在压气机后盖板尾部内表面，和压气机后盖板共同挤压冷端安装环，后压紧环另一端通过锁紧螺钉固定在压气机后盖板尾部。

这种气轮机环形火焰筒支承结构的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、将热端安装环、薄壁结构和冷端安装环依次焊接连接，形成支承结构；

步骤二、将支撑结构上的热端安装环焊接在环形火焰筒尾部，将环形火焰筒和支撑结构整体推入压气机后盖板的尾端；

步骤三、安装后压紧环，通过后压紧环将支撑结构的冷端安装环固定在压气机后盖板内侧；

步骤四、燃气轮机运行时，环形火焰筒温度升高，环形火焰筒在径向和轴向上均发生热膨胀变形，薄壁结构对应变形，释放环形火焰筒的热应力。

作为优选，当薄壁结构为r形薄壁结构时，支撑结构中圆筒薄壁环和弯折薄壁环分离的端部弯折，释放环形火焰筒的热应力。

作为优选，当薄壁结构为反折形薄壁环时，反折形薄壁环变形，释放环形火焰筒的热应力。

本发明的有益效果是：

1)本发明将支承结构的两端分别固定在环形火焰筒和压气机后盖板尾部，该支承结构加工工艺简单，安装过程方便，热端安装环和冷端安装环之间通过薄壁结构连接，通过r形的薄壁结构实现支撑点的延伸，火焰筒产生热变形时有更长的支撑段，从而减小单位长度上的热变形，大幅减小支撑结构的热应力，该支承结构可同时承受火焰筒在径向和轴向上产生的热变形，支承火焰筒的同时保证其在热态时的相对自由变形，减小火焰筒零件的热应力，延长火焰筒的使用寿命。

2)还提出薄壁结构可以为反折形薄壁环，反折形薄壁环中部设有U形弯，加工工艺进一步简化，同样可以实现支撑点的延伸，使支承结构可同时承受火焰筒在径向和轴向上产生的热变形，延长火焰筒的使用寿命。

附图说明

图1为燃气轮机环形火焰筒支承半剖结构示意图；

图2为环形火焰筒及支承结构热膨胀变形后的半剖结构示意图；

图3为圆筒薄壁环与弯折薄壁环合并为反折形薄壁环的半剖结构示意图。

附图标记说明：环形火焰筒1、热端安装环2、圆筒薄壁环3、弯折薄壁环4、冷端安装环5、压气机后盖板6、后压紧环7、防松垫片8、锁紧螺钉9、反折形薄壁环10。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例一

作为一种实施例，如图1和图2所示，这种燃气轮机环形火焰筒支承结构，用于将环形火焰筒1和压气机后盖板6尾端固定连接，支承结构包括：热端安装环2和冷端安装环5，从半剖面上看，热端安装环2呈T形结构，T形结构的顶部和环形火焰筒1的尾部外壁衔接，即热端安装环2的外圆与环形火焰筒1平滑过渡。

冷端安装环5通过后压紧环7固定在压气机后盖板6内部；后压紧环7一端插在压气机后盖板6尾部内表面，和压气机后盖板6共同挤压冷端安装环5，后压紧环7另一端通过锁紧螺钉9固定在压气机后盖板6尾部，配合防松垫片8进行防松。

热端安装环2和冷端安装环5零件厚度较大，采用机加成型，以保证装配的可靠性，满足零件定位的配合面积需求。热端安装环2和冷端安装环5之间通过薄壁结构连接。

薄壁结构为r形薄壁结构，r形薄壁结构包括圆筒薄壁环3和弯折薄壁环4；圆筒薄壁环3和弯折薄壁环4可采用钣金成型，以减小零件加工成本，并使其刚性小，在热应力作用下容易变形。

圆筒薄壁环3安装在热端安装环2朝向冷端安装环5的一端；在横截面上，圆筒薄壁环3垂直于热端安装环2的T形结构底部，冷端安装环5垂直于圆筒薄壁环3；

冷端安装环5通过弯折薄壁环4固定连接圆筒薄壁环3；弯折薄壁环4的一端从冷端安装环5向圆筒薄壁环3垂直延伸，弯折90°后另一端与圆筒薄壁环3表面贴合焊接。热端安装环2和圆筒薄壁环3之间、圆筒薄壁环3和弯折薄壁环4之间、弯折薄壁环4和冷端安装环5之间均采用焊接的连接方式，以使支承结构的四部分形成一个整体。热端安装环2端部和环形火焰筒1焊接连接，冷端安装环5与冷端零部件之间为可拆卸连接。

弯折薄壁环4和圆筒薄壁环3贴合的一端远离环形火焰筒1的轴线，即r形的根部朝向远离环形火焰筒1轴线的一侧，通过r形的薄壁结构实现支撑点的延伸，火焰筒产生热变形时有更长的支撑段，引导r形薄壁结构在形变时向这一方向移动，相同温差的条件下，热变形长度更长，则单位长度上的热变形减小，使r形薄壁结构自身的热应力减小。

实施例二

作为另一种实施例，本实施例二在实施例一的基础上，提出这种燃气轮机环形火焰筒支承结构的薄壁结构还可以为反折形薄壁环10，即用反折形薄壁环10替代弯折薄壁环4和圆筒薄壁环3形成的r形薄壁结构。

如图2所示，薄壁结构为反折形薄壁环10，反折形薄壁环10中部设有U形弯，U形弯的一端延伸至热端安装环2的T形结构底部端，U形弯的另一端弯折后和冷端安装环5的端部连接。

U形弯的凸起方向远离环形火焰筒1的轴线，相当于替代了弯折薄壁环4和圆筒薄壁环3贴合的部分，U形弯不弯折到底，而是留有弧度，便于后续随环形火焰筒1热应力的释放而对应变形。

需要说明的，本实施例中与实施例一相同或相似的部分可相互参考，在本申请中不再赘述。

实施例三

作为另一种实施例，本实施例三在实施例一和二的基础上，提出这种气轮机环形火焰筒支承结构的使用方法，其中这种气轮机环形火焰筒支承结构的安装包括以下步骤：

步骤一、将热端安装环2、薄壁结构和冷端安装环5依次焊接连接，形成支承结构；当薄壁结构为r形薄壁结构时，将热端安装环2、圆筒薄壁环3、弯折薄壁环4和冷端安装环5依次焊接连接；当薄壁结构为反折形薄壁环10时，将热端安装环2、反折形薄壁环10和冷端安装环5依次焊接连接，即可形成支撑结构。

步骤二、将支撑结构上的热端安装环2焊接在环形火焰筒1尾部，将环形火焰筒1和支撑结构整体轴向推入至压气机后盖板6的尾端；

步骤三、安装后压紧环7，并通过锁紧螺钉9拧紧，配合防松垫片8进行防松，非常简易完成整个环形火焰筒1的定位和安装。

实施例四

作为另一种实施例，本实施例四在实施例三的基础上，提出的这种气轮机环形火焰筒支承结构的使用方法中，在完成安装后，还存在步骤四。

步骤四具体为，燃气轮机运行时整个环形火焰筒1为高温状态，同时会将部分热量传递至支承结构，引起支承结构温度的升高，相对压气机后盖板6的低温状态，环形火焰筒1及支承结构由于热膨胀产生变形。

当薄壁结构为r形薄壁结构时，支撑结构中圆筒薄壁环3和弯折薄壁环4分离的端部弯折，如图2所示。可以看出，环形火焰筒1在径向上发生膨胀，此时冷端安装环5几乎不发生变形，而r形薄壁结构中圆筒薄壁环3和弯折薄壁环4焊接的在一起的部分发生偏转，分离的端部各自顺应环形火焰筒1尾端的变化而发生弯折。当薄壁结构为反折形薄壁环10时，反折形薄壁环10也发生变形，顺应环形火焰筒1尾端的变化。

由于r形薄壁结构和反折形薄壁环10的柔性结构形式，环形火焰筒1可以很自由地在径向上进行膨胀，同时轴向上也不形成约束，因此环形火焰筒1的热应力得到很好的释放，从而可以达到延长其使用寿命的目的。

需要说明的，本实施例中与实施例三相同或相似的部分可相互参考，在本申请中不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

Claims (8)

1.一种气轮机环形火焰筒支承结构，其特征在于，用于将环形火焰筒和压气机后盖板尾端固定连接，支承结构包括：热端安装环和冷端安装环，热端安装环呈T形结构，T形结构的顶部和环形火焰筒的尾部外壁衔接，冷端安装环通过后压紧环固定在压气机后盖板内部；

热端安装环和冷端安装环之间通过薄壁结构连接；薄壁结构为r形薄壁结构或反折形薄壁环，r形薄壁结构包括圆筒薄壁环和弯折薄壁环；

圆筒薄壁环安装在热端安装环朝向冷端安装环的一端；在横截面上，圆筒薄壁环垂直于热端安装环的T形结构底部，冷端安装环垂直于圆筒薄壁环；

冷端安装环通过弯折薄壁环固定连接圆筒薄壁环；弯折薄壁环的一端从冷端安装环向圆筒薄壁环垂直延伸，弯折90°后另一端与圆筒薄壁环表面贴合焊接。

2.根据权利要求1所述的气轮机环形火焰筒支承结构，其特征在于，弯折薄壁环和圆筒薄壁环贴合的一端远离环形火焰筒的轴线。

3.根据权利要求2所述的气轮机环形火焰筒支承结构，其特征在于，薄壁结构为反折形薄壁环，反折形薄壁环中部设有U形弯，U形弯的凸起方向远离环形火焰筒的轴线，U形弯的一端延伸至热端安装环的T形结构底部端，U形弯的另一端弯折后和冷端安装环的端部连接。

4.根据权利要求1所述的气轮机环形火焰筒支承结构，其特征在于，热端安装环和圆筒薄壁环之间、圆筒薄壁环和弯折薄壁环之间、弯折薄壁环和冷端安装环之间均采用焊接的连接方式，热端安装环端部和环形火焰筒焊接连接。

5.根据权利要求1所述的气轮机环形火焰筒支承结构，其特征在于，后压紧环一端插在压气机后盖板尾部内表面，和压气机后盖板共同挤压冷端安装环，后压紧环另一端通过锁紧螺钉固定在压气机后盖板尾部。

6.如权利要求1至5中任一所述的气轮机环形火焰筒支承结构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将热端安装环、薄壁结构和冷端安装环依次焊接连接，形成支承结构；

步骤二、将支撑结构上的热端安装环焊接在环形火焰筒尾部，将环形火焰筒和支撑结构整体推入压气机后盖板的尾端；

步骤三、安装后压紧环，通过后压紧环将支撑结构的冷端安装环固定在压气机后盖板内侧；

步骤四、燃气轮机运行时，环形火焰筒温度升高，环形火焰筒在径向和轴向上均发生热膨胀变形，薄壁结构对应变形，释放环形火焰筒的热应力。

7.根据权利要求6所述的气轮机环形火焰筒支承结构的使用方法，其特征在于，当薄壁结构为r形薄壁结构时，支撑结构中圆筒薄壁环和弯折薄壁环分离的端部弯折，释放环形火焰筒的热应力。

8.根据权利要求6所述的气轮机环形火焰筒支承结构的使用方法，其特征在于，当薄壁结构为反折形薄壁环时，反折形薄壁环变形，释放环形火焰筒的热应力。