CN204438185U - 一种燃烧室导流衬套 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃烧室导流衬套，套设于燃烧室的火焰筒外侧，包括套筒，火焰筒穿过套筒的中心，火焰筒的下游端部伸出至套筒的外部，火焰筒与套筒之间形成环形气流通道，环形气流通道的下游端部为气流进口；在套筒的下游端部的圆周上设有至少一个挡片。本实用新型提供的燃烧室导流衬套，能有效减小气流的压力损失，同时对火焰筒进行高效冷却，并解决火焰筒头部进气不均匀，以及火焰筒尾部容易产生局部热点的问题。

Description

一种燃烧室导流衬套

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机制造技术领域，尤其涉及一种空气导流装置，更具体地涉及一种燃烧室导流衬套。

背景技术

环管型燃烧室的结构一般为：在压气机和透平转子之间沿周向阵列排布多个筒形的燃烧室，各燃烧室之间分别由火焰筒和过渡段组合连接，使其内部构成连续的热气流通道。这种结构导致了压气机排出的压缩空气在进入燃压缸后流动复杂且沿火焰筒周向分布很不均匀。

为了将压气机排出的压缩空气均匀地输送到火焰筒头部的燃烧装置，一般采用导流衬套，导流衬套同心地布置在火焰筒、过渡段外侧，使得火焰筒、过渡段与导流衬套之间形成环形的气流通道。

在燃烧室中，导流衬套不仅起到整流作用，为火焰筒头部提供燃烧所需空气，还起到冷却火焰筒的作用。导流衬套的冷却作用从两方面实现，一是利用导流衬套限制环形通道的截面积，实现对火焰筒或过渡段的强迫对流换热，二是通过导流衬套表面的开孔布置对火焰筒或过渡段进行有效的冲击冷却。

导流衬套表面一般采用开孔方式将压气机排出的压缩空气引入环形气流通道，气流在通道内与火焰筒内热燃气呈逆向流动。目前，为提高冲击冷却强度、调整气流的周向均匀性，通常采用将将导流衬套表面开孔非均匀布置、在孔的出口附加冲击导管，或者在孔的进口处设置集流装置等方法。

现阶段，随着燃气轮机燃烧室的燃烧温度不断升高，火焰筒的冷却需求不断提升，因此通过强迫对流或冲击冷却的方法虽然可以在一定程度上降低火焰筒温度，但却容易使气流的流动损失增大，导致较大的燃烧室压损。而火焰筒内部热负荷的不均匀性以及压气机排气在燃压缸内流动的不均匀性容易造成火焰筒表面局部热点，导致产生较大热应力，从而还会导致火焰筒的使用寿命减少。另外，现有技术中的火焰筒外导流衬套的设计还影响火焰筒头部进气的均匀性。

因此，针对以上不足，需要提供一种导流衬套，在保证火焰筒头部进气均匀性的同时，利用有限的压力损失实现高效的火焰筒冷却。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供一种燃烧室导流衬套，能有效减小气流的压力损失，同时对火焰筒进行高效冷却，并解决火焰筒头部进气不均匀，以及火焰筒尾部容易产生局部热点的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃烧室导流衬套，套设于燃烧室的火焰筒外侧，包括套筒，火焰筒穿过套筒的中心，火焰筒的下游端部伸出至套筒的外部，火焰筒与套筒之间形成环形气流通道，环形气流通道的下游端部为气流进口；在套筒的下游端部的圆周上设有至少一个挡片。

优选的，前述挡片上还连接有带冷却孔的冲击冷却段。

优选的，前述套筒的下游端部上除设有挡片以外的圆周部分均设有导流环。

优选的，前述挡片上设有进气调整孔。

优选的，前述挡片与套筒的连接方式为焊接连接或者螺栓连接。

优选的，前述挡片与套筒为一体式结构。

优选的，前述套筒的下游端部与火焰筒的下游端部沿火焰筒的轴向距离是环形气流通道的最小高度的0.5-20倍。

优选的，前述冷却冲击段的内表面与火焰筒外表面之间的最小距离小于环形气流通道的最小高度。

优选的，前述冲击冷却段内表面与火焰筒外表面的最小距离是环形气流通道的最小高度的0.1-0.9倍。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：

本实用新型提供的燃烧室导流衬套，套筒和火焰筒之间形成环形气流通道，环形气流通道的下游端部为气流进口，并且在套筒的下游端部设有若干挡片，该导流衬套的结构简单，且易于加工。

本实用新型中的气流进口为与环形气流通道连通的整体式的开口，可以在对火焰筒尾部形成冲击冷却的同时减小现有技术中采用多孔进气而造成的压力损失。

本实用新型中的挡片上还可以设有冲击冷却段，该结构满足了火焰筒尾部的冷却需要，还产生了局部的强化冷却的作用；同时挡片具有调整气流的作用，挡片上还可开设进气调整孔，并且能够根据挡片的数量、位置的改变和进气调整孔数量、形状、位置等改变，有效的控制和改善进气的均匀性。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的结构示意图；

图2是图1中A的局部放大图；

图3是本实用新型实施例一的剖视图；

图4是本实用新型实施例二的结构示意图；

图5是本实用新型实施例三的结构示意图。

图中：10：火焰筒；11：套筒；12：火焰筒的下游端部；13：环形气流通道；14：气流进口；15：套筒的下游端部；16：挡片；17：连接段；18：冲击冷却段；19：冷却孔；20：导流环；21：进气调整孔；22：焊接破口；23：下游方向。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种燃烧室导流衬套，套设于燃烧室的火焰筒10外侧，包括套筒11，火焰筒10沿下游方向23穿过套筒11的中心，火焰筒的下游端部12伸出至套筒11的外部，火焰筒10与套筒11之间形成环形气流通道13，环形气流通道13的下游端部为气流进口14，该气流进口14与环形气流通道13整体连通，进入火焰筒头部，即火焰筒10的上游端，参与燃烧的全部或者大部分压缩机排出的压缩空气均由此进入环形气流通道13。

由于压气机排出的压缩空气在气缸内的流动较为不均，压缩空气在环形气流通道13的气流进口14的一些区域内的轴向速度较大，另外支撑结构等对压缩空气的气流也产生扰动，导致火焰筒尾部，即火焰筒10的下游端，易产生局部换热较弱区域，因此在套筒的下游端部15的圆周上设置一个挡片16，如图2、3所示。其中，套筒的下游端部15的圆周上不仅限于设置一个挡片16，还可以设置多个挡片16，挡片16的设置数量和位置根据冷却需要及对气流周向均匀性的调节需要而定。

挡片16用于调整环形气流通道13内压缩空气气流的周向进气均匀性，其上可以设有如图中所示的进气调整孔21，也可以不开设进气调整孔21。

挡片16与套筒11可以制成一体式结构，也可以通过焊接方式或者螺栓连接方式连接。挡片16与套筒11采用焊接方式连接时，可以在挡片16上设置连接段17，也可以不设置连接段17。设置连接段17时，在连接段17和套筒11的连接处分别加工出焊接破口22，并在焊接破口22处进行焊接；在不设置连接段17时，在挡片16和套筒11的连接处分别加工出焊接破口22，并在焊接破口22处进行焊接。

挡片16上还连接有带冷却孔19的冲击冷却段18，冷却孔19的数量至少为一个，其作用是对由于压缩空气局部流动不均或内部热负荷不均导致的火焰筒尾部形成的局部高温区进行冲击冷却的强化。冷却孔19的形状不限于圆形，还可以为其他孔型或者狭缝形状，只要能满足利用压气机排出的压缩空气对火焰筒尾部形成更好地冷却效果即可。

套筒11的尺寸，以及挡片16的尺寸、数量及分布位置根据冷却需要确定。套筒的下游端部15与火焰筒的下游端部12沿火焰筒的轴向距离L1，即垂直于火焰筒的下游端部12截面方向的距离，是环形气流通道13的最小高度H的0.5-20倍。冷却冲击段18的内表面与火焰筒10外表面之间的最小距离L2小于环形气流通道的最小高度H。冲击冷却段18内表面与火焰筒10外表面的最小距离L2是环形气流通道13的最小高度H的0.1-0.9倍。

如图中所示的套筒11内表面与火焰筒10的外表面平行，因此环形气流通道13的最小高度H为固定高度，套筒11内表面还可以不与火焰筒10的外表面平行，此时，环形气流通道13的最小高度H即为套筒11内表面距火焰筒10外表面的最小距离。

实施例二

如图4所示，本实施例的原理和结构与实施例一大体相同，其区别为本实施例的挡片16仅用于调整气流在气流进口14处的周向均匀性，因此本实施例中的挡片16上不设置冲击冷却段18。

实施例三

如图5所示，本实施例的原理和结构与实施例一大体相同，但本实施例中，套筒的下游端部15上除设有挡片16以外的圆周部分均设有导流环20。该导流环20采用气动优化的曲面结构，可以更有效地将压缩空气气流导入气流进口14，减小气流在该处的压力损失。

本实施例中，当不需要调整进气均允性及实施局部强化冷却时，可以不设置挡片16，仅使用环形的导流环20，将压缩空气气流导入气流进口14，减小气流在该处的压力损失。

本实用新型的工作原理为：

燃压缸内的部分压气机排出的压缩空气由套筒的下游端部15和火焰筒的下游端部12之间形成的气流进口14流入环形气流通道13。由于环形气流通道13内气流的流通面积缩小并且径向速度很小，气流得以在进入环形气流通道13前对火焰筒尾部,即火焰筒的下游端形成冲击冷却。压气机排出的压缩空气在进入气流进口14前往往具有不均匀性，部分区域轴向速度较大，使得火焰筒尾部的冷却不均，为此设置挡片16。气流经由挡片16的冲击冷却段18上的冷却孔19冲击到火焰筒10表面并流向上游，进入环形气流通道13内，进而实现局部冷却的强化。同时，挡片16对环形气流通道13内的气流均匀性进行调整。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种燃烧室导流衬套，套设于燃烧室的火焰筒(10)外侧，其特征在于：包括套筒(11)，所述火焰筒(10)穿过所述套筒(11)的中心，所述火焰筒(10)的下游端部(12)伸出至所述套筒(11)的外部，所述火焰筒(10)与所述套筒(11)之间形成环形气流通道(13)，所述环形气流通道(13)的下游端部为气流进口(14)；在所述套筒(11)的下游端部(15)的圆周上设有至少一个挡片(16)。

2.根据权利要求1所述的燃烧室导流衬套，其特征在于：所述挡片(16)上还连接有带冷却孔(19)的冲击冷却段(18)。

3.根据权利要求1所述的燃烧室导流衬套，其特征在于：所述套筒(11)的下游端部(15)上除设有挡片(16)以外的圆周部分均设有导流环(20)。

4.根据权利要求1所述的燃烧室导流衬套，其特征在于：所述挡片(16)上设有进气调整孔(21)。

5.根据权利要求1所述的燃烧室导流衬套，其特征在于：所述挡片(16)与所述套筒(11)的连接方式为焊接连接或者螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的燃烧室导流衬套，其特征在于：所述挡片(16)与所述套筒(11)为一体式结构。

7.根据权利要求1所述的燃烧室导流衬套，其特征在于：所述套筒(11)的下游端部(15)与火焰筒(10)的下游端部(12)沿所述火焰筒的轴向距离是所述环形气流通道(13)的最小高度的0.5-20倍。

8.根据权利要求2所述的燃烧室导流衬套，其特征在于：所述冷却冲击段(18)的内表面与火焰筒(10)外表面之间的最小距离小于所述环形气流通道(13)的最小高度。

9.根据权利要求8所述的燃烧室导流衬套，其特征在于：所述冲击冷却段(18)内表面与火焰筒(10)外表面的最小距离是所述环形气流通道(13)的最小高度的0.1-0.9倍。