CN213931032U

CN213931032U - 逆流式环形燃烧室

Info

Publication number: CN213931032U
Application number: CN202021966380.1U
Authority: CN
Inventors: 杨松霖; 曹赟; 吴福仙; 罗增浤
Original assignee: Shanghai Helan Touping Power Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Helan Touping Power Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2030-09-10

Abstract

本实用新型公开了一种逆流式环形燃烧室，其内火焰筒的后部向近轴心侧弯折；内火焰筒的后部弯折前邻接处沿周向形成有内发散冷却孔；内火焰筒的前部沿周向形成有内掺混孔；外火焰筒前部对应内火焰筒的内掺混孔处沿周向形成有外掺混孔；外火焰筒后部对应内火焰筒的内发散冷却孔处沿周向形成有外发散冷却孔；内发散冷却孔、外发散冷却孔的孔径均小于内掺混孔及外掺混孔的孔径。本实用新型的逆流式环形燃烧室，使火焰筒的壁面温度分布更合理和燃烧室出口的温度分布更均匀，结构简单易实现，所需的空气量少同时还保证了很好的冷却与掺混效果。

Description

逆流式环形燃烧室

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机，特别涉及一种逆流式环形燃烧室。

背景技术

小型燃气轮机(功率≤10MW)由于尺寸小、重量轻的特点，被广泛应用于分布式能源发电。小型燃气轮机的主要部件包括压气机、燃烧室、和涡轮；空气先经过压气机加压，然后在燃烧室内与燃料混合后燃烧，最后高温高压的燃气推动涡轮做功后排出。

燃烧室是最核心的部件。由于转速较高，小型燃气轮机的燃烧室往往采用逆流式的结构以减小压气机和涡轮之间的距离。燃烧室的火焰筒由于与火焰直接接触，其冷却结构的设计对燃烧室的使用寿命和能否安全工作具有重要影响；同时，为了使涡轮进口的燃气温度达到设计要求，火焰筒上还需要设计合理的气流掺混结构。

随着世界各国对污染物排放的要求越来越严苛，更多的新型燃烧技术被应用于燃气轮机燃烧室，贫燃预混燃烧就是目前被广泛使用的一种低排放燃烧技术。然而，这种技术需要更多的空气参与燃烧反应，这就使用来冷却和掺混的空气量减少。同时，逆流式环形燃烧室的面积体积比通常较大，这也加剧了火焰筒冷却的困难。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种逆流式环形燃烧室，使火焰筒的壁面温度分布更合理和燃烧室出口的温度分布更均匀，结构简单易实现，所需的空气量少同时还保证了很好的冷却与掺混效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的逆流式环形燃烧室，其包括外火焰筒1、内火焰筒2、燃烧室机匣8；所述外火焰筒1同轴套设在内火焰筒2远轴心侧；所述外火焰筒1远轴心侧套设有燃烧室机匣8，在外火焰筒1同燃烧室机匣8之间形成外环腔80；所述内火焰筒2近轴心侧套设有排气管，在内火焰筒2同排气管之间形成内环腔20；外火焰筒1、内火焰筒2前端接合在一起构成火焰筒头部7；燃烧室机匣8、排气管前端接合在一起；喷嘴6设置在火焰筒头部7；所述内火焰筒2的后部向近轴心侧弯折；

所述内火焰筒2的后部弯折前邻接处沿周向形成有多个内发散冷却孔13；

所述内火焰筒2的前部沿周向形成有多个内掺混孔14；

所述外火焰筒1前部对应内火焰筒2的内掺混孔14处沿周向形成有多个外掺混孔10；

所述外火焰筒1后部对应内火焰筒2的内发散冷却孔13处沿周向形成有多个外发散冷却孔9；

内发散冷却孔13、外发散冷却孔9的孔径均小于内掺混孔14及外掺混孔10的孔径。

较佳的，逆流式环形燃烧室还包括冲击套筒3；

所述冲击套筒3同轴套设在内火焰筒2近轴心侧，并位于所述内火焰筒2的前端到内发散冷却孔13之间；

所述冲击套筒3及内火焰筒2近轴心侧套设有排气管，在冲击套筒3、内火焰筒2同排气管之间形成内环腔20；

所述冲击套筒3均匀形成有多个冲击冷却孔16；

所述冲击冷却孔16的孔径小于内掺混孔14及外掺混孔10的孔径。

较佳的，所述冲击套筒3前后两端分别通过第一C环5及第二C环4同内火焰筒2焊接固定在一起。

较佳的，所述内火焰筒2内掺混孔14的前侧沿周向形成有内辅助掺混孔15；

所述内辅助掺混孔15的孔径小于内掺混孔14及外掺混孔10的孔径，并且大于或等于内发散冷却孔13及外发散冷却孔9的孔径。

较佳的，外掺混孔10的前侧沿周向形成有外辅助掺混孔11；

所述外辅助掺混孔11的孔径小于内掺混孔14及外掺混孔10的孔径，并且大于或等于内发散冷却孔13及外发散冷却孔9的孔径。

较佳的，所述外火焰筒1上交错排列5～15排、每排400～600个外发散冷却孔9；外发散冷却孔9孔径为0.3～1mm；最前一排外发散冷却孔9距离外火焰筒1前端20～80mm；相邻两排外发散冷却孔9的间距为3～10mm；外发散冷却孔9与外火焰筒1壁面的夹角在20°～40°之间；

所述内火焰筒2上交错排列15～25排、每排400～600个内发散冷却孔13；内发散冷却孔13孔径为0.3～1mm；最前一排内发散冷却孔13距离内火焰筒2前端10～40mm；相邻两排内发散冷却孔13的间距为3～10mm；内发散冷却孔13与内火焰筒2壁面的夹角在20°～40°之间；

所述外火焰筒1布置有两排交错排列、每排50～80个的外掺混孔10；外掺混孔10孔径为6mm～10mm；最前一排外掺混孔10距离外火焰筒1前端300～500mm；相邻两排外掺混孔10间距为5～15mm；

所述外火焰筒1在外掺混孔10的前侧30～50mm处，沿周向形成有一排孔径为1～3mm、孔数为200～300个的外辅助掺混孔11；

所述内火焰筒2的前部沿周向形成有一排内掺混孔14；内掺混孔14孔径为15～20mm，孔数为一周30～50个；内掺混孔14距离内火焰筒2前端200～400mm；

所述内火焰筒2在内掺混孔14的前侧15～30mm处，沿周向形成有一排孔径为1～3mm、孔数为200～300个的内辅助掺混孔15；

所述的冲击套筒3上交错排列8～15排、每排50～100个冲击冷却孔16；冲击冷却孔16孔径为3～8mm；最前一排冲击冷却孔16距离内火焰筒前端20～50mm；相邻两排冲击冷却孔16的间距为10～30mm；

冲击套筒3距离内火焰筒10～30mm。

较佳的，外火焰筒1的外掺混孔10的前侧形成有向轴心侧靠近的弯折结构12。

较佳的，向轴心侧靠近的弯折结构12的径向弯折高度为5～10mm。

本实用新型的逆流式环形燃烧室，充分考虑了逆流式环形燃烧室的特点，充分组合了多种气流冷却和掺混方法，对火焰筒关键区域通过发散冷却孔进行重点强化冷却，加强了燃烧室下游气流的掺混，保证了涡轮入口的温度分布均匀，使火焰筒的壁面温度分布更合理和燃烧室出口的温度分布更均匀，结构简单易实现，所需的空气量少同时还保证了很好的冷却与掺混效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面对本实用新型所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的逆流式环形燃烧室一实施例的截面结构及空气流动示意图；

图2为本实用新型的逆流式环形燃烧室一实施例的采用外辅助掺混孔的外火焰筒立体结构示意图；

图3为本实用新型的逆流式环形燃烧室一实施例的采用弯折结构的外火焰筒截面结构示意图；

图4为本实用新型的逆流式环形燃烧室一实施例的内火焰筒立体结构示意图；

图5为本实用新型的逆流式环形燃烧室一实施例的冲击套筒立体结构示意图。

附图标记说明：

1外火焰筒；2内火焰筒；3冲击套筒；4第二C环；5第一C环；6喷嘴；7火焰筒头部；8燃烧室机匣；80外环腔；20内环腔；9外发散冷却孔；10外掺混孔；11外辅助掺混孔；12弯折结构；13内发散冷却孔；14内掺混孔；15内辅助掺混孔；16冲击冷却孔。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1、图2、图3、图4、图5所示，逆流式环形燃烧室包括外火焰筒1、内火焰筒2、燃烧室机匣8；所述外火焰筒1同轴套设在内火焰筒2远轴心侧；所述外火焰筒1远轴心侧套设有燃烧室机匣8，在外火焰筒1同燃烧室机匣8之间形成外环腔80；所述内火焰筒2近轴心侧套设有排气管，在内火焰筒2同排气管之间形成内环腔20；外火焰筒1、内火焰筒2前端接合在一起构成火焰筒头部7；燃烧室机匣8、排气管前端接合在一起；喷嘴6设置在火焰筒头部7；

所述内火焰筒2的后部向近轴心侧弯折；

所述内火焰筒2的前部沿周向形成有多个内掺混孔14；

所述外火焰筒1前部对应内火焰筒2的内掺混孔14处沿周向形成多个有外掺混孔10；

实施例一的逆流式环形燃烧室，如图1所示，冷空气由外火焰筒1远轴心侧的外环腔80流入，有一部分空气通过外掺混孔10进入火焰筒内部；有一部分空气与外火焰筒1进行对流换热，并在外发散冷却孔9处允许其中一部分空气进入火焰筒内部，在外火焰筒1内壁面形成气膜，有效降低该区域的壁面温度；还有一部分空气进入喷嘴6并参与燃烧反应；另有一部分空气逆流绕至近轴心侧由内火焰筒2进入火焰筒内部。当空气逆流绕至近轴心侧后，其中一部分通过内发散冷却孔13进入火焰筒内部并形成气膜，另一部分通过内掺混孔14进入火焰筒内部。

实施例一的逆流式环形燃烧室，充分考虑了逆流式环形燃烧室的特点，充分组合了多种气流冷却和掺混方法，对火焰筒关键区域通过发散冷却孔进行重点强化冷却，加强了燃烧室下游气流的掺混，保证了涡轮入口的温度分布均匀，使火焰筒的壁面温度分布更合理和燃烧室出口的温度分布更均匀，结构简单易实现，所需的空气量少同时还保证了很好的冷却与掺混效果。

实施例二

基于实施一，逆流式环形燃烧室还包括冲击套筒3；

如图5所示，所述冲击套筒3均匀形成有多个冲击冷却孔16；

实施二的逆流式环形燃烧室，当空气逆流绕至近轴心侧后，大部分空气通过冲击套筒3上的冲击冷却孔16进入内火焰筒2与冲击套筒3构成的环腔，其中一部分通过内发散冷却孔13进入火焰筒内部并形成气膜，另一部分通过内掺混孔14进入火焰筒内部。该逆流式环形燃烧室，在外火焰筒1处采用对流冷却结合关键区域的发散孔冷却方法，在内火焰筒2处采用冲击冷却结合关键区域的发散孔冷却方法。

实施例三

基于实施二的逆流式环形燃烧室，如图4所示，所述内火焰筒2内掺混孔14的前侧沿周向形成有内辅助掺混孔15；

实施三的逆流式环形燃烧室，一部分空气通过内火焰筒2上的大直径内掺混孔14进入火焰筒内部，另有小部分空气通过内火焰筒2上的小直径内辅助掺混孔15进入火焰筒内部。该逆流式环形燃烧室，采用大直径内掺混孔14结合小直径内辅助掺混孔15的气流掺混方法，加强了燃烧室下游气流的掺混，保证了涡轮入口的温度分布均匀。

实施例四

基于实施三的逆流式环形燃烧室，如图2所示，外掺混孔10的前侧沿周向形成有外辅助掺混孔11；

实施四的逆流式环形燃烧室，冷空气通过外火焰筒1远轴心侧的环腔流入，一部分空气首先通过小直径外辅助掺混孔11进入火焰筒内部，另有一部分空气通过大直径外掺混孔10进入火焰筒内部，还有一部分空气与外火焰筒1进行对流换热，并在外发散冷却孔9处允许其中一部分空气进入火焰筒内部，在外火焰筒1内壁面形成气膜，有效降低该区域的壁面温度，另有一部分空气进入喷嘴6并参与燃烧反应，其他空气逆流绕至近轴心侧由内火焰筒2进入火焰筒内部。该逆流式环形燃烧室，采用外掺混孔10结合外辅助掺混孔11的气流掺混方法，加强了燃烧室下游气流的掺混，保证了涡轮入口的温度分布均匀。

实施例五

基于实施四的逆流式环形燃烧室，所述外火焰筒1上交错排列5～15排、每排400～600个外发散冷却孔9；外发散冷却孔9孔径为0.3～1mm；最前一排外发散冷却孔9距离外火焰筒1前端20～80mm；相邻两排外发散冷却孔9的间距为3～10mm；外发散冷却孔9与外火焰筒1壁面的夹角在20°～40°之间；

较佳的，所述内火焰筒2上交错排列15～25排、每排400～600个内发散冷却孔13；内发散冷却孔13孔径为0.3～1mm；最前一排内发散冷却孔13距离内火焰筒2前端10～40mm；相邻两排内发散冷却孔13的间距为3～10mm；内发散冷却孔13与内火焰筒2壁面的夹角在20°～40°之间。

较佳的，所述外火焰筒1布置有两排交错排列、每排50～80个的外掺混孔10；外掺混孔10孔径为6mm～10mm；最前一排外掺混孔10距离外火焰筒1前端300～500mm；相邻两排外掺混孔10间距为5～15mm。

较佳的，所述外火焰筒1在外掺混孔10的前侧30～50mm处，沿周向形成有一排孔径为1～3mm、孔数为200～300个的外辅助掺混孔11。

较佳的，所述内火焰筒2的前部沿周向形成有一排内掺混孔14；内掺混孔14孔径为15～20mm，孔数为一周30～50个；内掺混孔14距离内火焰筒2前端200～400mm。

较佳的，所述内火焰筒2在内掺混孔14的前侧15～30mm处，沿周向形成有一排孔径为1～3mm、孔数为200～300个的内辅助掺混孔15。

较佳的，所述的冲击套筒3上交错排列8～15排、每排50～100个冲击冷却孔16；冲击冷却孔16孔径为3～8mm；最前一排冲击冷却孔16距离内火焰筒前端20～50mm；相邻两排冲击冷却孔16的间距为10～30mm；冲击套筒3距离内火焰筒10～30mm。

实施例六

基于实施一的逆流式环形燃烧室，如图3所示，外火焰筒1的外掺混孔10的前侧形成有向轴心侧靠近的弯折结构12。

实施六的逆流式环形燃烧室，外火焰筒1前端处采用弯折结构，可以进一步降低空气需求量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims

1.一种逆流式环形燃烧室，其包括外火焰筒(1)、内火焰筒(2)、燃烧室机匣(8)；所述外火焰筒(1)同轴套设在内火焰筒(2)远轴心侧；所述外火焰筒(1)远轴心侧套设有燃烧室机匣(8)，在外火焰筒(1)同燃烧室机匣(8)之间形成外环腔(80)；所述内火焰筒(2)近轴心侧套设有排气管，在内火焰筒(2)同排气管之间形成内环腔(20)；外火焰筒(1)、内火焰筒(2)前端接合在一起构成火焰筒头部(7)；燃烧室机匣(8)、排气管前端接合在一起；喷嘴(6)设置在火焰筒头部(7)；其特征在于，所述内火焰筒(2)的后部向近轴心侧弯折；

所述内火焰筒(2)的后部弯折前邻接处沿周向形成有多个内发散冷却孔(13)；

所述内火焰筒(2)的前部沿周向形成有多个内掺混孔(14)；

所述外火焰筒(1)前部对应内火焰筒(2)的内掺混孔(14)处沿周向形成有多个外掺混孔(10)；

所述外火焰筒(1)后部对应内火焰筒(2)的内发散冷却孔(13)处沿周向形成有多个外发散冷却孔(9)；

内发散冷却孔(13)、外发散冷却孔(9)的孔径均小于内掺混孔(14)及外掺混孔(10)的孔径。

2.根据权利要求1所述的逆流式环形燃烧室，其特征在于，

逆流式环形燃烧室还包括冲击套筒(3)；

所述冲击套筒(3)同轴套设在内火焰筒(2)近轴心侧，并位于所述内火焰筒(2)的前端到内发散冷却孔(13)之间；

所述冲击套筒(3)及内火焰筒(2)近轴心侧套设有排气管，在冲击套筒(3)、内火焰筒(2)同排气管之间形成内环腔(20)；

所述冲击套筒(3)均匀形成有多个冲击冷却孔(16)；

所述冲击冷却孔(16)的孔径小于内掺混孔(14)及外掺混孔(10)的孔径。

3.根据权利要求2所述的逆流式环形燃烧室，其特征在于，

所述冲击套筒(3)前后两端分别通过第一C环(5)及第二C环(4)同内火焰筒(2)焊接固定在一起。

4.根据权利要求2所述的逆流式环形燃烧室，其特征在于，

所述内火焰筒(2)内掺混孔(14)的前侧沿周向形成有内辅助掺混孔(15)；

所述内辅助掺混孔(15)的孔径小于内掺混孔(14)及外掺混孔(10)的孔径，并且大于或等于内发散冷却孔(13)及外发散冷却孔(9)的孔径。

5.根据权利要求4所述的逆流式环形燃烧室，其特征在于，

外掺混孔(10)的前侧沿周向形成有外辅助掺混孔(11)；

所述外辅助掺混孔(11)的孔径小于内掺混孔(14)及外掺混孔(10)的孔径，并且大于或等于内发散冷却孔(13)及外发散冷却孔(9)的孔径。

6.根据权利要求5所述的逆流式环形燃烧室，其特征在于，

所述外火焰筒(1)上交错排列5～15排、每排400～600个外发散冷却孔(9)；外发散冷却孔(9)孔径为0.3～1mm；最前一排外发散冷却孔(9)距离外火焰筒(1)前端20～80mm；相邻两排外发散冷却孔(9)的间距为3～10mm；外发散冷却孔(9)与外火焰筒(1)壁面的夹角在20°～40°之间；

所述内火焰筒(2)上交错排列15～25排、每排400～600个内发散冷却孔(13)；内发散冷却孔(13)孔径为0.3～1mm；最前一排内发散冷却孔(13)距离内火焰筒(2)前端10～40mm；相邻两排内发散冷却孔(13)的间距为3～10mm；内发散冷却孔(13)与内火焰筒(2)壁面的夹角在20°～40°之间；

所述外火焰筒(1)布置有两排交错排列、每排50～80个的外掺混孔(10)；外掺混孔(10)孔径为6mm～10mm；最前一排外掺混孔(10)距离外火焰筒(1)前端300～500mm；相邻两排外掺混孔(10)间距为5～15mm；

所述外火焰筒(1)在外掺混孔(10)的前侧30～50mm处，沿周向形成有一排孔径为1～3mm、孔数为200～300个的外辅助掺混孔(11)；

所述内火焰筒(2)的前部沿周向形成有一排内掺混孔(14)；内掺混孔(14)孔径为15～20mm，孔数为一周30～50个；内掺混孔(14)距离内火焰筒(2)前端200～400mm；

所述内火焰筒(2)在内掺混孔(14)的前侧15～30mm处，沿周向形成有一排孔径为1～3mm、孔数为200～300个的内辅助掺混孔(15)；

所述冲击套筒(3)上交错排列8～15排、每排50～100个冲击冷却孔(16)；冲击冷却孔(16)孔径为3～8mm；最前一排冲击冷却孔(16)距离内火焰筒前端20～50mm；相邻两排冲击冷却孔(16)的间距为10～30mm；

冲击套筒(3)距离内火焰筒10～30mm。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的逆流式环形燃烧室，其特征在于，

外火焰筒(1)的外掺混孔(10)的前侧形成有向轴心侧靠近的弯折结构(12)。

8.根据权利要求7所述的逆流式环形燃烧室，其特征在于，

向轴心侧靠近的弯折结构(12)的径向弯折高度为5～10mm。