CN216716300U - 火焰筒壁板、火焰筒及燃气轮机燃烧室 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种火焰筒壁板，该火焰筒壁板包括：壁板本体，形成筒形结构；以及多个第一发散孔，沿圆周方向均匀间隔形成于壁板本体上；位于相同壁板本体轴向长度位置的多个第一发散孔形成一个第一发散孔阵列，多个第一发散孔阵列沿壁板本体的轴向方向顺次排布，用于在壁板本体内形成旋流。本实用新型还提供一种采用该火焰筒壁板形成的火焰筒以及设有该火焰筒的燃气轮机燃烧室。

Description

火焰筒壁板、火焰筒及燃气轮机燃烧室

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机燃烧室技术领域，尤其涉及一种火焰筒壁板、火焰筒及燃气轮机燃烧室。

背景技术

发散冷却是针对燃烧室火焰筒的常用冷却方式之一，发散冷却的主要原理是冷却空气先在进气环腔中与火焰筒外壁面进行换热，后进入发散孔内进行对流换热，最后由发散孔射出形成冷却气膜，阻隔高温烟气与火焰筒之间的换热。

目前，燃烧室发散冷却中进气环腔对流换热和孔内对流换热的冷却贡献相对较小，最重要部分是冷却气膜的保护作用。但冷却气膜的有效性极大地取决于气膜的贴壁程度以及主流烟气与冷却气膜之间的相互作用。如能通过使冷却气膜的贴壁效果更佳，则有利有提升火焰筒的冷却效率。

实用新型内容

针对于现有的技术问题，本实用新型提供一种火焰筒壁板、火焰筒及燃气轮机燃烧室，用于至少部分解决以上技术问题。

根据本实用新型的实施例的一个方面，提供一种火焰筒壁板，包括：多个第一发散孔，沿圆周方向均匀间隔形成于所述壁板本体上；位于相同所述壁板本体轴向长度位置的多个第一发散孔形成一个第一发散孔阵列，多个第一发散孔阵列沿所述壁板本体的轴向方向顺次排布，用于在所述壁板本体内形成旋流。

根据本实用新型的实施例，所述第一发散孔贯通形成于所述壁板本体上；所述第一发散孔的切向距离小于等于2毫米，并且所述第一发散孔的复合角的角度为65～85度；其中，所述切向距离表征为所述第一发散孔所在平面与所述壁板本体弧顶的间距，所述复合角表征为所述第一发散孔轴线所述气流之间的夹角。

根据本实用新型的实施例，所述第一发散孔的孔径为0.5至2毫米。

根据本实用新型的实施例，每个所述第一发散孔阵列与位于上游的相邻的所述第一发散孔阵列沿所述壁板本体的轴向方向的间距小于或等于同一所述第一发散孔阵列与位于下游的相邻的所述第一发散孔阵列沿所述壁板本体的轴向方向的间距，其中，上游表征为壁板本体内的气流先经过的部分，下游表征为壁板本体内的气流后经过的部分。

根据本实用新型的实施例，每个所述第一发散孔阵列与位于上游的相邻的所述第一发散孔阵列沿所述壁板本体的轴向方向的间距小于同一所述第一发散孔阵列与位于下游的相邻的所述第一发散孔阵列沿所述壁板本体的轴向方向的间距。

根据本实用新型的实施例，相邻两个所述第一发散孔阵列沿所述壁板本体的轴向方向的间距小于或等于25毫米。

根据本实用新型的实施例，所述火焰壁板还包括：多个第二发散孔，每个所述第二发散孔包括：主孔，贯通形成于所述壁板本体上；以及副孔，所述副孔的轴向第一端形成于所述主孔中部，所述副孔的轴向第二端与所述壁板本体的内壁贯通，所述副孔与所述主孔所形成的夹角为锐角；其中，所述第二发散孔沿圆周方向均匀间隔形成于所述壁板本体上，位于相同所述壁板本体轴向长度位置的多个第二发散孔形成一个第二发散孔阵列，所述第二发散孔阵列位于所述第一发散孔阵列的所述壁板本体内的气流上游位置，多个第二发散孔阵列沿所述壁板本体的轴向方向顺次排布，用于消除所述壁板本体内的气流在所述第二发散孔阵列下游形成的抬升涡。

根据本实用新型的实施例，所述主孔的切向距离小于等于2毫米，并且所述主孔的复合角的角度为65～85度；其中，所述切向距离表征为所述主孔所在平面与所述壁板本体弧顶的间距，所述复合角表征为所述主孔轴线所述气流之间的夹角。

根据本实用新型的实施例，所述副孔与所述主孔所形成的夹角为10至20度。

根据本实用新型的实施例，所述副孔的轴向第一端形成于所述壁板本体的内壁和所述主孔的轴向位置的中点之间。

根据本实用新型的实施例，所述副孔的内径小于或等于所述主孔的内径。

根据本实用新型的实施例，所述主孔的内径为0.5至2毫米，所述副孔的内径为0.5至1毫米。

根据本实用新型的实施例，同一所述第二发散孔阵列中相邻的所述第二发散孔的周向间距小于或等于所述主孔的孔径的10倍。

根据本实用新型的实施例，所述第二发散孔阵列的数量为3至5个。

根据本实用新型的实施例，相邻两个所述第二发散孔阵列沿所述壁板本体的轴向方向的间距为4至12毫米。

根据本实用新型的实施例的另一个方面，提供一种火焰筒，采用火焰筒壁板形成。

根据本实用新型的实施例，火焰筒还包括罩帽，形成于所述火焰筒壁板的进气侧。

根据本实用新型的实施例，火焰筒还包括壁板本体，形成筒形结构；多个第二发散孔，形成于所述壁板本体上；以及多个第一发散孔形成于所述壁板本体上。

根据本实用新型的实施例，位于同一所述壁板本体轴向长度位置的多个第一发散孔形成一个第一发散孔阵列；位于同一所述壁板本体轴向长度位置的多个第二发散孔形成一个第二发散孔阵列；第二发散孔阵列位于第一发散孔阵列的壁板本体内的气流上游位置；上游位置表征为壁板本体内的气流先经过的部分。

根据本实用新型的实施例的再一个方面，提供一种燃气轮机燃烧室，所述燃气轮机燃烧室内设有火焰筒。

根据本实用新型的一个方面所提供的火焰筒壁板，第一发散孔用以形成旋流。以使得冷却气膜的贴壁效果更佳，有利于提升火焰筒的冷却效率。

根据本实用新型的另一个方面所提供的火焰筒，兼具火焰筒壁板的优点，有利于形成冷却气膜。

根据本实用新型的另一个方面所提供的燃烧室，兼具火焰筒的优点，在相同使用条件下，由于燃烧室的冷却效果较佳，可较为有效的延长燃烧室的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的一种示意性实施例的火焰筒壁板的结构示意图；

图2是图1所示的示意性实施例的右向视角的结构示意图；

图3是本实用新型的一种示意性实施例中第二发散孔部分的结构示意图；

图4是图1所示的示意性实施例中壁板本体部分径向方向的局部剖视图；

图5是图4所示的示意性实施例中A-A向的局部剖视图；

图6是本实用新型的另一个示意性实施例的火焰筒的结构示意图；以及

图7是本实用新型的另一个示意性实施例的燃烧室的结构示意图。

附图标记

1、第一发散孔；

2、第二发散孔；

21、主孔；

22、副孔；

3、壁板本体；

4、罩帽；

5、机闸；以及

6、燃气轮机燃烧室。

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的附图，对本实用新型实施例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。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需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。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本领域普通技术人员所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

在此公开本实用新型结构实施例和方法的描述。应当了解，这并不意图将本实用新型限制在特定公开的实施例中，本实用新型可以通过使用其它特征，元件、方法和实施例来加以实施。不同实施例中的相似元件通常会标示相似的号码。

图1是本实用新型的一种示意性实施例的火焰筒壁板的结构示意图；

图2是图1所示的示意性实施例的右向视角的结构示意图；图3是本实用新型的一种示意性实施例中第二发散孔部分的结构示意图；图4是图1所示的示意性实施例中壁板本体部分径向方向的局部剖视图；以及图5是图4所示的示意性实施例中A-A向的局部剖视图。

在本实用新型的一个示意性实施例中，如图1和图2所示，提供一种火焰筒壁板包括多个沿圆周方向均匀间隔形成于壁板本体3上的第一发散孔1。进一步的，位于相同壁板本体3轴向长度位置的多个第一发散孔1形成一个第一发散孔阵列，多个第一发散孔阵列沿壁板本体3的轴向方向顺次排布，用于在所述壁板本体3内形成旋流。

根据本实用新型的实施例，第一发散孔1贯通形成于壁板本体3上；第一发散孔1的切向距离小于等于2毫米，第一发散孔1的复合角的角度为65～85度；其中，所述切向距离表征为所述第一发散孔1所在平面与所述壁板本体3弧顶的间距，所述复合角表征为所述第一发散孔1轴线所述气流之间的夹角。

进一步的，第一发散孔1的切向距离h应当越小越好，但由于加工工艺限制和材料的限制，将2毫米作为切向距离可接受的最大值。

根据本实用新型的实施例，第一发散孔1的孔径为0.5至2毫米。

根据本实用新型的实施例，每个第一发散孔阵列与位于上游的相邻的第一发散孔阵列沿壁板本体3的轴向方向的间距小于或等于同一第一发散孔阵列与位于下游的相邻的第一发散孔阵列沿壁板本体3的轴向方向的间距；其中，上游表征为壁板本体3内的气流先经过的部分，下游表征为壁板本体3内的气流后经过的部分。

详细的，每两个相邻第一发散孔阵列之间的间距可分别相等。

根据本实用新型的实施例，如图2所示，每个第一发散孔阵列与位于上游的相邻的第一发散孔阵列沿壁板本体3的轴向方向的间距l34小于同一第一发散孔阵列与位于下游的相邻的第一发散孔阵列沿所述壁板本体3的轴向方向的间距l45。这样的设计有利于减少第一发散孔1的数量，通过前密后疏的排布方式，使得火焰筒内均匀冷却气膜的形成位置更靠近上游。

详细的,相邻第一发散孔阵列的增长量应为1.5至2，其中，增长量表征为l45/l34的比值。

根据本实用新型的实施例，相邻两个第一发散孔阵列沿壁板本体3的轴向方向的间距小于或等于25毫米。

详细的，出于极限思想考虑，相邻第一发散孔阵列的间距不会无限增加，因此，应设置相邻两个第一发散孔阵列沿壁板本体3的轴向方向的间距的极限值。其中，极限值表征为如相邻两个第一发散孔阵列沿壁板本体3的轴向方向的间距达到极限值后，则由此第一发散孔阵列开始至相邻的下游的第一发散孔阵列沿壁板本体3的轴向方向的间距的均为上述极限值。应当理解，本实用新型的实施例不限于此。

例如，上述极限值不限于25毫米，可在20至25毫米之间选取任一一个数值。

进一步的，上述极限值可依据需壁板本体3的轴向长度进行适应性设计。

根据本实用新型的实施例，相邻第一发散孔阵列中的第一发散孔1的位置可对位设置也可错位设置，以用尽量少的第一发散孔1及第一发散孔阵列形成冷却气膜为宜。其中，对位设置表征为每个第一发散孔阵列中的第一发散孔1的轴向位置对齐呈列状排布在壁板本体3的表面；错位设置，表征为除对位设置以外的第一发散孔1所设置的位置。

进一步的，第一发散孔阵列和第二发散孔阵列也可采用对位设置或错位设置。

更进一步的，每个第一发散孔阵列中的第一发散孔1的数量和每个第二发散孔阵列中的第二发散孔2的数量可设置成一致或不一致。

根据本实用新型的实施例，火焰筒壁板还包括：形成筒形结构的壁板本体3和多个形成于壁板本体3上的第二发散孔2。每个第二发散孔2均包括主孔21以及副孔22，其中主孔21贯通形成于壁板本体3上，副孔22的轴向第一端形成于主孔21中部，副孔22的轴向第二端与壁板本体3的内壁贯通，副孔22与主孔21所形成的夹角为锐角。进一步的，多个第二发散孔2沿圆周方向均匀间隔形成于壁板本体3上，位于相同壁板本体3轴向长度位置的多个第二发散孔2形成一个第二发散孔阵列，多个第二发散孔阵列沿所述壁板本体3的轴向方向顺次排布，位于第一发散孔阵列的壁板本体3内的气流上游位置，用于消除所述壁板本体3内的气流在所述第二发散孔阵列下游形成的抬升涡。其中，副孔22的设计用以抵消背风侧的单涡，较好的抑制了壁板本体3上游位置冷却射流的抬升，可较为有效的避免上游由于冷却射流还未形成气膜而出现局部热点的可能性。

根据本实用新型的实施例，壁板本体3形成的筒形结构表征为壁厚均匀，各轴向位置内径一致的圆筒。

根据本实用新型的实施例，第二发散孔阵列的数量为3-5个。

根据本实用新型的实施例，相邻第二发散孔阵列的间距为4至12毫米。

详细的，第二发散孔阵列的数量为3个。相邻第二发散孔阵列的间距l12为4毫米。应当理解，本实用新型的实施例不限于此。

例如，第二发散孔阵列的具体数量和相邻两个第二发散孔阵列的间距依据需壁板本体3的轴向长度进行适应性设计。

进一步的，相邻第一发散阵列的在壁板本体3轴向方向上的间距可设置为由上游至下游逐渐增大。

更进一步的，相邻第二发散孔阵列中的第二发散孔2的位置可对位设置也可错位设置，以能尽量减小壁板本体3内的气流在下游形成的抬升涡为宜。其中，对位设置表征为每个第二发散孔阵列中的第二发散孔2的轴向位置在壁板本体3的表面呈列状对齐排布；错位设置，表征为除对位设置以外的第二发散孔2所设置的位置。

根据本实用新型的实施例，同一第二发散孔阵列中相邻的所述第二发散孔2的周向间距小于或等于主孔21的孔径的10倍，这样的设计有利于提升第二发散孔阵列中每个第二发散孔2对于气体分流的连续性，可较为有效的防止由于第二发散孔2的周向间距过大所导致的在某一局部区域形成抬升涡。

根据本实用新型的实施例，如图3所示，第二发散孔22的副孔22的轴向第一端形成于壁板本体3的内壁和所述主孔21的轴向位置的中的点之间。

进一步的，副孔22的轴向第一端表征为副孔22与主孔21连通的分流位置，上述分流位置至壁板本体3的内壁的间距不超过主孔21轴向长度的二分之一。

根据本实用新型的实施例，如图3所示，副孔22的内径d1小于或等于主孔21的内径d2。

根据本实用新型的实施例，主孔21的内径d2为0.5至2毫米，副孔22的内径为0.5至1毫米。应当理解，本实用新型的实施例不限于此。

例如，主孔21的孔径为0.5毫米，则副孔22的孔径小于0.5毫米。以及主孔21的孔径为1毫米，则副孔22的孔径小于或等于1毫米。

根据本实用新型的实施例，如图4和图5所示，主孔21的切向距离h(主孔21所在平面与壁板本体3弧顶的间距)小于等于2毫米，并且所述主孔21的复合角(主孔21轴线气流之间的夹角)的角度β为65～85度。

进一步的，主孔21的切向距离h应当越小越好，但由于加工工艺限制和材料的限制，将2毫米作为切向距离可接受的最大值。

根据本实用新型的实施例，如图5所示，副孔22与主孔21所形成的夹角α为10至20度。

根据本实用新型的实施例，壁板本体上第二发散孔阵列和第一发散孔阵列所覆盖的区域的轴向长度应大致为壁板本体的轴向长度的2/3。

根据本实用新型的火焰筒壁板，通过数值模拟进行验证，在验证过程中以2.2作为吹风比。

基于上述背景的而验证结果，切向发散冷却的平均冷却效率高达0.91，与倾角30度的圆形发散孔相比提高了约55％；同时火焰筒下游的冷却气膜能保持较好的贴壁性，减少了下游开孔数量。据此，应用本实用新型的火焰筒壁板的火焰筒具有较高的冷却效率，所需的冷却空气也较少；通过冷却空气在孔内的对流换热，以及冷却气膜对火焰筒壁面形成的隔热效果，能较为有效的冷却火焰筒壁面并降低其工作温度，以使得火焰筒的使用寿命有所提高。

根据本实用新型另一个方面，提供一种火焰筒，火焰筒采用火焰筒壁板形成。

根据本实用新型的实施例，还包括形成于火焰筒壁板进气侧的罩帽4，罩帽4与火焰筒壁板内部连通。

根据本实用新型的实施例，火焰筒壁板包括形成筒形结构的壁板本体3，以及形成于壁板本体3上的第二发散孔2和第一发散孔1。

根据本实用新型的实施例，位于同一所述壁板本体3轴向长度位置的多个第二发散孔2形成一个第二发散孔阵列；位于同一所述壁板本体3轴向长度位置的多个第一发散孔1形成一个第一发散孔阵列；第二发散孔阵列位于第一发散孔阵列的壁板本体3内的气流上游位置；上游位置表征为壁板本体3内的气流先经过的部分。

根据本实用新型的实施例的再一个方面，提供一种燃气轮机燃烧室，所述燃气轮机燃烧室6内设有火焰筒。

详细的，火焰筒形成于机闸5内。

上述具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上上述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，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的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种火焰筒壁板，其特征在于，包括：

壁板本体(3)，形成筒形结构；以及

多个第一发散孔(1)，沿圆周方向均匀间隔形成于所述壁板本体(3)上；位于相同所述壁板本体(3)轴向长度位置的多个第一发散孔(1)形成一个第一发散孔阵列，多个第一发散孔阵列沿所述壁板本体(3)的轴向方向顺次排布，用于在所述壁板本体(3)内形成旋流。

2.根据权利要求1中所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述第一发散孔(1)贯通形成于所述壁板本体(3)上；所述第一发散孔(1)的切向距离小于等于2毫米，并且所述第一发散孔(1)的复合角的角度为65～85度；

其中，所述切向距离表征为所述第一发散孔(1)所在平面与所述壁板本体(3)弧顶的间距，所述复合角表征为所述第一发散孔(1)轴线气流之间的夹角。

3.根据权利要求1中所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述第一发散孔(1)的孔径为0.5至2毫米。

4.根据权利要求1中所述的火焰筒壁板，其特征在于，每个所述第一发散孔阵列与位于上游的相邻的所述第一发散孔阵列沿所述壁板本体(3)的轴向方向的间距小于或等于同一所述第一发散孔阵列与位于下游的相邻的所述第一发散孔阵列沿所述壁板本体(3)的轴向方向的间距；

其中，上游表征为壁板本体(3)内的气流先经过的部分，下游表征为壁板本体(3)内的气流后经过的部分。

5.根据权利要求4所述的火焰筒壁板，其特征在于，每个所述第一发散孔阵列与位于上游的相邻的所述第一发散孔阵列沿所述壁板本体(3)的轴向方向的间距小于同一所述第一发散孔阵列与位于下游的相邻的所述第一发散孔阵列沿所述壁板本体(3)的轴向方向的间距。

6.根据权利要求5所述的火焰筒壁板，其特征在于，相邻两个所述第一发散孔阵列沿所述壁板本体(3)的轴向方向的间距小于或等于25毫米。

7.根据权利要求1所述的火焰筒壁板，其特征在于，还包括：多个第二发散孔(2)，每个所述第二发散孔(2)包括：

主孔(21)，贯通形成于所述壁板本体(3)上；以及

副孔(22)，所述副孔(22)的轴向第一端形成于所述主孔(21)中部，所述副孔(22)的轴向第二端与所述壁板本体(3)的内壁贯通，所述副孔(22)与所述主孔(21)所形成的夹角为锐角；

其中，所述第二发散孔(2)沿圆周方向均匀间隔形成于所述壁板本体(3)上，位于相同所述壁板本体(3)轴向长度位置的多个第二发散孔(2)形成一个第二发散孔阵列，所述第二发散孔阵列位于所述第一发散孔阵列的所述壁板本体(3)内的气流上游位置，多个第二发散孔阵列沿所述壁板本体(3)的轴向方向顺次排布，用于消除所述壁板本体(3)内的气流在所述第二发散孔阵列下游形成的抬升涡。

8.根据权利要求7所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述主孔(21)的切向距离小于等于2毫米，并且所述主孔(21)的复合角的角度为65～85度；

其中，所述切向距离表征为所述主孔(21)所在平面与所述壁板本体(3)弧顶的间距，所述复合角表征为所述主孔(21)轴线气流之间的夹角。

9.根据权利要求7所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述副孔(22)与所述主孔(21)所形成的夹角为10至20度。

10.根据权利要求7所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述副孔(22)的轴向第一端形成于所述壁板本体(3)的内壁和所述主孔(21)的轴向位置的中点之间。

11.根据权利要求7所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述副孔(22)的内径小于或等于所述主孔(21)的内径。

12.根据权利要求11所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述主孔(21)的内径为0.5至2毫米，所述副孔(22)的内径为0.5至1毫米。

13.根据权利要求7所述的火焰筒壁板，其特征在于，同一第二发散孔阵列中相邻的所述第二发散孔(2)的周向间距小于或等于所述主孔(21)的孔径的10倍。

14.根据权利要求7所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述第二发散孔阵列的数量为3至5个。

15.根据权利要求7所述的火焰筒壁板，其特征在于，相邻两个所述第二发散孔阵列沿所述壁板本体(3)的轴向方向的间距为4至12毫米。

16.一种火焰筒，其特征在于，所述火焰筒采用权利要求1至15中任一项所述的火焰筒壁板形成。

17.根据权利要求16所述的火焰筒，其特征在于，还包括罩帽(4)，形成于所述火焰筒壁板的进气侧。

18.根据权利要求16所述的火焰筒，其特征在于，还包括：

壁板本体(3)，形成筒形结构；

多个第一发散孔(1)形成于所述壁板本体(3)上；以及

多个第二发散孔(2)，形成于所述壁板本体(3)上。

19.根据权利要求18所述的火焰筒，其特征在于，

位于同一所述壁板本体(3)轴向长度位置的多个第一发散孔(1)形成一个第一发散孔阵列；

位于同一所述壁板本体(3)轴向长度位置的多个所述第二发散孔(2)形成一个第二发散孔阵列；

所述第二发散孔阵列位于所述第一发散孔阵列的所述壁板本体(3)内的气流上游位置，所述上游位置表征为壁板本体(3)先的气流后经过的部分。

20.一种燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述燃气轮机燃烧室(6)内设有权利要求16至19中任一项所述的火焰筒。

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