CN85101392A - 燃气轮机的燃烧装置 - Google Patents

Abstract

一种燃气轮机燃烧装置，在其中的内套筒表面上承受火焰辐射热的一侧涂布了一层陶瓷涂层，并在另一侧涂布了一层在高温耐蚀特性方面优于构成内套筒的金属材料的涂层。这样，传到内套筒上的火焰辐射热受到了陶瓷涂层的屏蔽，而形成在另一侧表面上的耐腐蚀金属材料涂层避免了氧化物的生成。通过金属材料制成的内套筒表面释放出的热量增多，减弱了产生在内套筒上的热应力，从而避免了裂纹的产生。

Description

本发明涉及一种燃气轮机的燃烧装置，它包括一个金属制成的具有一衬套体部分以及一个与衬套体部分端面相连的衬帽的内套筒，该内套筒表面上有冷却空气孔;一个向上述内套筒供给燃料的燃料喷枪;一个环绕上述的内套筒，并与内套筒的筒壁一同构成一个环形空气通道的外套筒。

对应用于发电厂的燃气轮机装置，一向有这样的要求，即为了控制环境污染，尽可能减少排气中含有的有害成份。人们一向建议采取的办法是向燃烧室注入水或蒸气，以减少排气中含有的有害成份氮氧化合物，即所谓NOX。这种做法在降低NOX方面是可行的。

在为了降低NOX而注入水或蒸气的燃烧装置中，与不注水的装置比较，产生了一系列问题。

水喷嘴与用来正常供应燃料的燃料喷枪相结合而制成。伴随注水而生的问题可能发生在与燃料喷枪连接的衬帽构件以及燃烧装置的衬套体上。特别需要指出，喷射的水雾理应与燃烧气体混合，但有一部分水雾是通过衬帽构件上作为空气冷却所用的间隙与小孔进入燃烧气体。通过空气冷却孔进入的水将对衬帽构件发生重要影响，造成该构件耐久性降低。换句话说，当注入水的水滴附着于那些承受燃烧火焰直接辐射热的金属构件时，这些金属构件承受强大的热应力而产生裂纹。

本发明旨在提供一种长寿命的燃烧装置。在这种装置中，虽仍注入水却能避免产生裂纹。

本发明的目的是这样实现的：为了减弱受到的燃烧火焰的辐射热，在所述的内套筒的衬帽受到火焰辐射的一侧涂布了一层陶瓷涂层;为了避免生成妨碍空气冷却的氧化物，在该衬帽的另一侧涂布了一层由耐蚀金属材料组成的且在高温耐蚀特性方面比构成所述的内套筒的基体金属更好的涂层。

本发明的装置的特点在于：即便当水喷咀中流出的水附着于衬帽，衬帽上几乎不产生热应力，即几乎没有局部温升。因为，本发明人的研究结果表明，避免局部发生下列问题是有益的：1.来自燃烧气体火焰的热量传入构件;2.水触及高温下的构件而造成温度梯度的变化;3.由于构件表面状况的变化而产生的对冷却效应的热阻尼。实验业已证明：燃烧装置的裂纹并不仅仅由于注水引起的突然冷却，而且还由于在构件局部极度受热情况下用水冷却所造成。本发明者发现，通过消除局部区域的过热现象，可避免产生裂纹。在本发明中，所说的问题都通过对衬帽构件进行表面处理而得以较好的解决。

附图简介如下：

图1.燃烧装置的剖面图

图2.应用了本发明的燃烧装置衬帽部分的剖面图

图3.图2第Ⅲ部分的局部放大剖面图

图4.沿图2所示Ⅸ方向的前视图

图5.图4中D部分的放大示意图

图6与图7衬帽壁横截面中的温度分布

图8图10温度特性曲线图

如图1及图2所示，该燃烧装置具有一个由一衬套体5和一个衬帽16，33所组成的内套筒，该衬帽10，33包括一个锥体1，20，一个帽环4，26，一个套环3和一个端板（未标出）;一个燃料喷枪11;一个管状的外套筒50。外套筒和内套筒一起形成了一个环形通道51。

参见图1，裂纹可能产生在燃烧装置的衬帽10的金属构件上，理由解释如下：

图1中，锥体1并不直接与燃烧火焰9相接触，而是在高温下经燃烧火焰9的辐射而受热。锥体1上有若干冷却小孔2，这样，由小孔2引入的气流可产生空气冷却效应。燃烧喷枪11伸入套环3，帽环4则嵌入衬套筒体5。在内套筒体5外面有一个管状的外套筒50，这样，在内套筒体5和外套筒50之间形成了一个环形通道51。然而，若使用带有水喷咀的燃料喷枪11，原应直接流向燃烧火焰9的水雾7往往通过间隙8及小孔2流向燃烧火焰9。而且，这一现象并非均匀地沿衬帽10的圆周方向产生，而往往发生在局部位置。所以，在发生上述现象的衬帽10上，存在下列因素的影响：从水喷嘴6注入的水，因燃烧气体火焰9的辐射热造成的温升以及冷却空气造成的冷却效应。衬帽10的原有结构是通过火焰的辐射热与冷却空气之间形成的平衡来保证适宜的温度条件。然而，衬帽10的这种温度平衡将在很大程度上被喷嘴6流出的水打破。换言之，水触击并暂时附着于处于适宜温度平衡下的衬帽10上，结果温度突然降低。另一方面，当水只触及衬帽10圆周方向上的某些特定部位时，相对其他部分而言，该处温度大幅度降低。这种暂时的温度降低或局部的温度降低将使构成衬帽10的各个零件上产生热应力。这种热应力的产生，在燃烧火焰直接辐射的锥体1上尤其显著。同时由于带有若干空气冷却小孔2，锥体1可能受到集中的应力。各种损伤，诸如裂纹都可能发生在构成衬帽的耐蚀构件上，这是因为热应力集中在小孔的开口边沿附近。若此类损伤严重，则衬帽本身断裂，断裂碎片四散，致使叶片及位于燃烧装置的喷枪出口处的喷嘴严重损坏。为防止由于热应力对衬帽的损伤，通常的办法是，例如，改进水喷嘴，或改进冷却小孔开口边沿的形状。然而，无论按照那一种办法，由于衬帽复杂的结构与形状，都不会获得令人满意的结果。

综上所述，一般低氮氧化合物喷水燃烧装置结构上的问题是由于水喷嘴喷入的水雾影响而引起的。换句话说，当水突然触及面对燃烧气体并在高温下受热的衬帽的某一部分，或者上述现象发生在衬帽的某一局部时，在构成衬帽的金属构件上产生一个温度梯度，因而引起热应力。衬帽面对燃烧气体的部分带有若干用来进行空气冷却的小孔，有可能承受到集中的应力。因此，假如金属构件上产生热应力，则金属构件上就会产生明显的应力集中，而假如，应力集中超过构件材料的机械强度限度，则构件会发生断裂。此外，下列现象应予注意：由于水喷嘴喷入的水的影响引起衬帽构件的高温氧化;由于水中杂质沉积在构件上引起构件表面状态恶化，造成不利于构件上冷空气形成冷却效应的热阻尼。这样，冷却效应减弱，因而构件的温度升高。若由水喷嘴加入的水集中在衬帽局部，则上述对冷却效应产生的热阻尼将导致构件的局部温度升高，在构件上产生热应力。另一方面，由水喷嘴引入的水经衬帽的冷却空气小孔混入燃烧气体，与燃烧气体接触，使冷却空气小孔引入的空气量显著减少，改变了燃烧气体的空气/燃料比，结果燃烧火焰抵近衬帽的表面。假若水添加物作用的这种现象局限于某一部分冷却空气引入孔，则局部燃烧条件将改变，从而使衬帽局部承受更高的温度，在构件上产生热应力。在如上述的各种情况下，由水喷嘴加入的水的影响导致构件上热应力的产生，以致于构件在应力集中处发生损伤。因此，为防止使用水喷嘴的低氮氧化合物燃烧装置的衬帽发生损伤，最可取的办法是避免衬帽上产生热应力。至于防止热应力产生的方法，可以改进水喷嘴或衬帽的结构。但是，因为冷却空气的流通以及燃烧气体的影响等等原因，很难用此办法来解决上述各种各样的问题。

依照本发明，在燃气轮机的燃烧装置中，对在接触燃烧气体时最可能受损伤的部分（图1中锥体）进行表面处理。一般来说，对在高温燃气轮机中用于高温条件下的构件，采用陶瓷涂层作为防止构件温度升高的办法。这种陶瓷涂层涂布在燃气轮机构件上，诸如燃烧室衬体，叶片、喷嘴等等。对于任一构件的那些空气冷却不充分的部分，补偿办法是使用陶瓷涂层，与此同时也就降低了构件材料本身的温度。这种涂层即所谓热屏蔽涂层，主要由二氧化锆（ZrO₂）类材料组成。在通常的不喷水的燃烧装置的炉衬中，衬帽本身的温度低至400-500℃，低于构成构件的材料的耐受温度（约700-800℃）。因而，并不进行诸如热屏蔽涂层这样的特殊表面处理，也不对衬帽进行表面处理。而应用于燃烧室炉衬、叶片、喷嘴等的陶瓷涂层则是对于空气冷却效果不佳的补偿。这种通常的陶瓷涂层并不应用于注水的条件下，也无实例来证实注水条件下这种涂层的效果。从提高这种陶瓷涂层的耐久性观点出发，一般认为，在注水的地方，使用这种陶瓷涂层是不可取的，更谈不上对这种涂层的上述效果的考虑。在这种技术背景下，本发明者针对将包括普通涂层在内的各种涂层涂布于衬帽的问题进行了各种研究与实验，并发现了一种带水喷嘴的低氮氧化合物燃烧装置的衬帽结构，如同后文将述及的，这一结构具有优良的耐久性。依照本发明进行的燃烧装置衬帽表面处理所获得的总的状况是（1）防止由于燃烧气体火焰的热量介入，引起构件局部温度增高;（11）减少由水喷嘴注水的水的触及引起的对构件的热冲击。在衬帽面对燃烧气体的部分（燃烧侧表面）应达到状况（1），在衬帽面对燃烧气体部分的反面（冷却侧表面）应达到状况（11）。因此，本发明的衬帽结构的特点为，对燃烧侧表面与冷却侧表面分别进行满足上述要求（1）与（11）的表面处理。换言之本发明的特点是，来自外界的快速热变化作用于在没有经水喷嘴注入水的条件下处于平衡温度的构件上时，这种热变化的影响被减弱，构件所处的平衡温度不会迅速变化，这就有可能通过低热传导率构成的涂层，减少沿涂层垂直方向的热扩散，从而减少随涂层本身温度升高传入到构件上的热量，抑制外来热变化引起构件温度变化所带来的影响。当燃烧火焰较之正常燃烧状态显著或异常地接近构件时，这种结构还可抑制构件的热变化。另一方面，高热传导材料构成的涂层涂敷在构件的另一侧表面上，结果加速了沿涂层垂直方向与沿涂层水平方向上的热扩散，因而防止了构件的局部冷却。当诸如水突然局部触及构件一类的情况发生时，这种涂层能又够做为抑制构件热变化的一种方法。总之，前者的抑制效应作用于衬帽的燃烧侧表面，后者则用于衬帽的冷却侧表面。

用于低氮氧化合物型燃烧装置中的，具有本发明结构的衬帽33（如图2所示）系依照下述方法制成。衬帽33用耐蚀耐高温镍基合金-铜铝合金（Hastelloys-X）一类材料制成。在图2所示形式的衬帽33中，合金材料制成的涂层21（见图3）喷涂在暴露于燃烧气体火焰下的锥体20的冷却侧20a全部表面。涂层21是通过等离子喷熔方法形成的涂层形成的细节如下：首先，在喷焊以前，作为预处理，用溶剂清洗将被喷焊部分的油垢。然后，用透明粘合胶带遮住在其后步骤中喷焊的部分22，并在上面涂敷硅橡胶，至此，避免喷焊影响的遮蔽过程完全了。下面，进行喷焊部分的喷砂清理，清除构件表面的氧化层等杂质以清洁表面，然后进行表面糙化。喷砂条件为直径约0.7mm的铝土砂，喷砂气压约5公斤/厘米²。顺带说一句，图3所示空气冷却小孔23的喷砂处理应深达图3中小孔23的放大剖视图所示的内区24。然后，立即喷焊耐蚀合金材料25。喷焊的合金材料成分为：32%镍、21%铬、8%铝、0.5%钇，其余为钴，其粉粒直径为10-44微米。附带说明，喷焊前，构件通过等离子电弧预热，而后，喷焊在预热温度范围120°-160℃内开始。喷焊的条件是，使用Ar-H₂混合气体等离子，等离子电弧输出为40KW。构件装在一旋转夹具上，按照固定的转速（转/分）旋转。喷焊的次数与气洗气压等的选择要使喷焊结束时，构件温度不超过180℃。这种构件温度的控制能够形成具有所需结合力的涂层21，涂层21的厚度约为0.2mm，其精度为±20微米。同时，调整等离子焰炬角度来喷焊图3所示的冷却空气小孔23。重要的是同喷焊其他部分一样喷焊冷却空气小孔23，以防止由于氧化等原因造成经冷却孔的空气流有效面积减小。顺便提一下，小孔周围部分喷焊层的厚度往往是一个生产上的问题，这一厚度常常是在其他部分上涂层厚度的50%。到此，用具有高温下优良的耐蚀特性和高温下优良的抗氧化特性的合金材料构成的涂层21在冷却侧全部表面上形成。然后，如图2所示，帽环26与帽锥体27经焊接相互连接在一起，而后进行构件的熔焊过程。其后，二氧化锆类材料构成的涂层30形成在如此制成的衬帽燃烧侧表面。在这一过程中，涂层形成方法仍是等离子喷焊法，进行与冷却侧表面20a上相同的预处理。涂层30成分为8%的二氧化锆，过氧化钇（Y₂O₂）构成的二氧化锆类材料。喷涂二氧化锆类材料前，先形成一个构成前述合金成分的钴-镍-铬-铝-钇喷焊层，以加强二氧化锆类材料喷涂层与构件之间的结合力。这种结合层的喷焊条件大体上与上文中述及的冷却侧表面的喷焊条件相同。结合层厚度为0.1±0.02mm。陶瓷涂层喷焊条件大体上同于合金层，即结合层，但其等离子输出为55KW。同时，就喷焊条件而言，构件预热温度120°-160℃，而喷焊结束时，温度不超过220℃。用这种满足焊接条件的喷焊，可使与零件有优良结合的二氧化锆类材料喷焊层在构件上形成。二氧化锆类材料的这种喷焊层厚度为0.2±0.02mm。要提及的重要的一点是，加工衬帽时，为保证原设计中的空气流量，应预先根据构件上形成的涂层厚度，安排好图3所示的冷却空气孔23的有效面积。就小孔23的拐角位置31的处理而言，涂层的厚度在拐角处从零开始逐渐增至预先确定的厚度。然而，考虑到涂层的脱落问题，在拐角部分31a处，涂层也沿着锥体基体32的板厚度方向形成。如此制成的衬帽33装入低氮氧化合物型燃烧装置炉衬中，进行实际燃气轮机的工作试验。作为比较，普通结构的衬帽34也在类似运行条件下进行试验。运行时间约1000小时，其间重复进行60次启动与停止。试验后，观察衬帽外形，结果如图4与图5所示，在一般结构的衬帽的冷却空气小孔36之间发现裂纹35，而在采用本发明结构的衬帽上没有发现任何诸如构件裂纹之类的损伤，即便是经喷砂清理除去燃烧侧表面的涂层后来观察外形，也未见任何零件损伤。由此可见，如采用本发明结构的衬帽则耐久性优越得多。

下面参考温度曲线解释本发明的优点与效果。图6与图7显示了对应于沿图3C-C截面的各部分的温度分布。

图6所示的情况是，陶瓷涂层30仅存在于近火侧，而另一侧局部形成氧化膜。

图6中，在基体32冷却侧表面没有氧化膜的地方，各部分的温度分布为：燃烧气体温度38变为实线示意的稍低的温度39：由于涂层30的低热传导率，温度在涂层30内显著降低，而在基体32内温度平缓下降，在某种程度上接近吹到基座另一侧上的冷却空气42的温度40。然而，假如某种附着现象的生成物37，例如由于水雾产生的氧化膜在基体32的表面上积聚，那么，温度分布就如图6虚线所示。也就是说，由于附着物37具有像涂层30一样的低热传导率，冷却空气42的冷却效应降低，基体32冷却侧上的温升升高了。在基体32的冷却侧表面，附着物存在的地方与氧化膜相对较薄的地方之间产生温度差△T。这一温度差使基体32的冷却侧表面产生强大的热应力，从某些地方，例如，冷却空气孔的锐角处产生裂纹35（图5）。同时，基体32的温度升高，如虚线所示，附着物所在部分可能极度受热。鉴于这一情况，根据本发明，如图7所示，将具有高温下优良耐蚀特性的合金材料25喷焊在冷却空气42沿其流动的基座32的表面，从而完全避免了附着物附着于基体32表面的现象，也就避免了在基体32中产生热应力。合金材料25由金属成分组成，具有与基体32基本相同的热传导率。设燃烧气体温度38与涂层30的表面温度39分别等同于普通结构的温度，则温度线43与图6中没有附着物的实线相同。避免附着物的附着将减少热应力。

按照图7所示的温度分布，由于基体32的温度降低而冷却侧表面的温度没有局部变化，所以热应力受到抑制。

另一方面，在陶瓷涂层30的背面被水冷却的情况下，又产生了涂层剥落的问题

为解决这一问题，对主要由二氧化锆类材料构成的氧化物以及其他二、三种氧化物进行了各种各样的试验。这里要说明，根据本发明，对衬帽涂层的构成方法没有特殊的限制。然而，从经济观点出发，运用高输出喷焊法，特别是等离子喷焊法是理想的。表1列出了本发明者进行的各项实验的结果。涂层是用等离子喷焊法形成的。作为实验方法，在一次热循环疲劳试验中，陶瓷涂层在800℃温度下保持15分钟，然后浸入25°-30℃的水中（15秒钟）。在另一次热循环疲劳实验中，涂层表面氧-乙炔混合气体火焰加热至1000℃达5秒钟，而后移开气体火焰冷却（20秒）。在使用气体火焰的试验中，保持在室温的压缩空气始终以3公斤/厘米²的压力喷在构件的背面。在每一种涂层中，金属合金层介于构件与氧化物之间。

表1

陶瓷涂层的材料与成分    达到涂层损伤的试验次数

800℃-水冷    1000℃-气冷

二氧化锆-2%三氧化二钇    500    2000

二氧化锆-8%三氧化二钇    500    2000

二氧化锆-20%三氧化二钇    400    2000

二氧化锆-4%氧化钙    400    1500

二氧化锆-8%氧化钙    400    1500

二氧化锆-8%氧化镁    300    1500

三氧化锆-24%氧化镁    300    1000

三氧化二铝    50    100

三氧化二铝-28%氧化镁    50    80

三氧化二铝-23%二氧化硅（SiO₂） 20 80

由这种热循环试验结果可见，不论用何方法，二氧化锆类氧化物在耐久性方面均优于三氧化二铝类氧化物。二氧化锆类氧化物中，观察各种稳定剂添加物的效果，可以发现三氧化二钇最为出色。接着，针对具有这种陶瓷涂层的构件，研究了在诸如气体火焰等热冲击情况下零件的温度变化。实验方法是，构件表面突然被气体火焰加热，然后测量构件背面的温度变化。需要说明，背面也像先前的情况一样用压缩空气冷却。测量温度时，将CA（铜镍硅铝合金）热电偶熔接至相应于测量气体火焰的部分。其结果中的一例示于图8。图8中，参考数字101代表喷涂过随便某种陶瓷涂层的构件，参考数字102代表喷涂过三氧化二铝涂层的构件，参考数字103则代表喷涂过二氧化锆涂层的构件。从构件背面的温度与时间之间的关系看，显而易见，喷涂过二氧化锆类氧化物的构件的温度上升梯度最平缓。这一结果是模拟当燃烧气体火焰局部抵近衬帽的燃烧侧表面时构件的温度变化条件得到的。在用低热传导率的二氧化锆类氧化物喷涂构件的情况下，既使是发生突然的热变化，较之没有涂层的零构，温度变化仍很平缓。

图9与图10表明了在与前述试验相同的加热方式下，构件背面的温度分布测量结果。图9是喷涂二氧化锆类氧化层的构件的情况，图10是没有喷涂陶瓷涂层的构件的情况。在图9与图10上，数字201表示的曲线代表正对燃烧气体火焰的零件部分背面的温度，数字202表示的曲线代表距离气体火焰加热点10mm处的温度，而数字203表示的曲线则代表距离气体火焰加热点20mm处的温度。显而易见，在没有涂层的构件上，气体火焰加热造成的构件背面温度上升显著发生在加热点附近有限范围内。另一方面，使用二氧化锆类氧化物涂层的构件上，温度上升平缓，热量的影响并不集中在加热点。从试验结果看，不难懂得，即便发生突然的局部热变化，与没有涂层的一般衬帽相比较，依照本发明制成的衬帽能够避免构件上的局部温升。除了上述研究外，还检验了陶瓷涂层的厚度带来的影响。从检验结果发现，按照本发明制成的衬帽，二氧化锆氧化物涂层厚度为0.1mm或更厚些时，可以获得与图8-图10所示基本相同的结果。另一方面，由表1中列出的各种热循环试验可以清楚地看出，为充分保持本发明的效果，应选择其厚度少于0.5mm，最好约为0.3mm。同时，正如图8-图10清楚地表明的，使用本发明的衬帽，根据其工艺过程可以预期将存在一个附带的热屏蔽效果，即涂层将均匀地降低整个构件的温度。

关于衬帽的冷却侧表面的表面处理也进行了研究。姑且不谈热传导率问题，本发明的衬帽由于其构件本身处于高温下，因而必须充分考虑到燃烧气体中含有的杂质形成的腐蚀性的影响，水喷嘴中注入水附着在构件表面的氧化现象，以及水中含有的杂质带来的影响。特别是由于高温氧化或燃烧气体及水中所含杂质带来的腐蚀性生成物的附着问题，将对构件冷却侧表面的冷却效果产生不利影响。此外，若这种现象发生在空气冷却小孔或窄缝之中，则其冷却效果将降低。若冷却效果因此而降低，特别是局部地降低，则构件的局部温度将上升，从而缩短衬帽的使用寿命。因此，依照本发明，选择冷却侧表面涂层的材料是至关重要的，要考虑到上文提及的各种问题。因此，就各种高热传导率金属材料涂层与陶瓷涂层的比较做了一些研究。对各种材料做了高温氧化和高温腐蚀试验。做高温氧化试验时试件在800℃温度下保持100小时，做高温腐蚀试验时，试件在760℃温度下浸泡在25%氯化钠（NaCl）-75%硫酸钠（Na₂SO₄）溶盐中100小时。从氧化与腐蚀结果看，对于金属材料，例如铝、铁、镍等，涂层均受到严重破坏。如果是合金材料，如铁-铝，镍-铬等，尽管观察外形仅见微小损伤，但横截面结构观察结果表明，每次试验中均可发现内部损坏。另一方面，假若是合金材料，如镍-铬-铝、钴-铬-铝、镍-铬-铝-钇、钴-铬-铝-钇、钴-镍-铬-铝-钇等等，那么，无论外形观察还是内部结构观察，涂层内均未见任何损坏。鉴于这些试验结果，依照本发明，必须在衬帽上形成具有上述优良耐高温氧化与高温腐蚀特性的各种合金材料涂层。不过，本发明并不限定合金材料的特殊成分范围。除上述合金材料以外，任何一种含钽、铪、硅一类元素的合金材料均可同样使用。对本发明的具有优良抗高温氧化和高温腐蚀特性合金材料涂层的衬帽的冷却侧表面处理的效果进行了检验。检验方法为：涂有涂层的构件表面用压缩空气冷却，没有涂层的构件表面用氧-乙炔混合气体火焰加热，用辐射高温计测量加热侧表面的温度。试验是在恒定的加热与冷却条件下，且零件温度在500℃达到平衡状态时进行的。而后，用水喷在有涂层的表面上，这时，测量构件温度随时间的变化。对无涂层的构件也进行了类似的试验，以供比较。顺便提一句，由于使用直径远大于水喷嘴的加热喷枪，温度分布的影响可以忽略。在没有涂层的构件上，对着水喷嘴的部分温度迅速下降，而在有涂层的构件上，温度变化平缓。由此发现，在涂有合金涂层的构件上，即便是局部触及水，构件温度基本上不会以局部而突然的方式变化。对于不同涂层厚度的效果的研究结果表明，0.1mm（或更厚）的厚度较为理想;最好为0.3mm左右。另一方面，如果涂层厚度过厚，对构件的空气冷却效果降低，相反地构件本身的温度升高。同时，在这种情况下，涂层形成时在涂层上产生的残余应力增大。由于燃气轮机上重复发生的工作与停机的热循环过程。会发生诸如涂层的剥落等损伤。因此，考虑到这一问题，从形成陶瓷涂层的经济观点出发，涂层厚度少于0.5mm较为理想。基于上述研究，进行了这样的试验：模拟实际的衬帽的功能，制成具有应力集中区的试件，用二氧化锆类氧化物涂在试件的燃烧侧表面，用镍-铬-铝-钇合金涂层涂在试件的冷却侧表面。试件中部开孔，形状为一条宽1mm，长10mm的细长槽，这样，应力便集中在试件的拐角部分。试件用上述气体火焰加热，用压缩空气冷却，以上述相同的方式喷水。随着构件的温度变化，侧量冷却侧表面的温度。待构件冷却侧表面温度达到700℃平衡状态时，直径为5mm的喷嘴向槽孔的拐角部分喷水30秒钟。然后喷水停止，从试件上移开气体火焰，使之冷却。这种循环重复进行。结果是80次循环后，没有涂层的试件在细槽的拐角附近发生裂纹。另一方面，既便是在约500次重复循环试验之后，在冷却与燃烧两侧表面上均有涂层的试件上，无论外形观察，还是横截面检验，均不见任何损伤。附带说明，经150次循环试验，在冷却与燃烧两侧表面的一个表面上有涂层的试件上也发生裂纹。因此，本发明的衬帽，其燃烧与冷却层的涂层作用彼此相结合，就能获得显著的综合效果在本发明的衬帽上，必须在两个侧表面涂敷涂层。这种涂层的形成方法上文业已介绍。使用等离子喷焊法来形成冷却侧表面涂层有一个优点，即这种涂层密度高，可减弱破坏空气冷却效果的热阻尼，同时，喷焊层表面固有的微米量级的沟纹能够增加空气冷却的有效面积。而且这种沟纹可以分散水触击时产生的能量，减轻其影响。

参照如上述所示的具体装置描述了本发明，但其意义并不局限于此。本发明适用于衬套筒体5。当燃气轮机安装在沿海地区时，冷却空气中含有盐分，套筒体在这种环境气氛下可能被腐蚀。所以，如将本发明应用于套筒体，优点在于可以避免腐蚀。

如上所述，依照本发明，由于将陶瓷涂层喷涂在火焰辐射侧的表面，温升可被抑制;由于将耐蚀材料构成的涂层喷涂在构件背面，可以避免生成低热传导率的附着物，从而避免产生裂纹。

Claims (2)

1、一种燃烧装置，包括：一个金属制成的，具有一衬套体部分以及与衬套体部分端面相连的衬帽的内套筒，该内套筒表面上有冷却空气孔；一个向所述的内套筒供给燃料的燃料喷枪；一个环绕所述的内套筒，并与内套筒的筒壁一起构成一个环形通道的外套筒，其特征在于：在所述的内套筒的衬帽受到火焰辐射的一侧涂布了一层陶瓷涂层，在该衬帽的另一侧涂布了一层由耐蚀金属材料组成的，且在高温耐蚀特性方面比构成所述的内套筒的基体金属更好的涂层。

2、根据权利要求1的一种燃烧装置，其特征是上述的陶瓷涂层基本上由二氧化锆氧化物构成。

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