CN106247402B - 一种火焰筒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃气轮机燃烧室火焰筒结构设计，特别涉及一种火焰筒，以至少解决现有火焰筒结构会减少火焰筒内壁以及涡轮部件的寿命的问题。火焰筒包括火焰筒外壁、火焰筒内壁以及多个火焰筒头部；火焰筒外壁上设置有一个第一主燃孔、两个第一掺混孔以及多个第一冷却孔，两个第一掺混孔的孔径相同，多个第一冷却孔的孔径不同；火焰筒外壁上设置有一个第二主燃孔、两个第二掺混孔以及多个第二冷却孔，两个第二掺混孔的孔径不同，多个第一冷却孔的孔径不同；火焰筒外壁上两个掺混孔的孔径不相同；本发明的火焰筒能有有效地降低火焰筒内、外壁面的温度梯度，可以改善燃烧室出口温度场品质，使得高温区径向位置提高，有利于提高火焰筒和涡轮部件的寿命。

Description

一种火焰筒
技术领域
本发明涉及燃气轮机燃烧室火焰筒结构设计，特别涉及一种火焰筒。
背景技术
在现代燃气轮机燃烧室火焰筒及试验装置中，通常开孔都为均匀布置，但从部件试验结果发现，火焰筒并不是均匀的燃烧，而是偏一侧温度较高，另一个温度较低。当火焰筒有一定的倾斜角时，往往内壁的温度偏高，火焰中心也偏下移动。这样都会减少火焰筒内壁和涡轮部件的寿命。
发明内容
本发明的目的是提供了一种火焰筒，以至少解决现有火焰筒结构会减少火焰筒内壁以及涡轮部件的寿命的问题。
本发明的技术方案是：
一种火焰筒，包括火焰筒外壁、火焰筒内壁以及多个火焰筒头部，多个火焰筒头部沿周向均匀设置在所述火焰筒外壁与火焰筒内壁形成的环状内腔的轴向一端，将所述火焰筒外壁沿轴心线方向均分成与所述火焰筒头部数量相同的等份后，在每一等份上设置有一个第一主燃孔、两个第一掺混孔以及多个第一冷却孔，其中：
在该等份上的所述火焰筒头部的轴心线在所述火焰筒外壁上的第一投影过所述第一主燃孔的中心；两个所述第一掺混孔位于所述第一主燃孔的远离所述火焰筒头部的一侧，且对称设置在所述第一投影的径向两侧；多个所述第一冷却孔中的一部分分布在所述第一主燃孔周围，沿径向方向划分为多排，且在每一排所述第一冷却孔中又均分孔径不同的三部分，中间部分孔径最大，其轴向平分线与所述第一投影重合，两侧的所述第一冷却孔的孔径均小于中间部分所述第一冷却孔孔径，且其中一侧大于另一侧；多个所述第一冷却孔中的另一部分分布在两个所述第一掺混孔周围，沿径向方向划分为多排，且在每一排所述第一冷却孔中又均分为孔径由大到小的三部分；
将所述火焰筒内壁沿轴心线方向均分成与所述火焰筒头部数量相同的等份后，在每一等份上设置有一个第二主燃孔、两个第二掺混孔以及多个第二冷却孔，其中：
在该等份上的所述火焰筒头部的轴心线在所述火焰筒内壁上的第二投影过所述第二主燃孔的中心；两个所述第二掺混孔的孔径不同，均位于所述第二主燃孔的远离所述火焰筒头部的一侧，且对称设置在所述第二投影的径向两侧；多个所述第二冷却孔中的一部分分布在所述第二主燃孔周围，沿径向方向划分为多排，且在每一排所述第二冷却孔中又均分孔径不同的三部分，中间部分孔径最大，其轴向平分线与所述第二投影重合，两侧的所述第二冷却孔的孔径均小于中间部分所述第二冷却孔孔径，且其中一侧大于另一侧；多个所述第二冷却孔中的另一部分分布在两个所述第二掺混孔周围，沿径向方向划分为多排，且在每一排所述第二冷却孔中又均分为孔径由大到小的三部分。
可选的，所述第一主燃孔的孔径等于所述第二主燃孔的孔径。
可选的，所述第一掺混孔的孔径小于最小的所述第二掺混孔的孔径。
可选的，位于所述第一主燃孔周围的所述第一冷却孔分为四排，且第一排所述第一冷却孔位于所述第一主燃孔中点的远离所述火焰筒头部的轴向一侧。
可选的，位于所述第一掺混孔周围的所述第一冷却孔分为三排。
可选的，位于所述第二主燃孔周围的所述第二冷却孔分为四排，且第一排所述第二冷却孔位于所述第二主燃孔中点的远离所述火焰筒头部的轴向一侧。
可选的，位于所述第二掺混孔周围的所述第二冷却孔分为三排。
可选的，所述火焰筒头部包括同轴设置的旋流器、文氏管、头部转阶段、套筒以及挡溅盘。
可选的，所述头部转阶段上沿轴线方向均匀开设有多个气孔
可选的，所述的火焰筒还包括：
火焰筒内壁转阶段，是截面形状为“么”型的圆环形结构，其直径大端与火焰筒内壁尾端焊接成一体，小端尺寸与火焰筒和机匣内套接口的尺寸相同；
火焰筒外壁转阶段，是截面形状为“么”型的圆环形结构，直径小端与火焰筒外壁尾端焊接成一体，大端尺寸与火焰筒和机匣外套接口的尺寸相同。
发明效果：
本发明的火焰筒能有有效地降低火焰筒内、外壁面的温度梯度，可以改善燃烧室出口温度场品质，使得高温区径向位置提高，有利于提高火焰筒和涡轮部件的寿命。
附图说明
图1是本发明火焰筒的结构示意图；
图2是本发明火焰筒的外壁示意图
图3是本发明火焰筒外壁A向示意图；
图4是本发明火焰筒的内壁示意图
图5是本发明火焰筒内壁B向示意图；
图6是本发明火焰筒头部结构示意图；
图7是本发明火焰筒头部C向示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图1至图7对本发明火焰筒做进一步详细说明。
本发明提供了一种火焰筒，包括火焰筒外壁4、火焰筒内壁2以及多个火焰筒头部1，多个火焰筒头部1沿周向均匀设置在火焰筒外壁4与火焰筒内壁2形成的环状内腔的轴向一端。
另外，火焰筒头部1又包括同轴设置的旋流器11、文氏管12、头部转阶段13、套筒14以及挡溅盘15；旋流器11又分为主、副旋流器；头部转阶段13上沿轴线方向均匀开设有多个气孔。其中，每一个火焰筒头部1都相对独立，主要根据主、副旋流器来选配不同公差开孔孔径的头部转阶段13、不同公差尺寸的文氏管12、套筒14以及挡溅盘15等最终保证组织燃烧所需空气量，每一个头部都完全一致。
火焰筒头部1的数量可以根据需要进行适合的选择。
本发明的火焰筒中，火焰筒外壁4为基本型面为厚度较薄的圆筒形结构；可以将火焰筒外壁4沿轴心线方向均分成与火焰筒头部1数量相同的等份后，在每一等份上设置有一个第一主燃孔41、两个第一掺混孔42以及多个第一冷却孔43。
具体地，在该等份(上述每一等份中的一份)火焰筒外壁4上的火焰筒头部1的轴心线在火焰筒外壁4上的第一投影过第一主燃孔41的中心。两个第一掺混孔42位于第一主燃孔41的远离火焰筒头部(1)的一侧，且对称设置在第一投影的径向两侧。
另外，多个第一冷却孔43中的一部分分布在第一主燃孔41周围，沿径向方向划分为多排；且在每一排第一冷却孔43中又均分孔径不同的三部分，中间部分孔径最大，其轴向平分线与所述第一投影重合，两侧的第一冷却孔43的孔径均小于中间部分第一冷却孔43孔径，且其中一侧大于另一侧；同样，多个第一冷却孔43中的另一部分分布在两个第一掺混孔42周围，沿径向方向划分为多排，且在每一排第一冷却孔43中又均分为孔径由大到小的三部分。
上述第一冷却孔43的排数可以根据需要进行适合的设；本是实施例中，位于第一主燃孔41周围的第一冷却孔43分为四排，且第一排第一冷却孔43位于第一主燃孔41中点的远离火焰筒头部1的轴向一侧。而位于第一掺混孔42周围的第一冷却孔43分为三排。
本发明的火焰筒中，火焰筒内壁2为基本型面为厚度较薄的圆筒形结构；同样还可以将火焰筒内壁2沿轴心线方向均分成与火焰筒头部1数量相同的等份后，在每一等份上设置有一个第二主燃孔21、两个第二掺混孔22以及多个第二冷却孔23。
具体地，在该等份上的火焰筒头部1的轴心线在火焰筒内壁2上的第二投影过第二主燃孔21的中心。两个第二掺混孔22的孔径不同，均位于第二主燃孔22的远离火焰筒头部1的一侧，且对称设置在第二投影的径向两侧。
另外，多个第二冷却孔23中的一部分分布在第二主燃孔22周围，沿径向方向划分为多排；且在每一排第二冷却孔23中又均分孔径不同的三部分，中间部分孔径最大，其轴向平分线与第二投影重合，两侧的第二冷却孔23的孔径均小于中间部分所述第二冷却孔23孔径，且其中一侧大于另一侧；多个第二冷却孔23中的另一部分分布在两个第二掺混孔22周围，沿径向方向划分为多排，且在每一排第二冷却孔23中又均分为孔径由大到小的三部分。同样，本实施例中，位于第二主燃孔21周围的第二冷却孔23分为四排，且第一排第二冷却孔23位于第二主燃孔21中点的远离火焰筒头部1的轴向一侧。而位于第二掺混孔22周围的第二冷却孔23分为三排。
进一步，本发明的火焰筒中，优选第一主燃孔41的孔径等于第二主燃孔21的孔径，优选为之间；第一掺混孔42和第二掺混孔22的孔径优选为之间，且第一掺混孔42的孔径小于最小的第二掺混孔22的孔径；第一冷却孔43和第二冷却孔2的孔径优选为之间。进一步，各个孔之间的孔距优选为之间。
本发明的火焰筒还可以包括火焰筒内壁转阶段3、火焰筒外壁转阶段5。
火焰筒内壁转阶段3是截面形状为“么”型的圆环形结构，其直径大端与火焰筒内壁尾端焊接成一体，小端尺寸与火焰筒和机匣内套接口的尺寸相同；火焰筒外壁转阶段5，是截面形状为“么”型的圆环形结构，直径小端与火焰筒外壁尾端焊接成一体，大端尺寸与火焰筒和机匣外套接口的尺寸相同。
本发明的火焰筒能有有效地降低火焰筒内、外壁面的温度梯度，可以改善燃烧室出口温度场品质，使得高温区径向位置提高，有利于提高火焰筒和涡轮部件的寿命。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种火焰筒，包括火焰筒外壁(4)、火焰筒内壁(2)以及多个火焰筒头部(1)，多个所述火焰筒头部(1)沿周向均匀设置在所述火焰筒外壁(4)与火焰筒内壁(2)形成的环状内腔的轴向一端，其特征在于，将所述火焰筒外壁(4)沿轴心线方向均分成与所述火焰筒头部(1)数量相同的等份后，在每一等份上设置有一个第一主燃孔(41)、两个第一掺混孔(42)以及多个第一冷却孔(43)，其中：
在该等份上的所述火焰筒头部(1)的轴心线在所述火焰筒外壁(4)上的第一投影过所述第一主燃孔(41)的中心；两个所述第一掺混孔(42)位于所述第一主燃孔(41)的远离所述火焰筒头部(1)的一侧，且对称设置在所述第一投影的径向两侧；多个所述第一冷却孔(43)中的一部分分布在所述第一主燃孔(41)周围，沿径向方向划分为多排，且在每一排所述第一冷却孔(43)中又均分孔径不同的三部分，中间部分孔径最大，其轴向平分线与所述第一投影重合，两侧的所述第一冷却孔(43)的孔径均小于中间部分所述第一冷却孔(43)孔径，且其中一侧大于另一侧；多个所述第一冷却孔(43)中的另一部分分布在两个所述第一掺混孔(42)周围，沿径向方向划分为多排，且在每一排所述第一冷却孔(43)中又均分为孔径由大到小的三部分；
将所述火焰筒内壁(2)沿轴心线方向均分成与所述火焰筒头部(1)数量相同的等份后，在每一等份上设置有一个第二主燃孔(21)、两个第二掺混孔(22)以及多个第二冷却孔(23)，其中：
在该等份上的所述火焰筒头部(1)的轴心线在所述火焰筒内壁(2)上的第二投影过所述第二主燃孔(21)的中心；两个所述第二掺混孔(22)的孔径不同，均位于所述第二主燃孔(22)的远离所述火焰筒头部(1)的一侧，且对称设置在所述第二投影的径向两侧；多个所述第二冷却孔(23)中的一部分分布在所述第二主燃孔(22)周围，沿径向方向划分为多排，且在每一排所述第二冷却孔(23)中又均分孔径不同的三部分，中间部分孔径最大，其轴向平分线与所述第二投影重合，两侧的所述第二冷却孔(23)的孔径均小于中间部分所述第二冷却孔(23)孔径，且其中一侧大于另一侧；多个所述第二冷却孔(23)中的另一部分分布在两个所述第二掺混孔(22)周围，沿径向方向划分为多排，且在每一排所述第二冷却孔(23)中又均分为孔径由大到小的三部分。
2.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述第一主燃孔(41)的孔径等于所述第二主燃孔(21)的孔径。
3.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述第一掺混孔(42)的孔径小于最小的所述第二掺混孔(22)的孔径。
4.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，位于所述第一主燃孔(41)周围的所述第一冷却孔(43)分为四排，且第一排所述第一冷却孔(43)位于所述第一主燃孔(41)中点的远离所述火焰筒头部(1)的轴向一侧。
5.根据权利要求4所述的火焰筒，其特征在于，位于所述第一掺混孔(42)周围的所述第一冷却孔(43)分为三排。
6.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，位于所述第二主燃孔(21)周围的所述第二冷却孔(23)分为四排，且第一排所述第二冷却孔(23)位于所述第二主燃孔(21)中点的远离所述火焰筒头部(1)的轴向一侧。
7.根据权利要求6所述的火焰筒，其特征在于，位于所述第二掺混孔(22)周围的所述第二冷却孔(23)分为三排。
8.根据权利要求1-7任一项所述的火焰筒，其特征在于，所述火焰筒头部(1)包括同轴设置的旋流器(11)、文氏管(12)、头部转阶段(13)、套筒(14)以及挡溅盘(15)。
9.根据权利要求8所述的火焰筒，其特征在于，所述头部转阶段(13)上沿轴线方向均匀开设有多个气孔。
10.根据权利要求8所述的火焰筒，其特征在于，还包括：
火焰筒内壁转阶段(3)，是截面形状为“么”型的圆环形结构，其直径大端与火焰筒内壁尾端焊接成一体，小端尺寸与火焰筒和机匣内套接口的尺寸相同；
火焰筒外壁转阶段(5)，是截面形状为“么”型的圆环形结构，直径小端与火焰筒外壁尾端焊接成一体，大端尺寸与火焰筒和机匣外套接口的尺寸相同。
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