CN203671651U - 燃气轮机燃烧室用的帽罩组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃气轮机燃烧室用的帽罩组件，包括：安装在火焰筒上的环形外帽罩和环形内帽罩，所述环形外帽罩和环形内帽罩的末端分别固定在火焰筒外环和火焰筒内环的前端，在所述环形外帽罩与所述火焰筒外环的连接部位，以及所述环形内帽罩与所述火焰筒内环的连接部位之间还包括有用于固定头部旋流器的头部端面；其中，在所述环形外帽罩与环形内帽罩之间还设置有多个帽罩挡板，所述多个帽罩挡板沿所述火焰筒的周向分布。本实用新型在环形外帽罩和环形内帽罩之间设置了多个沿火焰筒周向分布的帽罩挡板，利用帽罩挡板减小帽罩实际的开口面积，同时增加了头部阻塞，进而有效的减少帽罩溢流，保证燃烧室头部和内、外环腔的流量分配。

Description

燃气轮机燃烧室用的帽罩组件

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机组件，尤其涉及一种燃气轮机燃烧室用的帽罩组件。 

背景技术

对于采用环形燃烧室的燃气轮机来说，压缩过的气体通过压气机出口导叶和燃烧室扩压器后分别进入燃烧室的内、外环腔和火焰筒，用于组织燃烧和提供冷却及掺混。 

如图1所示，一个典型的燃烧室包括火焰筒01(一般为环形)、外环腔02、内环腔03。其中，环形内帽罩30安装在火焰筒01上，将其末端联接在火焰筒内环05和头部端面06上；环形外帽罩20安装在火焰筒01上，将其末端联接在火焰筒外环04和头部端面06上。 

燃烧室设计的一个主要的要求是保证一定量的气体流入头部组件，气流从前置扩压器流出之后，在帽罩前缘分为三部分，分别流入燃烧室内、外环腔和燃烧室头部，对于气流的分配，帽罩起到十分重要的作用。帽罩开孔面积是燃烧室帽罩设计的一个重要参数。帽罩开孔面积过大，则有可能产生帽罩溢流(溢流定义为流线两次通过帽罩前端面之后进入内、外环腔的气流)，增加了燃烧室的流动损失；帽罩开孔面积过小，则没有足够的气体进入头部，无法达到设计的燃烧区油气比，有可能增加污染排放，降低燃烧效率。帽罩可以使部分从前置扩压器出来的气流产生径向流动，以避免进入帽罩气流量分配得过高，过高的气流量可能导致帽罩溢流。 

对于新一代燃烧室，为了进一步的降低NOx排放，航空发动机燃烧室的燃烧组织方式逐渐由传统的富油头部燃烧组织方式，转向更具有NOx减排潜力的贫油预混预蒸发(LPP)燃烧组织方式。帽罩在 燃烧室中的一个重要作用是保证燃烧室头部和内、外环腔的流量分配。同时也需要兼顾燃烧室头部浮动、头部拆装和喷嘴拆装等问题。对于LPP燃烧组织方式，由于有更多的气流通过头部进入火焰筒，燃烧室的头部旋流器的尺寸变大，同时由于LPP燃烧组织方式采用燃油分级，帽罩的设计需要考虑燃油喷嘴和头部的拆装，而使帽罩的开口面积不能太小。 

环形燃烧室常见的帽罩有两种类型，一种是分开式帽罩，即内外环分开的形式，分为内帽罩和外帽罩；另一种是整体式帽罩，即在火焰筒的头部处开大孔。GE公司设计的燃烧室多采用分开式帽罩，PW公司设计的燃烧室多采用整体式帽罩；RR公司早期的燃烧室如RB211-524等采用分开式帽罩，后期的Trent系列的燃烧室均采用整体式帽罩。对于现在的头部尺寸较大的燃烧室，传统的分开式帽罩很难有效控制帽罩的开口面积；而对于整体式帽罩需要较大的安装空间，很难同时考虑到头部进气组织和燃油管的拆装，采用整体式帽罩的燃烧室需要较大的突扩间隙，这增加了燃烧室长度，增加了整机重量。 

对于现在的头部尺寸较大的燃烧室，需要同时考虑到头部进气组织、头部和燃油管的拆装。对于头部进气组织的问题，需要帽罩能够有效的控制开口面积，尤其对于头部尺寸较大的燃烧室，高速气流直接冲击头部端壁，如果不能有效控制帽罩开口面积，可能造成严重的帽罩溢流，帽罩溢流同时在帽罩唇口处流动出现分离使燃烧室损失增加。同时，帽罩内进气不均匀，不利于头部进气组织燃烧。对于头部和燃油管的拆装，对于分级供油的燃烧室，需要相较传统燃烧室更大的拆装空间，如果仍然采用传统的分开式帽罩或者整体式帽罩，这会增加突扩间隙的长度，增加整机重量。同时考虑到头部进气组织、头部和燃油管的拆装，传统的帽罩很难满足要求，需要提出新的帽罩方案。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种燃气轮机燃烧室用的帽罩组件，能 够有效控制帽罩开口面积，避免帽罩溢流，同时能满足头部尺寸较大的燃烧室的拆装空间的需要。 

为实现上述目的，本实用新型提供了一种燃气轮机燃烧室用的帽罩组件，包括：安装在火焰筒上的环形外帽罩和环形内帽罩，所述环形外帽罩和环形内帽罩的末端分别固定在火焰筒外环和火焰筒内环的前端，在所述环形外帽罩与所述火焰筒外环的连接部位，以及所述环形内帽罩与所述火焰筒内环的连接部位之间还包括有用于固定头部旋流器的头部端面；其中，在所述环形外帽罩与环形内帽罩之间还设置有多个帽罩挡板，所述多个帽罩挡板沿所述火焰筒的周向分布。 

进一步的，所述多个帽罩挡板沿所述火焰筒的周向均匀分布。 

进一步的，所述环形外帽罩上还设有多个适合燃油管穿过的缺口，所述缺口的位置与所述燃油管的位置相对应。 

进一步的，所述帽罩挡板具有分别与所述环形外帽罩连接的挡板外连接部和与所述环形内帽罩连接的挡板内连接部，分别与所述环形外帽罩上的外帽罩连接部和所述环形内帽罩上的内帽罩连接部对应。 

进一步的，所述帽罩挡板的两个侧边还具有引导通过帽罩组件进入火焰筒头部区域的气流方向的侧边型面。 

进一步的，所述帽罩挡板的侧边型面为圆弧面。 

进一步的，在所述帽罩挡板背向气流冲击面的一侧还设有加强筋。 

进一步的，所述挡板外连接部和挡板内连接部均呈燕尾形，分别与所述环形外帽罩上的外帽罩连接部和所述环形内帽罩上的内帽罩连接部进行卡接。 

进一步的，所述帽罩挡板整体呈U型，所述挡板外连接部和挡板内连接部相对于所述帽罩挡板突起，分别与所述环形外帽罩上的外帽罩连接部和所述环形内帽罩上的内帽罩连接部进行卡接。 

进一步的，在所述帽罩挡板的中心位置还设有通气孔。 

基于上述技术方案，本实用新型在环形外帽罩和环形内帽罩之间设置了多个沿火焰筒周向分布的帽罩挡板，利用帽罩挡板减小帽罩实际的开口面积，同时增加了头部阻塞，进而有效的减少帽罩溢流，保 证燃烧室头部和内、外环腔的流量分配。另外，由于帽罩挡板的布置位置可以最大程度的接近头部旋流器的前端面，因此在头部尺寸和燃油喷嘴尺寸增加的情况下，相同帽罩开孔面积的帽罩组件比传统的帽罩占用空间更小，从而保留出足够的燃油喷嘴的拆装空间，以及缩短燃烧室长度，减少燃烧室重量，降低成本；帽罩挡板还可以加强平板式头部端面的刚度，使燃烧室头部不容易发生变形。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中： 

图1为一种典型的燃烧室的结构示意图。 

图2为本实用新型燃气轮机燃烧室用的帽罩组件的一实施例的结构示意图。 

图3为图2实施例中环形外帽罩和环形内帽罩的立体视图。 

图4A、4B分别为本实用新型燃气轮机燃烧室用的帽罩组件实施例中帽罩挡板的一种实现方式的结构示意图。 

图5A、5B、5C分别为本实用新型燃气轮机燃烧室用的帽罩组件实施例中帽罩挡板的另一种实现方式的结构示意图。 

图6A、6B、6C分别为本实用新型燃气轮机燃烧室用的帽罩组件实施例中帽罩挡板的又一种实现方式的结构示意图。 

图7为本实用新型燃气轮机燃烧室用的帽罩组件实施例中帽罩挡板的再一种实现方式的结构示意图。 

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。 

如图2所示，为本实用新型燃气轮机燃烧室用的帽罩组件的一实施例的结构示意图。结合图1所示的典型燃烧室结构，本实施例的燃 气轮机燃烧室用的帽罩组件包括：安装在火焰筒01上的环形外帽罩20和环形内帽罩30，环形外帽罩20和环形内帽罩30的末端分别固定在火焰筒外环04和火焰筒内环05的前端，在环形外帽罩20与火焰筒外环04的连接部位，以及环形内帽罩30与火焰筒内环05的连接部位之间还包括有用于固定头部旋流器12的头部端面06；在环形外帽罩20与环形内帽罩30之间还设置有多个帽罩挡板40，多个帽罩挡板40沿火焰筒01的周向分布。为了直观的体现出帽罩挡板的结构，在图2中只绘制出了一个帽罩挡板以及与其相邻的燃油管等结构，其他的帽罩挡板、燃油管等均在图中省略未绘。 

帽罩挡板主要的作用是减小帽罩开口面积以增加头部堵塞，进而达到减少帽罩溢流的目的，同时由于帽罩挡板的布置位置可以最大程度的接近头部旋流器的前端面，甚至布置于头部旋流器的前端面之后，这样就可以在头部尺寸和燃油喷嘴尺寸增加的情况下，相同帽罩开孔面积的帽罩组件相比传统的帽罩占用的空间小，能够保留足够的燃油喷嘴拆装空间。同时由于帽罩组件占用空间小，因此可以缩短燃烧室长度，减少燃烧室重量，减低成本。安装了帽罩挡板的帽罩组件还能够加强平板式头部端面的刚度，使燃烧室头部不易变形。 

帽罩挡板优选沿火焰筒的周向均匀分布，并且可以根据通过帽罩组件进入火焰筒头部区域的气体流量确定多个帽罩挡板的尺寸和型面，根据燃烧室的头部布置方式确定多个帽罩挡板的数量和间距。这样就能够发挥帽罩挡板对气流的导向功能，使得燃烧器头部的周向进气均匀，这有利于燃油雾化和混合，并使得头部各处进气总压分布均匀，从而达到燃油在整个周向的均匀雾化的效果。此外，帽罩组件可以通过合理的设计帽罩挡板的尺寸和型面来控制进入到火焰筒头部区域的气体流量，那么相比于传统的分开式帽罩和整体式帽罩，在实现相同的头部进气量时，本实施例的帽罩组件占用的燃烧室的流向长度较短。 

考虑到燃油管的安装和布置，优选在环形外帽罩20上设置多个适合燃油管11穿过的缺口22，缺口22的位置与燃油管11的位置相对应。该缺口可以解决燃油管干涉的问题，以减小燃油管的拆装空间。 

图3示出了环形外帽罩20和环形内帽罩30上的结构，其中环形外帽罩20上设有外帽罩连接部21和缺口22，而环形内帽罩30上设有内帽罩连接部31。与之配合的帽罩挡板的一种实现结构如图4A、4B所示，该帽罩挡板40具有分别与环形外帽罩20连接的挡板外连接部41和与环形内帽罩30连接的挡板内连接部42，分别与外帽罩连接部21和内帽罩连接部31对应。 

从图4A、4B上看，挡板外连接部41和挡板内连接部42均呈燕尾形，可以分别与环形外帽罩20上的外帽罩连接部21和环形内帽罩30上的内帽罩连接部31进行卡接。在另一种可替换的帽罩挡板的结构形式中，如图6A、6B、6C所示，帽罩挡板40在整体呈U型，挡板外连接部41和挡板内连接部42相对于帽罩挡板40突起，分别与环形外帽罩20上的外帽罩连接部21和环形内帽罩30上的内帽罩连接部31进行卡接。 

参见图4B，帽罩挡板40的两个侧边还可以具有引导通过帽罩组件进入火焰筒头部区域的气流方向的侧边型面44。该侧边型面44能够起到导向进入头部旋流器12的气流的作用，配合周向均匀布置的帽罩挡板40，可以使得头部10的周向进气均匀，有利于燃油雾化和混合。帽罩挡板40的侧边型面44的形状可以与头部10的进气面进行匹配设计，例如对于环形的头部10的进气面，优选侧边型面44为圆弧面。 

另外，考虑到帽罩挡板40要正面接受高速气流的冲击，为加强帽罩挡板40的刚度，可以在帽罩挡板40背向气流冲击面的一侧设置加强筋43，如图5A-5C和图6A-6C所示。另外，还可以在帽罩挡板40的中心位置设置通气孔45，参见图7所示的结构，该通气孔45的开孔形状可以与头部10的进气面进行匹配设计，例如对于环形的头部10的进气面，优选通气孔45的形状设计为圆形。 

最后应当说明的是: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；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具 体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。 

Claims (10)

1.一种燃气轮机燃烧室用的帽罩组件，包括：安装在火焰筒上的环形外帽罩和环形内帽罩，所述环形外帽罩和环形内帽罩的末端分别固定在火焰筒外环和火焰筒内环的前端，在所述环形外帽罩与所述火焰筒外环的连接部位，以及所述环形内帽罩与所述火焰筒内环的连接部位之间还包括有用于固定头部旋流器的头部端面；其特征在于，在所述环形外帽罩与环形内帽罩之间还设置有多个帽罩挡板，所述多个帽罩挡板沿所述火焰筒的周向分布。 

2.根据权利要求1所述的帽罩组件，其特征在于，所述多个帽罩挡板沿所述火焰筒的周向均匀分布。 

3.根据权利要求1所述的帽罩组件，其特征在于，所述环形外帽罩上还设有多个适合燃油管穿过的缺口，所述缺口的位置与所述燃油管的位置相对应。 

4.根据权利要求1所述的帽罩组件，其特征在于，所述帽罩挡板具有分别与所述环形外帽罩连接的挡板外连接部和与所述环形内帽罩连接的挡板内连接部，分别与所述环形外帽罩上的外帽罩连接部和所述环形内帽罩上的内帽罩连接部对应。 

5.根据权利要求4所述的帽罩组件，其特征在于，所述帽罩挡板的两个侧边还具有引导通过帽罩组件进入火焰筒头部区域的气流方向的侧边型面。 

6.根据权利要求5所述的帽罩组件，其特征在于，所述帽罩挡板的侧边型面为圆弧面。 

7.根据权利要求4所述的帽罩组件，其特征在于，在所述帽罩挡板背向气流冲击面的一侧还设有加强筋。 

8.根据权利要求4所述的帽罩组件，其特征在于，所述挡板外连接部和挡板内连接部均呈燕尾形，分别与所述环形外帽罩上的外帽罩连接部和所述环形内帽罩上的内帽罩连接部进行卡接。 

9.根据权利要求4所述的帽罩组件，其特征在于，所述帽罩挡 板整体呈U型，所述挡板外连接部和挡板内连接部相对于所述帽罩挡板突起，分别与所述环形外帽罩上的外帽罩连接部和所述环形内帽罩上的内帽罩连接部进行卡接。 

10.根据权利要求4～6任一所述的帽罩组件，其特征在于，在所述帽罩挡板的中心位置还设有通气孔。 

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