[发明专利]一种燃气轮机涡旋燃烧端盖的热侧气冷方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡旋燃烧端盖的热侧气冷方法和装置，具体地涉及一种带有冷却布置的燃烧室端盖，特别是集成有旋流槽道、燃气通道的涡旋燃烧端盖的热侧气冷方法。

背景技术

燃气轮机核心部件有压气机、燃烧室、涡轮等，空气经过压气机的压缩被送入燃烧室，在燃烧室里空气和燃料混合并燃烧，高温燃气推动涡轮做功。在燃烧室里，一般需要用到旋流装置来保持火焰和稳定燃烧。

对于一般的头部旋流燃烧室，如果空气和燃料都从端盖中间进入，就不会有端盖烧蚀这个问题，因为端盖中央被进入的空气冷却，高温区域离端盖壁面有一定距离，只是采取一般的隔热头罩的方式，就可实现对端盖的热防护。

对于带有旋流叶片或旋流槽道的燃烧室端盖，为了维护和使用的方便，燃烧所用的燃料常常连接在端盖上，通过端盖内部的通道喷入由端盖上的槽道形成的旋流区域，发生反应，在端盖热侧附近形成涡旋燃烧。

端盖热侧靠近燃烧区域，承受很高的温度和热辐射，此时，如果壁面不冷却，因为温度很高，离壁面很近，温度梯度很大，造成端盖热侧热应力很大，端盖容易损坏甚至烧蚀。一般要求端盖热侧面能耐800℃以上的高温。此时端盖热侧的热防护措施就显得非常重要。高效的冷却方式就成为重要的制约因素。

如图1所示的涡旋燃烧端盖1，集成有旋流槽道4，旋流槽道下游附近的地方就是高温燃烧区域，此时，端盖热侧2必然受到高温和热辐射的作用，而端盖冷侧3上又没有引入冷气进行保护的话，，就必然会损坏端盖热侧并进而毁掉整个端盖。

同时，在燃料热值不稳定的场合或者燃料改变时，最高温度、辐射强度可能波动较大，而耐热材料的极限是一定的，因此可能使得热侧温度超过正常设计状态的温度，同样造成端盖的损坏。因此需要采取对策，来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡旋燃烧端盖的热侧气冷方法。

本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述气冷方法的装置，以有利于延长端盖的使用寿命，保证燃烧室的正常运行。

为实现上述目的，本发明提供的涡旋燃烧端盖的热侧气冷方法，在涡旋燃烧端盖上引入冷空气从端盖冷侧进入端盖内部，随即进入一个突扩空腔以利于冷空气的压力均衡和均匀分配，并通过热侧冷气喷射小孔完成与涡旋燃烧端盖以及端盖热侧或者小孔载体的热侧壁面的热交换，使涡旋燃烧端盖得到保护。

所述燃气轮机涡旋燃烧端盖的热侧气冷方法，其中冷空气来自压气机内的气体或者火焰筒外壁面和燃烧室壳体之间的气体。

本发明提供的用于实现上述气冷方法的装置，其主要包括：

燃气轮机涡旋燃烧端盖热侧设有一突扩空腔，该突扩空腔的底部开有多个热侧冷气喷射小孔；

一引入冷空气的引气管，该引气管的出气口连接燃气轮机涡旋燃烧端盖热侧的突扩空腔，该引气管的进气口连接压气机或者火焰筒外壁面和燃烧室壳体之间。

所述的装置，其中突扩空腔为一小孔载体，该小孔载体的底部开有多个热侧冷气喷射小孔。

所述的装置，其中热侧冷气喷射小孔与端盖为一体制成。

所述的装置，其中热侧冷气喷射小孔单独制成与端盖连接固定。

所述的装置，其中热侧冷气喷射小孔直径小于5毫米，各热侧冷气喷射小孔之间的中心间距小于1厘米。

本发明适用于燃气轮机涡旋燃烧端盖的热防护，有利于延长端盖的使用寿命，保证燃烧室的正常运行。

附图说明

图1是不带热侧冷却的涡旋燃烧端盖的示意图。

图2是带有热侧冷却的涡旋燃烧端盖的示意图。

图3是实施例1的截面图，显示了气冷结构与端盖是一体的情形。

图4是实施例2的截面图，显示了气冷小孔结构连接于端盖上的情形。

附图中组件符号说明：

1端盖，2端盖热侧，3端盖冷侧，4旋流槽道，5引气管，6引气管进气，7热侧出气，8热侧冷气喷射小孔，9支承面，10小孔载体，11轴线。

具体实施方式

本发明是针对于没有中心空气冷却的燃烧室，而提供的一种保护燃烧室端盖的方法。本发明适用于涡旋燃烧端盖的热防护，有利于延长端盖的使用寿命，保证燃烧室的正常运行。

本发明涡旋燃烧端盖的热侧气冷方法首先在于通过设置引气管5，从端盖冷侧3引入至少一股冷气进入端盖，冷气可以是火焰筒以外的气体，然后从热侧喷出。热侧喷出的通道是密集的许多小孔(即热侧冷气喷射小孔)，中心小孔的分布密度要大于周边小孔的分布密度。所引入端盖的冷气的温度至少要比燃烧室火焰筒的壁温要低。