[实用新型]一种燃气轮机燃烧室火焰筒的冷却结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种燃气轮机燃烧室火焰筒的冷却结构，属于燃气轮机燃烧室的结构设计。

背景技术

燃气轮机包括压气机，燃烧室，透平三大部件。其中，燃气轮机的最高温度区存在于燃烧室，燃烧室作为连接压气机和透平的燃气燃烧部件，将化学能转化为热能，将热空气通入透平做功。在燃烧室前端装有燃料喷嘴，喷嘴喷出的燃料与进入的空气在燃烧室内燃烧，燃烧温度可达2000摄氏度以上，压力可达20个大气压。燃烧室外缸在高温下很难承受这样的高压。为降低燃烧室缸壁的温度，以保证其强度，通常在燃烧室内设火焰筒，减少外缸受热，使其主要承压。

火焰筒一般采用耐高温合金制成，目前的火焰筒金属材料正常工作温度都在1000摄氏度以下，因此必须对火焰筒进行冷却，且冷却结构的合理性对火焰筒的工作寿命影响很大。目前用于燃气轮机火焰筒的基本冷却方式主要有气膜冷却、发散冷却、冲击发散组合冷却、层板冷却等，基本原理大多是将一部分冷气从燃烧室外环腔引入至火焰筒内，在火焰筒内壁形成气膜，一方面冷却火焰筒壁，另一方面隔离热燃气。

而现代先进干式低NOx排放(DLN)燃烧室，往往需要更多的空气从火焰筒头部进入燃烧室，参与组织燃烧，在进一步提升燃烧室温升的同时，控制火焰温度，从而提升燃机整体效率和降低NOx排放。为实现这一目的，高参数下的DLN燃烧室火焰筒上往往不开设主燃孔、掺混孔等孔径较大的进气孔，并且广泛地采用如发散冷却、冲击冷却或肋片冷却等耗费冷却气少或者完全不耗费冷却空气的冷却技术，从而提供更多的空气用于组织燃烧。

一方面，火焰筒长期在高温下工作面临着蠕变、氧化问题，并且其在燃气轮机的不断启停过程中承受着热机械疲劳；另一方面，由于火焰筒内燃烧场的不确定性、造成热负荷的不均匀性，以及传统冷却结构冷却性能的限制，导致火焰筒壁面本身温度分布不均，易造成较大热应力。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种燃气轮机燃烧室火焰筒的冷却结构，使其进一步增强火焰筒外表面的换热，改善火焰筒的冷却效果，并改善进口空气的流动状态，有助于增强燃烧稳定性。

本实用新型的技术方案如下：

一种燃气轮机燃烧室火焰筒的冷却结构，火焰筒与导流衬套之间形成环形回流空气通道，其特征在于：冷却结构设置在环形回流空气通道内，该结构是由沿火焰筒轴向布置的多个波浪形的强制冷却板，沿周向布置的稳流板。

本实用新型的技术特征还在于：相邻的两个所述强制冷却板的波浪在周向上错列分布。

本实用新型的技术方案中，所述稳流板的数量与波浪数量相同，沿周向均匀布置在导流衬套内壁面上。

本实用新型的技术方案中，相邻的两个所述强制冷却板的距离为120mm～200mm之间，所述强制冷却板为波浪形，波峰的距离控制在50mm～150mm之间。

本实用新型具有以下优点及突出性的技术效果：①由于导流衬套包含强制冷却板，回流空气在经过各板时会被迫贴近火焰筒，并有明显的加速效果，从而显著提高火焰筒表面的换热系数，改善火焰筒的冷却效果；②由于导流衬套设置有稳流板，可以限制回流空气的切向速度，提高进入火焰筒的空气的均匀度，有助于组织燃烧。

附图说明

图1为包含导流衬套和火焰筒的本实用新型实施例的剖视图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为包含导流衬套和火焰筒的本实用新型实施例的三维结构示意图。

图中，1-导流衬套；2-火焰筒；3-强制冷却板；4-稳流板；5-环形回流空气通道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构和具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，所述火焰筒2的外部设置有导流衬套1，在火焰筒2与导流衬套1之间形成环形回流空气通道5，冷却结构设置在环形回流空气通道5内；该冷却结构包括多个强制冷却板3和多条稳流板4，所述的多个强制冷却板3沿沿火焰筒轴线方向间隔固定在导流衬套的内壁面上；所述的多条稳流板4沿圆周方向布置在导流衬套1的内壁面上，最好沿圆周方向均匀布置，相邻的两个所述强制冷却板3的距离优选为120mm～200mm之间。强制冷却板3可迫使回流空气在环形区域内贴近火焰筒2流动。稳流板隔离空气的切向流动，对环形空间内的回流空气起到一定的隔离作用，可显著降低火焰筒外围空气的周向不均匀度，有助于组织燃烧。

参见图2和图3，强制冷却板3呈波浪形，两个波峰之间的距离应控制在50mm～150mm之间为宜，相邻的两个强制冷却板3在周向上错列分布，且稳流板的数量应与波浪形的强制冷却板的波浪数量相同。波浪形的强制冷却板延长了回流空气在回流空气通道内的流动时间，增强了火焰筒壁面的换热系数，可有效增强火焰筒近壁面处的换热效率，有助于降低火焰筒温度，提高火焰筒的可靠性和稳定性。