[实用新型]一种带有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种带有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒。

背景技术

热力发动机可能取得的热力效率，取决于其工作流体的最高温度，对于燃气轮机，则取决于从燃烧室排出的热燃气。热燃气的最高容许温度，受到与这种热燃气接触的金属部件的工作温度极限的限制，并取决于把这些部件冷却到热燃气温度以下的能力。先进重型燃气轮机燃烧室火焰筒的冷却任务是有困难的，因为现今已知的冷却方法，若不是能力不足，便是伴随有无法负担的代价。

在一种传统的燃气轮机燃烧室中，火焰筒上开设膜冷却孔，可以在火焰筒内表面形成一层冷却空气膜，一定程度上隔绝热燃气与火焰筒金属。但这种冷却方式需要较高的冷却空气量，对于压气机提供的有限的压缩空气来说是一种浪费。

已经有另一种用于对火焰筒的冷却技术，火焰筒的外表面增加一个套管，在离开火焰筒外表面一个短距离处放置，冲击套管末端有一个孔眼的阵列，压气机排出的空气从里面通过，产生一个喷气阵列，对火焰筒外表面冲撞并冷却。这种方法需要在冲击套筒和火焰筒外表面之间存在足够的压力差，意味着压气机产生的压缩空气会在流过火焰筒外表面之后出现一定的压力损失。如果压力降太高，那么燃气轮机的热力效率下降。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种带有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒，该技术方案能够通过增加火焰筒外表面的换热面积，降低火焰筒温度，延长火焰筒的寿命。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种带有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒，所述火焰筒包括火焰筒入口、火焰筒中段和火焰筒出口；其特征在于：所述火焰筒中段上具有多个冷却构件，每个所述的冷却构件包括连接段和散热件，连接段的一端固定在火焰筒中段的外表面上，连接段的另一端与散热件连接。

优选地，所述的冷却构件阵列分布，相邻的两列冷却构件错列分布。

优选地，所述连接段的轴线与所在区域的火焰筒中段的外表面的法线所成的夹角大于等于0度小于等于5度。

优选地，所述散热件的形状为碗状、螺旋状或分支状。

本实用新型提供的具有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒，具有以下优点及有益效果：①冷却结构可增加火焰筒外表面的换热面积，显著降低火焰筒中段的金属温度，有助于延长火焰筒的使用；②冷却结构不破坏火焰筒中段的完整性，不影响热障涂层的可靠性，有利于提高热障涂层的隔热效果；③冷却结构带来的压力损失低，有利于提高燃气轮机的效率。

附图说明

图1为带有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒结构三维示意图。

图2为图1的剖视图。

图3a、图3b和图3c为燃气轮机燃烧室火焰筒的冷却结构的几个不同实施例的结构示意图。

图中，1–火焰筒；2–火焰筒入口；3–火焰筒中段；4–火焰筒出口；5–冷却构件；6–连接段；7–散热件；8–火焰筒定位块；9–密封环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用于限制本实用新型的范围。

如图1和图2所示，所述火焰筒1包括火焰筒入口2、火焰筒中段、火焰筒出口4、火焰筒定位块8和密封环9，火焰筒1通过火焰筒定位块8固定到燃烧室上，火焰筒出口4插入位于下游的过渡段中，通过密封环9起到密封作用。工作过程中，燃料和空气通过火焰筒入口2进入火焰筒1，可燃气体在火焰筒中段3内组织燃烧，产生高温燃气，并通过火焰筒出口4进入过渡段。火焰筒中段3上具有多个冷却构件5，每个所述的冷却构件5包括连接段6和散热件7，冷却构件5通过连接段6的一端固定在火焰筒中段3的外表面上，散热件7固定在连接段6的另一端。冷却构件5阵列分布，相邻的两列冷却构件5错列分布。连接段6的轴线大致垂直于其所在区域的火焰筒中段3的外表面，连接段6的轴线与所在区域的火焰筒中段3的外表面的法线所成的夹角大于等于0度且小于等于5度，以避免降低火焰筒表面空气流动速度。

图3a、图3b和图3c分别为燃气轮机燃烧室火焰筒的冷却结构的几个不同实施例的结构示意图。图3a所示的散热件7为碗状，图3b所示的散热件7为螺旋状，图3c所示的散热件7为分支状。散热件7通过合理的设计增加表面积，以提高换热效率。同时散热件7具有较小的流阻，以减小压力损失。以上几种冷却构件5通过焊接、3D打印或其它方式固定到火焰筒外表面上，相对于发散冷却，一个突出的优点是不需要在火焰筒中段3上开细长孔，既可以降低加工难度，有可以避免开孔与热障涂层相互之间产生不利影响；相对于冲击冷却，具有较低的压力损失，可以有效提高燃气轮机的效率。