一種燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及動力裝備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)，包括頭部端壁和火焰筒壁，其特征在于，所述的火焰筒壁沿軸向被劃分為可替換斜孔壁和氣膜冷卻壁，可替換斜孔壁上設(shè)置有多個斜孔和多個主燃孔，兩端分別于與頭部端壁以及氣膜冷卻壁連接。本實用新型通過在主燃區(qū)火焰筒壁面引入斜孔，對壁面形成更好的保護(hù)，同時對燃燒起輔助稀釋作用，降低排放；由于斜孔壁的可單獨替換性，降低了火焰筒的維修成本。
【專利說明】一種燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及動力裝備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)包括壓氣機(jī)，燃燒室，透平三大部件。其中，燃?xì)廨啓C(jī)的最高溫度區(qū)存在于燃燒室，燃燒室作為連接壓氣機(jī)和透平的燃?xì)馊紵考?，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，將熱空氣通入透平做功。在燃燒室前端裝有燃料噴嘴，噴嘴噴出的燃料與進(jìn)入的空氣在燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒溫度可達(dá)2000攝氏度以上，壓力可達(dá)20個大氣壓。燃燒室外缸在高溫下很難承受這樣的高壓。為降低燃燒室缸壁的溫度，以保證其強(qiáng)度，通常在燃燒室內(nèi)設(shè)火焰筒，減少外缸受熱，使其主要承壓。
[0003]火焰筒一般采用耐高溫合金制成，目前的火焰筒金屬材料正常工作溫度都在1000攝氏度以下，因此必須對火焰筒進(jìn)行冷卻，且冷卻結(jié)構(gòu)的合理性對火焰筒的工作壽命影響很大。目前用于燃?xì)廨啓C(jī)火焰筒的基本冷卻方式主要有氣膜冷卻、發(fā)散冷卻、沖擊發(fā)散組合冷卻、層板冷卻等，基本原理大多是將一部分冷氣從燃燒室外環(huán)腔引入至火焰筒內(nèi)，在火焰筒內(nèi)壁形成氣膜，一方面冷卻火焰筒壁，另一方面隔離熱燃?xì)?。良好的冷卻結(jié)構(gòu)應(yīng)能在火焰筒內(nèi)側(cè)形成分布均勻，且湍流度低、貼壁好的氣膜，同時避免氣膜疊加過厚影響燃燒組織。在實際燃機(jī)運(yùn)行中，火焰筒壁面的溫度分布往往是不均勻的甚至不同區(qū)域有著明顯的差異，對于這種情況下冷卻結(jié)構(gòu)的選取比較困難，一種冷卻結(jié)構(gòu)很難保證適用于所有的區(qū)域。另一方面，先進(jìn)燃燒室火焰筒熱負(fù)荷的增加和可用冷氣量的減少之間存在著矛盾。
[0004]已知的傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室火焰筒，一般采用整體壓制的方法加工火焰筒本體，然后在其表面加工氣膜孔并焊接金屬擋板，以使引入的冷卻氣體更好貼壁。一方面，火焰筒長期在高溫下工作面臨著蠕變、氧化問題，并且其在燃?xì)廨啓C(jī)的不斷啟停過程中承受著熱機(jī)械疲勞；另一方面，由于火焰筒內(nèi)燃燒場的不確定性、造成熱負(fù)荷的不均勻性，以及傳統(tǒng)冷卻結(jié)構(gòu)冷卻性能的限制，導(dǎo)致火焰筒壁面本身溫度分布不均，易造成較大熱應(yīng)力?；鹧嫱苍谑褂玫倪^程中出現(xiàn)疲勞裂縫，其修復(fù)方法一般為修補(bǔ)焊接，然而火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及隔熱涂層的使用都增加了焊接修補(bǔ)的難度，當(dāng)火焰筒內(nèi)多處存在裂痕時，對其進(jìn)行修復(fù)是不現(xiàn)實的，需要進(jìn)行更換，而作為整體壓制而成的火焰筒，此時則需要整體替換，花費(fèi)昂貴。
[0005]如專利CN 101113820A中，采用了在主燃孔區(qū)域添加不同角度發(fā)散冷卻孔的方式來增強(qiáng)該區(qū)域的冷卻效率，該結(jié)構(gòu)可以有效增強(qiáng)主燃孔附近的冷卻，但是對于不同的火焰筒，主燃孔區(qū)域不一定為需要增強(qiáng)冷卻的區(qū)域；并且這樣的結(jié)構(gòu)較容易在主燃孔和發(fā)散冷卻孔之間產(chǎn)生應(yīng)力集中，因為其不可替換，經(jīng)過長時間工作，較容易損壞。
[0006]因此，針對以上不足，本實用新型提供了一種燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)。
實用新型內(nèi)容
[0007](一 )要解決的技術(shù)問題
[0008]本實用新型要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中在主燃孔區(qū)域添加不同角度發(fā)散冷卻孔的方式來增強(qiáng)該區(qū)域的冷卻效率，對于不同的火焰筒，主燃孔區(qū)域不一定為需要增強(qiáng)冷卻的區(qū)域；并且這樣的結(jié)構(gòu)較容易在主燃孔和發(fā)散冷卻孔之間產(chǎn)生應(yīng)力集中，并且不可替換，經(jīng)過長時間工作，較容易損壞。
[0009]( 二 )技術(shù)方案
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括頭部端壁和火焰筒壁，其特征在于，所述的火焰筒壁沿軸向被劃分為可替換斜孔壁和氣膜冷卻壁，可替換斜孔壁上設(shè)置有多個斜孔和多個主燃孔，兩端分別與頭部端壁以及氣膜冷卻壁連接。
[0011]其中，所述可替換斜孔壁沿軸向前后都設(shè)置有V型坡口，采用焊接方式與頭部端壁以及氣膜冷卻壁連接。
[0012]其中，所述氣膜冷卻壁上設(shè)有氣膜孔，且在內(nèi)壁面上設(shè)有氣膜擋板。
[0013]其中，所述斜孔與火焰筒軸向具有流向傾角α，所述流向傾角α范圍為30°?60。。
[0014]其中，所述斜孔與火焰筒徑向具有周向傾角β，所述周向傾角β范圍為30°?60。。
[0015]其中，所述的可替換斜孔壁上的斜孔孔徑小于火焰筒壁厚。
[0016](三)有益效果
[0017]本實用新型的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點:本實用新型通過斜孔冷卻對主燃區(qū)火焰筒壁面形成更好的保護(hù)，提高該區(qū)域的冷卻效率和冷卻均勻性，降低火焰筒壁面溫度，減小熱應(yīng)力；由于將火焰筒在結(jié)構(gòu)上劃分為三部分并通過焊接成型，使火焰筒具有部分可替換性。若在火焰筒較易產(chǎn)生熱疲勞應(yīng)力的主燃區(qū)壁面出現(xiàn)難修復(fù)的損壞，可對此部分單獨替換；由于火焰筒的主燃孔同樣位于可替換的斜孔壁上，因此，對于斜孔壁的替換可兼顧對燃燒組織的調(diào)節(jié)；主燃區(qū)火焰筒壁斜孔的引入提高了燃料空氣混合速率，在一定程度上起到輔助稀釋作用，降低燃燒溫度，進(jìn)而減少污染，降低排放。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型提供的一種具有可替換斜孔壁的火焰筒結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0019]圖2為一種具有可替換斜孔壁的火焰筒結(jié)構(gòu)的整體三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為可替換斜孔壁的橫截面示意圖；
[0021]圖中:1:火焰筒；2:頭部端壁；3:火焰筒壁；4:可替換斜孔壁；5:氣膜冷卻壁；6:斜孔；7:主燃孔；8:氣膜孔；9:氣膜擋板；10:V型坡口。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0023]由圖1所示，本實用新型提供了一種燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)I結(jié)構(gòu)，包括頭部端壁2和火焰筒壁3，而所述火焰筒壁3又劃分為可替換斜孔壁4和氣膜冷卻壁5，所述可替換斜孔壁4上同時存在多個斜孔6和多個主燃孔7，兩端分別與頭部端壁2以及氣膜冷卻壁5連接。引入斜孔結(jié)構(gòu)6進(jìn)行冷卻和輔助稀釋的區(qū)域?qū)?yīng)燃燒室的主燃區(qū)，在所述氣膜冷卻壁5上設(shè)有氣膜孔8，同時在內(nèi)壁設(shè)有氣膜擋板9，氣膜擋板9設(shè)在氣膜孔8相對應(yīng)內(nèi)壁前方位置。
[0024]由圖1所示，可替換斜孔壁沿軸向前后都設(shè)置有V型坡口 10，采用焊接方式與所述頭部端壁2以及所述氣膜冷卻壁5連接。圖2顯示了由此連接得到的火焰筒I整體結(jié)構(gòu)。
[0025]對于所述可替換斜孔壁4上的所述斜孔6，采用交叉排布的布置方式，且所述斜孔6的排布不限于均布。所述的可替換斜孔壁4的斜孔孔徑最大應(yīng)小于火焰筒I壁厚，斜孔6具有一定的流向傾角α和周向傾角β。如圖1所示，在本實用新型的一個典型實施例中，所述斜孔6與火焰筒I軸向具有流向傾角α，所述流向傾角α范圍為30°?60°，斜孔6的開孔傾斜方向與火焰筒I內(nèi)流體的流動方向相一致；如圖3所示，在本實用新型的另一個典型實施例中，所述斜孔6與火焰筒I徑向具有周向傾角β，所述周向傾角β范圍為30°?60°，斜孔6的開孔傾斜方向與火焰筒I內(nèi)壁面附近的氣流旋流方向相一致。
[0026]使用時，火焰筒I外側(cè)的冷空氣在流經(jīng)所述可替換斜孔壁4時，部分冷空氣從壁面的所述主燃孔7進(jìn)入火焰筒I內(nèi)部的主燃區(qū)，參與所述火焰筒I內(nèi)部流體的氣流組織并參與燃料燃燒，部分冷空氣由壁面的所述斜孔6流動到所述火焰筒I內(nèi)部的主燃區(qū)，流過所述斜孔6的冷卻空氣首先對主燃區(qū)的火由可替換斜孔壁4進(jìn)行冷卻，進(jìn)而在與所述火焰筒I內(nèi)的流體摻混的過程中起到燃料稀釋作用，輔助燃燒。在本實用新型所述的實施例中，由于所述可替換斜孔4具有一定的流向傾角α和周向傾角β，可形成更好的貼壁氣膜，降低所述可替換斜孔壁4的壁面溫度。同時由于所述斜孔6的輔助稀釋作用，加快了燃料與空氣的混合速率，可以降低燃燒溫度，減少NOx排放。另外，所述火焰筒I的所述頭部端壁2、所述可替換斜孔壁4和所述氣膜冷卻壁5分別加工，并焊接成型。由于主燃區(qū)壁面通常溫度梯度較大，容易產(chǎn)生熱疲勞應(yīng)力，在所述火焰筒I的檢修過程中，若發(fā)現(xiàn)僅所述可替換斜孔壁4存在不可修復(fù)損壞，可單獨加工替換所述可替換斜孔壁4，不必替換整個火焰筒I。在替換所述可替換斜孔壁4的過程中，一方面可以通過調(diào)整壁面上的所述主燃孔7，以設(shè)法調(diào)整燃燒組織，減小所述火焰筒I熱負(fù)荷，另一方面也可以通過故障分析，對于易產(chǎn)生熱疲勞區(qū)域調(diào)整所述斜孔6布置，進(jìn)而獲得更好的壁溫分布。
[0027]綜上所述，本實用新型提供了一種由包括頭部端壁和火焰筒壁，其特征在于，所述的火焰筒壁沿軸向被劃分為可替換斜孔壁和氣膜冷卻壁，可替換斜孔壁上設(shè)置有多個斜孔和多個主燃孔，兩端分別于與頭部端壁以及氣膜冷卻壁連接。本實用新型通過在主燃區(qū)火焰筒壁面引入斜孔，對壁面形成更好的保護(hù)，同時對燃燒起輔助稀釋作用，降低排放；由于斜孔壁的可單獨替換性，降低了火焰筒的維修成本。
[0028]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括頭部端壁(2)和火焰筒壁(3)，其特征在于，所述的火焰筒壁(3)沿軸向被劃分為可替換斜孔壁(4)和氣膜冷卻壁(5)，可替換斜孔壁(4)上設(shè)置有多個斜孔(6)和多個主燃孔(7)，兩端分別與頭部端壁(2)以及氣膜冷卻壁(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述可替換斜孔壁(4)沿軸向前后都設(shè)置有V型坡口(10)，采用焊接方式與頭部端壁(2)以及氣膜冷卻壁(5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述氣膜冷卻壁(5)上設(shè)有氣膜孔(8)，且在內(nèi)壁面上設(shè)有氣膜擋板(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述斜孔(6)與火焰筒(I)軸向具有流向傾角α，所述流向傾角α范圍為30°?60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述斜孔(6)與火焰筒(I)徑向具有周向傾角β，所述周向傾角β范圍為30°?60°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的可替換斜孔壁(4)上的斜孔(6)孔徑小于火焰筒(I)壁厚。
【文檔編號】F23R3/42GK204227467SQ201420632152
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】查筱晨, 孫曉, 楊旭, 張珊珊 申請人:北京華清燃?xì)廨啓C(jī)與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術(shù)有限公司