[发明专利]一种燃气轮机燃烧室防回火型喷嘴连接段组件

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机结构设计，尤其涉及燃气轮机燃烧室的防回火型喷嘴连接段组件。

背景技术

图1是现有技术中一个典型的燃烧室结构，燃气轮机10包括一个压气机12（部分标出），多个燃烧室（图中仅标出一个）和一个透平（图中用透平叶片16代表）。透平16与压气机12拥有一个共同的轴线。由压气机12进入的空气经过加压，逆流进入燃烧室14，燃烧并沿程冷却，最终进入透平16。

如上所述，燃气轮机10包括位于燃气轮机周围的多个燃烧室14。每一个燃烧室14包括一个端盖组件30，该端盖组件30包括燃料供给管和相应的阀等；连接在端盖组件30上的多个燃料喷嘴组件32，所述多个燃料喷嘴组件32围绕着燃烧室的纵轴线排列成一个圆形组，每一个燃料喷嘴组件32上包含旋流器33以及燃料喷注装置35；限制每个燃料喷嘴组件32内气流流动的火焰筒帽罩组件42，该组件具有多个燃料喷嘴连接段54将每一个燃料喷嘴组件32隔离开；火焰筒38以及火焰筒外的导流衬套34；过渡段18以及过渡段外的导流衬套40，所述过渡段外的导流衬套40具有冲击冷却孔44。

如上所述结构中，燃气轮机10内的气流沿箭头方向经压气机12穿过过渡段外的导流衬套40上冲击冷却孔44进入过渡段18与过渡段外的导流衬套40组成的环形通道，逆流进入火焰筒38以及火焰筒外的导流衬套34组成的环形通道，流经火焰筒帽罩组件42与火焰筒外的导流衬套34组成的环形通道，经过端盖组件30与火焰筒帽罩组件42的前端的区域流动转向，进入每一个燃料喷嘴组件32与火焰筒帽罩组件42的燃料喷嘴连接段54组成的小环形通道，最终通过旋流器33以及燃料喷注装置35，经过燃料喷嘴连接段54将燃料与空气混合均匀进入火焰筒38。

一般的，燃烧室头部包括多个扩散或预混燃料喷嘴组件32围绕在燃烧室纵轴线排成一个圆形组。这些燃料喷嘴组件32前端与燃烧室头部端盖组件30相连，后端伸入火焰筒帽罩组件42相应的燃料喷嘴连接段54中。每一个燃料喷嘴组件32的末端都在相应的燃料喷嘴连接段54内，且接近相应的燃料喷嘴连接段54的出口，燃料喷嘴连接段54的出口直接与燃烧室火焰筒38的燃烧区相连。

现有技术中的燃料喷嘴组件32的燃料喷嘴连接段54多采用圆柱型内壁结构，在所述燃料喷嘴连接段54的圆柱型结构中，燃料与空气发生预混，因此燃料喷嘴连接段54部分区域燃料、空气当量比在点火范围内。当燃烧室火焰筒38内燃烧不稳定，发生回火现象时，与燃料喷嘴连接段54出口直接连接的燃烧区的火焰会逆流而上进入燃料喷嘴连接段54，点燃所述燃料喷嘴连接段54内的可燃气体，烧坏帽罩,甚至烧坏燃料喷嘴连接段54内的燃料喷嘴组件32。

专利US5685139采用削薄喷嘴末端结构的方式，保证即使喷嘴末端被烧坏，其仍可以通过扩散燃烧的方式工作。此种方案尽管可以保证喷嘴继续工作，但是不能保证回火对喷嘴硬件的破坏，同时这种有效工作方式建立在污染物排放以及非设计工况工作的代价。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种燃气轮机燃烧室防回火型喷嘴连接段组件，当下游燃烧不稳定从而发生火焰回火时，该结构可以保护并防止烧毁上游的燃料喷嘴组件。

本发明所采用的技术方案如下：

一种燃气轮机燃烧室防回火型喷嘴连接段组件，包括燃料喷嘴组件以及燃料喷嘴组件外的燃料喷嘴连接段，燃料喷嘴组件包括旋流器和喷嘴组件中心体，其特征在于：

所述燃料喷嘴连接段包括圆柱型通道，收缩型通道和扩张型通道。收缩型通道与扩张型通道连接处设置在喷嘴组件中心体末端轴向位置的下游。

所述收缩型通道内壁面与扩张型通道内壁面采用锥面或是弧面，或者两者的组合。

所述收缩型通道与扩张型通道连接处的喉道面积大于流过该燃料喷嘴连接段流量对应的壅塞面积。

所述收缩型通道的轴向长度L₁为扩张型通道的轴向长度L₂的1.3～2倍。

所述扩张型通道后设有一段尾段圆柱型通道。

在所述的扩张型通道的壁面上开气膜冷却孔；或在所述的扩张型通道壁面上和尾段圆柱型通道壁面上均开气膜冷却孔。所述的气膜冷却孔中心轴线与扩张型通道截面的切线夹角在0°～30°之间，气膜冷却孔的所有中心轴线平行，孔径在0.1-0.5mm之间，开孔率在35%～70%之间。

本发明与现有技术相比具有以下优点及突出性的技术效果：