[实用新型]燃气轮机燃烧室火焰筒双层气膜冷却结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃气轮机燃烧室火焰筒双层气膜冷却结构。

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的正常工作温度都在1000摄氏度以下，但燃烧室的燃烧温度可达2000摄氏度以上，因此必须对火焰筒进行冷却，且冷却结构设置的是否合理，对火焰筒的工作寿命影响很大。目前用于燃气轮机火焰基本筒冷却的方式主要有：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，一方面冷却火焰筒内壁，另一方面可以将热燃气与火焰筒隔离。良好的冷却结构应该能在火焰筒内侧形成分布均匀、湍流度低、贴壁好的气膜，同时能避免气膜叠加过厚而影响燃烧组织。

在实际工作中，由于受气膜冷却孔冷却效率的影响，气膜往往无法覆盖整个火焰筒内壁；在气膜的尾端，即气膜环区域，火焰筒内的高温气体容易烧蚀气膜环及火焰筒壁，导致火焰筒壁面烧穿或者产生裂纹。

现有公开号为CN101675227A的专利，采用了双层壁面冷却结构，将火焰筒做成双层结构，扩大了火焰筒上壁面的冷却空气流通面积，提高了冷却效率，但是对于气膜环与火焰筒壁面交接的区域和气膜环本身，仍存在着局部过热的问题，容易产生裂纹等缺陷。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是：为解决现有燃烧筒的气膜尾端容易形成气膜环，容易被燃烧筒内的高温气体烧蚀，无法实现冷却和隔离高温气体的作用，导致燃烧筒被烧穿或出现裂纹的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃气轮机燃烧室火焰筒双层气膜冷却结构，火焰筒壁面由多段气膜冷却壁连接而成，气膜冷却壁上设有气膜冷却孔，气膜冷却壁的内侧连接有外侧气膜环，外侧气膜环的内侧连接有内侧气膜环，所述气膜冷却壁与外侧气膜环、外侧气膜环与内侧气膜环之间均留有空隙；所述外侧气膜环的后端与气膜冷却壁连接，在所述外侧气膜环上，且位于气膜冷却孔的后侧，设有外环冷却孔；所述内侧气膜环的前端与外侧气膜环的前端连接，在所述内侧气膜环上，且位于外环冷却孔的前侧，设有内环冷却孔。

其中，所述外侧气膜环与内侧气膜环均与火焰筒壁面所在的圆周相切。

其中，所述外环冷却孔的中心线与外侧气膜环的夹角为第一流向夹角，所述第一流向夹角的夹角范围为30～60度。

其中，所述内环冷却孔的中心线与内侧气膜环的夹角为第二流向夹角，所述第二流向夹角的夹角范围为30～60度。

其中，火焰筒壁面外侧的气体经内环冷却孔进入火焰筒壁面内侧，所述内环冷却孔的倾斜方向顺着火焰筒壁面内侧气流的旋转方向，使得通过内环冷却孔流入的气体可以顺着火焰筒壁面内侧的气体继续流动。

其中，所述气膜冷却壁为波纹状，其内凹处与外侧气膜环焊接连接。

其中，所述内侧气膜环的前端设有弯折段，所述弯折段的端部与外侧气膜环焊接连接。

(三)有益效果

本实用新型燃气轮机燃烧室火焰筒双层气膜冷却结构，与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

(1)通过设置双层气膜环并在其上设置冷却孔，有效地增强了气膜环和火焰筒内壁面的冷却效率，降低了火焰筒局部的温度，减小了热应力；

(2)多段气膜冷却壁连续设置，每段气膜冷却壁均设有双层的气膜冷却结构，冷却气体分别向前后流动，充分利用了冷却空气，使其能够覆盖更大面积的火焰筒壁面，增强了冷却效果；

(3)冷却气体分为多股快速流入，多股冷却气体从多个方向与内部的燃烧气体接触，提高了燃料的混合速率及混合效果，提高了燃烧效率，降低了燃烧温度，有利于减小污染。

附图说明

图1是本实用新型燃气轮机燃烧室火焰筒双层气膜冷却结构的结构示意图之一；

图2是图1中A的局部放大示意图；