[实用新型]一种燃气轮机燃烧室火焰筒的分配式冷却结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃气轮机燃烧室火焰筒的分配式冷却结构。

背景技术

燃气轮机包括压气机、燃烧室和透平三大部件。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回流空气通道引入至火焰筒内，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分配式冷却结构，使其进一步对火焰筒进行冷却，提高冷却效率，避免火焰筒壁面温度过高以及分布不均造成的高热应力。

为了解决上述问题，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分配式冷却结构，所述火焰筒的外部设置有导流衬套，导流衬套与火焰筒之间形成环形回流空气通道，其特征在于：所述冷却结构包括隔离套筒、前分流板和后分流板，隔离套筒设置在所述环形回流空气通道内，并将环形回流空气通道分割成冷却通道和分流空气通道；所述前分流板和后分流板分别设置在隔离套筒的前端和后端，并分别固定在导流衬套的内壁上；在前分流板和后分流板上均设置有多个周向布置的冷却孔和分流孔，所述冷却孔和分流孔分别与冷却通道和分流空气通道相连通。

上述技术方案中，所述的隔离套筒距火焰筒的径向间距与隔离套筒距导流衬套的径向间距之比在1.5～3：1之间。

本实用新型的技术特征还在于：所述冷却孔和所述分流孔为圆形或扇形；所述冷却孔的总面积与所述分流孔的总面积之比控制在2～4：1之间。

本实用新型具有以下优点及突出性的技术效果：①由于隔离套筒将环形回流空气通道分割成冷却通道和分流空气通道，在冷却孔和分流孔的作用下，回流空气会被分成两部分，使得更多的空气经过火焰筒表面附近，对火焰筒的冷却有显著改善，可明显降低火焰筒的壁面温度；②冷却孔和分流孔会改变压力损失，可根据燃烧室的实际运行状况对压力损失进行针对性的调节，从而满足总体对压力的需求。

附图说明

图1为带有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒的结构示意图。

图2为图1的A-A截面图。

图3为带有冷却结构的燃气轮机燃烧室火焰筒的三维结构示意图。

图中，1-导流衬套；2-火焰筒；3a-前分流板；3b-后分流板；4-隔离套筒；5-冷却通道；6-分流空气通道；7-冷却孔；8-分流孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的原理、结构和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。