[其他]燃气透平的燃烧装置

说明书

本发明涉及燃气透平的燃烧装置。尤其涉及套管式燃气透平燃烧装置。其中燃烧室衬套的壁和尾管是由压缩空气来冷却的。

如在美国专利第3652181号中所述，燃气透平的燃烧室尾管的传统冷却装置包括有设在燃烧室尾管一段上的冷却套。经过冷却套上加工成的一些小孔使喷入的冷却流体冲到尾管表面，来冷却尾管壁。冷却管壁后的冷却流体再经过尾管下游部份作成的一些透孔加入初级燃气流中。

为了增大燃气透平的效率，提高燃烧温度将是最有效的。

但是作为冷却流体的空气，其流率是有限的。相应于提高燃烧温度，燃烧室衬套和燃烧室尾管的冷却就不够了。因此，强烈要求提供燃烧室衬套和燃烧室尾管的高效冷却系统。

按照先有的技术，因一部份空气消耗于燃烧室尾管的冷却，用于冷却燃烧室衬套的空气流率就降低了，以致不能进一步提高燃烧温度。而且，冷却尾管以后加入初级燃气流的冷却空气，是在高温初级燃气流和低温冷却空气流的双层状态下导入透平机的。这将对透平机的定叶片和动叶片有不利影响。此外，因冷却套能增强冷却效果，冷却套是焊接固定在燃烧室尾管上，但由于燃烧室尾管和冷却套之间的温差将使热应力增大。这是可靠性降低的一个因素。

通常的冷却套式装置的构造是使经过冷却套中作成的一些小孔提供的喷气流，在冲击尾管壁后再经尾管上的通孔导入初级燃气流中。因此，需要在冷却套内部外部和尾管之间有一个压差来使冷却流体流动。为了产生这一压差，需要增加燃烧室部份的压力损失。这一需要将引起燃气透平工作效率的降低。

此外，在为了保持固定的燃烧温度，要消耗一部份冷却流体来冷却燃烧室尾管的情况下，一个温度的分布或者梯度〔＝（最大燃烧温度-平均燃烧温度）/（平均燃烧温度-冷却空气温度）〕除在往尾管出口处导入冷却空气之外还被不利地影响。这一温度梯度的下降将在透平机的定叶片和动叶片中产生金属温度的“高点”，这将是透平机损坏的一个原因。

在燃气透平中，由压缩机供来的排出口空气被导入燃烧室衬套和尾管所限定的燃烧室，在冷却燃烧室衬套和尾管的同时送入燃烧室衬套中燃烧。

在上述的先有技术中，冷却流体从装在尾管下游端的冷却套的一些小孔，在冲击尾管外壁冷却外壁后，由尾管壁上作成的通孔加入到初级燃气中。部份冷却流体消耗于冷却燃烧室尾管，意味着相应减少了供燃烧室衬套冷却的冷却流体的量。因此，就不能使燃烧室衬套的金属温度在容许温度以下。于是降低燃烧温度是不可避免的。

而且，为了使冷却流体经过冷却套以给定的流率流入尾管中，需要在冷却套外和尾管内之间给与一定压差。相应地，降低了燃气透平的效率。

本发明的目的是提供一个燃气透平燃烧装置，它能把冷却尾管用过的冷却流体，几乎全部导入燃烧室衬套作为燃烧空气，由此透平机效率得到改善，并且把燃烧室套管的金属温度限定在容许温度以下。

这一目的和另外的目的由提供的一种燃气透平燃烧装置达到了， 其中设有套在燃烧室尾管外圆周，并与尾管外壁隔开的流套，流套用来作为冷却尾管的组成部份，从而在尾管固定环部份通过冷却流体进行对流冷却，冷却流体是由流套下游端的开口导入的，尾管中的初级燃气流率高而且尾管金属温度也高的下游部分通过冷却流体喷气流进行冲击冷却，冷却流体是由流套中的一些小孔供给的，下游部份的上游区金属温度相对低些，采用冷却流体在尾管和流套之间按给定流率流动进行对流冷却。

依照本发明的燃烧装置中，冷却流体由压缩机提供，经过冲击冷却和对流冷却之间的分界部份所形成的一些开孔部分和形成冲击冷却的一些小孔导入流套，冷却流体的各流体被汇集进入上游端并导入燃烧室衬套侧。于是流进燃烧室衬套侧的冷却空气，依照希望的分配比例，从燃烧室衬套上的稀释空气孔、燃烧空气孔、离心喷嘴和冷却空气孔导入燃烧室衬套。在流套内的燃烧室衬套外面设有空气导板，以使从稀释空气孔供给的影响温度梯度的空气流平稳导入。流套在纵向分为两件，分开的两件是在所述燃烧室衬套和尾管之间的连结点附近经压配合成为一整体。流套和燃烧室之间的间隙是从尾管一端向远逐渐减小的。所述间隙的设计，是使冷却空气沿着空隙流动的流率保持为常数。

在附图中：

图1所示为燃烧室的剖面图，所用的透平燃烧装置是依照本发明的一个实施例。

图2所示为图1中的燃气透平燃烧室尾管的断面积变化曲线图。

图3所示为图1中的燃气透平燃烧室尾管中的传热系数变化曲线图。

图4所示为图1中的燃气透平燃烧装置尾管及其相连部份的放大视图。

图5A和图5B所示为图4中的燃气透平燃烧装置尾管流套开口附近的压力分布。