[发明专利]一种具有冷却功能的燃气轮机燃烧室的导流衬套

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机燃烧室的结构设计，尤其涉及燃烧室的导流衬套的结构，属于燃气轮机技术领域。

背景技术

燃气轮机是当今世界清洁利用化石能源的重要设备。燃气轮机的寿命主要取决于其热端部件的寿命，比如燃烧室火焰筒的寿命。而火焰筒的寿命又主要受其表面的温度分布的影响，因此各国学者花费了大量人力物力试图来解决火焰筒壁温这个难题，目前主要有二个大的方向，一是寻找更好的材料，以能在更高的温度下长时间工作；二是设计更好的冷却结构。前者受限于材料科学发展的进展，材料耐温极限的突破极为困难，后者则主要集中在火焰筒表面的结构形式上，如气膜孔、发散孔、鱼鳞孔等。后者在过去的几十年内取得了巨大的进步，但是随之而来的结构复杂性也令火焰筒的加工成本急剧增加，这对提升燃气轮机市场竞争力是不利的。

燃烧室中另外一个重要部件便是导流衬套，传统设计中导流衬套多是由一段或多段薄壁圆筒连接而成，主要起空气流动通道的作用。这种薄壁圆筒不仅功能单一，而且在实际运行中也容易出现结构强度不足的情况。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足和缺陷，本发明提出了一种具有冷却功能的燃气轮机燃烧室的导流衬套，使其不仅可使导流衬套内部气流均匀流动，增强导流衬套的机械强度，提高运行的安全性和使用寿命，而且可以大幅改善火焰筒表面的冷却效果，从而克服其功能单一的缺陷。

本发明所采用的技术方案是：

一种具有冷却功能的燃气轮机燃烧室的导流衬套，该导流衬套设置在火焰筒的外侧，并通过设置在火焰筒头部定位块与火焰筒连接；在火焰筒外壁面上沿周向设置有多排掺混孔和主燃孔，其特征在于：在所述的导流衬套筒体内壁面设置有导流片，所述的导流片包括导流片直流段和导流片弯曲段；按照导流衬套内空气流动方向，导流片直流段起始位置位于火焰筒掺混孔的上游端，导流片直流段的末端不超过最后一排主燃孔与导流衬套筒体所对应的轴向位置；导流片弯曲段起始位置与导流片直流段的末端平滑过渡连接，导流片弯曲段的终止位置位于定位块上游与主燃孔下游之间，导流片弯曲段的弯曲方向与火焰筒内燃气旋转的方向相同。

本发明的另一技术特征在于：导流片弯曲段的弯曲程度为平滑过渡，导流片弯曲段末端切线方向与火焰筒中心线夹角α为5°～70°；导流片弯曲段末端切线方向与火焰筒中心线夹角α优选为10°、20°、30°、40°、50°或60°。

本发明所述导流片的个数为每排主燃孔数目的N倍，N为正整数，且1≤N≤5；所述导流片的个数为每排主燃孔数目优选为1、2或3倍。

本发明所述的导流片采用直薄板结构，厚度为0.1～4mm；导流片的厚度优选为1mm、2mm或3mm。

本发明具有以下优点及突出性的技术效果：①由于导流片弯曲段的存在，形成了弯曲扇形通道，这样就迫使在通道中流动的气流按照弯曲段的弯曲方向进行流动，即逆着火焰筒内火焰的旋转方向进行流动，也即是逆着火焰筒壁面高温区的方向进行流动，因此与传统的导流衬套相比，气体的流动距离增加了，并增大了与气体进行换热的面积，从而提高了换热效率，进而改善了火焰筒壁面高温区的冷却效果，降低火焰筒的温度，延长了火焰筒的使用寿命。②由于本发明在导流衬套的内壁面设置了多个导流片，大大增强了导流衬套的机械强度，从而使导流衬套在燃气轮机工作过程中进一步提高了运行的安全性和使用寿命。③本发明提供的导流衬套不仅可限制导流衬套内气流的周向流动，实现导流衬套内部气流的均匀流动，进而使火焰筒内部燃烧更加稳定。

附图说明

图1为含有本发明提出的导流衬套的燃气轮机燃烧室的燃烧室结构示意图。

图2为图1的立体剖视图。

图中标号：1-导流衬套；2-火焰筒；3-端盖；4-定位块；5-喷嘴；6-来流空气；7-燃料气；11-导流片；21-主燃孔；22-掺混孔；23-头部空气孔；110-直流段；111-弯曲段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构和实施方式做进一步的说明。

图1为含有本发明提出的导流衬套的燃气轮机燃烧室的燃烧室结构示意图，含有导流衬套1、火焰筒2、端盖3、定位块4和喷嘴5；导流衬套由一段或多段圆筒连接而成，导流衬套1在前端与端盖3连接。