一種加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及使用氣體燃料預(yù)混燃燒的燃氣輪機燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別涉及了一種頭部冷卻結(jié)構(gòu)，屬于燃氣輪機技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于環(huán)境保護的要求越來越嚴(yán)格，在近年來的燃氣輪機燃燒室中越來越多地使用預(yù)混燃燒的方式來降低氮氧化物(NOx)的排放。
[0003]圖1為一種典型的采用預(yù)混燃燒方式的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)。值班噴嘴I布置在中心，多個主噴嘴2均勻地布置在值班噴嘴I周圍，值班噴嘴I與主噴嘴2均位于罩帽3內(nèi)，共同組成燃燒室頭部。主噴嘴2均采用預(yù)混燃燒模式以減少污染物排放。值班噴嘴I采用擴散燃燒模式或者預(yù)混燃燒模式，在擴張段11內(nèi)形成穩(wěn)定的火焰，作為主噴嘴2生成預(yù)混火焰的火種使用，由此維持預(yù)混燃燒。預(yù)混火焰的溫度一般在1800K以上，擴張火焰一般在2200K以上。由于火焰存在于擴張段11內(nèi)，需要對噴嘴的擴張段進行熱防護。為了保證值班噴嘴I的壽命，除了在擴張段11內(nèi)壁面噴涂隔熱涂層外，往往還需要使用冷氣進行冷卻。
[0004]為了減少NOx的排放，先進的預(yù)混燃燒室的燃料預(yù)先混合了最大數(shù)量的空氣，所以只有很少的空氣可以用來冷卻。如何提高冷氣的利用效率是先進預(yù)混燃燒燃燒室要解決的一個重要問題。在圖1公開的一種典型的采用預(yù)混燃燒方式的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)有的冷卻方案存在三個顯著的問題:其一，冷氣通過對流冷卻的方式來冷卻擴張段11，冷卻效率比較低；其二，空氣在繞過罩帽3進入到頭部結(jié)構(gòu)中，以及在罩帽3內(nèi)部無規(guī)則流動的過程中都有較大的壓力損失，進一步降低了冷卻效率；其三，該冷卻結(jié)構(gòu)不能有效地控制冷卻氣的進出口面積即不能有效地控制冷卻氣的流量，從而導(dǎo)致冷卻氣的浪費?？偠灾?，現(xiàn)有的冷卻方案存在較大的改進空間。
[0005]對于預(yù)混燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，在罩帽3后端設(shè)置擋板可以促進罩帽后端火焰的穩(wěn)定，但是同時帶來擋板冷卻的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中一般采用發(fā)散冷卻方式來冷卻該擋板，但是發(fā)散冷卻依然會消耗一部分冷氣。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，提出一種加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)；以實現(xiàn)對頭部冷卻氣更加有效的控制，降低罩帽內(nèi)部無規(guī)則流動過程中造成的較大的壓力損失，提高頭部冷卻效率。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]一種加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，該燃燒室頭部結(jié)構(gòu)包括值班噴嘴、主噴嘴和罩帽；所述值班噴嘴包括值班噴嘴直段和擴張段，擴張段上設(shè)置有發(fā)散冷卻孔，值班噴嘴位于罩帽中心，并與罩帽同軸布置；所述主噴嘴包括主噴嘴直段和過渡段，該主噴嘴徑向均勻排列在值班噴嘴外圍；所述罩帽包括外殼、前端擋板和后端擋板，后端擋板上設(shè)置有清吹空氣孔，外殼上設(shè)置有空氣進口，其特征在于:所述頭部結(jié)構(gòu)還包括位于擴張段外側(cè)的擴張導(dǎo)流段和位于后端擋板上游的沖擊冷卻板；擴張導(dǎo)流段前端與值班噴嘴相連，后端與沖擊冷卻板相連；在沖擊冷卻板上設(shè)有沖擊冷卻孔。
[0009]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，擴張導(dǎo)流段前端距值班噴嘴出口的距離大于等于值班噴嘴擴張段軸向長度的50 %。
[0010]優(yōu)選地，空氣進口的面積大于等于沖擊冷卻孔的總面積；沖擊冷卻孔的總面積大于等于發(fā)散冷卻孔總面積與清吹空氣孔總面積之和。清吹空氣孔總面積占沖擊冷卻孔的總面積的5?20%。
[0011]優(yōu)選地，發(fā)散冷卻孔的直徑為0.8?1.5mm ;沖擊冷卻孔的直徑為3?1mm ;清吹空氣孔的直徑為I?5mm。
[0012]優(yōu)選地，在后端擋板外側(cè)上噴涂隔熱涂層。
[0013]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果:通過罩帽外殼上的空氣進口引入空氣相比于傳統(tǒng)的前端進氣方式可以減小壓力損失；通過在后端擋板上游設(shè)置沖擊板實現(xiàn)對后端擋板的冷卻，完成沖擊冷卻之后的冷氣通過值班噴嘴外側(cè)的擴張段上的發(fā)散冷卻孔進一步對擴張段進行冷卻，極大地提高了頭部冷卻空氣的利用率；通過控制清吹空氣孔以及發(fā)散冷卻孔的面積可以實現(xiàn)對冷卻空氣流量的較精確控制，避免冷卻空氣的浪費。
【附圖說明】
[0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)預(yù)混燃燒燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
[0015]圖2為本實用新型燃燒室頭部結(jié)構(gòu)立體示意圖。
[0016]圖3為本實用新型燃燒室頭部結(jié)構(gòu)截面示意圖。
[0017]圖4為本實用新型燃燒室頭部結(jié)構(gòu)下半段放大圖。
[0018]圖中:1_值班噴嘴；2_主噴嘴；3_罩帽；10_值班噴嘴直段；11-擴張段；13-發(fā)散冷卻孔；21_主噴嘴直段；22_過渡段；31_外殼；32_前端擋板；33_擴張導(dǎo)流段；34_后端擋板；35_空氣進口 ；36_沖擊冷卻板；37_沖擊冷卻孔；38_清吹空氣孔。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型的原理，結(jié)構(gòu)和【具體實施方式】做進一步的說明。
[0020]圖2、圖3為本實用新型提供的加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)示意圖，該燃燒室頭部結(jié)構(gòu)包括值班噴嘴1、主噴嘴2和罩帽3 ;所述值班噴嘴I包括值班噴嘴直段10和擴張段11，擴張段11上設(shè)置有發(fā)散冷卻孔13，值班噴嘴位于罩帽中心，并與罩帽同軸布置；所述主噴嘴2包括主噴嘴直段21和過渡段22，該主噴嘴徑向均勻排列在值班噴嘴外圍；所述罩帽3包括外殼31、前端擋板32和后端擋板34，后端擋板34上設(shè)置有清吹空氣孔38，外殼31上設(shè)置有空氣進口 35 ;所述頭部結(jié)構(gòu)還包括位于擴張段11外側(cè)的擴張導(dǎo)流段33和位于后端擋板34上游的沖擊冷卻板36 ;擴張導(dǎo)流段33前端與值班噴嘴I相連，后端與沖擊冷卻板36相連；在沖擊冷卻板36上設(shè)有沖擊冷卻孔37。
[0021]來自壓氣機的空氣在流入燃燒室頭部時，被分為兩部分:一部分進入到值班噴嘴和主噴嘴中與燃料摻混，直接參與燃燒；另一部分通過罩帽3上面的空氣進口 35進入的罩帽3內(nèi)部。進入的罩帽3內(nèi)部的空氣一部分通過沖擊冷卻板36上的沖擊冷卻孔37對后端擋板34進行冷卻；之后又被分為兩部分，一部分通過后端擋板34上的清吹空氣孔38進行清吹，防止回火或者火焰附著壁面；另一部分進入到擴張段11與擴張導(dǎo)流段33形成的腔室中，并經(jīng)由擴張段11上的發(fā)散冷卻孔13流出，實現(xiàn)對擴張段11的冷卻。
[0022]擴張導(dǎo)流段33前端與值班噴嘴I相連，后端與后端擋板34相連，連接處密封且光滑過渡，前端擋板32與值班噴嘴1、主噴嘴2和罩帽3的連接均為密封連接。密封連接能夠避免冷氣的浪費，光滑連接可以減少氣流阻力。
[0023]為了保證擴張段11所有的高溫區(qū)域得到冷卻，擴張導(dǎo)流段33的位置也不能太靠后，擴張導(dǎo)流段前端距值班噴嘴出口的距離大于等于值班噴嘴擴張段軸向長度的50%。
[0024]圖4為本實用新型燃燒室頭部結(jié)構(gòu)局部放大圖，為了減小壓力損失并保證有足夠的冷氣冷卻后端擋板34以及擴張段11，空氣進口 35的面積大于等于沖擊冷卻孔37的總面積，沖擊冷卻孔37的總面積大于等于發(fā)散冷卻孔13總面積與清吹空氣孔38總面積之和。清吹空氣孔38總面積占沖擊冷卻孔37的總面積的5?20%。
[0025]一般情況下，發(fā)散冷卻孔13的直徑優(yōu)選為0.8?1.5mm,沖擊冷卻孔37的直徑優(yōu)選為3?1mm清吹空氣孔38的直徑優(yōu)選為I?5mm。
[0026]雖然本實用新型的方案采用沖擊冷卻后端擋板極大地提高了冷氣的利用率，但是沖擊冷卻的冷卻效果不如發(fā)散冷卻。為了進一步提高后端擋板的壽命，在其外側(cè)上噴涂隔熱涂層以增加熱防護。
【主權(quán)項】
1.一種加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，該燃燒室頭部結(jié)構(gòu)包括值班噴嘴(1)、主噴嘴(2)和罩帽(3);所述值班噴嘴(I)包括值班噴嘴直段(10)和擴張段(11)，擴張段(11)上設(shè)置有發(fā)散冷卻孔(13)，值班噴嘴位于罩帽中心，并與罩帽同軸布置；所述主噴嘴(2)包括主噴嘴直段(21)和過渡段(22)，該主噴嘴徑向均勻排列在值班噴嘴外圍；所述罩帽(3)包括外殼(31)、前端擋板(32)和后端擋板(34)，后端擋板(34)上設(shè)置有清吹空氣孔(38)，外殼(31)上設(shè)置有空氣進口(35)，其特征在于:所述頭部結(jié)構(gòu)還包括位于擴張段(11)外側(cè)的擴張導(dǎo)流段(33)和位于后端擋板(34)上游的沖擊冷卻板(36);擴張導(dǎo)流段(33)前端與值班噴嘴(I)相連，后端與沖擊冷卻板(36)相連；在沖擊冷卻板(36)上設(shè)有沖擊冷卻孔(37)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于:擴張導(dǎo)流段(33)前端距值班噴嘴(I)出口的距離大于等于值班噴嘴擴張段(11)軸向長度的50%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于:空氣進口(35)的面積大于等于沖擊冷卻孔(37)的總面積；沖擊冷卻孔(37)的總面積大于等于發(fā)散冷卻孔(13)總面積與清吹空氣孔(38)總面積之和。
4.如權(quán)利要求3所述的一種加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于:清吹空氣孔(38)總面積占沖擊冷卻孔(37)的總面積的5?20%。
5.如權(quán)利要求3所述的一種加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于:發(fā)散冷卻孔(13)的直徑為0.8?1.5mm ;沖擊冷卻孔(37)的直徑為3?1mm ;清吹空氣孔(38)的直徑為I?5mm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，其特征在于:后端擋板(34)外側(cè)上噴涂隔熱涂層。
【專利摘要】一種加強冷卻的燃燒室頭部結(jié)構(gòu),屬于燃氣輪機燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計。該燃燒室頭部結(jié)構(gòu)包括值班噴嘴、主噴嘴和罩帽；值班噴嘴與罩帽同軸布置；主噴嘴包括主噴嘴直段和過渡段，該主噴嘴徑向均勻排列在值班噴嘴外圍；罩帽包括外殼、前端擋板和后端擋板，后端擋板上設(shè)置有清吹空氣孔。該頭部結(jié)構(gòu)還包括位于擴張段外側(cè)的擴張導(dǎo)流段和位于后端擋板上游的沖擊冷卻板；在沖擊冷卻板上設(shè)有沖擊冷卻孔。通過設(shè)置沖擊冷卻板和擴張導(dǎo)流段，可實現(xiàn)對后端擋板的冷卻，同時進一步對擴張段進行冷卻，極大地提高了頭部冷卻空氣的利用率；通過控制清吹空氣孔以及發(fā)散冷卻孔的面積可以實現(xiàn)對冷卻空氣流量的較精確控制，避免冷卻空氣的浪費。
【IPC分類】F23R3-44
【公開號】CN204513465
【申請?zhí)枴緾N201520182072
【發(fā)明人】耿杰峰, 方子文
【申請人】北京華清燃氣輪機與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月27日