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燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁.pdf

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燃氣輪機 燃燒室 隔熱
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摘要
申請專利號:

CN201510240113.3

申請日:

2015.05.13

公開號:

CN104896514A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):F23R 3/42申請公布日:20150909|||實質審查的生效IPC(主分類):F23R 3/42申請日:20150513|||公開
IPC分類號: F23R3/42 主分類號: F23R3/42
申請人: 廣東電網有限責任公司電力科學研究院; 西北工業大學
發明人: 劉石; 尹洪; 張楚; 肖小清; 田豐; 譚金; 楊省喆; 張群
地址: 510080廣東省廣州市越秀區東風東路水均崗8號
優先權:
專利代理機構: 廣州知友專利商標代理有限公司44104 代理人: 周克佑; 何秋林
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510240113.3

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.05.11|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁,防振隔熱壁包括內壁和外壁,內壁凹凸不平,內壁固定在外壁上,兩壁之間形成連通的腔體;內壁上設置有多個氣膜孔,氣膜孔與腔體連通;氣膜孔在靠近燃燒室中心的位置分布較稀疏,在靠近外壁位置分布較密集。本發明燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁結構簡單,氣路設置也極為便利,氣膜孔的設置也相對容易,具有廣闊的應用前景;本發明通過改變主燃燒室壁面的結構,改變了聲波在主燃燒室內的傳播,進而使聲壓振動與熱釋放速率波動的相位差不會始終保持不變,從而防止了振蕩燃燒的發生;本發明設置氣膜孔,一方面可以吸收壓力脈動的振蕩能量,能一方面可以防止燃氣對燃燒室壁的熱沖蝕,有利于提高發動機的使用壽命。

權利要求書

權利要求書
1.  一種燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁,其特征在于,所述防振隔熱壁包括內壁和外壁,所述內壁凹凸不平,所述內壁固定在所述外壁上,兩壁之間形成連通的腔體。

2.  根據權利要求1所述的燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁,其特征在于,所述內壁上設置有多個氣膜孔,所述氣膜孔與所述腔體連通。

3.  根據權利要求2所述的燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁,其特征在于,所述氣膜孔在靠近燃燒室中心的位置分布較稀疏,在靠近外壁位置分布較密集。

4.  根據權利要求3所述的燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁,其特征在于,所述內壁為波紋板,所述氣膜孔在波紋板的波峰位置較密集,在其波谷位置較稀疏。

5.  根據權利要求4所述的燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁,其特征在于,所述波紋板呈正弦或余弦波結構,由多個橫截面為半圓結構的弧面拼接而成。

6.  根據權利要求5所述的燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁,其特征在于,所述半圓的半徑變化范圍在10mm~40mm之間,主燃燒室內壁中間位置與外壁間的距離為10~50mm,波紋板波峰與波谷之間氣膜孔成排設置,具有3~12排,每排氣膜孔的間距在2倍氣膜孔直徑到10倍氣膜孔直徑之間,氣膜孔孔徑范圍為0.5mm~5mm。

說明書

說明書燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁
技術領域
本發明屬于燃氣渦輪發動機技術領域,具體涉及燃氣輪機主燃燒室的壁面,即火焰筒的筒壁。
背景技術
燃氣輪機是現代工業成果的結晶,燃燒室是燃氣輪機的重要部件,燃燒室的主要功能是使燃料的化學能轉化為熱能。燃燒室在燃料燃燒的過程中,常會產生一些問題,如振蕩燃燒現象。振蕩燃燒出現時會伴隨放熱量和壓力的大幅振蕩,產生巨大噪聲,導致燃燒裝置劇烈振動,影響燃燒裝置的正常工作,嚴重時甚至會造成系統部件的損傷破壞。一般來講,當擾動達到化學反應釋放能量的0.1%時,所產生的壓力脈動的振幅就相當于燃燒室平均壓力峰值振幅。這種大幅度的壓力脈動很容易導致結構的嚴重破壞。
在燃氣輪機燃燒室的燃燒過程中,由于燃料燃燒放熱率和聲壓波動的相互作用,會出現熱聲不穩定性現象,其表現為壓力振動增大,產生噪聲,嚴重時可能破壞燃燒室的結構。振蕩燃燒的發生對實際燃燒室的運行和安全性產生很大的影響。振蕩燃燒會導致燃燒室燃燒穩定性下降,嚴重時將直接導致熄火,對燃燒室具有災難性的影響。振蕩燃燒使燃燒狀況惡化,振蕩燃燒引起的壓力脈動有可能破壞燃燒室的結構。因此,國內外不斷進行有關振蕩燃燒的研究,現今在振蕩燃燒的機理研究上已經有不少進步,但是在燃氣輪機主燃燒室振蕩燃燒的預防方面,暫未出現比較理想的方案。
在燃燒系統中,不穩定的熱釋放傳遞能量到聲場,并不一定會導致燃燒不穩定。在聲壓振動與熱釋放率波動相位相差 0~90 度時,只有周期性的熱釋放過程給聲場提供能量的速度快于聲波通過燃燒室的邊界衰減和擴散的能量的速度時,燃燒過程才變得不穩定。
燃燒室內的低頻振蕩燃燒通常是由燃燒室內燃料燃燒放熱率和聲壓波動相互耦合,產生自激振蕩引起的。其一般機理是:如果燃燒放熱速率有一個微小的變化,這個微小的變化會產生聲壓擾動,聲波在燃燒室內傳播,遇到壁面后返回,反過來又影響燃料供應速度,從而使燃燒放熱率再次變化。即燃燒放熱和壓力波動相互影響,當相位恰當時相互激勵,形成正反饋回路。現代的燃氣輪機一般都要求高溫升,而高溫升使得燃氣輪機火焰筒過熱,所以燃燒室壁面一般都會采取一定的冷卻措施。現代的燃氣輪機燃燒室壁面部分采取浮動壁式結構進行冷卻,部分采取迷宮式結構進行冷卻,這兩種冷卻方式雖然都能取得很好的冷卻效果,但是這兩種方式構造的燃燒室壁面結構都相對復雜,加工難度大。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁,該防振隔熱壁能有效預防燃氣輪機主燃燒室內振蕩燃燒現象的發生,并能改善其冷卻效率。
本發明解決上述技術問題采取的技術方案如下:一種燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁,所述防振隔熱壁包括內壁和外壁,所述內壁凹凸不平,所述內壁固定在所述外壁上,兩壁之間形成連通的腔體。
本發明的防振隔熱壁具有雙層結構,兩壁之間形成連通的腔體,便于通入冷氣冷卻,具有較高冷卻效率,本發明通過凹凸不平的內壁,改變了聲波在燃燒室內的反射傳播,從而使聲壓振動與熱釋放速率波動的相位差不會始終保持不變,進而防止振蕩燃燒的出現。
作為本發明的改進:所述內壁上設置有多個氣膜孔,所述氣膜孔與所述腔體連通。冷氣從氣膜孔中流出,將在內壁的內表面處形成一層氣膜,該氣膜可以相對穩定地駐留在內壁內表面的凹陷處,有效地防止了燃氣對燃燒室壁的熱沖蝕,同時,氣膜孔還有利于吸收壓力脈動的振蕩能量。
作為本發明的優選實施方式:所述氣膜孔在靠近燃燒室中心的位置分布較稀疏,在靠近外壁位置分布較密集。凸起位置多開孔,凹陷位置少開孔,可以在氣量不變的情況提高冷卻效率。
作為本發明的推薦實施方式:所述內壁為波紋板,所述氣膜孔在波紋板的波峰位置較密集,在其波谷位置較稀疏。
所述波紋板呈正弦或余弦波結構,由多個橫截面為半圓結構的弧面拼接而成。
所述半圓的半徑變化范圍在10mm~40mm之間,主燃燒室內壁中間位置與外壁間的距離為10~50mm,波紋板波峰與波谷之間氣膜孔成排設置,具有3~12排,每排氣膜孔的間距在2倍氣膜孔直徑到10倍氣膜孔直徑之間,氣膜孔孔徑范圍為0.5mm~5mm。
相對于現有技術,本發明具有如下有益效果:
1)本發明燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁結構簡單,氣路設置也極為便利,氣膜孔的設置也相對容易,具有廣闊的應用前景;
2)本發明通過改變主燃燒室壁面的結構,改變了聲波在主燃燒室內的傳播,進而使聲壓振動與熱釋放速率波動的相位差不會始終保持不變,從而防止了振蕩燃燒的發生;本發明設置氣膜孔,一方面可以吸收壓力脈動的振蕩能量,能一方面可以防止燃氣對燃燒室壁的熱沖蝕,有利于提高發動機的使用壽命。
附圖說明
圖1為本發明較佳實施例的燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁的截面圖(橫截面);
圖2為氣膜孔在波紋板上的排列結構示意圖;
圖3為圖2 中a處的放大圖。
具體實施方式
如圖1、2所示,本實施例的燃氣輪機主燃燒室防振隔熱壁包括內壁1和外壁2,該實施例中內壁1為凹凸不平的波紋板,內壁1固定在外壁2上,兩壁之間形成連通的腔體3。內壁1上設置有多個氣膜孔11,氣膜孔11與腔體3連通,如圖2所示。氣膜孔11在靠近燃燒室中心的波峰位置12處分布較稀疏,在靠近外壁2的波谷位置13分布較密集。
波紋板呈正弦或余弦波結構,由多個橫截面為半圓結構的弧面拼接而成。該波紋板可以為具有縱向波紋的波紋板,也可以為具有橫向波紋的波紋板,圖1中波紋板為具有橫向波紋的波紋板。
上述半圓結構的弧面的半圓的半徑變化范圍在10mm~40mm之間。主燃燒室外壁與內壁中間位置的距離為10~50mm。波紋板波峰12與波谷13之間氣膜孔11成排設置,總排數在3~12排之間,每排氣膜孔11的中心距d在2倍氣膜孔直徑到10倍氣膜孔直徑,氣膜孔11孔徑范圍為0.5mm~5mm,如圖3所示。
本發明的波紋板結構有明顯的強化換熱作用,波紋板結構所帶來的流道波動產生紊流擾動可更好的增加對流換熱。如圖2所示,波紋板上氣膜孔可借助動壓出氣強化溢流換熱,波峰處多開孔,波谷處少開孔,可以在氣量不變的情況提高冷卻效率。
從波紋板上的氣膜孔中流出的冷氣將在波紋板的內壁形成一層氣膜,該氣膜可以相對穩定地駐留在波紋板的波谷里,有效地防止了燃氣對燃燒室壁的熱沖蝕,從而有利于提高發動機的使用壽命。

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