双层壁小弯管及回流燃烧室制造技术

本发明专利技术公开了一种双层壁小弯管及及回流燃烧室，包括间隔布设的内壁及外壁，内壁上靠近火焰筒的一端与外壁上靠近火焰筒的一端连接，内壁与外壁围成用于形成冷却气膜的空腔，外壁上开设有n排用于向空腔通入冷却气体的冲击冷却孔，每排冲击冷却孔沿外壁的周向方向均匀布设，且孔径一致，n排冲击冷却孔的孔径自外壁靠近火焰筒的一端向远离火焰筒的一端逐排增大，以使得冲击内壁的冷却气体流量随着远离火焰筒而逐排增加；能有效降低内壁末段的最高壁面温度，减少双层壁小弯管烧蚀及变形不均，延长使用寿命，同时能有效的解决不同振动下和热膨胀变形下的小弯管与机匣之间的漏气问题，保证密封。保证密封。保证密封。

【技术实现步骤摘要】
双层壁小弯管及回流燃烧室


[0001]本专利技术涉及燃气轮机
，特别地，涉及一种双层壁小弯管。此外，本专利技术还涉及一种包括上述双层壁小弯管的回流燃烧室。

技术介绍

[0002]回流燃烧室主要由机匣、大弯管、小弯管、火焰筒、喷嘴等结构组成。其中，在现代中小型燃气轮机回流燃烧室的结构中，小弯管是燃气轮机回流燃烧室的关键部件，其主要功能是将高温燃气的流动方向回转180
°
，同时辅助调节燃烧室出口的燃气温度。在结构上，小弯管一般为薄壁零件，曲率较大；在工作环境上，小弯管在燃气涡轮发动机内长时间工作于高温区域，承受很高的热载荷。
[0003]目前回流燃烧室的小弯管通常采用单层壁或双层壁结构。如图1所示，单层壁小弯管通常与火焰筒内环连接为一体结构，其承受着较大的热应力和机械应力，而单层壁小弯管通常采用传统的气膜冷却，冷却效率较低，小弯管容易发生烧蚀及变形问题，因此该结构在强度上难以保证安全。而双层壁小弯管，虽同样与火焰筒内环连接为一整体结构，但其由于增加了一层外层壁，可有效提高小弯管的强度和刚度，因此双层壁小弯管得到了广泛的应用。
[0004]如图2所示，现有的回流燃烧室双层壁小弯管采用纯冲击冷却方式，冲击冷却孔开设于小弯管的外壁上，所有冲击冷却孔均匀分布且孔径相同，内壁不开孔，冷却气体通过冲击冷却孔直接作用于小弯管的内壁上，达到降低温度的效果。而随着中小型燃气轮机的温升指标要求增加，回流燃烧室双层壁小弯管的内壁承受的热载荷也同步提升，使得小弯管内壁的热侧壁温增加，一方面，由于沿高温燃气的流动方向，燃气温度在小弯管的弧形型面自上向下(将小弯管靠近火焰筒的一端定义为上段，小弯管靠近内机匣的一端定义为下段)逐渐升高，冷却气体通过均匀分布的冲击孔形成的冷却气膜并不足够冷却小弯管内壁下端的壁面温度，会存在因燃气温度过高，小弯管下端的冲击冷却孔通入的冷却气体流量不足，而导致小弯管内壁的内侧面(热侧面)下段温度较上段温度高的问题；另一方面，双层壁小弯管的内、外壁间的冲击间距过大或过小，均会导致冷却气体通过冲击冷却孔后形成的气膜不能完全覆盖整个小弯管内壁的外侧面，导致双层壁内壁的内侧面(热侧面)温度过高。综合上述原因，在长期的热燃气的冲刷中，小弯管内壁的壁温分布沿高温燃气的流动方向呈现“上冷下热”的分布趋势，在下段尤其是末端容易出现局部高温热斑峰值、壁温过高，容易造成小弯管烧蚀的问题；同时小弯管内、外壁的温差过大，长时间使用变形后，也容易造成受小弯管热变形不均匀，导致小弯管和机匣之间的漏气，影响小弯管的使用寿命。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种双层壁小弯管及回流燃烧室，以解决现有的燃气轮机燃烧室双层壁小弯管内壁面末段温度过高，易造成小弯管烧蚀；小弯管长时间使用变形后，易造成受小弯管热变形不均匀，导致小弯管和机匣之间的漏气的技术问题。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供一种双层壁小弯管，包括间隔布设的内壁及外壁，内壁上靠近火焰筒的一端与外壁上靠近火焰筒的一端连接，内壁与外壁围成用于形成冷却气膜的空腔，外壁上开设有n排用于向空腔通入冷却气体的冲击冷却孔，每排冲击冷却孔沿外壁的周向方向均匀布设，且孔径一致，n排冲击冷却孔的孔径自外壁靠近火焰筒的一端向远离火焰筒的一端逐排增大，以使得冲击内壁的冷却气体流量随着远离火焰筒而逐排增加。
[0007]进一步地，内壁与外壁的冲击间距为2～2.5mm。
[0008]进一步地，冲击冷却孔的轴心线与外壁的内壁面垂直布设。
[0009]进一步地，相邻的两排冲击冷却孔的中心点沿外壁的弧形型面的径向方向的间距相同。
[0010]进一步地，冲击冷却孔为圆孔，或喇叭孔，喇叭孔在外壁内侧面上的孔径大于外壁外侧面上的孔径。
[0011]进一步地，冲击冷却孔的孔径Φ为0.5～1mm，n排冲击冷却孔沿高温燃气的流动方向依次布设，相邻的两排冲击冷却孔的孔径之间满足Φ
n
＝Φ
n
‑1+d，其中Φ
n
为第n排冲击冷却孔的孔径，Φ
n
‑1为第n
‑
1排冲击冷却孔的孔径，d为孔径增加量，d的范围为0.05～0.1mm。
[0012]进一步地，外壁的远离火焰筒的一端上开设有密封环安装槽，密封环安装槽内嵌设有用于密封外壁与内机匣之间间隙的密封环。
[0013]进一步地，密封环上布设有可调间隙的接缝结构，
[0014]接缝结构包括布设于密封环一端上的第一嵌合凸部及第一嵌合凹部，接缝结构还包括布设于密封环另一端上的用于与第一嵌合凸部嵌合的第二嵌合凹部及与第一嵌合凹部嵌合的第二嵌合凸部，以保证在不同的振动情况下密封环能密封外壁与内机匣之间间隙。
[0015]进一步地，第一嵌合凸部的截面形状包括第一倾斜密封段、用于抵接密封环安装槽的第一直边密封段及用于抵接内机匣的第二直边密封段，第二嵌合凹部的截面形状与第一嵌合凸部的截面形状相匹配，第二嵌合凸部的截面形状包括与第一倾斜密封段相匹配的第二倾斜密封段、用于抵接密封环安装槽的第三直边密封段及用于抵接内机匣的第四直边密封段，第一嵌合凹部的截面形状与第二嵌合凸部的截面形状相匹配。
[0016]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种回流燃烧室，其包括上述双层壁小弯管。
[0017]本专利技术具有以下有益效果：
[0018]本专利技术的双层壁小弯管在使用时，冷却气体通过外壁上的冲击冷却孔进入空腔，由于冷却气体射流速度较快，冷却气体会直接冲击作用于内壁的外侧面，冲击换热达到冷却内壁并降温的作用；同一排上的冲击冷却孔沿外壁的周向方向均匀布设，且同一排上的冲击冷却孔的孔径相同，能保证同一排冲击冷却孔对内壁周向方向的冷却效果相同，使得内壁周向的温度均匀；n排冲击冷却孔的孔径自外壁靠近火焰筒的一端向远离火焰筒的一端逐排增大，使得进入第n排冲击冷却孔的冷却气体流量要多于进入第n
‑
1排冲击冷却孔的冷却气体流量，冷却气体流量与内壁的壁温分布呈现“上冷下热”的分布趋势相对应，能高效地降低内壁下端的温度，一方面能减少烧蚀，使得双层壁小弯管能承受更高温度的燃气，另一方面，使得内壁的整体温度均匀，避免内壁上出现局部高温，导致形变量不一致而开裂，从而延长使用寿命；由于对内壁下端进行了高效降温，使得内壁整体的温度降低，又能减小内壁与外壁的温差，从而解决双层壁小弯管受热变形不均匀，导致小弯管和机匣之间
的漏气的问题；双层壁小弯管在不增加冷却气体总流量的前提下，冲击冷却孔采用沿高温燃气的流动方向“渐进扩张式”的分配方式，通过减少小弯管内壁上段及中段的冲击冷却气量，来增加小弯管内壁末段的冲击冷却气量，实现更加合理地分配冲击冷却气体的流量，结构简单，加工难度低，能有效降低内壁末段的最高壁面温度，减少双层壁小弯管烧蚀及变形不均，保证密封效果，延长使用寿命。
[0019]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层壁小弯管，其特征在于，包括间隔布设的内壁(10)及外壁(20)，内壁(10)上靠近火焰筒的一端与外壁(20)上靠近火焰筒的一端连接，内壁(10)与外壁(20)围成用于形成冷却气膜的空腔(30)，外壁(20)上开设有n排用于向空腔(30)通入冷却气体的冲击冷却孔(201)，每排冲击冷却孔(201)沿外壁(20)的周向方向均匀布设，且孔径一致，n排冲击冷却孔(201)的孔径自外壁(20)靠近火焰筒的一端向远离火焰筒的一端逐排增大，以使得冲击内壁(10)的冷却气体流量随着远离火焰筒而逐排增加。2.根据权利要求1所述的双层壁小弯管，其特征在于，内壁(10)与外壁(20)的冲击间距为2～2.5mm。3.根据权利要求1所述的双层壁小弯管，其特征在于，冲击冷却孔(201)的轴心线与外壁(20)的内壁面垂直布设。4.根据权利要求1所述的双层壁小弯管，其特征在于，相邻的两排冲击冷却孔(201)的中心点沿外壁(20)的弧形型面的径向方向的间距相同。5.根据权利要求1所述的双层壁小弯管，其特征在于，冲击冷却孔(201)为圆孔，或冲击冷却孔(201)为喇叭孔，喇叭孔在外壁(20)内侧面上的孔径大于外壁(20)外侧面上的孔径。6.根据权利要求1至5中任一项所述的双层壁小弯管，其特征在于，冲击冷却孔(201)的孔径Φ为0.5～1mm，n排冲击冷却孔(201)沿高温燃气的流动方向依次布设，相邻的两排冲击冷却孔(201)的孔径之间满足Φ
n
＝Φ
n
‑1+d，其中Φ
n
为第n排冲击冷却孔(201)的孔径，Φ
n
‑1为第n
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松，张靖旋，李概奇，黄伟，吴志娟，王翔，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：