燃气轮机主燃烧室防振隔热壁的制作方法
燃气轮机主燃烧室防振隔热壁的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及燃气轮机主燃烧室的壁面，即火焰筒的筒壁。
【背景技术】
[0002]燃气轮机是现代工业成果的结晶，燃烧室是燃气轮机的重要部件，燃烧室的主要功能是使燃料的化学能转化为热能。燃烧室在燃料燃烧的过程中，常会产生一些问题，如振荡燃烧现象。振荡燃烧出现时会伴随放热量和压力的大幅振荡，产生巨大噪声，导致燃烧装置剧烈振动，影响燃烧装置的正常工作，严重时甚至会造成系统部件的损伤破坏。一般来讲，当扰动达到化学反应释放能量的0.1%时，所产生的压力脉动的振幅就相当于燃烧室平均压力峰值振幅。这种大幅度的压力脉动很容易导致结构的严重破坏。
[0003]在燃气轮机燃烧室的燃烧过程中，由于燃料燃烧放热率和声压波动的相互作用，会出现热声不稳定性现象，其表现为压力振动增大，产生噪声，严重时可能破坏燃烧室的结构。振荡燃烧的发生对实际燃烧室的运行和安全性产生很大的影响。振荡燃烧会导致燃烧室燃烧稳定性下降，严重时将直接导致熄火，对燃烧室具有灾难性的影响。振荡燃烧使燃烧状况恶化，振荡燃烧引起的压力脉动有可能破坏燃烧室的结构。因此，国内外不断进行有关振荡燃烧的研宄，现今在振荡燃烧的机理研宄上已经有不少进步，但是在燃气轮机主燃烧室振荡燃烧的预防方面，暂未出现比较理想的方案。
[0004]在燃烧系统中，不稳定的热释放传递能量到声场，并不一定会导致燃烧不稳定。在声压振动与热释放率波动相位相差0~90度时，只有周期性的热释放过程给声场提供能量的速度快于声波通过燃烧室的边界衰减和扩散的能量的速度时，燃烧过程才变得不稳定。
[0005]燃烧室内的低频振荡燃烧通常是由燃烧室内燃料燃烧放热率和声压波动相互耦合，产生自激振荡引起的。其一般机理是:如果燃烧放热速率有一个微小的变化，这个微小的变化会产生声压扰动，声波在燃烧室内传播，遇到壁面后返回，反过来又影响燃料供应速度，从而使燃烧放热率再次变化。即燃烧放热和压力波动相互影响，当相位恰当时相互激励，形成正反馈回路。现代的燃气轮机一般都要求高温升，而高温升使得燃气轮机火焰筒过热，所以燃烧室壁面一般都会采取一定的冷却措施。现代的燃气轮机燃烧室壁面部分采取浮动壁式结构进行冷却，部分采取迷宫式结构进行冷却，这两种冷却方式虽然都能取得很好的冷却效果，但是这两种方式构造的燃烧室壁面结构都相对复杂，加工难度大。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，该防振隔热壁能有效预防燃气轮机主燃烧室内振荡燃烧现象的发生，并能改善其冷却效率。
[0007]本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下:一种燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，所述防振隔热壁包括内壁和外壁，所述内壁凹凸不平，所述内壁固定在所述外壁上，两壁之间形成连通的腔体。
[0008]本发明的防振隔热壁具有双层结构，两壁之间形成连通的腔体，便于通入冷气冷却，具有较高冷却效率，本发明通过凹凸不平的内壁，改变了声波在燃烧室内的反射传播，从而使声压振动与热释放速率波动的相位差不会始终保持不变，进而防止振荡燃烧的出现。
[0009]作为本发明的改进:所述内壁上设置有多个气膜孔，所述气膜孔与所述腔体连通。冷气从气膜孔中流出，将在内壁的内表面处形成一层气膜，该气膜可以相对稳定地驻留在内壁内表面的凹陷处，有效地防止了燃气对燃烧室壁的热冲蚀，同时，气膜孔还有利于吸收压力脉动的振荡能量。
[0010]作为本发明的优选实施方式:所述气膜孔在靠近燃烧室中心的位置分布较稀疏，在靠近外壁位置分布较密集。凸起位置多开孔，凹陷位置少开孔，可以在气量不变的情况提高冷却效率。
[0011]作为本发明的推荐实施方式:所述内壁为波纹板，所述气膜孔在波纹板的波峰位置较密集，在其波谷位置较稀疏。
[0012]所述波纹板呈正弦或余弦波结构，由多个横截面为半圆结构的弧面拼接而成。
[0013]所述半圆的半径变化范围在10mm~40mm之间，主燃烧室内壁中间位置与外壁间的距离为10~50mm，波纹板波峰与波谷之间气膜孔成排设置，具有3~12排，每排气膜孔的间距在2倍气膜孔直径到10倍气膜孔直径之间，气膜孔孔径范围为0.5mm~5mm。
[0014]相对于现有技术，本发明具有如下有益效果:
1)本发明燃气轮机主燃烧室防振隔热壁结构简单，气路设置也极为便利，气膜孔的设置也相对容易，具有广阔的应用前景；
2)本发明通过改变主燃烧室壁面的结构，改变了声波在主燃烧室内的传播，进而使声压振动与热释放速率波动的相位差不会始终保持不变，从而防止了振荡燃烧的发生；本发明设置气膜孔，一方面可以吸收压力脉动的振荡能量，能一方面可以防止燃气对燃烧室壁的热冲蚀，有利于提尚发动机的使用寿命。
【附图说明】
[0015]图1为本发明较佳实施例的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁的截面图(横截面)；
图2为气膜孔在波纹板上的排列结构示意图；
图3为图2中a处的放大图。
【具体实施方式】
[0016]如图1、2所示，本实施例的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁包括内壁I和外壁2，该实施例中内壁I为凹凸不平的波纹板，内壁I固定在外壁2上，两壁之间形成连通的腔体3。内壁I上设置有多个气膜孔11，气膜孔11与腔体3连通，如图2所示。气膜孔11在靠近燃烧室中心的波峰位置12处分布较稀疏，在靠近外壁2的波谷位置13分布较密集。
[0017]波纹板呈正弦或余弦波结构，由多个横截面为半圆结构的弧面拼接而成。该波纹板可以为具有纵向波纹的波纹板，也可以为具有横向波纹的波纹板，图1中波纹板为具有横向波纹的波纹板。
[0018]上述半圆结构的弧面的半圆的半径变化范围在10mm~40mm之间。主燃烧室外壁与内壁中间位置的距离为10~50mm。波纹板波峰12与波谷13之间气膜孔11成排设置，总排数在3~12排之间，每排气膜孔11的中心距d在2倍气膜孔直径到10倍气膜孔直径，气膜孔11孔径范围为0.5mm~5mm,如图3所示。
[0019]本发明的波纹板结构有明显的强化换热作用，波纹板结构所带来的流道波动产生紊流扰动可更好的增加对流换热。如图2所示，波纹板上气膜孔可借助动压出气强化溢流换热，波峰处多开孔，波谷处少开孔，可以在气量不变的情况提高冷却效率。
[0020]从波纹板上的气膜孔中流出的冷气将在波纹板的内壁形成一层气膜，该气膜可以相对稳定地驻留在波纹板的波谷里，有效地防止了燃气对燃烧室壁的热冲蚀，从而有利于提尚发动机的使用寿命。
【主权项】
1.一种燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述防振隔热壁包括内壁和外壁，所述内壁凹凸不平，所述内壁固定在所述外壁上，两壁之间形成连通的腔体。2.根据权利要求1所述的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述内壁上设置有多个气膜孔，所述气膜孔与所述腔体连通。3.根据权利要求2所述的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述气膜孔在靠近燃烧室中心的位置分布较稀疏，在靠近外壁位置分布较密集。4.根据权利要求3所述的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述内壁为波纹板，所述气膜孔在波纹板的波峰位置较密集，在其波谷位置较稀疏。5.根据权利要求4所述的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述波纹板呈正弦或余弦波结构，由多个横截面为半圆结构的弧面拼接而成。6.根据权利要求5所述的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述半圆的半径变化范围在10mm~40mm之间，主燃烧室内壁中间位置与外壁间的距离为10~50mm，波纹板波峰与波谷之间气膜孔成排设置，具有3~12排，每排气膜孔的间距在2倍气膜孔直径到10倍气膜孔直径之间，气膜孔孔径范围为0.5mm~5mm。
【专利摘要】一种燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，防振隔热壁包括内壁和外壁，内壁凹凸不平，内壁固定在外壁上，两壁之间形成连通的腔体；内壁上设置有多个气膜孔，气膜孔与腔体连通；气膜孔在靠近燃烧室中心的位置分布较稀疏，在靠近外壁位置分布较密集。本发明燃气轮机主燃烧室防振隔热壁结构简单，气路设置也极为便利，气膜孔的设置也相对容易，具有广阔的应用前景；本发明通过改变主燃烧室壁面的结构，改变了声波在主燃烧室内的传播，进而使声压振动与热释放速率波动的相位差不会始终保持不变，从而防止了振荡燃烧的发生；本发明设置气膜孔，一方面可以吸收压力脉动的振荡能量，能一方面可以防止燃气对燃烧室壁的热冲蚀，有利于提高发动机的使用寿命。
【IPC分类】F23R3/42
【公开号】CN104896514
【申请号】CN201510240113
【发明人】刘石, 尹洪, 张楚, 肖小清, 田丰, 谭金, 杨省喆, 张群
【申请人】广东电网有限责任公司电力科学研究院, 西北工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月13日
【技术领域】
[0001]本发明属于燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及燃气轮机主燃烧室的壁面，即火焰筒的筒壁。
【背景技术】
[0002]燃气轮机是现代工业成果的结晶，燃烧室是燃气轮机的重要部件，燃烧室的主要功能是使燃料的化学能转化为热能。燃烧室在燃料燃烧的过程中，常会产生一些问题，如振荡燃烧现象。振荡燃烧出现时会伴随放热量和压力的大幅振荡，产生巨大噪声，导致燃烧装置剧烈振动，影响燃烧装置的正常工作，严重时甚至会造成系统部件的损伤破坏。一般来讲，当扰动达到化学反应释放能量的0.1%时，所产生的压力脉动的振幅就相当于燃烧室平均压力峰值振幅。这种大幅度的压力脉动很容易导致结构的严重破坏。
[0003]在燃气轮机燃烧室的燃烧过程中，由于燃料燃烧放热率和声压波动的相互作用，会出现热声不稳定性现象，其表现为压力振动增大，产生噪声，严重时可能破坏燃烧室的结构。振荡燃烧的发生对实际燃烧室的运行和安全性产生很大的影响。振荡燃烧会导致燃烧室燃烧稳定性下降，严重时将直接导致熄火，对燃烧室具有灾难性的影响。振荡燃烧使燃烧状况恶化，振荡燃烧引起的压力脉动有可能破坏燃烧室的结构。因此，国内外不断进行有关振荡燃烧的研宄，现今在振荡燃烧的机理研宄上已经有不少进步，但是在燃气轮机主燃烧室振荡燃烧的预防方面，暂未出现比较理想的方案。
[0004]在燃烧系统中，不稳定的热释放传递能量到声场，并不一定会导致燃烧不稳定。在声压振动与热释放率波动相位相差0~90度时，只有周期性的热释放过程给声场提供能量的速度快于声波通过燃烧室的边界衰减和扩散的能量的速度时，燃烧过程才变得不稳定。
[0005]燃烧室内的低频振荡燃烧通常是由燃烧室内燃料燃烧放热率和声压波动相互耦合，产生自激振荡引起的。其一般机理是:如果燃烧放热速率有一个微小的变化，这个微小的变化会产生声压扰动，声波在燃烧室内传播，遇到壁面后返回，反过来又影响燃料供应速度，从而使燃烧放热率再次变化。即燃烧放热和压力波动相互影响，当相位恰当时相互激励，形成正反馈回路。现代的燃气轮机一般都要求高温升，而高温升使得燃气轮机火焰筒过热，所以燃烧室壁面一般都会采取一定的冷却措施。现代的燃气轮机燃烧室壁面部分采取浮动壁式结构进行冷却，部分采取迷宫式结构进行冷却，这两种冷却方式虽然都能取得很好的冷却效果，但是这两种方式构造的燃烧室壁面结构都相对复杂，加工难度大。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，该防振隔热壁能有效预防燃气轮机主燃烧室内振荡燃烧现象的发生，并能改善其冷却效率。
[0007]本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下:一种燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，所述防振隔热壁包括内壁和外壁，所述内壁凹凸不平，所述内壁固定在所述外壁上，两壁之间形成连通的腔体。
[0008]本发明的防振隔热壁具有双层结构，两壁之间形成连通的腔体，便于通入冷气冷却，具有较高冷却效率，本发明通过凹凸不平的内壁，改变了声波在燃烧室内的反射传播，从而使声压振动与热释放速率波动的相位差不会始终保持不变，进而防止振荡燃烧的出现。
[0009]作为本发明的改进:所述内壁上设置有多个气膜孔，所述气膜孔与所述腔体连通。冷气从气膜孔中流出，将在内壁的内表面处形成一层气膜，该气膜可以相对稳定地驻留在内壁内表面的凹陷处，有效地防止了燃气对燃烧室壁的热冲蚀，同时，气膜孔还有利于吸收压力脉动的振荡能量。
[0010]作为本发明的优选实施方式:所述气膜孔在靠近燃烧室中心的位置分布较稀疏，在靠近外壁位置分布较密集。凸起位置多开孔，凹陷位置少开孔，可以在气量不变的情况提高冷却效率。
[0011]作为本发明的推荐实施方式:所述内壁为波纹板，所述气膜孔在波纹板的波峰位置较密集，在其波谷位置较稀疏。
[0012]所述波纹板呈正弦或余弦波结构，由多个横截面为半圆结构的弧面拼接而成。
[0013]所述半圆的半径变化范围在10mm~40mm之间，主燃烧室内壁中间位置与外壁间的距离为10~50mm，波纹板波峰与波谷之间气膜孔成排设置，具有3~12排，每排气膜孔的间距在2倍气膜孔直径到10倍气膜孔直径之间，气膜孔孔径范围为0.5mm~5mm。
[0014]相对于现有技术，本发明具有如下有益效果:
1)本发明燃气轮机主燃烧室防振隔热壁结构简单，气路设置也极为便利，气膜孔的设置也相对容易，具有广阔的应用前景；
2)本发明通过改变主燃烧室壁面的结构，改变了声波在主燃烧室内的传播，进而使声压振动与热释放速率波动的相位差不会始终保持不变，从而防止了振荡燃烧的发生；本发明设置气膜孔，一方面可以吸收压力脉动的振荡能量，能一方面可以防止燃气对燃烧室壁的热冲蚀，有利于提尚发动机的使用寿命。
【附图说明】
[0015]图1为本发明较佳实施例的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁的截面图(横截面)；
图2为气膜孔在波纹板上的排列结构示意图；
图3为图2中a处的放大图。
【具体实施方式】
[0016]如图1、2所示，本实施例的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁包括内壁I和外壁2，该实施例中内壁I为凹凸不平的波纹板，内壁I固定在外壁2上，两壁之间形成连通的腔体3。内壁I上设置有多个气膜孔11，气膜孔11与腔体3连通，如图2所示。气膜孔11在靠近燃烧室中心的波峰位置12处分布较稀疏，在靠近外壁2的波谷位置13分布较密集。
[0017]波纹板呈正弦或余弦波结构，由多个横截面为半圆结构的弧面拼接而成。该波纹板可以为具有纵向波纹的波纹板，也可以为具有横向波纹的波纹板，图1中波纹板为具有横向波纹的波纹板。
[0018]上述半圆结构的弧面的半圆的半径变化范围在10mm~40mm之间。主燃烧室外壁与内壁中间位置的距离为10~50mm。波纹板波峰12与波谷13之间气膜孔11成排设置，总排数在3~12排之间，每排气膜孔11的中心距d在2倍气膜孔直径到10倍气膜孔直径，气膜孔11孔径范围为0.5mm~5mm,如图3所示。
[0019]本发明的波纹板结构有明显的强化换热作用，波纹板结构所带来的流道波动产生紊流扰动可更好的增加对流换热。如图2所示，波纹板上气膜孔可借助动压出气强化溢流换热，波峰处多开孔，波谷处少开孔，可以在气量不变的情况提高冷却效率。
[0020]从波纹板上的气膜孔中流出的冷气将在波纹板的内壁形成一层气膜，该气膜可以相对稳定地驻留在波纹板的波谷里，有效地防止了燃气对燃烧室壁的热冲蚀，从而有利于提尚发动机的使用寿命。
【主权项】
1.一种燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述防振隔热壁包括内壁和外壁，所述内壁凹凸不平，所述内壁固定在所述外壁上，两壁之间形成连通的腔体。2.根据权利要求1所述的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述内壁上设置有多个气膜孔，所述气膜孔与所述腔体连通。3.根据权利要求2所述的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述气膜孔在靠近燃烧室中心的位置分布较稀疏，在靠近外壁位置分布较密集。4.根据权利要求3所述的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述内壁为波纹板，所述气膜孔在波纹板的波峰位置较密集，在其波谷位置较稀疏。5.根据权利要求4所述的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述波纹板呈正弦或余弦波结构，由多个横截面为半圆结构的弧面拼接而成。6.根据权利要求5所述的燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，其特征在于，所述半圆的半径变化范围在10mm~40mm之间，主燃烧室内壁中间位置与外壁间的距离为10~50mm，波纹板波峰与波谷之间气膜孔成排设置，具有3~12排，每排气膜孔的间距在2倍气膜孔直径到10倍气膜孔直径之间，气膜孔孔径范围为0.5mm~5mm。
【专利摘要】一种燃气轮机主燃烧室防振隔热壁，防振隔热壁包括内壁和外壁，内壁凹凸不平，内壁固定在外壁上，两壁之间形成连通的腔体；内壁上设置有多个气膜孔，气膜孔与腔体连通；气膜孔在靠近燃烧室中心的位置分布较稀疏，在靠近外壁位置分布较密集。本发明燃气轮机主燃烧室防振隔热壁结构简单，气路设置也极为便利，气膜孔的设置也相对容易，具有广阔的应用前景；本发明通过改变主燃烧室壁面的结构，改变了声波在主燃烧室内的传播，进而使声压振动与热释放速率波动的相位差不会始终保持不变，从而防止了振荡燃烧的发生；本发明设置气膜孔，一方面可以吸收压力脉动的振荡能量，能一方面可以防止燃气对燃烧室壁的热冲蚀，有利于提高发动机的使用寿命。
【IPC分类】F23R3/42
【公开号】CN104896514
【申请号】CN201510240113
【发明人】刘石, 尹洪, 张楚, 肖小清, 田丰, 谭金, 杨省喆, 张群
【申请人】广东电网有限责任公司电力科学研究院, 西北工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月13日
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