一种采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室的制作方法
一种采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种具有防振结构的燃气轮机燃烧室，本发明防振结构可适用于M701F燃气轮机燃烧室。
【背景技术】
[0002]目前，现代工业燃气轮机不稳定燃烧现象较为普遍。对于市场上现役的M701F燃气涡轮发动机燃烧室，火焰时常有闪烁、抖动，伴有强烈声振现象，即振荡燃烧现象，燃烧室内的压力脉冲有时会很大。高频尖嘯声振极易损害发动机零件，目前发生时都是采取紧急停车作应急处理。这对发动机有很大危害，因此迫切需要在该燃气轮机燃烧室上采用新型高效的防振技术。
[0003]从物理本质上来看，振荡燃烧的振动频率谱段均落在声振波段内，故在空气中均以声音的形式向外传播。所以解决不稳定燃烧问题通常就是解决燃烧过程中燃烧室内声学特性耦合的声学不稳定性问题。目前，解决燃烧室燃烧不稳定问题采用的措施有:提高喷嘴压降，以改善混合雾化效果；改进喷嘴设计，以改变燃气振荡频率等。
[0004]本发明通过一种声衬与声腔组合的方式，使燃烧室内声阻与非线性效应显著降低，使燃烧室内压力振荡很快衰减至接近于零，燃烧稳定性大大提高。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种燃烧稳定性高的工业燃气轮机燃烧室。
[0006]本发明通过如下技术方案解决其技术问题:一种采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，所述燃烧室包括火焰筒，所述火焰筒的一端为设有喷嘴的端板，其特征在于，在所述火焰筒的内壁面上设有多个声衬，所述声衬为位于所述火焰筒筒壁内与所述火焰筒内部连通的腔体，所述火焰筒的内壁上和所述端板的内侧还分别设有声腔，所述声腔靠近所述筒壁与所述端板的连接部位设置成圈，所述声腔为上端边缘凸出于相应表面形成凸环结构的的凹槽。
[0007]所述凸环结构为圆环，均匀的分割成5或6瓣。
[0008]所述声腔由上而下直径逐渐缩小。
[0009]所述火焰筒的筒壁由外壳、烧蚀衬底和位于所述外壳与烧蚀衬底之间紧贴外壳设置的绝热层组成，所述腔体设于所述烧蚀衬底内，连接所述绝热层。
[0010]所述腔体为谐振腔，所述谐振腔通过腔孔与火焰筒内部连通，所述谐振腔的截面面积是所述腔孔截面面积的2-6倍。
[0011]所述腔孔与所述谐振腔的连接部位经倒圆角处理，倒圆半径范围为l-10mm。
[0012]相邻两腔孔的边缘间距为其半径的1-10倍。
[0013]所述谐振腔在所述火焰筒筒壁上沿周向设置，沿轴向排列。
[0014]相对于现有技术，本发明具有如下有益效果:采用本发明声衬与声腔组合防振结构的燃烧室可以有效地避免燃烧室内波与波的耦合，使燃烧室内声阻与非线性效应显著降低，克服了燃烧室内横向和纵向的振荡燃烧，使燃烧室压力振荡很快衰减至接近于零，使燃烧室燃烧稳定性大大提高。
【附图说明】
[0015]图1为本发明燃烧室的结构示意图；
图2为本发明较佳实施例的声衬的结构示意图；
图3为本发明较佳实施例的声腔的结构示意图；
图4为本发明较佳实施例的声腔的设置位置示意图；
图5为图4的局部放大图。
【具体实施方式】
[0016]现结合实施例和附图对本发明作进一步描述:
如图1所示，燃烧室包括燃烧室端盖11、燃烧室外缸12、火焰筒吊环1、连接块2、火焰筒3。燃烧室端盖11与燃烧室外缸12相连，火焰筒3位于燃烧室外缸12内，火焰筒3通常具有若干个，图1中只画出了一个。火焰筒3的左端为设有喷嘴5、6的端板，火焰筒3通过连接块2与火焰筒吊环I相连，并通过火焰筒吊环I与燃烧室端盖11相连。
[0017]本发明改进了燃烧室火焰筒3的结构，从而改进燃烧室燃烧的稳定性。如图2所示，火焰筒3的筒壁由外壳31、烧蚀衬底33和位于外壳31与烧蚀衬底33之间、紧贴外壳31设置的绝热层32组成。本发明在火焰筒3的内壁面上设有多个声衬，声衬为设于火焰筒3筒壁的烧蚀衬底33内的腔体，称该腔体为谐振腔34，谐振腔34底部连接绝热层32，顶部通过腔孔35与火焰筒3内部连通。谐振腔34在火焰筒3筒壁上沿周向设置，沿轴向排列。谐振腔34的截面面积是腔孔35截面面积的2-6倍。相邻两腔孔35的边缘间距为其半径的1-10倍。腔孔35与谐振腔34的连接部位经倒圆角处理，倒圆半径范围为l-10mm。腔孔35与谐振腔34的连接部位经倒圆角处理使燃烧室内声阻与非线性效应显著降低。
[0018]如图3、4所示，火焰筒3的内壁上和端板4的内侧还分别设有声腔7(图中只画出了端板4上的声腔7)，声腔7靠近火焰筒3筒壁与端板4的连接部位设置成圈，声腔7为上端边缘凸出于相应表面形成凸环结构的的凹槽，即声腔7下部伸入相应表面内，上部凸出于相应表面。凸环结构为圆环，被均匀的分割成5瓣。声腔7由上而下直径逐渐缩小。
[0019]当燃烧室内产生压力波后，入射波冲击火焰筒3的烧蚀衬底33，其中一部分通过腔孔35进入谐振腔34，失去一部分能量；返回燃烧区的反射波的能量低于入射波，并与入射波异相，从而可以避免波于波的耦合，提高燃烧室的燃烧稳定性。火焰筒3头部的声腔7像一个个贮能器一样，当火焰筒3内压力降低时，声腔7中的介质流出来补充到火焰筒3中；当火焰筒3内压力升高时，声腔7又吸收介质把多余的能量贮存起来。声腔7上分割开的圆环对旋转波形成有效的耗散，使声腔7对不同振型的燃烧振荡均有明显的抑制作用。另外，声腔7位于端板4上喷嘴周围的压力波腹位置上，使燃烧室压力振荡很快衰减至接近于零，使燃烧稳定性得到大大提高。
【主权项】
1.一种采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，所述燃烧室包括火焰筒，所述火焰筒的一端为设有喷嘴的端板，其特征在于，在所述火焰筒的内壁面上设有多个声衬，所述声衬为位于所述火焰筒筒壁内与所述火焰筒内部连通的腔体，所述火焰筒的内壁上和所述端板的内侧还分别设有声腔，所述声腔靠近所述筒壁与所述端板的连接部位设置成圈，所述声腔为上端边缘凸出于相应表面形成凸环结构的的凹槽。2.根据权利要求1所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述凸环结构为圆环，均匀的分割成5或6瓣。3.根据权利要求2所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述声腔由上而下直径逐渐缩小。4.根据权利要求1~3任一项权利要求所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述腔体为谐振腔，所述谐振腔通过腔孔与火焰筒内部连通，所述谐振腔的截面面积是所述腔孔截面面积的2-6倍。5.根据权利要求4所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述腔孔与所述谐振腔的连接部位经倒圆角处理，倒圆半径范围为l-10mm。6.根据权利要求5所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，相邻两腔孔的边缘间距为其半径的1-10倍。7.根据权利要求6所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述谐振腔在所述火焰筒筒壁上沿周向设置，沿轴向排列。8.根据权利要求7所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述火焰筒的筒壁由外壳、烧蚀衬底和位于所述外壳与烧蚀衬底之间紧贴外壳设置的绝热层组成，所述腔体设于所述烧蚀衬底内，连接所述绝热层。
【专利摘要】一种采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，所述燃烧室包括火焰筒，所述火焰筒的一端为设有喷嘴的端板，在所述火焰筒的内壁面上设有多个声衬，所述声衬为位于所述火焰筒筒壁内与所述火焰筒内部连通的腔体，所述火焰筒的内壁上和所述端板的内侧还分别设有声腔，所述声腔靠近所述筒壁与所述端板的连接部位设置成圈，所述声腔为上端边缘凸出于相应表面形成凸环结构的凹槽。采用本发明声衬与声腔组合防振结构的燃烧室可以有效地避免燃烧室内波与波的耦合，使燃烧室内声阻与非线性效应显著降低，克服了燃烧室内横向和纵向的振荡燃烧，使燃烧室压力振荡很快衰减至接近于零，使燃烧室燃烧稳定性大大提高。
【IPC分类】F23R3/42
【公开号】CN104896513
【申请号】CN201510240089
【发明人】邓小文, 杨毅, 高庆水, 冯永新, 蔡笋, 刘石, 徐广文, 闫东博, 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领域，具体涉及一种具有防振结构的燃气轮机燃烧室，本发明防振结构可适用于M701F燃气轮机燃烧室。
【背景技术】
[0002]目前，现代工业燃气轮机不稳定燃烧现象较为普遍。对于市场上现役的M701F燃气涡轮发动机燃烧室，火焰时常有闪烁、抖动，伴有强烈声振现象，即振荡燃烧现象，燃烧室内的压力脉冲有时会很大。高频尖嘯声振极易损害发动机零件，目前发生时都是采取紧急停车作应急处理。这对发动机有很大危害，因此迫切需要在该燃气轮机燃烧室上采用新型高效的防振技术。
[0003]从物理本质上来看，振荡燃烧的振动频率谱段均落在声振波段内，故在空气中均以声音的形式向外传播。所以解决不稳定燃烧问题通常就是解决燃烧过程中燃烧室内声学特性耦合的声学不稳定性问题。目前，解决燃烧室燃烧不稳定问题采用的措施有:提高喷嘴压降，以改善混合雾化效果；改进喷嘴设计，以改变燃气振荡频率等。
[0004]本发明通过一种声衬与声腔组合的方式，使燃烧室内声阻与非线性效应显著降低，使燃烧室内压力振荡很快衰减至接近于零，燃烧稳定性大大提高。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种燃烧稳定性高的工业燃气轮机燃烧室。
[0006]本发明通过如下技术方案解决其技术问题:一种采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，所述燃烧室包括火焰筒，所述火焰筒的一端为设有喷嘴的端板，其特征在于，在所述火焰筒的内壁面上设有多个声衬，所述声衬为位于所述火焰筒筒壁内与所述火焰筒内部连通的腔体，所述火焰筒的内壁上和所述端板的内侧还分别设有声腔，所述声腔靠近所述筒壁与所述端板的连接部位设置成圈，所述声腔为上端边缘凸出于相应表面形成凸环结构的的凹槽。
[0007]所述凸环结构为圆环，均匀的分割成5或6瓣。
[0008]所述声腔由上而下直径逐渐缩小。
[0009]所述火焰筒的筒壁由外壳、烧蚀衬底和位于所述外壳与烧蚀衬底之间紧贴外壳设置的绝热层组成，所述腔体设于所述烧蚀衬底内，连接所述绝热层。
[0010]所述腔体为谐振腔，所述谐振腔通过腔孔与火焰筒内部连通，所述谐振腔的截面面积是所述腔孔截面面积的2-6倍。
[0011]所述腔孔与所述谐振腔的连接部位经倒圆角处理，倒圆半径范围为l-10mm。
[0012]相邻两腔孔的边缘间距为其半径的1-10倍。
[0013]所述谐振腔在所述火焰筒筒壁上沿周向设置，沿轴向排列。
[0014]相对于现有技术，本发明具有如下有益效果:采用本发明声衬与声腔组合防振结构的燃烧室可以有效地避免燃烧室内波与波的耦合，使燃烧室内声阻与非线性效应显著降低，克服了燃烧室内横向和纵向的振荡燃烧，使燃烧室压力振荡很快衰减至接近于零，使燃烧室燃烧稳定性大大提高。
【附图说明】
[0015]图1为本发明燃烧室的结构示意图；
图2为本发明较佳实施例的声衬的结构示意图；
图3为本发明较佳实施例的声腔的结构示意图；
图4为本发明较佳实施例的声腔的设置位置示意图；
图5为图4的局部放大图。
【具体实施方式】
[0016]现结合实施例和附图对本发明作进一步描述:
如图1所示，燃烧室包括燃烧室端盖11、燃烧室外缸12、火焰筒吊环1、连接块2、火焰筒3。燃烧室端盖11与燃烧室外缸12相连，火焰筒3位于燃烧室外缸12内，火焰筒3通常具有若干个，图1中只画出了一个。火焰筒3的左端为设有喷嘴5、6的端板，火焰筒3通过连接块2与火焰筒吊环I相连，并通过火焰筒吊环I与燃烧室端盖11相连。
[0017]本发明改进了燃烧室火焰筒3的结构，从而改进燃烧室燃烧的稳定性。如图2所示，火焰筒3的筒壁由外壳31、烧蚀衬底33和位于外壳31与烧蚀衬底33之间、紧贴外壳31设置的绝热层32组成。本发明在火焰筒3的内壁面上设有多个声衬，声衬为设于火焰筒3筒壁的烧蚀衬底33内的腔体，称该腔体为谐振腔34，谐振腔34底部连接绝热层32，顶部通过腔孔35与火焰筒3内部连通。谐振腔34在火焰筒3筒壁上沿周向设置，沿轴向排列。谐振腔34的截面面积是腔孔35截面面积的2-6倍。相邻两腔孔35的边缘间距为其半径的1-10倍。腔孔35与谐振腔34的连接部位经倒圆角处理，倒圆半径范围为l-10mm。腔孔35与谐振腔34的连接部位经倒圆角处理使燃烧室内声阻与非线性效应显著降低。
[0018]如图3、4所示，火焰筒3的内壁上和端板4的内侧还分别设有声腔7(图中只画出了端板4上的声腔7)，声腔7靠近火焰筒3筒壁与端板4的连接部位设置成圈，声腔7为上端边缘凸出于相应表面形成凸环结构的的凹槽，即声腔7下部伸入相应表面内，上部凸出于相应表面。凸环结构为圆环，被均匀的分割成5瓣。声腔7由上而下直径逐渐缩小。
[0019]当燃烧室内产生压力波后，入射波冲击火焰筒3的烧蚀衬底33，其中一部分通过腔孔35进入谐振腔34，失去一部分能量；返回燃烧区的反射波的能量低于入射波，并与入射波异相，从而可以避免波于波的耦合，提高燃烧室的燃烧稳定性。火焰筒3头部的声腔7像一个个贮能器一样，当火焰筒3内压力降低时，声腔7中的介质流出来补充到火焰筒3中；当火焰筒3内压力升高时，声腔7又吸收介质把多余的能量贮存起来。声腔7上分割开的圆环对旋转波形成有效的耗散，使声腔7对不同振型的燃烧振荡均有明显的抑制作用。另外，声腔7位于端板4上喷嘴周围的压力波腹位置上，使燃烧室压力振荡很快衰减至接近于零，使燃烧稳定性得到大大提高。
【主权项】
1.一种采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，所述燃烧室包括火焰筒，所述火焰筒的一端为设有喷嘴的端板，其特征在于，在所述火焰筒的内壁面上设有多个声衬，所述声衬为位于所述火焰筒筒壁内与所述火焰筒内部连通的腔体，所述火焰筒的内壁上和所述端板的内侧还分别设有声腔，所述声腔靠近所述筒壁与所述端板的连接部位设置成圈，所述声腔为上端边缘凸出于相应表面形成凸环结构的的凹槽。2.根据权利要求1所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述凸环结构为圆环，均匀的分割成5或6瓣。3.根据权利要求2所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述声腔由上而下直径逐渐缩小。4.根据权利要求1~3任一项权利要求所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述腔体为谐振腔，所述谐振腔通过腔孔与火焰筒内部连通，所述谐振腔的截面面积是所述腔孔截面面积的2-6倍。5.根据权利要求4所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述腔孔与所述谐振腔的连接部位经倒圆角处理，倒圆半径范围为l-10mm。6.根据权利要求5所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，相邻两腔孔的边缘间距为其半径的1-10倍。7.根据权利要求6所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述谐振腔在所述火焰筒筒壁上沿周向设置，沿轴向排列。8.根据权利要求7所述的采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述火焰筒的筒壁由外壳、烧蚀衬底和位于所述外壳与烧蚀衬底之间紧贴外壳设置的绝热层组成，所述腔体设于所述烧蚀衬底内，连接所述绝热层。
【专利摘要】一种采用声衬与声腔组合防振结构的工业燃气轮机燃烧室，所述燃烧室包括火焰筒，所述火焰筒的一端为设有喷嘴的端板，在所述火焰筒的内壁面上设有多个声衬，所述声衬为位于所述火焰筒筒壁内与所述火焰筒内部连通的腔体，所述火焰筒的内壁上和所述端板的内侧还分别设有声腔，所述声腔靠近所述筒壁与所述端板的连接部位设置成圈，所述声腔为上端边缘凸出于相应表面形成凸环结构的凹槽。采用本发明声衬与声腔组合防振结构的燃烧室可以有效地避免燃烧室内波与波的耦合，使燃烧室内声阻与非线性效应显著降低，克服了燃烧室内横向和纵向的振荡燃烧，使燃烧室压力振荡很快衰减至接近于零，使燃烧室燃烧稳定性大大提高。
【IPC分类】F23R3/42
【公开号】CN104896513
【申请号】CN201510240089
【发明人】邓小文, 杨毅, 高庆水, 冯永新, 蔡笋, 刘石, 徐广文, 闫东博, 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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