燃燒器的燃燒筒的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種燃燒器的燃燒筒，在該燃燒筒的筒板的內(nèi)部具有沿著筒板的延伸方向的多條冷卻空氣流路，多條冷卻空氣流路中的上游側(cè)的第一流路和下游側(cè)的第二流路在所述筒板的周向上交替并排配置，第一流路中的冷卻空氣的流動方向和第二流路中的冷卻空氣的流動方向在筒板的延伸方向上相一致，多條第一流路和多條第二流路分別從筒板的外周側(cè)通向筒板的內(nèi)周側(cè)，第一流路中的出口側(cè)區(qū)域與第二流路中的入口側(cè)區(qū)域在第一流路和第二流路的延伸方向上重疊。據(jù)此，這種燃燒筒，溫度高的上游側(cè)出口的熱量傳遞給溫度低的下游側(cè)入口，能夠降低出口附近的溫差，進而實現(xiàn)燃燒筒的長壽命。
【專利說明】燃燒器的燃燒筒

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種在筒體內(nèi)部具有多條冷卻空氣流路的燃燒器的燃燒筒。

【背景技術(shù)】
[0002]燃氣輪機的燃燒器內(nèi)部流動燃燒氣體，用于產(chǎn)生高溫的燃燒氣體并向渦輪機輸送。因此，燃燒器的燃燒筒，其內(nèi)部成為高溫，而外部成為低溫。對于燃燒筒而言，為了防止筒體的壁溫超過其構(gòu)成材料所能承受的耐久溫度，而具備冷卻結(jié)構(gòu)。作為燃燒筒的冷卻結(jié)構(gòu)，一般在壁部中通入冷卻介質(zhì)(例如，空氣)而進行冷卻。具體地講，在燃燒筒的筒體中開設(shè)多條冷卻空氣流路，使冷卻空氣從流路入口進入，再從流路出口排到筒內(nèi)，從而對筒體進行降溫。
[0003]例如，作為現(xiàn)有技術(shù)，在特開2012-047181號公報中公開以下的冷卻結(jié)構(gòu)，即，筒體的內(nèi)部流動有燃燒氣體，筒體的壁部中設(shè)有冷卻流路，冷卻流路中流動有冷卻氣體，并且，所述冷卻流路中冷卻氣體的流動方向與燃燒筒內(nèi)燃燒氣體的流動方向相反。另外，在冷卻氣體流動的方向上，分別具有間隔配置的上游側(cè)流路和下游側(cè)流路。
[0004]對這種結(jié)構(gòu)的燃燒筒而言，隨著氣體的高溫化，出于降低NOx的考慮而要求最低量的冷卻空氣。為此，需要提高冷卻效率以及隔熱性能，作為提高冷卻效率的手段，例如提升對流冷卻效率，而為了提升對流冷卻效率，可以延長冷卻流路而盡可能地散熱。
[0005]但是，如上所述，在流路的排列中，上游側(cè)流路的出口與下游側(cè)流路的入口隔開間隔配置，由于上游側(cè)流路的冷卻空氣出口的溫度高、而下游側(cè)流路的冷卻空氣入口溫度低，兩側(cè)的溫差大。
[0006]因此，采用了上述冷卻結(jié)構(gòu)的燃燒筒，在冷卻流路的出口附近，筒體的溫度上升，因熱應(yīng)力的影響，容易產(chǎn)生疲勞損壞，從而導致燃燒筒的壽命變短。
實用新型內(nèi)容
[0007]鑒于上述問題點，本實用新型的目的在于提供一種能夠避免在冷卻氣體流路的出口附近產(chǎn)生疲勞損壞而提高使用壽命的燃燒器的燃燒筒。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種燃燒器的燃燒筒，該燃燒器用于產(chǎn)生高溫的燃燒氣體并向渦輪機輸送，所述燃燒筒具有形成為筒狀的筒板，所述燃燒氣體在所述筒板的內(nèi)周側(cè)流動，其特征在于:所述筒板的內(nèi)部具有沿著所述筒板的延伸方向的多條冷卻空氣流路，所述多條冷卻空氣流路具有位于所述冷卻空氣流路的延伸方向的上游側(cè)的多條第一流路和位于所述冷卻空氣流路的延伸方向的下游側(cè)的多條第二流路，所述多條第一流路和所述多條第二流路分別在所述筒板的周向上并排配置，所述第一流路中的冷卻空氣的流動方向和第二流路中的所述冷卻空氣的流動方向在所述筒板的延伸方向上相一致，所述多條第一流路和所述多條第二流路分別從所述筒板的外周側(cè)通向所述筒板的內(nèi)周側(cè)，所述第一流路中的靠出口一側(cè)的區(qū)域即第一流路的出口側(cè)區(qū)域與所述第二流路中的靠入口一側(cè)的區(qū)域即第二流路的入口側(cè)區(qū)域在所述第一流路和所述第二流路的延伸方向上重疊。
[0009]根據(jù)上述技術(shù)方案，在將筒板沿軸向剖開的截面上，第一流路的出口側(cè)區(qū)域與第二流路的入口側(cè)區(qū)域相重疊(overlap)，即，在第一流路和所述第二流路的延伸方向上，下游側(cè)流路的入口插入到兩個上游側(cè)流路的出口之間，形成重疊的形狀，這樣一來，溫度高的上游側(cè)出口的熱量傳遞給溫度低的下游側(cè)入口，能夠降低該溫差，使上游側(cè)出口的溫度降低。據(jù)此，通過對于各個路之間的出入口的排列進行改進，實現(xiàn)燃燒筒的長壽命。
[0010]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選:所述第一流路和所述第二流路之間在所述筒板的周向上交替并排配置。
[0011]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選:所述第一流路的出口朝向所述筒板的內(nèi)周側(cè)開口，所述第二流路的入口朝向所述筒板的外周側(cè)開口。
[0012]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選:所述多條冷卻空氣流路中最末端的冷卻空氣流路的出口朝向所述筒板的所述燃燒氣體的流動方向上的下游側(cè)端面一側(cè)開口。
[0013]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選:所述第一流路的出口側(cè)區(qū)域與所述第二流路的入口側(cè)區(qū)域的重疊長度L滿足0mm < L < 50mm的關(guān)系。
[0014]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選:所述多條第一流路中相鄰的所述出口之間在所述第一流路的延伸方向上錯開配置，所述多條第二流路中相鄰的所述入口在所述第二流路的延伸方向上錯開配置。
[0015]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選:沿著所述筒板的延伸方向的所述多條冷卻空氣流路中，所述燃燒氣體的流動方向上的最靠上游側(cè)的所述冷卻空氣流路最長。
[0016]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選:所述燃燒筒的所述筒板由多塊板材在筒板的周向上通過焊接拼接而成，所述板材中，離進行焊接的焊接部最近的冷卻空氣流路即筒板周向端部冷卻空氣流路的流路截面面積比其他部分的冷卻空氣流路的流路截面面積大。
[0017]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選:所述多塊板材為四塊板材。
[0018]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選:所述板材中，所述筒板周向端部冷卻空氣流路的流路截面面積相對于所述其他部分的冷卻空氣流路的流路截面面積之比為1.1?4.0。
[0019]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選:所述冷卻空氣流路的延伸方向沿著所述燃燒氣體的流動方向。
[0020]實用新型效果
[0021]本實用新型的燃燒筒，在冷卻空氣流路的延伸方向上，下游側(cè)流路的入口插入到兩個上游側(cè)流路的出口之間形成重疊的形狀，這樣一來，溫度高的上游側(cè)出口的熱量傳遞給溫度低的下游側(cè)入口，能夠抑制出口附近的溫度上升，進而降低該溫差，使上游側(cè)出口的溫度降低。據(jù)此，避免流路出口附近因熱應(yīng)力的作用產(chǎn)生疲勞損壞，從而實現(xiàn)燃燒筒的長壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是表示本實用新型的燃氣輪機的沿著軸線剖開的主要部分剖視圖(從周向觀察)。
[0023]圖2是表示第一實施例的燃燒筒的剖視圖。
[0024]圖3是表示第一實施例的冷卻空氣流路的剖視圖。
[0025]圖4是表示第一實施例的冷卻空氣流路的剖視圖。
[0026]圖5是表示第一實施例的燃燒筒的剖視圖(從燃燒氣體流動方向觀察)。
[0027]圖6是表示第一實施例的燃燒筒的剖視圖(從燃燒氣體流動方向觀察)。
[0028]圖7是表示第二實施例的冷卻空氣流路的剖視圖。
[0029]符號說明
[0030]1-燃氣輪機
[0031]2-機殼
[0032]3-壓縮機
[0033]4-壓縮機靜葉
[0034]5_壓縮機動葉
[0035]6-燃燒器
[0036]7-燃燒筒
[0037]8-渦輪機
[0038]9-渦輪靜葉
[0039]10-渦輪動葉
[0040]11-筒板(筒體)
[0041]12-筒板外周側(cè)
[0042]13-筒板內(nèi)周側(cè)
[0043]14-筒板的下游側(cè)端面
[0044]15-冷卻空氣流路
[0045]16-第一流路
[0046]17-第一流路入口
[0047]18-第一流路出口
[0048]19-第一流路的出口側(cè)區(qū)域
[0049]20-第二流路
[0050]21-第二流路入口
[0051]22-第二流路的入口側(cè)區(qū)域
[0052]23-第二流路出口
[0053]24-筒板周向端部冷卻空氣流路
[0054]a_壓縮空氣的流動方向(冷卻空氣的流動方向)
[0055]G-燃燒氣體的流動方向
[0056]L1、L2_第一流路的出口側(cè)區(qū)域與第二流路的入口側(cè)區(qū)域的重疊長度尺寸

【具體實施方式】
[0057]以下，參照附圖對本實用新型的各部分結(jié)構(gòu)和功能進行詳細的說明。
[0058]為了說明上的方便，對于各附圖中對應(yīng)的部分采用相同符號，并且，對于重復部分省略了進一步的說明。
[0059]第一實施例
[0060]圖1是表示本實用新型的燃氣輪機1的沿著軸線剖開的主要部分剖視圖(從周向觀察)，圖2是表示第一實施例的燃燒筒7的剖視圖。
[0061]如圖1、圖2所示，燃氣輪機1的機殼2內(nèi)具有壓縮機3、燃燒器6和渦輪機9，壓縮機3內(nèi)具有相互嚙合而產(chǎn)生壓縮空氣的壓縮機靜葉4和壓縮機動葉5，渦輪機8內(nèi)具有相互嚙合的渦輪靜葉9和渦輪動葉10。燃燒器6用于在內(nèi)部形成高溫的燃燒氣體并沿著箭頭G方向朝向渦輪機8輸送。燃燒筒7具有形成為筒狀的筒板11，燃燒氣體在筒板11的內(nèi)周側(cè)流動，筒板11的內(nèi)部具有沿著筒板11的延伸方向的多條冷卻空氣流路15。并且，冷卻空氣流路15的延伸方向沿著燃燒氣體的流動方向G。而且，燃燒筒7的筒板11的形狀可以為圓筒狀，也可以為其他的橫截面為多邊形的棱筒狀(棱柱形)。
[0062]另外，圖3是表示第一實施例的冷卻空氣流路之間的排列形式的剖視圖。如圖3所示，多條冷卻空氣流路15具有位于冷卻空氣流路15的延伸方向的上游側(cè)(左側(cè))的多條第一流路16和位于冷卻空氣流路15的延伸方向的下游側(cè)(右側(cè))的多條第二流路20，多條第一流路16和多條第二流路20分別在與冷卻空氣流路15的延伸方向垂直的方向，即筒板11的周向(圖中上下方向)上并排配置，并且，第一流路16和第二流路20之間在筒板11的周向(圖中上下方向)上交替并排配置。第一流路16中的冷卻空氣的流動方向a和第二流路20中的冷卻空氣的流動方向a在筒板11的延伸方向上相一致，多條第一流路16和多條第二流路20分別從筒板11的外周側(cè)12通向筒板11的內(nèi)周側(cè)13(參照圖2)。第一流路16中的靠出口 18 —側(cè)的第一流路16的出口側(cè)區(qū)域19與第二流路20中的靠入口21 一側(cè)的第二流路20的入口側(cè)區(qū)域22在第一流路16和第二流路20的延伸方向上重疊。優(yōu)選，第一流路16的出口側(cè)區(qū)域19與第二流路20的入口側(cè)區(qū)域22的重疊長度L(L1、L2)為 0mm < L < 50mm。
[0063]如上所述，在將筒板11沿軸向剖開的截面上，第一流路的出口側(cè)區(qū)域與第二流路的入口側(cè)區(qū)域相重疊，即，在第一流路和第二流路的延伸方向上，下游側(cè)流路的入口插入到兩個上游側(cè)流路的出口之間，形成重疊的形狀，這樣一來，溫度高的上游側(cè)出口的熱量傳遞給溫度低的下游側(cè)入口，能夠降低該溫差，使上游側(cè)出口的溫度降低，避免出口附近的熱疲勞損壞，進而實現(xiàn)燃燒筒的長壽命。
[0064]另夕卜，圖4是表不第一實施例的冷卻空氣流路的剖視圖，圖5是表不第一實施例的燃燒筒7的剖視圖(從燃燒氣體流動方向G觀察)。如圖4所示，第一流路16的出口 18朝向筒板11的內(nèi)周側(cè)13開口，第二流路20的入口 21朝向筒板的外周側(cè)12開口。另外，第一流路16的入口 17朝向筒板11的外周側(cè)12開口，第二流路20的出口 23朝向筒板的內(nèi)周側(cè)12開口。在第一實施例中，最好是所有的冷卻空氣流路15的出口都朝向筒板11的內(nèi)周側(cè)12開口。
[0065]另外，如圖5所示，多條冷卻空氣流路15沿著筒板11的周向并排配置，并且，如圖3所示，多條第一流路16中相鄰的出口 18之間在第一流路16的延伸方向(圖中左右方向)上錯開配置，多條第二流路20中相鄰的入口 21在第二流路20的延伸方向上錯開配置。據(jù)此，提高熱交換效率的同時，也能夠降低冷卻氣體的出口彼此之間的溫度差。據(jù)此，提高熱交換效率的同時，也能夠降低冷卻氣體的出口彼此之間的溫度差。
[0066]并且，在沿著筒板11的延伸方向的多條冷卻空氣流路15中，燃燒氣體的流動方向上的最靠上游側(cè)的冷卻空氣流路最長。對于燃燒筒而言，由于越向燃燒氣體的下游側(cè)熱負載越大，故使最靠上游側(cè)的板材在所有板材中其冷卻空氣流路最長，從而能夠降低上下游的溫度差，提高整體的冷卻效率。
[0067]另外，圖6是表示第一實施例的燃燒筒7的剖視圖(從燃燒氣體流動方向觀察)。在第一實施例中，燃燒筒7的筒板11由四塊板材構(gòu)成，四塊板材之間在筒板的周向上通過焊接而拼接起來。
[0068]而且，如圖6所示，每個板材中，離進行焊接的焊接部最近的冷卻空氣流路(筒板周向端部冷卻空氣流路24)的流路截面面積比其他部分的冷卻空氣流路15的流路截面面積大。優(yōu)選，冷卻空氣流路24的流路截面面積相對于其他部分的冷卻空氣流路15的流路截面面積之比為1.1?4.0。這樣一來，可以進一步降低焊接部處的筒板溫度，有利于對焊接部(弱部)更好地進行冷卻，防止在焊接部位產(chǎn)生熱疲勞損壞。
[0069]第二實施例
[0070]圖7是表示第二實施例的冷卻空氣流路的剖視圖。
[0071 ] 在第二實施例的燃燒筒中，其結(jié)構(gòu)基本上與上述第一實施例相同，僅僅在于最末端的冷卻空氣流路的出口并非朝向筒板的內(nèi)周側(cè)開口，而是朝向筒板的端面開口。
[0072]具體如圖7所不，多條冷卻空氣流路15中位于右側(cè)的最末端的冷卻空氣流路的出口朝向筒板11的燃燒氣體的流動方向上的下游側(cè)端面14 一側(cè)開口。
[0073]在上述第二實施例的結(jié)構(gòu)中，與上述第一實施例的結(jié)構(gòu)相同，在將筒板11沿軸向剖開的截面上，第一流路16的出口側(cè)區(qū)域19與第二流路20的入口側(cè)區(qū)域22相重疊，即，在第一流路和第二流路的延伸方向上，下游側(cè)流路的入口插入到兩個上游側(cè)流路的出口之間，形成重疊的形狀，這樣一來，溫度高的上游側(cè)出口的熱量傳遞給溫度低的下游側(cè)入口，能夠降低該溫差，使上游側(cè)出口的溫度降低，避免出口附近的熱疲勞損壞，進而實現(xiàn)燃燒筒的長壽命。
[0074]如上所述，在上述實施例的結(jié)構(gòu)中，第一流路和第二流路之間在筒板的周向上交替并排配置，但是，本實用新型的燃燒筒并不局限于這種交替配置的形式，也可以采用其他形式的交錯配置的結(jié)構(gòu)。
[0075]另外，在上述實施例的結(jié)構(gòu)中，燃燒筒的筒板由四塊板材拼接構(gòu)成，但是，本實用新型的燃燒筒并不局限于這種結(jié)構(gòu)，可以采用一體構(gòu)成的筒板，也可以采用二塊、三塊或四塊以上數(shù)量的多塊板材拼接而成。
[0076]另外，在上述實施例的結(jié)構(gòu)中，冷卻空氣流路的延伸方向沿著所述燃燒氣體的流動方向，即，二者的流動方向一致。但是，本實用新型的燃燒筒并不局限于這種結(jié)構(gòu)，也可以采用冷卻空氣流路的延伸方向與所述燃燒氣體的流動方向相反的形式。
[0077]另外，在上述實施例的結(jié)構(gòu)中，在多條冷卻空氣流路中，主要以第一流路和第二流路之間的關(guān)系進行了說明，但是，本實用新型的冷卻空氣流路并不僅限于這二個流路，當然可以有更多的流路，而且各個流路之間的關(guān)系也可以采用第一流路和第二流路之間的關(guān)系。
[0078]綜上所述，本實用新型參照附圖對優(yōu)選的實施方式進行了充分記載，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠了解各種變形或變更，這些變形或變更只要沒有脫離本實用新型的技術(shù)方案限定的范圍，均應(yīng)被涵蓋于其中。
【權(quán)利要求】
1.一種燃燒器的燃燒筒，該燃燒器用于產(chǎn)生高溫的燃燒氣體并向渦輪機輸送，所述燃燒筒具有形成為筒狀的筒板，所述燃燒氣體在所述筒板的內(nèi)周側(cè)流動，其特征在于: 所述筒板的內(nèi)部具有沿著所述筒板的延伸方向的多條冷卻空氣流路， 所述多條冷卻空氣流路具有位于所述冷卻空氣流路的延伸方向的上游側(cè)的多條第一流路和位于所述冷卻空氣流路的延伸方向的下游側(cè)的多條第二流路， 所述多條第一流路和所述多條第二流路分別在所述筒板的周向上并排配置， 所述第一流路中的冷卻空氣的流動方向和所述第二流路中的冷卻空氣的流動方向在所述筒板的延伸方向上相一致， 所述多條第一流路和所述多條第二流路分別從所述筒板的外周側(cè)通向所述筒板的內(nèi)周側(cè)， 所述第一流路中的靠出口一側(cè)的區(qū)域即第一流路的出口側(cè)區(qū)域與所述第二流路中的靠入口一側(cè)的區(qū)域即第二流路的入口側(cè)區(qū)域在所述第一流路和所述第二流路的延伸方向上重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒筒，其特征在于:所述第一流路和所述第二流路之間在所述筒板的周向上交替并排配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒筒，其特征在于: 所述第一流路的出口朝向所述筒板的內(nèi)周側(cè)開口，所述第二流路的入口朝向所述筒板的外周側(cè)開口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒筒，其特征在于: 所述多條冷卻空氣流路中最末端的冷卻空氣流路的出口朝向所述筒板的所述燃燒氣體的流動方向上的下游側(cè)端面一側(cè)開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的燃燒筒，其特征在于:所述第一流路的出口側(cè)區(qū)域與所述第二流路的入口側(cè)區(qū)域的重疊長度L滿足Omm < L < 50mm的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的燃燒筒,其特征在于: 所述多條第一流路中相鄰的所述出口之間在所述第一流路的延伸方向上錯開配置，所述多條第二流路中相鄰的所述入口在所述第二流路的延伸方向上錯開配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的燃燒筒，其特征在于: 沿著所述筒板的延伸方向的所述多條冷卻空氣流路中，所述燃燒氣體的流動方向上的最靠上游側(cè)的所述冷卻空氣流路最長。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒筒，其特征在于: 所述燃燒筒的所述筒板由多塊板材在所述筒板的周向上通過焊接拼接而成，所述板材中，離進行焊接的焊接部最近的冷卻空氣流路即筒板周向端部冷卻空氣流路的流路截面面積比其他部分的冷卻空氣流路的流路截面面積大。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒筒，其特征在于: 所述多塊板材為四塊板材。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒筒，其特征在于: 所述板材中，所述筒板周向端部冷卻空氣流路的流路截面面積相對于所述其他部分的冷卻空氣流路的流路截面面積之比為1.1?4.0。
11.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的燃燒筒，其特征在于:所述冷卻空氣流路的延伸方向沿著所述燃燒氣體的流動方向。
【文檔編號】F23R3/00GK204042974SQ201420450256
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】小西哲, 岸田宏明, 德山劍太郎 申請人:三菱日立電力系統(tǒng)株式會社