一種地面燃氣輪機單管燃燒室裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地面燃氣輪機領(lǐng)域，涉及一種以天然氣為燃料的，帶有雙級斜切徑向旋流器、主燃孔、摻混孔和壁面冷卻孔等結(jié)構(gòu)的地面燃氣輪機單管燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]在國外、國內(nèi)近十年來，地面燃氣輪機的使用價值已經(jīng)被充分證明，其應(yīng)用方向是富有前景的。隨著能源消耗的日益增加，分布式電源逐漸得到了重視。分布式供電有不需要遠距離輸配電設(shè)備、就近利用能源、按照用戶要求方便實現(xiàn)熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)和滿足特殊應(yīng)用環(huán)境的動力和用電需求等優(yōu)點。而地面燃氣輪機是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿淖顬榭焖?、穩(wěn)定和方便的具有高功率密度的能量轉(zhuǎn)換裝置之一。地面燃氣輪機可以是燃用氣體燃料和液體燃料，其中氣體燃料以天然氣為多，液體燃料包括柴油和重油等。地面燃氣輪機技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用受到航空燃機技術(shù)和理論的發(fā)展、地面燃機自身技術(shù)的發(fā)展、相關(guān)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展以及市場需求的激勵。
[0003]目前國內(nèi)對地面燃氣輪機燃燒室的研究，主要參考國外較為成熟的技術(shù)。氣體燃料不同于液體和固體燃料，燃燒過程包含三個階段:燃料與空氣混合、混合氣體加熱著火和完成燃燒化學(xué)反應(yīng)。燃氣輪機燃燒室大多采用擴散式燃燒，混合后的可燃氣體是靠外部點火源點燃，為了防止脫火、熄火，除了應(yīng)保證氣體的噴出速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣认噙m應(yīng)外，還應(yīng)該采取措施構(gòu)成強有力的點火源，靠自身產(chǎn)生的熱量實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的燃燒。為了提高地面燃氣輪機的整體性能，其燃燒室一般采用高溫合金材料，采用多級旋流的方式形成回流區(qū)穩(wěn)定火焰，結(jié)合主燃孔和摻混孔形成較為均勻的出口溫度場，采用合理的冷卻方式冷卻火焰筒壁面，從而保證火焰筒的壽命。對于地面燃氣輪機，大多采用回流環(huán)形和折流形式的燃燒室，尺寸相對于航空燃氣輪機燃燒室來講較長，具有對壓氣機出口流場不敏感和出口溫度較為均勻等優(yōu)點，且不用過分考慮燃燒室的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和重量。但是回流式燃燒室存在著火焰筒冷卻面積大、轉(zhuǎn)彎附加壓力損失和不對稱流動等缺點。尤其以天然氣為燃料的地面燃氣輪機，由于不同地區(qū)的天然氣的甲烷等含量不盡相同，這就導(dǎo)致了燃料的熱值等參數(shù)有一定的變化，這就要求其燃燒室應(yīng)該具有一定寬度的燃料熱值適應(yīng)性。在地面燃氣輪機燃燒室的設(shè)計過程中應(yīng)該充分考慮上述特點進行設(shè)計，發(fā)揮其長處，克服其短處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種地面燃氣輪機單管燃燒室裝置，能夠產(chǎn)生合理的燃燒流場、出口溫度分布、壁面溫度分布和燃燒室溫升等，滿足設(shè)計要求。
[0005]技術(shù)方案:一種地面燃氣輪機單管燃燒室裝置，包括機匣和設(shè)置在機匣內(nèi)的火焰筒，所述火焰筒的頂部設(shè)有外接的天然氣進口管道，所述火焰筒的頸部位置由上而下依次設(shè)置有一級斜切孔旋流器和二級徑向旋流器，所述一級斜切孔旋流器與所述二級徑向旋流器的旋轉(zhuǎn)方向相反;所述一級斜切孔旋流器呈圓臺狀結(jié)構(gòu)、以及斜切孔旋流器上設(shè)有聯(lián)通側(cè)壁面與底面的通孔;所述一級斜切孔旋流器連接第一文氏管，所述二級徑向旋流器連接第二文氏管;所述火焰筒側(cè)壁由上而下依次設(shè)有點火器安裝組件、主燃孔、摻混孔，所述火焰筒表面設(shè)有一個以上均勻排列的全覆蓋氣膜冷卻小孔;所述機匣側(cè)壁設(shè)有一對對稱的空氣進口，所述火焰筒尾部設(shè)有出口。
[0006]進一步的，還包括端蓋、機匣法蘭;所述機匣頂部通過螺栓連接所述端蓋，所述機匣與所述端蓋之間設(shè)有波紋薄板;所述火焰筒的尾部設(shè)有支撐板，所述支撐板通過機匣法蘭支撐所述火焰筒。
[0007]進一步的，所述天然氣進口管道位于火焰筒的一端設(shè)有天然氣燒嘴。
[0008]有益效果:本發(fā)明提供了一種地面燃氣輪機單管燃燒室裝置，通過在火焰筒的頸部設(shè)置帶有若干斜切孔的一級斜切孔旋流器，二級徑向旋流器，空氣從兩級旋流器進去，與燒嘴噴出的天然氣進行充分混合，在兩級旋流氣流作用下形成穩(wěn)定的回流區(qū)，經(jīng)壁面上點火器點燃后，形成穩(wěn)定的燃燒火焰;空氣從主燃孔進入主流區(qū)，通過主燃孔的射流來截斷頭部高溫回流區(qū)，從而控制回流區(qū)長度，并補充新鮮空氣，使燒嘴噴出的天然氣完全燃燒;從摻混孔進入的空氣可以調(diào)節(jié)出口溫度分布，提高渦輪的壽命;從小孔進入火焰筒內(nèi)的空氣在火焰筒內(nèi)壁面上形成全覆蓋氣膜，提高火焰筒壽命。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為地面燃氣輪機燃燒室旋流器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011 ]其中，圖2a為燃燒室旋流器的剖視圖，圖2b為一級旋流器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2c為二級旋流器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為一級斜切孔旋流器三維結(jié)構(gòu)圖；
[0013]其中，圖3a和圖3b均為一級斜切孔旋流器的三維結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0015]如圖1所示，一種地面燃氣輪機單管燃燒室裝置，包括機匣16和設(shè)置在機匣16內(nèi)的火焰筒，火焰筒的頂部設(shè)有外接的天然氣進口管道I，火焰筒的頸部位置由上而下依次設(shè)置有一級斜切孔旋流器4和二級徑向旋流器5，一級斜切孔旋流器4與二級徑向旋流器5的旋轉(zhuǎn)方向相反，二級徑向旋流器5的螺旋葉片范圍覆蓋一級斜切孔旋流器4底面上的通孔所在位置；一級斜切孔旋流器4呈圓臺狀結(jié)構(gòu)，以及斜切孔旋流器上設(shè)有聯(lián)通側(cè)壁面與底面的通孔;一級斜切孔旋流器4連接第一文氏管19，二級徑向旋流器5連接第二文氏管20;火焰筒側(cè)壁由上而下依次設(shè)有點火器安裝組件17、主燃孔15、摻混孔13，火焰筒表面設(shè)有一個以上均勻排列的全覆蓋氣膜冷卻小孔7;機匣16側(cè)壁設(shè)有一對對稱的空氣進口 14，火焰筒尾部設(shè)有出口 12。還包括端蓋2、機匣法蘭11;機匣16頂部通過螺栓連接端蓋2，機匣16與端蓋2之間設(shè)有波紋薄板3;火焰筒的尾部設(shè)有支撐板10，支撐板10通過機匣法蘭11支撐火焰筒。天然氣進口管道I位于火焰筒的一端設(shè)有天然氣燒嘴18。
[0016]實施例:
[0017]本發(fā)明設(shè)計的地面燃氣輪機單管燃燒室由天然氣燒嘴18、一級斜切孔旋流器4、二級徑向旋流器5，機匣16和火焰筒組成，火焰筒由火焰筒頭部6、火焰筒中部8和火焰筒尾部9組成。來自離心壓氣機的高壓氣體經(jīng)過兩側(cè)對稱的空氣進口 14進入單管燃燒室后，分為五部分流路進入燃燒室火焰筒，分別是流經(jīng)一級斜切孔旋流器4、二級徑向旋流器5、火焰筒上的主燃孔15、摻混孔13以及火焰筒壁面上的全覆蓋氣膜冷卻小孔7。燃燒室端蓋2與燃氣輪機機匣16通過螺栓連接;頭部的天然氣進口管道I攻有螺紋，方便與天然氣管道連接，可以保證密封，防止漏氣，且天然氣進口管道I與燃燒室端蓋2焊接連接，保證密封，防止燃燒室內(nèi)的燃氣漏出；由于整個燃氣輪機總體設(shè)計要求，整個燃燒室設(shè)計為豎直放置，因此需要考慮其機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的承力件設(shè)計，主要由頭部的波紋薄板3和尾部的火焰筒支撐板10來固定，其中尾部的火焰筒支撐板10是主要的受力部件，整個火焰筒的重力由火焰筒支撐板傳遞給機匣法蘭11來承受;而波紋薄板3通過螺栓把一級斜切孔旋流器4、二級徑向旋流器5，機匣16和燃燒室端蓋2—起固定連接，波紋薄板3套在天然氣燒嘴上并且有一定的空隙空間，并且波紋薄板3