用于燃气涡轮机的燃烧室和燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种用于燃气涡轮机的燃烧室和具有该用于燃气涡轮机的燃烧室的燃气轮机。


背景技术：

2.燃气轮机主要包括压气机、燃烧室和透平三大部件，压气机排气在燃烧室内与燃料混合后参与燃烧，由于燃气轮机燃烧室工作在贫燃条件下，极容易出现热声不稳定性。而且，特别是二级燃烧中前后两个热源更易出现热声不稳定，更易造成的热声振荡的问题。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种用于燃气涡轮机的燃烧室。该用于燃气涡轮机的燃烧室具有减少了燃烧室内的热声振荡、避免出现局部超温的优点。
4.本发明实施例还提出一种的燃气轮机。
5.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室包括：燃烧室本体、混合器和谐振室。
6.所述燃烧室本体具有气流通道，所述混合器设置在所述气流通道内以便将所述气流通道分隔为内通道和外通道，所述谐振室设置在所述混合器上，所述谐振室具有谐振腔，谐振腔和所述内通道和所述外通道中的至少一者连通，所述谐振腔能够与外界连通。
7.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室，通过将谐振室设置在气流通道的内部，相对于相关技术，本发明实施例将谐振室设置在燃烧室本体的内部，可以抵消气流通道的内部的特定频率的声波，避免了放热和声压之间的耦合，从而打破放热和声压可能形成的反馈环。具有提升吸收气流通道的内部的特定频率声波范围和效果的作用。由此，减少了燃烧室内的热声振荡，避免燃烧室内的热声振荡幅值过大，具有稳定燃烧室结构和延长燃烧室使用寿命的优点。
8.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室，通过在燃气涡轮机的燃烧室内设置混合器，起到对燃烧室内的气体进行掺混的作用，增加了燃烧室内气体分布的均匀性，避免燃烧室的内部出现局部超温问题，进而提升了燃烧的稳定性。同时，将谐振室设置在混合器上，可以为谐振室的安装提供了固定位点。由此提升了谐振室的固定的稳定性和便捷性。
9.此外，通过谐振室与外界连通，冷却气可以抑制热释放产生的波动，进一步打破放热和声压之间的耦合。由此进一步抑制了燃烧室的热声震荡的发生。
10.由此，本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室具有减少了燃烧室内部的热声振荡、避免出现局部超温的优点。此外，该燃烧室还提升了谐振室固定的稳定性和便捷性。
11.在一些实施例中，所述混合器的内部具有气流腔，所述气流腔和所述谐振腔连通，所述气流腔能够与外界连通。
12.在一些实施例中，所述气流腔和所述气流通道连通。
13.在一些实施例中，所述混合器包括内管和外管，所述内管和所述外管之间形成所
述气流腔。
14.在一些实施例中，所述外管和所述内管中的每一者均为波瓣形，所述内管包括内管波瓣波峰、内管波瓣波谷以及连接所述内管波瓣波峰和所述内管波瓣波谷的内管波瓣侧壁；所述外管包括外管波瓣波峰、外管波瓣波谷以及连接所述外管波瓣波峰和所述外管波瓣波谷的外管波瓣侧壁，所述内管波瓣波峰与所述外管波瓣波峰对应地设置，所述内管波瓣波谷与所述外管波瓣波谷对应地设置，所述内管波瓣侧壁与所述外管波瓣侧壁对应地设置以便使所形成的所述气流腔呈波瓣状。
15.在一些实施例中，所述内管波瓣波峰至所述内管波瓣波谷的距离由所述混合器的前端至后端逐渐加深，所述外管波瓣波峰至所述外管波瓣波谷的距离由所述混合器的前端至后端加深。
16.在一些实施例中，所述谐振室具有开口，所述谐振室的壁面上设有多个第一通孔，所述内管和/或所述外管上设有安装区，所述安装区上设有多个第二通孔，所述谐振室具有开口的一端与所述安装区相连，以便使所述内通道和所述外通道中的一者与所述第一通孔、所述谐振腔、所述第二通孔和气流腔依次连通。
17.在一些实施例中，所述第一通孔设置在所述谐振室的底壁和/或周壁。
18.在一些实施例中，所述安装区为多个，所述谐振室为多个，多个所述谐振室间隔开地设置在所述外管和/或所述内管的所述安装区上。
19.在一些实施例中，所述用于燃气涡轮机的燃烧室还包括冷却通道，所述冷却通道的一端与所述气流腔连通，所述冷却通道的另一端能够与外界连通。
20.在一些实施例中，所述用于燃气涡轮机的燃烧室还包括支撑架，所述支撑架的一端连接在所述混合器上，所述支撑架的另一端连接在所述燃烧室本体上。
21.在一些实施例中，所述支撑架具有中空的内管腔，所述内管腔为所述冷却通道，所述支撑架的一端连接在所述外管上且所述内管腔与所述气流腔连通，所述支撑架的另一端连接在所述燃烧室本体上且所述内管腔能够与外界连通。
22.在一些实施例中，所述内管包括第一管体和第一翻边部，所述第一管体沿着所述燃烧室本体的轴向延伸，所述第一翻边部沿所述燃烧室本体的径向延伸，且所述第一翻边部设置在所述第一管体的前端，所述外管包括第二管体和第二翻边部，所述第二管体沿着所述燃烧室本体的轴向延伸，所述第二翻边部沿所述燃烧室本体的径向延伸，且所述第二翻边部设置在所述第二管体的前端，所述第一翻边部和第二翻边部之间设置连接板，所述连接板上设有导气孔，所述导气孔与所述内管腔连通。
23.在一些实施例中，所述用于燃气涡轮机的燃烧室还包括隔板，所述隔板设置在所述气流腔内，以便将所述气流腔分隔为多个气流分腔，所述支撑架设有多个，多个所述支撑架沿所述外通道的周向间隔开地设置，所述气流分腔对应地与所述内管腔连通。
24.本发明实施例的燃气轮机，包括上述任一项所述的用于燃气涡轮机的燃烧室。
附图说明
25.图1是本发明一个实施例的燃烧室的轴测图。
26.图2是图1在a处的放大图。
27.图3是本发明一个实施例的燃烧室的布置示意图。
28.图4是图3在b处的放大图。
29.附图标记：
30.燃烧室100；
31.燃烧室本体1；气流通道11；内通道111；外通道112；
32.混合器2；内管21；第一管体211；内管波瓣波峰2111；内管波瓣波谷2112；内管波瓣侧壁2113；第一翻边部212；
33.外管22；第二管体221；外管波瓣波峰2211；外管波瓣波谷2212；外管波瓣侧壁2213；第二翻边部222；
34.第二通孔23；气流腔24；连接板25；
35.谐振室3；谐振腔31；第一通孔32；开口33；
36.支撑架4；内管腔41；
37.冷却通道5。
具体实施方式
38.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.下面参考图1-图4描述本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100。
40.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100包括燃烧室本体1、混合器2和谐振室3。
41.燃烧室本体1具有气流通道11，混合器2设置在气流通道11内以便将气流通道11分隔为内通道111和外通道112。谐振室3设置在混合器2上，谐振室3具有谐振腔31，谐振腔31和内通道111和外通道112中的至少一者连通，谐振腔31能够与外界连通。
42.换言之，谐振室3设置在气流通道11的内部，谐振腔31和内通道111连通。或者，谐振腔31和外通道112连通。亦或者，谐振腔31与内通道111和外通道112中的每一者均连通。具体地，通过谐振腔31与外界连通，可以避免位于内通道111和外通道112中的该至少一者内的热气入侵至谐振腔31内，从而使谐振腔31起到打破放热和声压形成的反馈环的作用。
43.相关技术中，谐振室布置在火焰筒的外壁上，或者一级燃烧室与二级燃烧室的火焰筒连接的台阶端面上，或者布置在一级燃烧室之前的罩帽上，以便用来抑制燃烧室内的热声振荡。
44.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过将谐振室3设置在气流通道11的内部，相对于相关技术，本发明实施例将谐振室3设置在燃烧室本体1的内部，可以抵消气流通道11的内部的特定频率的声波，避免了放热和声压之间的耦合，从而打破放热和声压可能形成的反馈环。具有提升吸收气流通道11的内部的特定频率声波范围和效果的作用。由此，减少了燃烧室100内的热声振荡，避免燃烧室100内的热声振荡幅值过大，具有稳定燃烧室100的结构和延长燃烧室100使用寿命的优点。
45.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过在燃气涡轮机的燃烧室100内设置混合器2，起到对燃烧室100内的气体进行掺混的作用，增加了燃烧室100内气体分布的均匀性，避免燃烧室100的内部出现局部超温的问题，进而提升了燃烧的稳定性。同时，将谐振室3设置在混合器2上，可以为谐振室3的安装提供了固定位点。由此提升了谐振室3的固
定的稳定性和便捷性。
46.此外，通过谐振室3与外界连通，可以使冷却气进入到谐振室3内，冷却气(例如，燃料和/或空气)可以抑制热释放产生的波动，进一步打破放热和声压之间的耦合。由此进一步抑制了燃烧室100的热声震荡的发生。
47.由此，本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100具有减少了燃烧室100内部的热声振荡、避免出现局部超温的优点。此外，该燃烧室100还具有提升谐振室3固定的稳定性和便捷性的优点。
48.如图1和图3所示，混合器2的内部具有气流腔24，气流腔24和谐振腔31连通，气流腔24能够与外界连通。换言之，气流腔24连通外界连通和谐振腔31。可以理解的是，外界、气流腔24、谐振腔31与内通道111连通。或者是外界、气流腔24、谐振腔31与外通道112连通。或者，外界、气流腔24、谐振腔31可以与内通道111和外通道112中的每一者均连通。
49.需要说明的是，气流腔24是在混合器2的上，混合器2自身上设有气流腔24。
50.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过在混合器2上设有气流腔24，并使气流腔24和谐振腔31连通，相当于谐振腔31与混合器2的气流腔24形成双腔的谐振腔31，扩宽了抑制热声振荡频率的范围。由此，避免了燃烧室100因热声振荡剧烈程度过大而造成的燃烧室100使用寿命低及燃烧室100结构稳定差的问题。
51.如图1和图3所示，气流腔24和气流通道11连通。
52.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过气流腔24和气流通道11连通，可以使外界的冷却气进入到气流腔24后流入气流通道11内，进而可以使新的冷却气源源不断地进入到气流腔24内，以便气流腔24具有持续的冷却气，提升了谐振腔31与混合器2 的气流腔24形成双腔的谐振腔31抑制热声振荡效果。此外，可以通过气流腔24将界外的空气和/或燃料注入至气流通道11，提升燃烧室100内的燃烧效果。
53.如图1和图3所示，混合器2包括内管21和外管22，内管21和外管22之间形成气流腔24。
54.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过混合器2分成内管21和外管22，并在内管21和外管22之间形成气流腔24。通过内管21和外管22之间形成气流腔24，可以减少燃烧室100内热气直接入侵至气流腔24，进一步提升了谐振腔31与混合器2的气流腔24形成双腔的谐振腔31抑制热声振荡效果。同时内管21和外管22设置，还具有结构简单和稳定性好的优点。
55.可选地，内管21和外管22间隔开地设置以便形成气流腔24。
56.如图1和图2所示，外管22和内管21中的每一者均为波瓣形，内管21包括内管波瓣波峰2111、内管波瓣波谷2112以及连接内管波瓣波峰2111和内管波瓣波谷2112的内管波瓣侧壁2113；外管22包括外管波瓣波峰2211、外管波瓣波谷2212以及连接外管波瓣波峰 2211和外管波瓣波谷2212的外管波瓣侧壁2213。
57.内管波瓣波峰2111与外管波瓣波峰2211对应地设置，内管波瓣波谷2112与外管波瓣波谷2212对应地设置，内管波瓣侧壁2113与外管波瓣侧壁2213对应地设置以便使所形成的气流腔24呈波瓣状。
58.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过将外管22和内管21均设置为波瓣形，可以大大提升燃烧室100气体掺混的能力，进而提升了燃烧的稳定性和燃烧室100
内温度的分布的均匀性。由此，提升燃烧室100内的高速流体的燃烧充分性和火焰稳定性。
59.可选地，内管波瓣波峰2111至内管波瓣波谷2112的距离由混合器2的前端至后端逐渐加深，外管波瓣波峰2211至外管波瓣波谷2212的距离由混合器2的前端至后端加深(前端是指气流方向的上游，后端是指气流方向的下游，例如，图3中左侧为混合器2的前端，图3中右侧为混合器2的后端)。由此可以进一步提升，可以提高燃烧室100内高速流体的火焰稳定性。
60.例如，本发明实施例的燃烧室100可以为燃气轮机的二级燃烧室，混合器2的前端与一级燃烧室相连，混合器2的后端与过渡段相连，过渡段再与透平室相连，其中的气体流依次经过一级燃烧室、二级燃烧室和透平室。
61.可选地，如图1中所示，谐振室3为多个，多个谐振室3可以设置在外管波瓣波峰2211、外管波瓣波谷2212及外管波瓣侧壁2213中的至少一者上。因为外管波瓣波峰2211、外管波瓣波谷2212及外管波瓣侧壁2213相对较为平缓，具有便于安装谐振室3的优点。
62.可选地，谐振室3可以为矩形谐振室3或柱形谐振室3。
63.如图1和图2所示，谐振室3具有开口33，每个谐振室3的壁面上设有多个第一通孔 32，内管21和外管22中的至少一者上设有安装区，安装区上设有多个第二通孔23，谐振室3具有开口33的一端与安装区相连，以便使内通道111和外通道112中的至少一者与第一通孔32、谐振腔31、第二通孔23和气流腔24依次连通。换言之，谐振室3设置在内管 21上，或者谐振室3设置在外管22上，谐振室3设置在内管21及外管22上。
64.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过谐振室3的壁面上设有多个第一通孔32，即可以保证谐振室3与内通道111和外通道112中的至少一者连通，进而抑制燃烧室100的热声震荡。开设多个第一通孔32，可以使进入内通道111和外通道112中的至少一者内的热气均匀的分散至谐振室3，避免出现局部温度过高，使谐振腔失效的问题。由此，进一步提升抑制热声的效果。
65.可选地，第一通孔32设置在谐振室3的底壁和/或周壁。换言之，第一通孔32可以设置在谐振室3的底壁上。第一通孔32也可以设置在谐振室3的周壁上。第一通孔32还可以设置在谐振室3的底壁和周壁上。
66.可选地，安装区为多个，谐振室3为多个，多个谐振室3间隔开地设置在外管22和/ 或内管21的安装区上。
67.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过设置多个谐振室3可以进一步提升对热声震荡的抑制作用，进而进一步提升抑制热声震荡的效果。
68.如图1所示，用于燃气涡轮机的燃烧室100还包括冷却通道5，冷却通道5的一端与气流腔24连通，冷却通道5的另一端能够与外界连通。
69.换言之，外界、冷却通道5、气流腔24和谐振腔31依次连通。
70.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过设置的冷却通道5将外界的气体通入气流腔24，便于实现冷却通道5、气流腔24和谐振腔31之间连通。
71.如图1和图3所示，用于燃气涡轮机的燃烧室100还包括支撑架4，支撑架4的一端连接在混合器2上，支撑架4的另一端连接在燃烧室本体1上。
72.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过设置支撑架4，可以提升混合器2 安装的稳定性。
73.如图1和图3所示，支撑架4具有中空的内管腔41，内管腔41为冷却通道5，支撑架 4的一端连接在外管22上且内管腔41与气流腔24连通，支撑架4的另一端连接在燃烧室本体1上且内管腔41能够与外界连通。换言之，冷却通道5设置在支撑架4内。
74.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过冷却通道5设置在支撑架4的内部，使支撑架4既可以起到固定混合器2的目的，又可以在其内部通过外界的气体，具有简化燃烧室100的零部件及安装的作用。
75.可选地，内管21包括第一管体211和第一翻边部212，第一管体211沿着燃烧室本体 1的轴向延伸，第一翻边部212沿燃烧室本体1的径向延伸，且第一翻边部212设置在第一管体211的前端，外管22包括第二管体221和第二翻边部222，第二管体221沿着燃烧室本体1的轴向延伸，第二翻边部222沿燃烧室本体1的径向延伸，且第二翻边部222设置在第二管体221的前端，第一翻边部212和第二翻边部222之间设置连接板25，连接板 25上设有导气孔，导气孔与内管腔41连通。
76.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过设置燃烧室本体1的径向延伸的第一翻边部212和第二翻边部222，并在第一翻边部212和第二翻边部222之间设置连接板 25，可以提升内管21和外管22之间连接的稳定性，同时还为支撑架4的安装提供了相应的位点，以此保证内管腔41(冷却通道5)与气流腔24连通。具有结构简单，安装方便的优点。
77.用于燃气涡轮机的燃烧室100还包括隔板(未示出)，隔板设置在气流腔24内以便将气流腔24分隔为多个气流分腔，支撑架4设有多个，多个支撑架4沿外通道112的周向间隔开地设置，气流分腔对应地与内管腔41连通。换言之，冷却通道5沿外通道112的周向间隔开地设置，多个支撑架4对应地与气流分腔连通。
78.本发明实施例的用于燃气涡轮机的燃烧室100，通过设置隔板内以便将气流腔24分隔为多个气流分腔，可以进一步增强气流腔24和谐振腔31抑制热声震荡的频率和范围。此外，设置多个支撑架4还可以提升混合器2的安装的稳定性。
79.可选地，隔板可以设置在内管波瓣波谷2112与外管波瓣波谷2212对应地区域，如图1 所示，气流腔24被分隔为6个气流分腔，每个气流分腔上均设置多个谐振室3。一部分的谐振室3设置在外管波瓣波峰2211上，这一部分谐振室3沿着燃烧室本体1的延伸方向间隔开地设置。另一部分的谐振室3设置在外管波瓣侧壁2213上，此部分谐振室3沿着燃烧室本体1的延伸方向间隔开地设置。还有一部分谐振室3设置在外管波瓣波谷2212，此部分谐振室3沿着燃烧室本体1的延伸方向间隔开地设置。
80.本发明实施例的燃气轮机包括上述任一项实施例中的用于燃气涡轮机的燃烧室100。
81.本发明实施例的燃气轮机具有减少了燃烧室100内的热声振荡、避免出现局部超温的优点。
82.可选地，用于燃气涡轮机的燃烧室100可以应用于燃气轮机的一级燃烧室100或者二级燃烧室100。
83.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
84.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
85.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
86.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
87.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
88.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。