一种火焰筒双层壁间隙支撑件及火焰筒的制作方法

本实用新型属于地面燃气轮机领域，尤其涉及燃气轮机中燃烧室中的一种火焰筒双层壁间隙支撑件及火焰筒。

背景技术：

随着对燃气轮机性能和热力效率的追求，燃烧室温度也逐渐提高，从而对火焰筒壁面的冷却提出了更高的要求。火焰筒壁面冷却方式有冲击冷却、气膜冷却、肋翅片冷却等，前两者主要原理为冷空气通过各种孔缝进入火焰筒内部。火焰筒双层壁因其冷却效率较高、结构简单，得到了广泛的应用。

得益于计算机技术的发展，cfd(计算流体动力学)极大地提高了设计效率，并能最大化地优化空气分配策略，使燃烧室利用更少的冷却空气达到冷却效果，以达到“低nox排放”要求。燃烧室设计，包括空气分配、冷却结构等，一般在热态尺寸下完成；而各部件的生产制造则需转换为冷态尺寸进行。在这种前提下，尽可能保证机组实际冷却和设计冷却效果一致成为重要的一环。

燃烧室运行时，火焰筒双层壁的内壁内侧为高温的燃烧区域，而外壁两侧则流通着温度较低的冷空气，因此两者的热膨胀程度将发生较大的差异。此时，内壁由于接触高温区域，发生较大的热膨胀，而外壁的热膨胀程度较低，导致双层壁之间的冷却空气环腔面积变小，从而使冷却空气流量和设计值发生偏差，带来安全隐患。

虽然，在设计时已经考虑到冷态和热态时的尺寸差，但像火焰筒这类的复杂部件，在制造是要考虑实际生产情况，在精度上面往往无法做到与cfd计算出来的一致，这使得冷却空气环腔热态时实际面积与热态设计值之间会存在偏差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种火焰筒双层壁间隙支撑件及火焰筒，以解决现有技术中火焰筒的冷却空气环腔热态时实际面积与热态设计值之间存在偏差的问题。

本实用新型的技术方案为：

一种火焰筒双层壁间隙支撑件，设置于火焰筒双层壁的内壁和外壁之间，在冷态时所述内壁和所述外壁之间的间距大于在热态时的间距，包括：

两个安装部，设置于所述内壁或所述外壁上，且两个所述安装部位于同一壁面上；在所述内壁和所述外壁中与所述安装部连接的一壁为安装壁，另一壁为接触壁；

两个第一连接件，分别与两个所述安装部连接，且两个所述第一连接件均位于两个所述安装部之间；

支撑结构，两端分别与两个所述第一连接件连接；所述支撑结构包括至少一个接触部，所述接触部在热态时与所述接触壁接触。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，所述接触部在冷态时与所述接触壁之间具有冷态间隙。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，所述支撑结构为一个接触部，两个所述第一连接件分别与所述接触部的两侧连接。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，所述支撑结构包括至少两个接触部、至少一个中间底部和若干第二连接件；

所述接触部和所述中间底部依次间隔排列，相邻的所述接触部和所述中间底部通过所述第二连接件连接形成一组合体，所述组合体的首尾两端分别与两个所述第一连接件连接；

所述中间底部在热态时与所述安装壁贴合。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，所述中间底部在冷态时与所述安装壁具有冷态间隙。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，所述接触部的数量比所述中间底部的数量多一个，两个所述第一连接件均与所述组合体首尾两端的所述接触部连接。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，所述支撑结构包括两个接触部、一个中间底部和两个第二连接件；两个所述接触部均位于两个所述安装部之间，所述中间底部位于两个所述接触部之间；所述中间底部的两端通过两个所述第二连接件分别和两个所述接触部连接，所述接触部通过相对应的所述第一连接件和相对应的所述安装部连接。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，所述安装部和所述安装壁之间焊接连接。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，整个所述火焰筒双层壁间隙支撑件为一体折制而成的弯折板。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，所述接触部为一接触平台。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，其特征在于，所述弯折板的厚度在0.3～0.6毫米之间。

优选地，本实用新型提供的一种火焰筒双层壁间隙支撑件，其特征在于，所述弯折板为镍基合金弯折板。

一种火焰筒，包括：

火焰筒双层壁，包括内壁和外壁；

如上述任意一项所述的火焰筒双层壁间隙支撑件，设置于所述火焰筒双层壁之间，与所述内壁或所述外壁连接。

本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本实用新型提供的火焰筒双层壁间隙支撑件，能够在火焰筒双层壁中的安装壁热膨胀时跟随其一起移动，火焰筒双层壁之间的距离因为内壁和外壁的热膨胀程度不同而减小，因此随后火焰筒双层壁间隙支撑件的接触部会抵住接触壁，所以火焰筒双层壁间隙支撑件能够在火焰筒双层壁的内壁和外壁之间提供支持作用，保证内壁和外壁之间的环腔面积，从而解决了火焰筒的冷却空气环腔热态时实际面积与热态设计值之间存在偏差的问题。

(2)本实用新型提供的火焰筒双层壁间隙支撑件，在热态时，安装部与火焰筒的安装壁接触，接触部与火焰筒的接触壁接触，因此在火焰筒双层壁间隙支撑件上，火焰筒双层壁间隙支撑件的高度即为火焰筒双层壁之间的实际距离。所以只要保证在热态时火焰筒双层壁间隙支撑件的高度，就能保证火焰筒的冷却空气环腔热态时实际面积与热态设计值。虽然火焰筒双层壁间隙支撑件在热态尺寸下工作，但只需要在设计时将其尺寸转换为生产制造需要的冷态尺寸即可。而本实用新型提供的火焰筒双层壁间隙支撑件，是一个小型构件，因此在生产时能够高精度制造，不存在类似火焰筒双层壁在制造的遇到的精度不够的问题。

(3)本实用新型提供的火焰筒双层壁间隙支撑件，将接触部设计成接触平台，使得接触部在热态时和接触壁贴合的面积更大，避免局部应力过大。

(4)本实用新型提供的火焰筒双层壁间隙支撑件，在热态时双层壁之间的距离需求一定时，具有冷态间隙的火焰筒双层壁间隙支撑件在热态时受到的力要小于没有冷态间隙的火焰筒双层壁间隙支撑件受到的力。因此，冷态间隙的存在，避免了在热态情况下造成局部应力过大的问题

安装于火焰筒双层壁之间，若没有冷态间隙的存在，即在冷态时接触部和接触壁直接接触，中间底部和安装壁直接接触，则在热态时，双层壁之间间距变小，火焰筒双层壁间隙支撑件支撑在双层壁之间，没有冷态间隙的火焰筒双层壁间隙支撑件受到的力相比于有冷态间隙的火焰筒双层壁间隙支撑件大得多。因此，冷态间隙的存在，避免了在热态情况下造成局部应力过大的问题。

(5)本实用新型提供的火焰筒双层壁间隙支撑件可直接为一块弯折板，结构可靠、制造工艺简单，质量轻巧，给火焰筒造成的额外重量负担小。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为示例性燃烧室的部分结构示意图；

图2为安装有火焰筒双层壁间隙支撑件的双层壁的冷态部分结构示意图；

图3为安装有火焰筒双层壁间隙支撑件的双层壁的热态部分结构示意图；

图4为本实用新型的一种火焰筒双层壁间隙支撑件的结构示意图；

图5为本实用新型的另一种火焰筒双层壁间隙支撑件的结构示意图；

图6为本实用新型的无中间底部的火焰筒双层壁间隙支撑件的结构示意图。

附图标记说明：

1：机匣；2：双层壁；21：内壁；22：外壁；23：双层壁连接件；24：冷却空气环腔；3：环腔；4：燃烧区域；5：来流空气；6：燃料；7：火焰筒双层壁间隙支撑件；71：安装部；72：第一连接件；73：接触部；74：中间底部；75：第二连接件；76：冷态间隙。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种火焰筒双层壁间隙支撑件及火焰筒作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

同时，“第一”、“第二”等表述仅用于区分多个构型的目的，而不是限制构型或其他特征之间的顺序。

另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件，不应当解释为排除附加的部件。

实施例1

参看图1至图6，本实施例提供一种火焰筒双层壁间隙支撑件7，设置在火焰筒双层壁2的内壁21和外壁22之间的。火焰筒双层壁间隙支撑件7包括两个安装部71、两个第一连接件72和支撑结构。两个安装部71设置于内壁21或外壁22上，且两个安装部71位于同一壁面上。内壁21和外壁22中，与安装部71连接的一壁称为安装壁，另一壁称为接触壁。两个第一连接件72分别和两个安装部71连接，且两个第一连接件72均位于两个安装部71之间。支撑结构设置在两个第一连接件72之间，支撑结构的两侧分别与两个第一连接件72连接。支撑结构包括至少一个接触部73，接触部73在热态时与接触壁接触。

火焰筒双层壁间隙支撑件7能够在火焰筒双层壁2中的安装壁热膨胀时跟随其一起移动，火焰筒双层壁2之间的距离因为内壁21和外壁22的热膨胀程度不同而减小，因此随后支撑件的接触部73会抵住接触壁，所以火焰筒双层壁间隙支撑件7能够在火焰筒双层壁2的内壁21和外壁22之间提供支持作用，保证内壁21和外壁22之间的冷却空气环腔24的面积，从而解决了火焰筒的冷却空气环腔24热态时实际面积与热态设计值之间存在偏差的问题。

火焰筒双层壁间隙支撑件7的安装部71与内壁21连接时，火焰筒双层壁2中的安装壁为内壁21，接触壁为外壁22；火焰筒双层壁间隙支撑件7的安装部71与外壁22连接时，火焰筒双层壁2中的安装壁为外壁22，接触壁为内壁21。本实施例中，火焰筒双层壁间隙支撑件7的安装部71与内壁21连接，安装壁为内壁21，接触壁为外壁22。现对本实施例的结构进行说明。

请主要参看图1，图1为示例性燃烧室的部分结构示意图，该燃烧室包括机匣1和火焰筒2，来流空气5在机匣1和火焰筒2形成的环腔3内大体轴向地流动。火焰筒2内侧为燃烧区域4，来流空气5和燃料6在所述燃烧区域4反应放热，产生高温。

火焰筒的双层壁2包括外壁22、内壁21和双层壁连接件23。双层壁连接件23用于在双层壁2的部分区域将外壁22和内壁21连接起来。其中，火焰筒的外壁22和内壁21之间形成多个冷却空气环腔24。外壁22上开设有多排穿孔，来流空气5中的一小部分由穿孔进入冷却空气环腔24，作为冷却空气。冷却空气近乎垂直地冲击火焰筒的内壁21，形成冲击冷却；冷却气体在冷却空气环腔24内流动形成气膜冷却。此外，冷却空气从冷却空气环腔24的出口流出，对下游的内壁21内侧进行冷却。在多种冷却方式复合作用下，达到对内壁21降温的目的。

显而易见的，外壁22周围充满着相对低温的来流空气5，而内壁21内侧则与燃烧区域4直接接触，温度较高。因此，机组运行时，内壁21发生的热变形相比外壁22更大。为验证外壁22和内壁21的不同热变形，以其中一个冷却空气环腔24为例，对一个示例性双层壁2进行数值模拟。该示例性双层壁2所形成的冷却空气环腔24的冷态高度为3.5毫米。冷却空气环腔24出口处的内壁21和外壁22的径向热变形分别为1.71毫米和1.1077毫米，即相对于冷态状态，冷却空气环腔24的高度减少17.2％。因此，外壁22和内壁21的不同热变形将挤压冷却空气环腔24，导致冷却空气环腔24面积减小。此时，冷却空气流通面积减小，冷却空气流量变小，冷却效果变差。

因此本实施例提供一种火焰筒双层壁间隙支撑件7，在双层壁2中沿火焰筒周向均匀排布多个火焰筒双层壁间隙支撑件7，提供径向上的热膨胀柔性支撑，以保证冷却空气环腔24的面积，使冷却效果达到预期值。

本实施例提供的火焰筒双层壁间隙支撑件7可直接采用与双层壁2相同材料的耐高温镍基合金制成的板材弯折而成，即火焰筒双层壁间隙支撑件7可以是一体弯制而成的一块镍基合金弯折板，因此结构可靠、制造工艺简单，质量轻巧，给火焰筒造成的额外重量负担小。具体地，板的厚度可以在0.3～0.6毫米之间。

请主要参看图2至图4，两个安装部71制作成与内壁21外侧面贴合的平台，安装部71和内壁21可以通过焊接的方式连接，更具体地可以是点焊焊接。

支撑结构包括两个接触部73、一个中间底部74和两个第二连接件75。火焰筒双层壁间隙支撑件的各部件在火焰筒周侧方向上依次排列的顺序为：安装部71、第一连接件72、接触部73、第二连接件75、中间底部74、第二连接件75、接触部73、第一连接件72、安装部71。中间底部74位于两个接触部73之间，中间底部74两侧通过两个第二连接件75分别和两个接触部73连接。中间底部74在热态时与外壁22相接触。因此，火焰筒双层壁间隙支撑件7整体类似于m型结构。在其他实施例中，支撑结构可以包括多个接触部73、多个中间底部74和多个第二连接件75，支撑结构中各构件参照本实施例的排布方式排布：接触部73和中间底部74依次间隔排布，相邻的接触部73和中间底部74之间通过第二连接件75连接。此时，接触部73的数量比中间底部74多一个，两个第一连接件72均和接触部73连接。

在冷态时，接触部73和外壁22不接触，对应的两者之间具有冷态间隙76；中间底部74和内壁21之间也不接触，两者之间也具有冷态间隙76。在热态时，这些冷态间隙76都会消失；接触部73和外壁22接触贴合，中间底部74和内壁21接触贴合，火焰筒双层壁间隙支撑件7能够充分支撑内壁21和外壁22。

在热态时双层壁2之间的距离需求一定时，具有冷态间隙76的火焰筒双层壁间隙支撑件7在热态时受到的力要小于没有冷态间隙76的火焰筒双层壁间隙支撑件7受到的力。因此，冷态间隙76的存在，避免了在热态情况下造成局部应力过大的问题。

热膨胀后的内壁21和外壁22之间的距离不小于热膨胀后的火焰筒双层壁间隙支撑件7的高度，只要确保热膨胀后的火焰筒双层壁间隙支撑件7的高度，就能保证内壁21和外壁22之间的环腔面积。随着现代技术的发展，将工作时热膨胀后的尺寸转换成制作生产使的冷态尺寸是完全可以实现的，而火焰筒双层壁2间的冷却空气环腔24热态时实际面积与热态设计值之间会存在偏差，是因为火焰筒尺寸相对较大且结构复杂，在生产时达不到计算时的高精度，而本实施例提供的火焰筒双层壁间隙支撑件7是一个小型构件，在生产时能够高精度制造，不存在类似火焰筒双层壁2在制造的遇到的精度不够的问题。举个具体的例子，火焰筒双层壁间隙支撑件7在火焰筒径向上的高度可以是2.8毫米，在火焰筒轴向上的宽度可以是4毫米，厚度可以是0.5毫米。因此火焰筒双层壁间隙支撑件7是一个小型构件，易于高精度制造。

安装部71、接触部73和中间底部74可在弯折时制作成平台，扩大热态时与双层壁2的接触面积，防止接触处应力过大，同时为双层壁2提供更为充分的支撑。火焰筒双层壁间隙支撑件7在弯折过程中的折角处采用圆弧过渡，避免了在弯折处产生过大的局部应力。

请参看图5，在其他实施例中，接触部73和中间底部74可在弯折时制作成圆弧状，使得火焰筒双层壁间隙支撑件7的整个结构更为圆润。

请参看图6，在其他实施例中，支撑结构只包括接触部73，没有中间底部74和第二连接部。两个第一连接件72分别与接触部73的两端连接，火焰筒双层壁间隙支撑件7整体类似于ω型结构，结构更为简单。安装部71和内壁21通过点焊连接，冷态时，接触部73和外壁22之间形成冷态间隙76，在热态时该冷态间隙76消失，接触部73和外壁22接触相贴。

实施例2

参看图1至图3，本实施例提供一种火焰筒，火焰筒包括双层壁2，在双层壁2上安装有实施例1中的火焰筒双层壁间隙支撑件7。

双层壁2上可安装多个火焰筒双层壁间隙支撑件7，多个火焰筒双层壁间隙支撑件7可以以环形阵列排布焊接于内壁21或外壁22上。

一个冷却空气环腔24中，热膨胀后变形最大的地方为该冷却空气环腔24的出口处，因此可将火焰筒双层壁间隙支撑件7安装在冷却空气环腔24的出口处。当然，在其他实施例中，火焰筒双层壁间隙支撑件7也可以安装在冷却空气环腔24的非出口处，在一个冷却空气环腔24的出口处可以安装两个、四个、六个、八个、十个甚至更多的火焰筒双层壁间隙支撑件7。也可以在冷却空气环腔24非出口处安装火焰筒双层壁间隙支撑件7。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。

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