一种地面燃气轮机燃烧器试验台减温结构的制作方法

1.本实用新型涉及燃烧器减温结构，具体涉及一种地面燃气轮机燃烧器试验台减温结构。


背景技术：

2.在传统燃烧器设计中，最重要的步骤是进行全温全压燃烧器性能试验验证，以考核燃烧器在全包线范围内的性能表现，最大限度检验燃烧器在设计和加工中的缺陷。为了更好匹配多轮次迭代的燃烧器试验和不同型号燃烧器的验证试验，燃烧器试验台需要经久耐用，能承受燃烧器出口高温燃气(超过1200℃)的冲击。且由于测试和控制的需求，在试验台的后段需要布置背压阀来控制燃烧器内的压力，而背压阀通过的燃气温度一般不能超过600℃，因此试验台既要承受高温燃气的侵蚀，又要将高温燃气降至背压阀可接受的温度范围。
3.在当前的主流设计中，一般通过冷却水套加上喷水结构来保障试验台安全使用，其中冷却水套用来对试验台壁面进行冷却，喷水结构用来对高温燃气进行降温以保证燃气能安全通过背压阀，如图5所示。11-喷水段进水口；12-喷水段外壁；13-喷水段内壁；14-喷水结构；21-冷却段进水口，22-冷却段外壁，23-冷却段内壁。喷水结构为从喷水段内壁径向伸出的中空圆柱段，圆柱侧面有一排或多排喷水孔。
4.但目前的设计主要存在以下问题：(1)喷水结构设计不合理，喷水结构与水套内的水来自同一源头，水压较小，造成喷水粒径较大或直接形成液态水柱，大量液态水无法在规定距离内汽化完成，进而进入背压阀，影响背压阀的使用寿命；(2)喷水结构排布方式有待改进，在试验台中心燃气温度较高的区域喷水量较少，降温不充分，有局部区域温度可能超过背压阀安全温度；在试验台外侧靠近试验台壁面燃气温度较低的区域喷水量较大，造成冷却水汽化不充分。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种地面燃气轮机燃烧器试验台减温结构。
6.这种地面燃气轮机燃烧器试验台减温结构，包括若干组喷水系统和若干组冷却系统；冷却系统之间通过阻拦板相互隔开，每组冷却系统均包括冷却水进口和冷却水出口；喷水系统均位于第一冷却系统范围内，喷水系统分别通过阻拦圆环与第一冷却系统相互隔开，每组喷水系统均包括供水环管、连接组件、喷嘴和阻拦圆环，供水环管通过连接组件连接喷嘴，喷嘴设于阻拦圆环内，阻拦圆环和喷嘴在第一冷却系统上环向均匀布置。
7.作为优选：冷却系统包括第一冷却系统、第二冷却系统和第三冷却系统；第一冷却系统主要由第一外壁、第一内壁、第一冷却水进口、第一冷却水出口、第一阻拦板和第一法兰组成，第一外壁和第一内壁组成冷却水腔体，冷却水腔体的始端和末端分别设有第一冷却水进口和第一冷却水出口，冷却水腔体最前端设有第一法兰，第一冷却系统与第二冷却
系统之间设有第一阻拦板。
8.作为优选：第二冷却系统和第三冷却系统与第一冷却系统的结构相同。
9.作为优选：喷水系统包括第一喷水系统和第二喷水系统；第一喷水系统主要由第一供水环管、第一连接组件、第一喷嘴和第一阻拦圆环组成，第一供水环管通过第一连接组件连接第一喷嘴，第一喷嘴设于第一阻拦圆环内，第一阻拦圆环和第一喷嘴在第一冷却系统上环向均匀布置，第一喷水系统通过第一阻拦圆环与第一冷却系统相互隔开。
10.作为优选：第二喷水系统与第一喷水系统结构相同。
11.作为优选：第一喷水系统与第二喷水系统的轴向距离为100-300mm。
12.作为优选：第一喷水系统与第二喷水系统的喷嘴的周向位置错开，叉排排布。
13.本实用新型的有益效果是：
14.1、本实用新型提供喷射范围大、喷射粒径小、喷射位置合理的喷水结构，通过喷嘴结构喷入高压冷却水，形成粒径为100-400um范围内的锥型水雾，可以使水雾汽化时间更短，覆盖范围更大。
15.2、本实用新型针对地面燃气轮机燃烧器出口温度分布的特点，在试验台中心区域喷水量较大，在试验台外周区域喷水量较少，在保证汽化的基础上对高温燃气更均匀的降温，防止出现高温热点。
附图说明
16.图1为地面燃气轮机燃烧器试验台减温结构三维图；
17.图2为地面燃气轮机燃烧器试验台减温结构剖面图；
18.图3为第一喷水系统结构示意图；
19.图4为第二喷水系统结构示意图；
20.图5为现有技术中冷却水套和喷水结构示意图。
21.附图标记说明：1、第一冷却系统；11、第一外壁；12、第一内壁；13、第一冷却水进口；14、第一冷却水出口；15、第一阻拦板；16-第一法兰；2、第一喷水系统；21、第一供水环管；22、第一连接组件；23、第一喷嘴；24、第一阻拦圆环；3、第二喷水系统；31、第二供水环管；32、第二连接组件；33、第二喷嘴；34、第二阻拦圆环；4、第二冷却系统；41、第二外壁；42、第二内壁；43、第二冷却水进口；44、第二冷却水出口；45、第二阻拦板；5、第三冷却系统；51、第三外壁；52、第三内壁；53、第三冷却水进口；54、第三冷却水出口；55-第二法兰。
具体实施方式
22.下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
23.作为一种实施例，所述地面燃气轮机燃烧器试验台减温结构，包括两组喷水系统和三组冷却系统，对此不作限定，也可以是一组喷水系统和两组冷却系统。第一冷却系统1、第二冷却系统4、第三冷却系统5依次相连，其中两组喷水系统均位于第一冷却系统1中，并分别通过第一阻拦圆环24和第二阻拦圆环34与第一冷却系统1相互隔开。三组冷却系统之
间通过第一阻拦板15和第二阻拦板45相互隔开，且均设有各自的冷却水进口和冷却水出口。两组喷水系统设有各自的进水管道，并通过第一喷嘴23和第二喷嘴33喷入试验段内部，用于对高温燃气进行降温。
24.第一冷却系统1主要由第一外壁11、第一内壁12、第一冷却水进口13、第一冷却水出口14、第一阻拦板15和第一法兰16组成，第一外壁11、第一内壁12组成冷却水腔体，冷却水腔体的始端和末端分别设有第一冷却水进口13和第一冷却水出口14，冷却水腔体最前端设有第一法兰16，第一冷却系统1与第二冷却系统4之间设有第一阻拦板15。
25.同理，第二冷却系统4主要由第二外壁41、第二内壁42、第二冷却水进口43、第二冷却水出口44和第二阻拦板45组成，其结构与第一冷却系统1相似，但不设有法兰，第二冷却系统4与第三冷却系统5之间设有第二阻拦板45。
26.同理，第三冷却系统5主要由第三外壁51、第三内壁52、第三冷却水进口53、第三冷却水出口54和第二法兰55组成，其结构与第一冷却系统1相似，但第二法兰55设于第三冷却系统5最后端。
27.第一喷水系统2主要由第一供水环管21、第一连接组件22、第一喷嘴23和第一阻拦圆环24组成，第一供水环管21通过第一连接组件22连接第一喷嘴23，第一喷嘴23设于第一阻拦圆环24内，第一阻拦圆环24和第一喷嘴23在第一冷却系统1上环向均匀布置，第一喷水系统2通过第一阻拦圆环24与第一冷却系统1相互隔开。
28.同理，第二喷水系统3主要由第二供水环管31、第二连接组件32、第二喷嘴33和第二阻拦圆环34组成，其结构与第一喷水系统2相似。
29.第一阻拦板15和第二阻拦板45的位置直接决定了三组冷却水段长度，也决定了冷却水量，其具体位置需要通过传热计算。合适的阻挡板位置能保证每段冷却水段壁面都保持较为一致的壁温。
30.第一喷水系统和第二喷水系统均位于第一冷却系统之中，在轴向保持一定间隔，具体间隔可以根据喷嘴雾化性能来确定，一般为100-300mm。高压冷却水(压力大于1mpa，温度约为30℃)从各自的进口管道(图中未显示)进入第一供水环管21和第二供水环管31，冷却水在环管中流动，并逐步通过各个连接组件(第一连接组件22/第二连接组件32)均匀进入到各个喷嘴(第一喷嘴23/第二喷嘴33)并喷射进入试验段，用以对高温燃气进行降温。
31.每个喷水系统上周向均匀布置多个连接组件和相对应的喷嘴，具体个数需要根据喷嘴尺寸和雾化性能确定，一般可定为4-10个；如喷水系统大于或等于两组，连接组件和喷嘴的周向位置需要错开，进行叉排排布。图3是第一喷水系统分布图，可以看到在中心位置各个喷嘴的水雾会有所重叠，水量最大，能快速对中心高温燃气降温；在外环位置，水量较少，其中在两个喷嘴之间的空隙里面几乎没有水雾存在。图4是第二喷水系统分布图，第一、第二喷水系统周向位置相互错开，能较好的覆盖外环位置水量较少的区域，保持外环位置较为均匀的水量分布。
32.在高温燃气从左侧进入试验段之前，三组冷却系统同时开启工作，常压冷却水(常压、温度约为30℃)由总管道(图中未显示)分别从第一冷却水进口13、第二冷却水进口43以及第三冷却水进口53进入三段冷却水腔体，水在腔体内的流动方向与热燃气流动方向一致。由于冷却水温度较低，且与燃气之间相对速度较大，可以通过热传导和热对流冷却内壁温度，有效保护试验段寿命。在冷却水流通腔体后，分别从各自的冷却水出口流出腔体，进
入循环系统。
33.本实用新型提供喷射范围大、喷射粒径小、喷射位置合理的喷水结构，通过喷嘴结构喷入高压冷却水，形成粒径为100-400um范围内的锥型水雾，可以使水雾汽化时间更短，覆盖范围更大。
34.单筒燃烧器出口温度分布一般为中心温度高，外环温度低。根据实际区域降温需要，本实用新型制定了喷嘴结构的布置方式，使中心高温区域喷水量更大、外环低温区域喷水量更少，不仅能使水雾汽化更均匀，也能对来流高温燃气降温更均匀，防止出现高温热点损坏后续设备。本实用新型针对地面燃气轮机燃烧器出口温度分布的特点，在试验台中心区域喷水量较大，在试验台外周区域喷水量较少，在保证汽化的基础上对高温燃气更均匀的降温，防止出现高温热点。