喷淋冷却装置的制作方法

1.本实用新型涉及发动机或燃气轮机燃烧室领域，具体涉及燃烧室冷却领域。


背景技术：

2.喷淋冷却装置一般位于燃烧室试验器排气管道进口处，前端与试验件出口测量段/转接段后法兰相连，后端与排气管道进口不锈钢法兰相连。在具有背压调节功能的燃烧室试验器排气管道中，排气温度经常较高，为了保证背压调节阀和排气管道的安全有效运行，需要对燃烧室出口燃气进行冷却，以降低燃气温度。
3.通常情况下，燃烧室出口燃气具有温度高、压力高和流速快等特点，因此常用方法为在燃烧室试验过程中用于将燃烧室出口燃气采用喷淋水将高温燃气冷却至规定的排气温度。
4.在不同燃烧室试验工况下，所需喷淋冷却水流量在不同工况下有较大差别，冷却水需求流量范围大约为20m3/h～300m3/h。常见的燃烧室试验器的喷淋冷却装置通过在喷淋管道上设置单圈小孔进行冷却水喷淋，该种方式无法根据具体冷却需求及时调节至合适流量，过少又可能达不到较好的雾化和喷淋效果。喷淋冷却装置常包括带有水套的法兰和收缩锥形筒体结构，易因局部温差较大而产生变形，进而影响使用寿命和喷淋效果，还容易造成设备底部积水。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个目的是提供喷淋冷却装置，能够有效冷却燃烧室排气，并能够避免舱体底部积水。
6.为实现上述目的的喷淋冷却装置包括喷淋壳体、喷淋环和喷嘴，喷淋壳体包括进口、出口和连接所述进口与出口的舱体，所述进口用于进入燃烧室排气，所述出口用于排出经冷却的燃烧室排气，所述舱体包括水平底侧；喷淋环环绕在所述喷淋壳体外部，用于通过冷却流体；喷嘴与所述喷淋环连通，用于向所述喷淋壳体内部释放所述冷却流体，以冷却所述燃烧室排气。
7.在一个或多个实施例中，所述舱体包括彼此连通的圆筒形舱和水平锥形舱，所述水平锥形舱包括水平底侧，所述喷淋环环绕在所述圆筒形舱的外表面。
8.在一个或多个实施例中，所述进口为进口法兰，所述出口为出口法兰，所述出口法兰与所述水平锥形舱连接，所述进口法兰与所述圆筒形舱连接。
9.在一个或多个实施例中，所述出口法兰、所述出口法兰和所述喷淋壳体为高温合金材料，所述高温合金材料的表面涂有热障涂层。
10.在一个或多个实施例中，所述喷淋冷却装置包括多排喷淋环和多个喷嘴。
11.在一个或多个实施例中，所述舱体包括多个底座，所述底座安装在所述舱体上，所述喷嘴可拆卸地安装在所述底座上，所述底座包括流通孔，所述流通孔连通所述喷淋环和所述喷嘴。
12.在一个或多个实施例中，多个所述底座的所述流通孔的出口方向与所述喷淋壳体的壁面形成不同角度。
13.在一个或多个实施例中，各所述喷淋环的流路独立。
14.在一个或多个实施例中，所述喷淋环上包括两个对称的进水法兰，用于提供所述冷却流体的入口。
15.上述喷淋冷却装置通过喷淋环和喷嘴的配合可有效释放冷却喷雾以降低燃烧室排气，通过将舱体的底部设置成水平，以区别于一般设计中的收缩锥形结构，可以有效避免喷淋水过量而引起的壳体内部积水的问题。
附图说明
16.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
17.图1是喷淋段结构的正视图；
18.图2是喷淋段结构的左视图；
19.图3是喷淋段结构的剖面图；
20.图4是45度喷嘴底座的剖面图；
21.图5是60度喷嘴底座的剖面图；
22.图6是90度喷嘴底座的剖面图。
23.附图标记说明
24.1 进口法兰
25.2 喷淋壳体
26.3 水平底侧
27.4 出口法兰
28.5 喷淋环
29.7 喷嘴
30.8 第一底座
31.9 第二底座
32.10 第三底座
33.11 进口
34.12 出口
35.13 舱体
36.14 流通孔
37.15 底座
38.21 筒形舱
39.22 水平锥形舱
具体实施方式
40.下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的
其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本实用新型的保护范围。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。
41.在燃烧室试验中，燃烧室出口温度较高，若直接排出，下游排气管道及阀门等无法承受如此高的温度要求，因此需要喷淋段装置对上游排气进行喷淋降温，以达到下游使用和最终排放要求。
42.本公开所涉及的喷淋冷却装置参照图1和图2理解，装置包括喷淋壳体2、喷淋环5和喷嘴7。喷淋壳体2包括进口11、出口12和连接进口11与出口12的舱体13，进口11用于进入燃烧室排气，出口12用于排出经冷却的燃烧室排气，也即燃烧室排气进入喷淋壳体2后在喷淋壳体2的舱体13内部被冷却，并由出口12排出。进口11和出口12分别与上下游设备相连，在一个实施例中，进口11为进口法兰1，出口12为出口法兰4，进口法兰1与发动机燃烧室出口测量段连接，出口法兰4与排气管道连接，排气管道将经冷却的燃烧室排气排出至大气。
43.舱体13包括水平底侧3，水平底侧3指图1中所示的舱体13的最下部，以区别于一般设计中的收缩锥形结构。在一个实施例中，舱体13包括彼此连通的圆筒形舱21和水平锥形舱22，出口法兰4与水平锥形舱22连接，进口法兰1与圆筒形舱21连接。水平锥形舱22包括水平底侧3，圆筒形舱21靠近燃烧室出口测量段，喷淋环5环绕在圆筒形舱21的外表面，以释放冷却喷雾冷却进入的高温燃烧室排气。通过将舱体13的底部设置成水平，可以避免底面产生过多积水，喷淋壳体进口的高速排气可以将位于水平底侧3上的部分水滴快速吹走，因此有效避免喷淋设备底部积水产生较大温差造成的舱体热变形的问题，提高喷淋冷却装置的整体使用寿命。
44.为了进一步避免喷淋冷却装置受到高温影响，在上述实施例的基础上，进口法兰1、出口法兰4和喷淋壳体2为高温合金材料，表面涂有热障涂层。涂有热障涂层的高温合金材料具有更佳的蠕变性能，能够承受燃烧室出口高温排气温度，从而适用于高温高压环境。
45.此外，由于进口法兰1和出口法兰4分别与上下游设备相连，当上下游设备位于不同轴向方向时，水平锥形舱22改变舱体13的中心，可实现喷淋冷却装置的尺寸转化，以适应下游安装环境。在图1所示的实施例中，进口法兰1与筒形舱21连接，出口法兰4与水平锥形舱22连接。进口法兰1的一端与发动机燃烧室后测量段连接，另一端与筒形舱21连接，以引入高温燃气；出口法兰4的一端与水平锥形舱22连接，另一端与排气管道连接，以将冷却后的燃烧室排气排至大气。
46.继续参照图1至图3所示，喷淋环5套设在喷淋壳体2外部，用于通过冷却流体。在一个实施例中，喷淋环5上包括两个对称的进水法兰6，两个对称的进水法兰6均用于提供冷却流体的入口。在实际操作过程中，输送冷却流体的管路与两个进水法兰6同时连接，开启管路开关后冷却流体同时从两个进水法兰6流入喷淋环5，能够为喷淋环5快速提供冷却流体。喷淋冷却装置还包括喷嘴7，喷嘴7与喷淋环5连通，用于向喷淋壳体2内部释放冷却流体，以冷却燃烧室排气。
47.在一个实施例中，喷淋冷却装置包括多排喷淋环5和多个喷嘴7。优选的，各喷淋环5的流路独立。由于多排喷淋环5的流路互相独立，因此可以根据不同的工况，选择喷淋环5使用环数，当燃烧室排气流量较少时减少喷淋环5的使用环数，避免喷淋水过量造成管道底
部积水和水资源浪费的问题；当燃烧室排气流量较高时增加喷淋环5的使用环数，以实现较佳的冷却效果，从而使得喷淋水量可以被灵活调节。
48.舱体13包括多个底座15，底座15安装在舱体13上，喷嘴7可拆卸地安装在底座15上。底座15包括流通孔14，流通孔14连通喷淋环5和喷嘴7。具体的结构参照图3理解，三排喷淋环5套设在喷淋壳体2外部，多个底座15分别设置在喷淋壳体2上并与喷淋环5的位置对齐，在图3中每排喷淋环5上设置六个喷嘴7。底座15通过诸如螺纹方式等与喷嘴7可拆卸地连接，并流体地连通喷嘴7和喷淋环5，使得喷淋环5内的冷却液体能够经底座15进入喷嘴7。螺纹等可拆卸地连接方式可方便更换相应的喷嘴7，例如根据冷却需求的调整进而更换不同流量的喷嘴等；又或者方便各喷嘴的检修或更换，增加维修的便利性。
49.通过使用底座15将位于喷淋壳体2内部的喷嘴7与位于喷淋壳体2外部的喷淋环5连通，可以减少置于喷淋壳体2内部部件的数量，从而提高喷淋冷却装置的整体可靠性和耐用性。例如可有效减少对喷淋环5的冲刷，从而提高喷淋环5的使用寿命。此外，将喷淋环5外置，还可以减少对于喷淋壳体2内部气体的扰动，减少排气的气流流动损失。
50.在上述实施例的基础之上，多个流通孔径14的出口方向与喷淋壳体2的壁面形成不同角度。参照图4至图6理解，流通孔径14的入口连通喷淋壳体2外的喷淋环5，出口连通喷淋壳体2内的喷嘴7。流通孔径14的出口与喷淋壳体2的壁面形成不同角度，可以使得与底座15连接的喷嘴7因此具有不同角度。如图4所示的第一底座8与喷淋壳体2的壁面形成45
°
夹角，则与第一底座8连接的喷嘴7所喷出的冷却喷雾轴线也即与喷淋壳体2的壁面形成45
°
夹角；图5所示的第二底座9与喷淋壳体2的壁面形成60
°
夹角，则与第二底座9连接的喷嘴7所喷出的冷却喷雾轴线也即与喷淋壳体2的壁面形成60
°
夹角；图6所示的第三底座10与喷淋壳体2的壁面形成90
°
夹角，与第三底座10连接的喷嘴7所喷出的冷却喷雾轴线也即与喷淋壳体2的壁面形成90
°
夹角。因此，图3中具有不同喷射角度的第一底座8、第二底座9和第三底座10使得各喷嘴7的喷射方向不同，且各喷嘴7均匀地分布在不同喷淋环5上。设置多个不同角度的喷嘴可最大化喷淋水利用效率，实现在腔体空间内部的多角度喷射，增加喷射面积，从而提高喷射效果，进而有效避免舱体内部因局部高温气体堆积而造成的局部温度过高，进而造成管道热变形而影响该设备的使用寿命。
51.上述喷淋冷却装置由于每排喷淋环5上具有两个对称的进水法兰6，因此冷却流体经过对称的进水法兰6同时进入喷淋环5内，可快速达到预期喷淋效果，并最终通过三排喷淋环5和多个喷嘴7将冷却流体雾化后均匀地喷入舱体13内部，同时工作人员根据不同排气温度和流量，选择性的向喷淋环供应冷却流体以选择使用喷淋环的使用数量，在保证有效冷却的基础上有效节约水资源，且通过使用高温合金材料和热障涂层相配合，可以减少装置受高温的影响，提高装置的使用寿命。
52.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。诸如喷淋环和喷嘴的数量可根据实际工况增加或减少，或者舱体的形状可根据上下游连接部件进行改变。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。