一种燃烧室动压传感器的安装结构

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧室技术，具体而言，涉及一种燃烧室动压传感器安装结构。

背景技术

重型燃气轮机运行中，火焰的热释放脉动极易与燃烧室固有声学脉动耦合形成声压共振，造成燃烧热声不稳定，对排放和燃烧稳定性产生影响，严重时甚至对燃气轮机造成损坏，因此燃烧脉动压力对于燃烧状态评估、异常分析及燃烧系统改进十分重要，是燃气轮机运行监测的重要参数。

燃烧室动态压力测量方式有直接测量和间接测量两种方式。如专利CN213019742U中公开的一种间接测量方式，其中脉动压力传感器通过设计的安装座安装在燃烧室罩壳上。安装座由两个空心圆柱体末端套接构成，安装座上端开口形成冷却气入口与冷却气体直观连接，上部侧面开孔形成传感器电缆开孔。安装座末端开口形成引压管接口，脉动压力传感器插入形成的空腔内，测量端与引压管形成密封配合。

间接测量对测量精度带来影响，不适合燃烧监测的高精度要求。直接测量测量精度高，为在燃烧室结构对应位置直接布置传感器，然而由于燃烧室结构设计复杂，特殊如过渡段和导流衬套处测点为双层壁面结构，表面还设计有冷却孔。同时额外引入的安装结构需尽可能不破坏燃烧室本身结构，设计难度较高。

鉴于以上技术问题，特推出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能够直接测量燃烧室脉动压力且不破坏燃烧室本身结构的安装结构。

为了实现上述目的，本发明提供了一种燃烧室动压传感器的安装结构，燃烧室的燃烧室壁包括第一壁层和设置在第一壁层外的第二壁层，安装结构包括：第一安装孔，第一安装孔设置在第一壁层上，并穿透第一壁层；第二安装孔，第二安装孔设置在第二壁层上，并穿透第二壁层；安装组件，安装组件包括，安装座，安装座用于承载动压传感器，安装座安装在第一安装孔内，第二安装孔使得动压传感器穿过第二壁层，以允许动压传感器直接测量燃烧室内部的脉动压力，第二安装孔与动压传感器之间形成间隙；间隙补偿装置，间隙补偿装置安装在第二壁层外侧，间隙补偿装置至少部分在间隙外侧遮挡间隙以补偿进气量。本发明的安装结构考虑到燃烧室的双层结构及可能导致的膨胀，为动压传感器能够直接测量且不会对燃烧室结构本身造成影响提供基础。

以下是本发明对上述方案的进一步优化：

优选的，间隙补偿装置为浮动部，浮动部随燃烧室内的热胀可沿动压传感器的轴向方向和径向方向浮动。

优选的，安装座包括上端面和下端面，下端面穿过第一壁层与第一壁层的内表面平齐；上端面朝第二壁层向燃烧室外侧开放。下端面与第一壁层平齐，以避免与第一壁层形成空腔，从而使得测量更加准确。

优选的，安装座为环形结构，包括第一内环面和第一外环面，第一内环面安装动压传感器，第一外环面与第一安装孔配合。

优选的，第一外环面通过焊接方式与第一安装孔连接。

优选的，动压传感器固定在安装座中。

优选的，第一内环面通过安装螺纹与动压传感器连接。

优选的，安装座还包括冷却孔，冷却孔用于冷却动压传感器。

优选的，冷却孔数量为3～5个，冷却孔沿着第一外环面均布。

优选的，冷却孔孔径为2～5mm。

优选的，浮动部包括浮动环及用于限制浮动环位移的第一限位座和第二限位座，第一限位座和第二限位座安装在第二壁层上。

优选的，第一限位座和第二限位座通过焊接方式安装在第二壁层上。

优选的，浮动环为片状结构，浮动环厚度为t，直径为d，包括第二内环面和第二外环面，第二内环面与动压传感器配合，第二外环面与第一限位座和第二限位座配合。

优选的，第一限位座和/或第二限位座为L型或Z型结构。

优选的，第一限位座包括第一竖直容纳边和第一水平容纳边；和第二限位座包括第二竖直容纳边和第二水平容纳边。

优选的，第一水平容纳边和第二水平容纳边在同一平面内，与第二壁层的距离为(t+1)mm～(t+2)mm。

优选的，第一水平容纳边和第二水平容纳边之间的距离为(d+10)mm～(d+16)mm。

优选的，第一限位座和/或第二限位座包括线缆固定部，以固定动压传感器的线缆。以防线缆在燃气轮机运行中大幅摆动被割断。

优选的，线缆固定部自第一竖直容纳边和/或第二竖直容纳边向外侧延伸成U型结构。

基于上述技术方案，本发明的动压传感器安装结构至少具有如下有益效果：

1、安装组件能够保证燃气轮机运行过程中始终安全可靠固定，且不会影响燃烧室本身结构设计；

2、安装组件的浮动环5使得不会对总体气量分配产生影响；

3、安装座3上冷却孔11尺寸经过气动分析，所产生冷却气量不会对总体气量分配产生影响；

4、动压传感器12安装座3下底面与燃烧室内壁面平齐，不会形成空腔，满足脉动压力测量需求；

5、第一限位座4和第二限位座6上的防松孔7确保动压传感器12始终可靠固定；

6、动压传感器12线缆固定在固定座上，以防线缆在燃气轮机运行中大幅摆动被割断。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是动压传感器安装结构示意图

图2是动压传感器安装座与第一层壁的结构示意图；

图3是安装座三维示意图；

图4是动压传感器与安装座的配合示意图；

图5是浮动部剖视图；

图6是浮动部三维示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第一壁层；2、第二壁层；3、安装座；4、第一限位座；5、浮动环；6、第二限位座；7、防松孔；8、线缆固定孔；9、浮动间隙；10、安装螺纹；11、冷却孔；12、动压传感器；

a、第一竖直容纳边；b、第一水平容纳边；c、第二水平容纳边；d、第二竖直容纳边。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

在描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

重型燃气轮机燃烧室环境特殊，要准确测量其脉动压力，需采用直接测量的方式。直接测量用动压传感器12直接测量燃烧室内火焰燃烧的脉动压力，避免了间接测量使用引压管造成的测量精度不准确的问题，但燃烧室结构设计复杂，对整体气量分配有相应的要求。故在设计动压传感器12安装组件时，一方面要保证燃气轮机燃气轮机运行过程中动压传感器12始终得到安全可靠的固定，另一方面也要保证不会对燃烧室结构本身造成影响。

本发明基于重型燃气轮机燃烧室运行过程中脉动压力实时监测的使用环境，提出了一种动压传感器12安装结构，可直接测量燃烧室动态压力，满足对脉动压力监测高精度的要求。如图1-图6所示，燃烧室的燃烧室壁包括第一壁层1和设置在第一壁层1外的第二壁层2。安装结构包括：第一安装孔、第二安装孔、安装组件。第一安装孔设置在第一壁层1上，并穿透第一壁层1；第二安装孔设置在第二壁层2上，并穿透第二壁层2；安装组件包括安装座3、间隙补偿装置。安装座3用于承载动压传感器12，安装座3安装在第一安装孔内，第二安装孔使得动压传感器12穿过第二壁层2，以允许动压传感器12直接测量燃烧室内部的脉动压力，第二安装孔与动压传感器12之间形成间隙。间隙补偿装置安装在第二壁层2外侧，间隙补偿装置至少部分在间隙外侧遮挡间隙以补偿进气量。第一壁层1第二壁层2第一壁层1套第二壁层2第二壁层2其中，第一壁层1指火焰筒壁面、过渡段壁面等，第二壁层2指的是燃烧室最外层结构，例如导流衬套等。

本发明的安装组件采用燃烧室第一壁层1如火焰筒壁面、过渡段壁面等作为动压传感器12安装表面，采用燃烧室第二壁层2，即燃烧室最外层结构，例如导流衬套等作为浮动部的安装表面。考虑到燃烧室的双层结构及可能导致的膨胀，为动压传感器12能够直接测量且不会对燃烧室结构本身造成影响提供基础。

燃烧室动压传感器12安装组件使得动压传感器12能够直接测量第一壁层1内侧的脉动压力。间隙补偿装置覆盖间隙，以满足燃烧室进气量的要求。其中间隙补偿装置为浮动部，浮动部随燃烧室内的热胀可沿动压传感器12的轴向方向和径向方向浮动。

如图1-图3所示，安装组件的安装座3包括上端面和下端面，其中，上端面为远离燃烧室的端面，下端面为靠近燃烧室的端面。下端面与第一壁层1平齐，以避免与第一壁层1形成空腔，从而使得测量更加准确。而安装座3的上端面穿过第二壁层2向燃烧室外侧开放，以安装动压传感器12。如图3所示，在动压传感器12的安装过程中，也需使得动压传感器12与第一壁层1平齐。

如图2所示，安装座3焊接于燃烧室预设动压传感器12的测量位置，在燃烧室对应位置开孔，安装座3下底面与燃烧室内壁面平齐。安装座3为环形结构，包括第一内环面和第一外环面。其中，第一内环面安装动压传感器12，而安装座3第一外环面与第一壁层1的第一安装孔配合。进一步的，第一外环面通过焊接方式与第一壁层1的第一安装孔连接。

如图4所示，动压传感器12固定在安装座3中，第一内环面通过安装螺纹10与动压传感器12连接。动压传感器12组件下端面与安装座3结构底面平齐，以壁面形成空腔，从而满足脉动压力测量需求。

安装座3还包括冷却孔11，冷却孔11用于冷却动压传感器12。由于燃烧室外压力高于燃烧室内部压力，会形成流动对动压传感器12进行冷却。冷却孔11尺寸经过气动分析，所产生冷却气量不会对总体气量分配产生影响。冷却孔11沿着第一外环面均布，孔径为2～5mm，数量为3～5个。优选地，冷却孔11的数量可设计成4个，直径为3mm。

对于浮动部来说，如图6所示，包括浮动环5及用于限制浮动环5位移的第一限位座4和第二限位座6。第一限位座4和第二限位座6安装在第二壁层2上，优选地，第一限位座4和第二限位座6焊接在第二壁层2上。对于第二壁层2来说，为了安装动压传感器12，需开一较大的孔；同时由于第二壁层2本身存在热胀导致的位移，需预留一定位移量以防止在燃气轮机燃气轮机运行过程中切断传感器。这样，在第二壁层2上形成了安装动压传感器12的大孔，该大孔会影响整体气量分配。故需设计一浮动环5置于第二壁层2外表面，以密封第一外环面与第二壁层2形成的环形孔隙。

本发明采用浮动环5作为浮动装置。浮动环5为片状结构，可浮动在第二壁层2外表面上，随热胀自由浮动。从图6可以看出，浮动环5位于燃烧室最外层结构外侧，所处环境温度较低，浮动环5不容易损毁变形，对环形孔隙的密封效果更好；且浮动环为浮动装置，能够随燃烧室内的热气膨胀，避免了因热应力造成的结构损坏。浮动环5厚度为t，直径为d，包括第二内环面和第二外环面，第二内环面与动压传感器12贴合，第二外环面与第一限位座4和第二限位座6配合。

第一限位座4和/或第二限位座6为L型或Z型结构。第一限位座4包括第一竖直容纳边a和第一水平容纳边b；第二限位座6包括第二竖直容纳边d和第二水平容纳边c。其中，第一水平容纳边b和第二水平容纳边c在同一平面内。浮动环5与第一限位座4、第二限位座6形成浮动间隙9。

经过仿真计算浮动环5的最大热胀量，将第一水平容纳边b和第二水平容纳边c与第二壁层2的距离设计成(t+1)mm～(t+2)mm；将第一水平容纳边b和第二水平容纳边c的之间的距离设计为(d+10)mm～(d+16)mm。浮动片在浮动过程中不会超过第一限位座4和第二限位座6的固定范围。

由于燃气轮机运行过程中燃烧室会产生较大的振动。第一限位座4和第二限位座6上设计有防松孔7，安装过程中，将动压传感器12安装在安装座3上后，用铁丝将传感器与防松孔7固定以限制垂直表面方向的位移，以确保传感器始终可靠固定。

由于燃烧室外气流速度较高，直接测量时，动压传感器12线缆需通过引线孔引至燃气轮机外部。第一限位座4和/或第二限位座6包括线缆固定部，以固定动压传感器12的线缆。线缆固定部自第一竖直容纳边a和/或第二竖直容纳边d向外侧延伸成U型结构。图5所示的是第二限位座6包括线缆固定部，线缆固定部上包括线缆固定孔8。通过线缆固定孔8将动压传感器12线缆固定在固定座上，以防线缆在燃气轮机运行中大幅摆动被割断。

本发明的安装组件即可保证对燃烧室冷却及气量分配产生较少影响，又兼顾考虑重型燃机燃烧室振动大的特点，确保使用过程中动压传感器12始终安装可靠。同时对线缆进行固定防止使用过程中被气流割断。

总之，从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现如下技术效果：

1、安装组件能够保证燃气轮机运行过程中始终安全可靠固定，且不会影响燃烧室本身结构设计；

2、安装组件的浮动环5使得不会对总体气量分配产生影响；

3、安装座3上冷却孔11尺寸经过气动分析，所产生冷却气量不会对总体气量分配产生影响；

4、动压传感器12安装座3下底面与燃烧室内壁面平齐，不会形成空腔，满足脉动压力测量需求；

5、第一限位座4和第二限位座6上的防松孔7确保动压传感器12始终可靠固定；

6、动压传感器12线缆固定在固定座上，以防线缆在燃气轮机运行中大幅摆动被割断。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。