[實用新型]一種帶有冷卻結構的燃氣輪機燃燒室過渡段

有效

• 申請號: 201420843500.7
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN204404235U
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 劉小龍;呂煊;張珊珊
• 申請（專利權）人: 北京華清燃氣輪機與煤氣化聯合循環工程技術有限公司
• 主分類號: F23R3/00
• 分類號: F23R3/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本實用新型涉及燃氣輪機技術領域，特別是涉及一種帶有冷卻結構的燃氣輪機燃燒室過渡段。

背景技術

重型燃氣輪機，通常使用若干圓柱形燃燒室，產生熱燃氣，引入發動機的第一級透平靜葉。第一級透平靜葉接受的最好是環形的熱燃氣。通過一個過渡段，放置于每個燃燒室和第一級透平靜葉之間，把從每個燃燒室噴出的燃氣流場，從大致的圓柱形，改變成環形的一部分。從而全部過渡段噴出的氣流，產生理想的環形氣流。

熱力發動機可能取得的熱力效率，取決于其工作流體的最高溫度，對于燃氣輪機，則取決于從燃燒室排出的熱燃氣。熱燃氣的最高容許溫度，受到與這種熱燃氣接觸的金屬部件的工作溫度極限的限制，并取決于把這些部件冷卻到熱燃氣溫度以下的能力。先進重型燃氣輪機燃燒室過渡段的冷卻任務是有困難的，因為現今已知的冷卻方法，若不是能力不足，便是伴隨有無法負擔的代價。

在一種傳統的燃氣輪機燃燒室中，過渡段的外表面增加一個套管，在離開過渡段外表面一個短距離處放置，沖擊套管有一個孔眼的陣列，壓氣機排出的空氣從里面通過，產生一個噴氣陣列，對過渡段外表面沖撞并冷卻。這種方法需要在沖擊套筒和過渡段外表面之間存在足夠的壓力差，意味著壓氣機產生的壓縮空氣會在流過過渡段外表面之后出現一定的壓力損失。如果壓力降太高，那么燃氣輪機的熱力效率下降。

已經有另一種用于對過渡段的冷卻技術，是在過渡段上開設發散冷卻孔，可以在過渡段內表面形成一層冷卻空氣膜，一定程度上隔絕熱燃氣與過渡段金屬。由于過渡段內表面需噴涂熱障涂層，所以開發散冷卻孔的過程會對熱障涂層造成一定程度的損傷。熱障涂層受到損傷后容易發生剝離，導致脫落。裸露的過渡段溫度將明顯升高，嚴重者甚至造成過渡段被燒穿。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種帶有冷卻結構的燃氣輪機燃燒室過渡段，該技術方案能夠通過增加過渡段外表面的換熱面積，降低過渡段溫度，延長過渡段的壽命。

為了實現上述目的，本實用新型提供的一種帶有冷卻結構的燃氣輪機燃燒室過渡段，所述過渡段包括過渡段入口、過渡段本體和過渡段出口；其特征在于：所述過渡段本體上具有多個冷卻構件，每個所述的冷卻構件包括連接段和散熱件，連接段的一端固定在過渡段本體的外表面上，連接段的另一端與散熱件連接。

其中，所述的冷卻構件陣列分布，相鄰的兩列冷卻構件錯列分布。

其中，所述連接段的軸線與所在區域的過渡段本體的外表面的法線所成的夾角大于等于0度小于等于5度。

其中，所述散熱件的形狀為碗狀、螺旋狀或樹枝狀。

本實用新型提供的具有冷卻結構的燃氣輪機燃燒室過渡段具有以下優點及突出性的技術效果：①冷卻結構可增加過渡段外表面的換熱面積，顯著降低過渡段本體的金屬溫度，有助于延長過渡段的使用；②冷卻結構不破壞過渡段本體的完整性，不影響熱障涂層的可靠性，有利于提高熱障涂層的隔熱效果；③冷卻結構帶來的壓力損失低，有利于提高燃氣輪機的效率。

附圖說明

圖1為具有冷卻結構的燃氣輪機燃燒室過渡段的三維結構示意圖。

圖2為圖1的A-A剖視圖。

圖3a、圖3b和圖3c分別為燃氣輪機燃燒室過渡段的冷卻結構的幾個不同實施例的結構示意圖。

圖中，1–過渡段；2–過渡段入口；3–過渡段本體；4–過渡段出口；5–冷卻構件；6–連接段；7–散熱件。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用于說明本實用新型，但不用于限制本實用新型的范圍。

如圖1和圖2所示，所述過渡段1包括過渡段入口2、過渡段本體3和過渡段出口4，高溫燃氣通過過渡段入口2進入過渡段，在過渡段本體3的內部流動，從圓形截面逐漸過渡到扇形截面，過渡段出口4同樣為扇形，多個過渡段1圍繞燃機軸線排成一圈，多個過渡段出口4形成環形，進入透平一級靜葉。過渡段本體3上具有多個冷卻構件5，每個所述的冷卻構件5包括連接段6和散熱件7，冷卻構件5通過連接段6的一端固定在過渡段本體3的外表面上，散熱件7固定在連接段6的另一端。冷卻構件5陣列分布，相鄰的兩列冷卻構件5錯列分布。連接段6的軸線大致垂直于其所在區域的過渡段本體3的外表面，連接段6的軸線與所在區域的過渡段本體3的外表面的法線所成的夾角應大于等于0，且小于等于5度，以避免降低過渡段表面空氣流動速度。

圖3a、圖3b和圖3c為燃氣輪機燃燒室過渡段的冷卻結構的幾個不同實施例的結構示意圖，其中圖3a所示的散熱件7為碗狀，圖3b所示的散熱件7為螺旋狀，圖3c所示的散熱件7為樹枝狀。散熱件7通過合理的設計增加表面積，以提高換熱效率。同時散熱件7具有較小的流阻，以減小壓力損失。以上幾種冷卻構件5通過焊接、3D打印或其它方式固定到過渡段外表面上。相對于發散冷卻，一個突出的優點是不需要在過渡段本體3上開細長孔，既可以降低加工難度，有可以避免開孔與熱障涂層相互之間產生不利影響；相對于沖擊冷卻，具有較低的壓力損失，可以有效提高燃氣輪機的效率。