[實用新型]一種應用于燃氣輪機過渡段的仿蝴蝶鱗片式換熱結構

有效

• 申請號: 201721832887.6
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN207777000U
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 于征磊;張天翼;郭昊添;梁逍;吉野辰萌;徐濤;劉歡
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F02C7/12
• 分類號: F02C7/12;F23R3/60
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本實用新型公開了一種應用于燃氣輪機過渡段的仿蝴蝶鱗片式換熱結構。燃氣輪機過渡段承接火焰筒和透平，分為內外兩腔。內腔入口端為圓形，出口端為扇環形，高溫燃氣通過內腔被輸送到第一級透平進口做功。在燃氣輪機過渡段主體的外側包繞開有沖擊冷卻孔的導流襯套筒，與燃氣輪機過渡段主體之間形成環形空腔，該腔為外腔，即冷卻腔。冷卻介質通過沖擊孔進入外腔，與燃氣輪機過渡段主體外表面發生對流換熱，外表面布有仿蝴蝶鱗片式換熱結構，該結構能增大冷卻介質與過渡段高溫壁面的換熱面積，同時通過改變流場流動特性，強化了沖擊冷卻的擾動。本實用新型能夠提高燃氣輪機過渡段的冷卻效率，提高燃氣輪機過渡段主體壽命。

技術領域

本實用新型涉及燃氣輪機技術領域，特別是涉及一種應用于燃氣輪機過渡段的仿蝴蝶鱗片式換熱結構。

背景技術

燃氣輪機過渡段進氣口端為圓形，出氣口端為扇環形，承接燃燒室火焰筒和透平，其作用是將燃燒后形成的高溫燃氣導向第一級透平進口做功。燃氣輪機設計和發展的目標之一就是提高燃氣輪機的循環熱效率，提高熱效率的一種手段是提高透平入口的燃氣初溫。隨著透平前溫度的大幅提高，過渡段在高達1200℃的高溫下工作，金屬材料無法承受長時間工作，因而如何對燃燒室過渡段進行冷卻也是需同步解決的關鍵問題。

對于過渡段結構，現有冷卻方式主要以沖擊冷卻為主。具體方法為在燃氣輪機燃燒室外表面上增加一個導流襯，并在導流襯上打孔作為沖擊冷卻的入口。冷卻氣流從過渡段導流襯壁面沖擊孔進入冷空氣腔對過渡段進行沖擊冷卻。一少部分冷空氣由燃氣出口端的小孔排出，大部分冷卻氣體由過渡段冷卻腔出口排出。目前的圍繞過渡段沖擊冷卻的研究主要集中于沖擊孔角度、風向傾角，對于導流襯上沖擊孔的優化已趨于瓶頸，因而可對于過渡段結構進行改進以尋求更為高效的冷卻方式。

經過億萬年進化優化，自然界中有很多生物體具有優異的結構與功能，利用生物結構和功能原理來研制新技術的學科，被稱之為仿生學。在傳統過渡段結構上增添仿生學結構，為過渡段沖擊冷卻提供了新思路。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種應用于燃氣輪機過渡段的仿蝴蝶鱗片式換熱結構。

蝴蝶是一種廣泛存在于大自然中的鱗翅目類動物，其翅膀一般呈現出豐富的色彩。經研究發現，蝴蝶翅膀色彩的大部分顏色是由翅膀上特殊的鱗片結構導致的結構色，蝴蝶鱗片結構如圖1所示。在燃氣輪機過渡段結構中，受熱壁面的溫差大，存在熱輻射現象。本實用新型受仿生學啟發，將蝴蝶鱗片非光滑表面引入燃氣輪機過渡段的換熱系統中，蝴蝶鱗片結構既有較大的有效表面換熱面積，因而將新型仿蝴蝶鱗片式換熱結構應用于燃氣輪機過渡段中提高表面換熱能力。

本實用新型的燃氣輪機過渡段主體位于燃燒室火炎筒與透平之間，燃氣輪機過渡段具有內外雙腔室結構，即具有內腔室和外腔室，內腔室為高溫燃氣通道，從火焰筒中排出的高溫燃氣由圓形進口進入內腔室，再由扇形出口排出進入透平做功。在過渡段主體外表面布有仿蝴蝶鱗片式換熱結構。外腔室是導流襯包繞在燃氣段主體外形成的環形腔，外腔室為冷卻介質通道；導流襯上均勻分布多排沖擊孔，冷卻氣體經由沖擊孔進入外腔室，流經仿蝴蝶鱗片式換熱結構。仿蝴蝶鱗片式換熱結構能增大冷卻介質與過渡段高溫壁面的換熱面積，同時通過改變流場流動特性，強化了沖擊冷卻的擾動。

本實用新型能夠提高燃氣輪機過渡段的冷卻效率，避免燃氣輪機過渡段主體被高溫氣體所損害。

所述的仿蝴蝶鱗片式換熱結構為曲面陣列分布，相鄰凸起之間等距分布。

所述的仿蝴蝶鱗片式換熱結構相鄰凸起高度相同或高度不同即高低交錯排列。

所述的仿蝴蝶鱗片式換熱結構所在截面與過渡段軸線的法線所成夾角大于等于0度小于等于90度。

所述的仿蝴蝶鱗片式換熱結構截面形狀位不帶倒圓角的、帶倒圓角的、上下一致的、上下不一致的。

附圖說明

圖1為蝴蝶鱗片微觀結構電鏡示意圖。