CN112984560B - 燃气轮机、燃烧室和过渡段 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机、燃烧室和过渡段，所述过渡段包括管体，所述管体具有前端和后端，所述管体的后端设有安装框，所述管体的前端适于与燃烧室的火焰筒相连，所述管体的后端适于通过所述安装框与透平相连，所述安装框内设有冷却通道，所述冷却通道具有进口端和出口端，所述冷却通道在所述安装框内弯曲延伸。本发明的燃烧室过渡段对压缩空气消耗较少，便于燃料充分燃烧，降低了污染物的排放，且冷却空气的有效利用率高。

Description

燃气轮机、燃烧室和过渡段

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地，涉及一种用于燃气轮机燃烧室的过渡段、具有该过渡段的燃烧室和具有该燃烧室的燃气轮机。

背景技术

燃气轮机主要包括压气机、燃烧室、透平三大部件，压气机产生的压缩空气会排入燃烧室内，并与燃烧室内的燃料混合燃烧，燃烧生成的热燃气通过燃烧室过渡段输送至透平处做功。

相关技术中，为了方便燃烧室的过渡段与透平的密封连接，过渡段的尾部通常设有安装边结构，为了实现对安装边结构的冷却降温，安装边结构上通常设有冷却孔，过渡段外侧的冷却空气可以经由冷却孔流入燃烧室过渡段内，冷却空气沿冷却孔流动的过程可以实现对安装边结构的冷却降温。

本申请的发明人通过研究发现和认识到，安装边结构上的冷却孔为直孔，经由冷却孔流入燃烧室内的冷却空气量大，燃烧室内消耗的冷却空气较多，可达燃烧室总气体量的2%，由此降低了燃烧室内参与燃烧的压缩空气量，不利于燃烧室内的充分燃烧，燃烧后的污染排放物较多。另外，从冷却孔流入过渡段的冷却空气依然具有较高的流速和较低的温度，冷却空气与安装边结构之间换热不充分，冷却空气的有效利用率较低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，该燃烧室的过渡段的安装边通过吸入较少的冷却空气即可实现冷却降温，且冷却空气的有效利用率高。

本发明还提出一种具有上述过渡段的燃烧室。

本发明实施例还提出一种具有上述燃烧室的燃气轮机。

根据本发明实施例的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，包括管体，所述管体具有前端和后端，所述管体的后端设有安装框，所述管体的前端适于与燃烧室的火焰筒相连，所述管体的后端适于通过所述安装框与透平相连，所述安装框内设有冷却通道，所述冷却通道具有进口端和出口端，所述冷却通道在所述安装框内弯曲延伸。

根据本发明实施例的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，过渡段的安装边通过吸入较少的冷却空气即可实现冷却降温，且冷却空气的有效利用率高。

在一些实施例中，所述冷却通道在所述安装框内往复延伸。

在一些实施例中，所述冷却通道包括折流腔和与所述折流腔连通的多个通道段，所述折流腔设在所述冷却通道的拐弯处。

在一些实施例中，所述安装框具有前表面和后表面，所述通道段在所述安装框内沿前后方向延伸。

在一些实施例中，所述冷却通道还包括过渡腔，所述过渡腔设在所述通道段和所述折流腔之间，且所述过渡腔的通流截面沿着从所述通道段至所述折流腔的方向逐渐变大。

在一些实施例中，所述安装框具有前表面和后表面，所述前表面和所述后表面中的至少一者上设有凹槽，所述凹槽的槽口由盖板封闭以形成所述折流腔。

在一些实施例中，所述盖板的内侧面上设有导流曲面，所述导流曲面用于引导气流流向以减小压力损失。

在一些实施例中，所述盖板的外周设有凸缘，所述凸缘用于与所述安装框的侧壁止抵以密封所述凹槽的槽口。

在一些实施例中，所述凹槽为多个，且多个所述凹槽的槽口由一个所述盖板封闭。

在一些实施例中，所述冷却通道为多个，多个所述冷却通道沿着安装框的周向间隔布置。

根据本发明实施例的用于燃气轮机的燃烧室，包括燃烧器、火焰筒和过渡段，所述过渡段为上述任一实施例中所述的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段。

根据本发明实施例的燃气轮机，包括压气机、燃烧室和透平，所述燃烧室为上述任一实施例的用于燃气轮机的燃烧室。

附图说明

图1是根据本发明用于燃气轮机的燃烧室的过渡段的立体示意图。

图2是根据本发明过渡段的一个实施例的安装框示意图。

图3是图2中过渡段的安装框局部放大示意图。

图4是根据本发明过渡段的另一个实施例的冷却通道示意图。

图5是图4中过渡段的冷却通道示意图。

图6是根据本发明过渡段的又一个实施例的安装框示意图。

图7是图6中安装框的冷却通道示意图。

图8是图6中的盖板示意图。

图9是根据本发明过渡段的再一个实施例的安装框示意图。

图10是图9中安装框的爆炸图。

图11是图9中冷却通道示意图。

图12是根据本发明过渡段的另一个实施例的安装框示意图。

图13是图12中冷却通道示意图。

附图标记：

过渡段1；管体2；

安装框3；前表面31；后表面32；

冷却通道4；进口端41；出口端42 ；通道段43；

折流腔5；凹槽51；盖板52；导流曲面521；凸缘522；

环形密封槽6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图13所示，根据本发明实施例的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段1（以下简称过渡段1），包括管体2，管体2具有前端和后端，管体2的后端设有安装框3，管体2的前端适于与燃烧室的火焰筒相连，管体2的后端适于通过安装框3与透平相连，安装框3内设有冷却通道4，冷却通道4具有进口端41和出口端42，冷却通道4在安装框3内弯曲延伸。

具体地，如图1所示，过渡段1沿着前后方向延伸，过渡段1包括前段和后段，其中前段位于后段的前侧，前段的横截面为圆形，后段的横截面为环扇形，前段和后段之间通过曲面平滑过渡连接。需要说明的是，过渡段1的前段伸入燃烧室的外壳内，并与燃烧室内的火焰筒密封连接，过渡段1的后段则用于与透平密封连接，由此，燃烧室内产生的热燃气可以经由过渡段1被引导至透平处做功。

为了方便过渡段1和透平的密封连接，过渡段1的后端设有安装框3，安装框3设在过渡段1后段的外周侧，安装框3沿着过渡段1的后段设有一周并闭合成扇形环圈，安装框3具有朝向燃烧室一侧的前表面31，安装框3还具有朝向透平一侧的后表面32。

安装框3内设有多个冷却流道，冷却流道的数量可以根据实际情况进行设定，多个冷却流道沿着安装框3的延伸方向间隔布置。冷却流道沿着前后方向贯穿安装框3，具体地，冷却流道具有进口端41和出口端42，冷却流道的进口端41设在安装框3的前表面31上，冷却流道的出口端42设在安装框3的后表面32上。

需要说明的是，冷却流道的进口端41用于与过渡段1外周侧的较冷的压缩空气连通，冷却通道4的出口端42用于与过渡段1的内腔连通，由此，经由冷却流道，过渡段1外周的较冷的压缩空气（冷却空气）可以与过渡段1内的热燃气混合。

如图4所示，冷却通道4在安装框3弯曲延伸，例如，冷却通道4可以包括多个并行设置的通道段43，多个通道段43依次连通，多个通道段43可以沿着前后方向延伸，多个通道段43也可以沿着安装框3的延伸方向延伸。

根据本发明实施例的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段1，由于冷却通道4在安装框3内弯曲延伸，每个冷却通道4会占据一定的区域范围，由此，相对于相关技术，安装框3上冷却通道4的分布密度较小，进而使得安装框3上冷却通道4的总的通流截面积得以减小，降低了单位时间内冷却空气的吸入量。

另外，弯曲延伸的冷却通道4延长了冷却空气在安装框3内的流动时间，由此，增加了冷却空气和安装框3的换热时间，使得冷却空气和安装框3之间能够充分换热，提高了冷却空气的有效利用率。

在一些实施例中，冷却通道4在安装框3内往复延伸。

如图4和图5所示，冷却通道4可以包括三个通道段43，三个通道段43沿着安装框3的周向延伸方向间隔布置，三个通道段43中位于中间的通道段43的后端与其左侧的通道段43的后端连通、位于中间的通道段43的前端与其右侧的通道段43的前端连通，即冷却通道4整体呈S型。由此，流入冷却通道4内的冷却气体可以在前后方向上往复流动，有利于提高冷却空气的换热效率。

在一些实施例中，冷却通道4包括折流腔5和与折流腔5连通的多个通道段43，折流腔5设在冷却通道4的拐弯处。

如图4所示，冷却通道4包括折流腔5和多个通道段43，折流腔5的位置设在相邻的两个通道段43的拐弯处，用于连通相邻的两个通道段43。在相邻的两个通道段43中，冷却空气的流动方向相反。

冷却空气沿着冷却通道4流动的过程中，冷却空气从进口端41进入，沿着通道段43到达折流腔5处转换方向，然后进入下一通道段43内，然后到达下一处折流腔5，如此循环往复，直至达到冷却通道4的出口端42。

冷却通道4的长度可以根据实际情况变化。例如，如图4所示，冷却通道4由三个相邻的通道段43连通。在其他一些实施例中，如图13所示，冷却通道4中也可以包括四个、五个、六个等通道段43。

可以理解的是，冷却腔的个数也可以根据实际情况进行设置，例如，可以仅在冷却通道4的一部分拐弯处设置冷却腔，也可以在冷却通道4的全部拐弯处均设置冷却腔。

需要说明的是，在冷却通道4内各通道段43均沿着前后方向延伸的情况下，通道段43的数量为奇数个，最少为个。这样可以保证出口端42和进口端41分别位于安装框3两侧。

如图3所示，优选地，折流腔5的形状为腰型。这样的形状便于加工。

可以理解的是，在其他一些实施例中，折流腔5的形状也可以为矩形、圆形等。

折流腔5具有缓冲作用，使得冷却空气能够缓存在折流腔5内，有利于降低冷却空气的流动速率，进而延长了冷却空气和安装框3的换热时长，进一步提升了冷却空气的有效利用率。

需要说明的是，通道段43的大小，相邻两个通道段43之间的距离均可根据不同的工况进行调节。

在一些实施例中，安装框3具有前表面31和后表面32，通道段43在安装框3内沿前后方向延伸。

如图2和图10所示，安装框3用于朝向管体2的一侧为前表面31，安装框3用于朝向透平的一侧为后表面32。冷却通道4的进口端41设在安装框3的前表面31，并用于将冷却空气导入冷却通道4。冷却通道4的出口端42在安装框3后表面32，并用于将换热后的冷却空气引流至过渡段1内。进口端41和出口端42之间有多个通道段43，每个通道段43均为直线管道，在安装框3的前后方向延伸。可以理解的是，在其他一些实施例中，冷却通道4中的每个通道段43也可以沿着安装框3的周向延伸方向延伸，例如，多个通道段43可以沿着安装框3的周向延伸方向延伸，且多个通道段43沿着上下方向间隔布置。

在一些实施例中，冷却通道4还包括过渡腔，过渡腔设在通道段43和折流腔5之间，且过渡腔的通流截面沿着从通道段43至折流腔5的方向逐渐变大。

如图5所示，每个通道段43和折流腔5之间的位置处均设有过渡腔，过渡腔的一端与对应的通道段43连通，过渡腔的另一端与对应的折流腔5连通，位于通道段43和折流腔5之间的过渡腔的同流截面积沿着从该通道段43至该折流腔5的方向逐渐变大。由此，沿着冷却空气的流动方向，折流腔5进口处的过渡腔的通流截面积沿着逐渐靠近该折流腔5的方向逐渐变大，折流腔5出口处的过渡腔的同流截面积沿着逐渐远离该折流腔5的方向逐渐变小。

由于通道段43的容积和折流腔5的容积存在较大差异，折流腔5进口处和出口处均设置过渡腔能够起到缓冲过渡作用，避免了冷却气流在通道段43和折流腔5的连接处存在空间突然缩小或空间突然扩大的情况，有利于降低压力损失，提高冷却效率。

优选地，过渡腔为锥台状。

在一些实施例中，安装框3具有前表面31和后表面32，前表面31和后表面32中的至少一者上设有凹槽51，凹槽51的槽口由盖板52封闭以形成折流腔5。

如图6所示，在安装框3的前表面31和后表面32上均开设有多个凹槽51，凹槽51设在冷却通道4的拐弯处，即每个凹槽51均与两个通道段43连通，凹槽51的槽口处用盖板52密封封堵，凹槽51的槽底和盖板52之间的空间形成折流腔5。在一些实施例中，盖板52可以通过硬焊或者扩散焊接的方式密封封堵在对应凹槽51的槽口处。

可以理解的是，在其他一些实施例中，当仅有部分冷却通道4的拐弯处设有折流腔5时，也可以在安装框3的前表面31和后表面32的一者上设有凹槽51。

凹槽51的设置方便了冷却通道4（通道段43和折流腔5）的加工形成，通过在安装框3上钻取多个沿着前后方向延伸的通道段43，然后在对应的两个通道段43的端口处加工出对应的凹槽51，最后利用盖板52对凹槽51进行密封封堵即可。

在一些实施例中，盖板52的内侧面上设有导流曲面521，导流曲面521用于引导气流流向以减小压力损失。

如图7和图8所示，盖板52的内侧面即为盖板52朝向凹槽51槽底的侧面，盖板52的内侧面为平滑的曲面，该曲面形成导流曲面521，导流曲面521沿着安装框3的周向延伸方向弯曲，且导流曲面521向盖板52的外侧凹陷。在冷却空气从通道段43流入折流腔5时，导流曲面521可以将气流转弯造成的压力损失降到最低，便于冷却空气在通道段43内往复向前，降低冷却空气的流动损失，提高冷却空气的利用率。

需要说明的是，导流曲面521的弧度根据折流腔5的大小和相邻两个通道段43之间的距离进行设计，保证导流曲面521与通道段43之间平滑过渡。

在一些实施例中，盖板52的外周设有凸缘522，凸缘522用于与安装框3的侧壁止抵以密封凹槽51的槽口。

如图7和图8所示，盖板52朝向外侧的端部外周设有一圈封闭的凸缘522，当盖板52的至少部分插入凹槽51内后，凸缘522能够与凹槽51的槽口边沿的安装框3侧壁紧密接触，从而提高了盖板52的密封效果，防止了冷却空气的泄露。

在一些实施例中，凹槽51为多个，且多个凹槽51的槽口由一个盖板52封闭。

如图9至图11所示，安装框3的前表面31和后表面32上开设有多个凹槽51，盖板52为长条状或环形，盖板52的形状与安装框3上同一表面上多个凹槽51的排布方式相匹配。当盖板52安装在安装框3上后，同一盖板52可以将安装框3其同一表面上所有的凹槽51同时密封封堵，从而实现了盖板52的集成化进而整体化，方便了盖板52的拆卸和安装。

可以理解的是，在其他一些实施例中，也可以采用盖板52与凹槽51一一对应的方式进行密封。

在一些实施例中，冷却通道4为多个，多个冷却通道4沿着安装框3的周向间隔布置。

如图2所示，可以仅在安装框3的上边沿布置多个冷却通道4。在其他的实施例中，也可以根据需要，在安装框3的其他边沿上布置冷却通道4，例如可以沿着安装框3的周向延伸方向布置一周。这样可以对安装框3四周进行全面降温，避免安装框3长期受热不均匀导致变形、裂纹等问题，提高过渡段1的寿命。

在一些实施例中，安装框3的后表面32设有环形密封槽6，环形密封槽6环绕在管体2的外周，且冷却通道4的出口端42位于环形密封槽6内。

如图2所示，环形密封槽6设在安装框3的后表面32上，环形密封槽6围绕在管体2的外周，并用于嵌入密封圈，从而使得过渡段1内的热气流能够送至透平内，避免气体泄露。

冷却通道4的出口端42设在环形密封槽6内，利用过渡段1内外的压差，冷却空气从安装框3前表面31进入，沿冷却通道4从安装框3后表面32射出，然后与过渡段1内的热气流混合后，进入透平内。

在一些实施例中，安装框3上还设有连接耳板。如图2所示，安装框3的顶部设有两个连接耳板，两个连接耳板间隔布置，连接耳板的设置方便了过渡段的定位固定。

下面描述根据本发明实施例的用于燃气轮机的燃烧室。

根据本发明实施例的用于燃气轮机的燃烧室，燃烧室包括燃烧器、火焰筒和过渡段1，过渡段可以为上述实施例中描述的过渡段1，燃烧器、火焰筒均设在燃烧室的外壳内，过渡段1的一端与火焰筒连通，过渡段的另一端与透平连通。燃烧器可以将燃烧室内的压缩空气加热成热燃气，热燃气依次经由火焰筒、过渡段1可以被引流至透平处。

根据本发明实施例的燃烧室，用于冷却安装框3所消耗的压缩空气量较少，便于更多的压缩空气（冷却空气）参与到燃料的燃烧过程中，从而避免了燃烧后污染排放物较多的情况，另外，还提高了冷却空气的有效利用率。

下面描述根据本发明实施例的燃气轮机。

根据本发明实施例的燃气轮机，燃气轮机包括压气机、燃烧室和透平，燃烧室可以为上述实施例中描述的燃烧室，压气机与燃烧室连通，压气机用于向燃烧室内压入压缩空气，透平与燃烧室的过渡段1的尾端连通，燃烧室内的热燃气经由过渡段1可以被输送至透平处做功。

根据本发明实施例的燃气轮机，燃气轮机的燃烧室内燃料的燃烧率较高，污染物排放量少，使用更加环保，且用于冷却过渡段1的安装框3的冷却空气的有效利用率高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，其特征在于，包括管体，所述管体具有前端和后端，所述管体的后端设有安装框，所述管体的前端适于与燃烧室的火焰筒相连，所述管体的后端适于通过所述安装框与透平相连，所述安装框内设有冷却通道，所述冷却通道具有进口端和出口端，所述冷却通道在所述安装框内弯曲往复延伸，所述冷却通道包括多个通道段，多个所述通道段沿着所述安装框的周向延伸方向间隔布置以降低所述安装框上冷却通道的分布密度。

2.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，其特征在于，所述冷却通道包括折流腔和与所述折流腔连通的多个通道段，所述折流腔设在所述冷却通道的拐弯处。

3.根据权利要求2所述的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，其特征在于，所述安装框具有前表面和后表面，所述通道段在所述安装框内沿前后方向延伸。

4.根据权利要求2所述的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，其特征在于，所述冷却通道还包括过渡腔，所述过渡腔设在所述通道段和所述折流腔之间，且所述过渡腔的通流截面沿着从所述通道段至所述折流腔的方向逐渐变大。

5.根据权利要求4所述的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，其特征在于，所述安装框具有前表面和后表面，所述前表面和所述后表面中的至少一者上设有凹槽，所述凹槽的槽口由盖板封闭以形成所述折流腔。

6.根据权利要求5所述的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，其特征在于，所述盖板的内侧面上设有导流曲面，所述导流曲面用于引导气流流向以减小压力损失。

7.根据权利要求5所述的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，其特征在于，所述盖板的外周设有凸缘，所述凸缘用于与所述安装框的侧壁止抵以密封所述凹槽的槽口。

8.根据权利要求5所述的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，其特征在于，所述凹槽为多个，且多个所述凹槽的槽口由一个所述盖板封闭。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段，其特征在于，所述冷却通道为多个，多个所述冷却通道沿着安装框的周向间隔布置。

10.一种用于燃气轮机的燃烧室，其特征在于，包括燃烧器、火焰筒和过渡段，所述过渡段为根据权利要求1-9中任一项所述的用于燃气轮机的燃烧室的过渡段。

11.一种燃气轮机，其特征在于，包括压气机、燃烧室和透平，所述燃烧室为根据权利要求10所述的用于燃气轮机的燃烧室。

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