CN113217948A - 燃烧室层板及燃烧室 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种燃烧室层板和燃烧室，其中燃烧室层板包括依次设置的上盖板、第一中间层、第二中间层、下盖板，上盖板包括冷却气流入流孔，下盖板包括冷却气流出流孔；第一中间层包括规律布置的第一栅格单元，第二中间层包括规律布置的第二栅格单元，第一栅格单元和第二栅格单元交错布置，形成气流通道；冷却气流从上盖板的冷却气流入流孔流入，并经过气流通道换热，最终由下盖板的冷却气流出流孔流出。通过在燃烧室层板的中间层设置交错的栅格单元，从而在流动通道内形成强化换热的扰流结构特征，提高流动通道内的换热系数，减小冷却空气量，提高燃烧室冷却效率。

Description

燃烧室层板及燃烧室

技术领域

本申请涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种燃烧室层板及燃烧室。

背景技术

燃气轮机主要包括压气机、燃烧室、透平三大部件，压气机排气在燃烧室内与燃料混合后参与燃烧，生成的热燃气输送至透平做功。燃烧室过渡段的主要功能为提供一个圆形转扇形的燃气通道，将燃烧室头部的热燃气引导至透平叶片部分进行做功。燃烧室火焰筒和过渡段内侧受到高温燃气的冲刷，因此需要通过压气机排气进行冷却。

一般而言，燃烧室火焰筒和过渡段的冷却方式包括冲击冷却、发散冷却、层板冷却等。当需要冷却区域面积较大时，层板冷却方式具有较高的冷却性能。冷却空气从层板入流孔进入层板内部冷却通道，对层板内部进行冷却后通过热侧出流孔流出，汇入热侧燃气通道。

专利CN202719635U公开了包括第一层板以及第二层板的燃烧室结构，其中第一层板为燃烧室内的火焰筒的外壳，第二层板为燃烧室内的火焰筒的浮动壁。第一层板上设置有第一通孔，第二层板上设置第二通孔。第一通孔的第一层板形成了冲击冷却结构，第二通孔的第二层板形成了多斜孔发散冷却结构。显然这种结构主要依靠冲击冷却和发散冷却对燃烧室进行冷却，冷却效率低。

此外，现有的层板冷却方式还具有以下缺点：

1、现有技术层板冷却方式中层板的单元通道截面一般为圆形或者矩形，通道表面为光顺的面，因此在通道内部的换热潜力有限，冷却效率低。

2、现有技术层板冷却方式中层板内表面强化换热结构，如肋片、翅柱等，可加工性较差，成本昂贵。

发明内容

为解决上述问题，本申请提出了冷却效率高且易加工成型的高效燃烧室层板结构以及具有该层板结构的燃烧室。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种燃烧室层板，能够提升冷却通道内的换热系数，提高冷却效率，减小冷却空气量，提高壁面温度分布均匀性，并且便于加工。

本申请的第二个目的在于提出一种燃烧室。

为了实现上述目的，提出了一种燃烧室层板，包括依次设置的上盖板、第一中间层、第二中间层、下盖板，

所述上盖板包括冷却气流入流孔，所述下盖板包括冷却气流出流孔；

所述第一中间层包括规律布置的第一栅格单元，所述第二中间层包括规律布置的第二栅格单元，所述第一栅格单元和所述第二栅格单元交错布置，形成气流通道；

冷却气流从所述上盖板的冷却气流入流孔流入，并经过所述气流通道换热，最终由所述下盖板的冷却气流出流孔流出。

可选的，所述第一栅格单元和所述第二栅格单元在平面法向上交错布置。

可选的，所述第一栅格单元的布置方向为第一方向，所述第二栅格单元的布置方向为第二方向，当所述第一方向和所述第二方向一致时，所述第一栅格单元与所述第二栅格单元形成通道单元。

可选的，当所述通道单元为多个时，各个通道单元彼此不相互贯通。

可选的，当所述第一方向和所述第二方向不一致时，所述第一栅格单元和所述第二栅格单元形成规则且贯通的气流通道。

可选的，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

可选的，所述第一栅格单元与至少两个所述第二栅格单元交错布置。

可选的，所述第一栅格单元和所述第二栅格单元为镂空挖孔。

可选的，所述第一栅格单元和所述第二栅格单元均为长条形。

本申请提出的燃烧室层板结构，通过在第一中间层和第二中间层设置栅格单元，在两层中间层结构堆叠时，栅格单元相互错开，经过顶部和底部两个盖板层进行覆盖，进而形成完整的流动通道。由于交错的栅格单元在流动通道内形成了强化换热的扰流结构特征，因此提升冷却通道内的换热系数，提高冷却效率，减小冷却空气量，提高壁面温度分布均匀性，并且这种燃烧室层板便于加工。

此外，本申请提出一种燃烧室，所述燃烧室包括上一方面实施的燃烧室层板，所述燃烧室层板围成的空间形成所述燃烧室的燃烧空间。

本申请提出的燃烧室，通过在火焰筒和过渡段设置燃烧室层板结构，层板结构的第一中间层和第二中间层设置栅格单元，在两层中间层结构堆叠时，栅格单元相互错开，经过顶部和底部两个盖板层进行覆盖，进而形成完整的流动通道。由于交错的栅格单元在流动通道内形成了强化换热的扰流结构特征，因此提升冷却通道内的换热系数，提高燃烧室的冷却效率，以及冷却均匀性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

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

图1是本申请一个实施例的燃烧室层板结构的拆解示意图；

图2(a)是本申请一个实施例的一种中间层栅格单元及尺寸示意图；

图2(b)是本申请一个实施例的一种中间层栅格单元结构示意图；

图2(c)是本申请一个实施例的一种中间层栅格单元结构示意图；

图2(d)是本申请一个实施例的一种中间层栅格单元结构示意图；

图3是本申请一个实施例的燃烧室层板结构示意图；

图4是本申请一个实施例的气体流动方向示意图；

图5是本申请一个实施例的中间层栅格单元结构示意图；

图6是本申请一个实施例的中间层气体流动方向示意图；

图7是本申请一个实施例的燃烧室结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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申请。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1

如图1所示，燃烧室层板冷却结构包括四层结构，分别为依次设置的上盖板1、第一中间层2、第二中间层3以及下盖板4。其中，上盖板1包括若干个冷却气流入流孔11，下盖板4包括若干个冷却气流出流孔41。在该申请的一个实施例中，冷却气流入流孔11并排分布在上盖板1的边缘，冷却气流出流孔41并排分布在下盖板4的边缘。

第一中间层2规律设置第一栅格单元21，第二中间层3规律设置第二栅格单元31。第一栅格单元21和第二栅格单元31交错布置，形成气流通道。在该申请的一个实施例中，第一栅格单元和第二栅格单元均为镂空挖孔结构，为满足交错布置下的气流流通需要，第一栅格单元和第二栅格单元均为长条形。如图2(a)所示，栅格单元长度L大于长度B。图2(a)、图2(b)、图2(c)和图2(d)为栅格单元结构示意图，如图2(a)所示，栅格单元为长圆形；如图2(b)所示，栅格单元形状为长六菱形；如图2(c)所示，栅格单元为矩形，如图2(d)所示，栅格单元形状为长六菱形，与图2(b)的区别在于栅格单元的排布方向，但栅格单元的形状不限于这些形状。此外，图2(a)示出了栅格单元排布方向，如图2(a)和图2(b)，栅格单元排布方向与中间层边缘呈一定角度倾斜，如图2(c)和图2(d)，栅格单元排布方向与中间层边缘平行。上述图例仅为示意，本申请的栅格单元的排布方向可以任意设置，并不进行限定。

当冷却气流进入燃烧室层板时，冷却气流从上盖板1的冷却气流入流孔11流入，并经过由第一栅格单元21和第二栅格单元31形成的气流通道换热，最终由下盖板4的冷却气流出流孔41流出。交错的栅格单元在流动通道内形成了强化换热的扰流结构特征，提升冷却通道内的换热系数，进而提升结构的冷却性能。

实施例2

如图1所示，燃烧室层板冷却结构包括四层结构，分别为依次设置的上盖板1、第一中间层2、第二中间层3以及下盖板4。其中，上盖板1包括若干个冷却气流入流孔11，下盖板4包括若干个冷却气流出流孔41。在该申请的一个实施例中，冷却气流入流孔11并排分布在上盖板1的边缘，冷却气流出流孔41并排分布在下盖板4的边缘。

第一中间层2规律设置第一栅格单元21，第二中间层3规律设置第二栅格单元31。第一栅格单元21和第二栅格单元31交错布置，形成气流通道。在该申请的一个实施例中，第一栅格单元21和第二栅格单元31在第一中间层2和第二中间层3的法向平面上的投影交错布置，使得形成的气流通道内气流更加均匀。

在该申请的一个实施例中，第一栅格单元和第二栅格单元均为镂空挖孔结构，为满足交错布置下的气流流通需要，第一栅格单元和第二栅格单元均为长条形。如图2(a)所示，栅格单元长度L大于长度B。图2(a)、图2(b)、图2(c)和图2(d)为栅格单元结构示意图，如图2(a)所示，栅格单元为长圆形；如图2(b)所示，栅格单元形状为长六菱形；如图2(c)所示，栅格单元为矩形，如图2(d)所示，栅格单元形状为长六菱形，与图2(b)的区别在于栅格单元的排布方向，但栅格单元的形状不限于这些形状。此外，图2(a)示出了栅格单元排布方向，如图2(a)和图2(b)，栅格单元排布方向与中间层边缘呈一定角度倾斜，如图2(c)和图2(d)，栅格单元排布方向与中间层边缘平行。上述图例仅为示意，本申请的栅格单元的排布方向可以任意设置，并不进行限定。

如图3所示，第一栅格单元21的布置方向为第一方向A1，第二栅格单元31的布置方向为第二方向A2。在该申请的一个实施例中，第一方向A1和第二方向A2相同，第一栅格单元21和第二栅格单元31在中间层的法向平面上的投影交错布置，形成通道单元。在该申请的一个实施例中，多个通道单元与栅格单元方向一致，且互相平行，不互相贯通。

结合图3和图4所示，冷却气流从上盖板1的多个冷却气流入流孔11流入第一栅格单元21与第二栅格单元31形成的通道单元，最终由下盖板4的多个冷却气流出流孔41流出，实现对火焰筒和过渡段的冷却。在该实施例中，由于第一方向A1和第二方向A2一致，冷却气流通过冷却气流入流孔11进入中间层时，形成多个通道单元，多个通道单元与栅格单元方向一致，且互相平行，不互相贯通。通过形成完整的流动通道，实现对火焰筒和过渡段的更佳的冷却效果。

实施例3

如图1所示，燃烧室层板冷却结构包括四层结构，分别为依次设置的上盖板1、第一中间层2、第二中间层3以及下盖板4。其中，上盖板1包括若干个冷却气流入流孔11，下盖板4包括若干个冷却气流出流孔41。在该申请的一个实施例中，冷却气流入流孔11并排分布在上盖板1的边缘，冷却气流出流孔41并排分布在下盖板4的边缘。

第一中间层2规律设置第一栅格单元21，第二中间层3规律设置第二栅格单元31。第一栅格单元21和第二栅格单元31交错布置，形成气流通道。在该申请的一个实施例中，第一栅格单元21和第二栅格单元31在第一中间层2和第二中间层3的法向平面上的投影交错布置，形成气流通道。

在该申请的一个实施例中，第一栅格单元和第二栅格单元均为镂空挖孔结构，为满足交错布置下的气流流通需要，第一栅格单元和第二栅格单元均为长条形。如图2(a)所示，栅格单元长度L大于长度B。图2(a)、图2(b)、图2(c)和图2(d)为栅格单元结构示意图，如图2(a)所示，栅格单元为长圆形；如图2(b)所示，栅格单元形状为长六菱形；如图2(c)所示，栅格单元为矩形，如图2(d)所示，栅格单元形状为长六菱形，与图2(b)的区别在于栅格单元的排布方向，但栅格单元的形状不限于这些形状。此外，图2(a)示出了栅格单元排布方向，如图2(a)和图2(b)，栅格单元排布方向与中间层边缘呈一定角度倾斜，如图2(c)和图2(d)，栅格单元排布方向与中间层边缘平行。上述图例仅为示意，本申请的栅格单元的排布方向可以任意设置，并不进行限定。

在该申请的一个实施例中，如图5所示，第一栅格单元21的布置方向为第一方向B1，第二栅格单元31的布置方向为第二方向B2。第一方向B1和第二方向B2的方向不相同，第一栅格单元21与至少一个第二栅格单元31交错布置，形成规则且贯通的气流通道。在该申请的一个实施例中，如图6所示，第一方向B1和第二方向B2垂直，第一栅格单元21与两个或三个第二栅格单元31交错布置，形成贯通的气流通道。以上附图仅为示意，第一栅格单元21可与若干个第二栅格单元31交错布置，在此不做限制。

结合图5和图6，气流流经冷却气流入流孔进入中间层时，首先通过第一中间层2的第一栅格单元21进入第二中间层3的第二栅格单元31，随后气流通过第二栅格单元31，并跨过第一中间层2的下一个栅格单元，进入第二中间层3的下一个第二栅格单元，形成了规则且贯通的气流通道，获得了强化换热的扰流结构特征，因此提升冷却通道内的换热系数，达到了更好的冷却效果。

本申请的有益效果为：燃烧室层板结构的交错栅格单元在流动通道内形成了强化换热的扰流结构特征，提升冷却通道内的换热系数，提高冷却效率，减小冷却空气量，提高壁面温度分布均匀性，进一步提高燃烧室性能，同时层板结构易于加工。

为实现上述目的，本申请还提出一种燃烧室。

如图7所示，燃烧室100包括火焰筒110和过渡段120，在火焰筒110和过渡段120分别设置一个上一方面实施例的燃烧室层板130，燃烧室层板130围成的空间形成燃烧室的燃烧空间。上述附图仅为示意，本申请中燃烧室层板130结构的数量以及在燃烧室100中位置任意，在此不做限定。通过在燃烧室的火焰筒和过渡段设置燃烧室层板结构，提升火焰筒和过渡段的冷却效率，减小冷却空气量，进一步提高燃烧室性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，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申请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。

Claims (10)

1.一种燃烧室层板(130)，其特征在于，包括依次设置的上盖板(1)、第一中间层(2)、第二中间层(3)、下盖板(4)，

所述上盖板(1)包括冷却气流入流孔(11)，所述下盖板(4)包括冷却气流出流孔(41)；

所述第一中间层(2)包括规律布置的第一栅格单元(21)，所述第二中间层(3)包括规律布置的第二栅格单元(31)，所述第一栅格单元(21)和所述第二栅格单元(31)交错布置，形成气流通道；

冷却气流从所述上盖板(1)的冷却气流入流孔(11)流入，并经过所述气流通道换热，最终由所述下盖板(4)的冷却气流出流孔(41)流出。

2.如权利要求1所述的燃烧室层板(130)，其特征在于，所述第一栅格单元(21)和所述第二栅格单元(31)在平面法向上交错布置。

3.如权利要求1所述的燃烧室层板(130)，其特征在于，所述第一栅格单元(21)的布置方向为第一方向，所述第二栅格单元(31)的布置方向为第二方向，当所述第一方向和所述第二方向一致时，所述第一栅格单元(21)与所述第二栅格单元(31)形成通道单元(231)。

4.如权利要求3所述的燃烧室层板(130)，其特征在于，当所述通道单元()为多个时，各个通道单元彼此不相互贯通。

5.如权利要求2所述的燃烧室层板(130)，其特征在于，当所述第一方向和所述第二方向不一致时，所述第一栅格单元(21)和所述第二栅格单元(31)形成规则且贯通的气流通道(232)。

6.如权利要求5所述的燃烧室层板(130)，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

7.如权利要求5所述的燃烧室层板(130)，其特征在于，所述第一栅格单元(21)与至少两个所述第二栅格单元(31)交错布置。

8.如权利要求1所述的燃烧室层板(130)，其特征在于，所述第一栅格单元(21)和所述第二栅格单元(31)为镂空挖孔。

9.如权利要求1至8任一项所述的燃烧室层板(130)，其特征在于，所述第一栅格单元(21)和所述第二栅格单元(31)均为长条形。

10.一种燃烧室(100)，所述燃烧室包括如权利要求1至9任一项所述的燃烧室层板(130)，所述燃烧室层板(130)围成的空间形成所述燃烧室的燃烧空间。

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