CN115200049A - 一种燃气轮机燃烧室过渡段 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种燃气轮机燃烧室过渡段，包括：过渡段外壁，过渡段外壁的壁面上沿气流流向设有一排或多排冷却孔，在冷却孔前端设有一排或多排的冷却套管，每排冷却孔及冷却套管在圆周方向上包括一个或多个；设置在过渡段外壁内侧的过渡段内壁，过渡段内壁与过渡段外壁之间形成有夹层通道，支撑架设置在过渡段外壁和过渡段内壁之间的夹层通道中，其中，过渡段内壁壁面前端沿气流流向设有一排或多排的掺混空气孔，每排掺混空气孔沿圆周方向的数量包括一个或多个，在过渡段内壁的壁面外侧沿气流流向具有径向延伸的一排或多排的冷却加强肋；出口安装边，连接过渡段外壁和过渡段内壁，用于将燃烧室过渡段固定在后端涡轮部件上。

Description

一种燃气轮机燃烧室过渡段

技术领域

本申请属于燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃气轮机燃烧室过渡段。

背景技术

对于燃气轮机而言，为了提高燃烧室的可维修性，通常将燃烧室设计为单管的结构形式，可实现在外场无需拆卸其余部件即可对故障燃烧室进行拆换的目标。在这种类型的燃烧室中，过渡段是其中一个重要的构件。此外，对于燃气轮机整机而言，为了实现燃气轮机整机热效率的提升，一方面，通常采用提高涡轮前温度(即提高燃烧室出口温度)的方式来提高整机热效率，另一方面，采用提高压气机的增压比的方式(这将导致燃烧室进口温度提高)，以此来提高整机的做功能力。上述两种方式将直接带来燃烧室进出口温度的大幅提高，这对燃烧室过渡段的冷却是极为不利的，燃烧室进口温度的提高将降低冷却空气的冷却效率，而燃烧室出口温度的提高将使得过渡段的壁温超出材料长期许用温度。

燃烧室过渡段通常为圆形转接过渡至扇形的结构形式，当燃气轮机中对应的燃烧室进出口温度不高时，大多数的过渡段因热燃气温度可以耐受材料长期许用温度，通常采用单层结构，且不采用任何冷却结构，直接采用对流换热。当燃烧室进出口温度足够高时，部分过渡段采用双层形式，外层过渡段布置冲击冷却孔，通过冷却空气冲击内层过渡段，降低直接接触热燃气的内层过渡段壁温，使其达到材料长期许用温度。但是，随着整机对涡轮前温度逐渐提高的迫切需求，上述过渡段形式的耐温能力有限，无法满足未来的需求。

发明内容

本申请的目的是提供了一种燃气轮机燃烧室过渡段，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种燃气轮机燃烧室过渡段，所述燃烧室过渡段包括：

过渡段外壁，所述过渡段外壁的壁面上沿气流流向设有一排或多排冷却孔，每排冷却孔在圆周方向包括一个或多个，同时，在所述过渡段外壁的冷却孔前端沿气流流向设有一排或多排的冷却套管，每排的冷却套管在圆周方向上包括一个或多个；

设置在所述过渡段外壁内侧的过渡段内壁，所述过渡段内壁与所述过渡段外壁之间形成有夹层通道，在所述过渡段外壁和过渡段内壁之间设置支撑架，通过所述支撑架支撑所述过渡段外壁和过渡段内壁之间的夹层通道，其中，所述过渡段内壁壁面前端沿气流流向设有一排或多排的掺混空气孔，每排所述掺混空气孔沿圆周方向的数量包括一个或多个，在所述过渡段内壁的壁面外侧沿气流流向具有径向延伸的一排或多排的冷却加强肋，每排的冷却加强肋在圆周方向上形成环状结构；以及

出口安装边，连接所述过渡段外壁和过渡段内壁，用于将所述燃烧室过渡段固定在后端涡轮部件上。

进一步的，所述冷却孔沿气流流向或燃气轮机轴向的排数为1排～50排。

进一步的，所述冷却孔沿圆周方向的数量可以为1个～50个。

进一步的，所述冷却套管沿气流流向或燃气轮机轴向的排数为1排～5排。

进一步的，所述冷却套管沿圆周方向的数量为1个～50个。

进一步的，所述掺混空气孔沿气流流向或燃气轮机轴向的排数为1排～5排。

进一步的，所述掺混空气孔沿圆周方向的数量可以为1～50个。

进一步的，冷却加强肋与冷却孔在气流流向或轴向错开设置。

进一步的，若所述冷却孔的布局为顺排式，则所述冷却加强肋的布局为方格式；若所述冷却孔的布局为叉排式，则所述冷却加强肋的布局为菱形式。

进一步的，所述支撑架为“几”字形结构。

本申请提出的燃气轮机燃烧室过渡段，通过过渡段外壁上的冷却孔冲击冷却后，增加了过渡段内壁的换热效果，冷却效果高，可以适应未来整机对涡轮前温度逐渐提高的迫切需求。过渡段内壁上的冷却加强肋增强换热效果的同时，还可以提高过渡段的强度，冷却加强肋与冷却孔交错排布，可以减小因冲击冷却带来的壁面温度分布梯度大的问题，提高过渡段的使用寿命。过渡段内壁面布置的掺混空气孔，可用于调节热燃气出口温度分布形态，使其满足涡轮叶片热负荷达标需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的燃气轮机燃烧室过渡段结构示意图。

图2为本申请一实施例的冷却加强肋排布示意图。

图3为本申请另一实施例的冷却加强肋排布示意图。

图4为本申请中的支撑架安装结构示意图。

附图标记：

1-过渡段外壁

11-冷却孔

12-冷却套管

2-过渡段内壁

21-掺混空气孔

22-冷却加强肋

23-支撑架

3-出口安装边

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了克服现有技术中的燃烧室过渡段存在的问题，本申请中提出了一种新型结构方案的燃气轮机燃烧室过渡段，

该过渡段为双层结构，过渡段外壁面根据不同的位置特点布置冷却孔和冷却套管，冲击过渡段内壁面，实现过渡段内壁面降温的功能；过渡段内壁面布置有冷却加强肋，一方面提高过渡段的强度，另一方面将冲击冷却气进行再次利用，增加换热面积，进一步降低过渡段内壁面的温度；过渡段内壁面布置掺混空气孔，用于调节热燃气出口温度分布形态，使其满足涡轮叶片热负荷达标需求，该过渡段具有冷却效率高、可调节温度场分布形态等特点。

如图1至图4，本申请的燃气轮机燃烧室过渡段具体结构包括：过渡段外壁1、过渡段内壁2及出口安装边3。

其中，沿气流流向，过渡段外壁1的壁面上设有一排或多排冷却孔11，每排的冷却孔11在圆周方向上为一个或多个。在本申请一些实施例中，冷却孔11沿气流流向或燃气轮机轴向(X向)的排数可以为1排～50排，例如图示所示实施例中，冷却孔11沿轴向的排数为11排。进一步的，冷却孔11沿圆周方向(Y向)的数量可以为1个～50个。此外，沿气流流向，在过渡段外壁1的冷却孔11前端位置设有一排至多排的冷却套管12，每排的冷却套管12在圆周方向上也为1个或多个，冷却套管12伸入接近至过渡段内壁2。在本申请另一些实施例中，冷却套管12沿气流流向或燃气轮机轴向的排数为1～50排，例如图示所示实施例中，冷却套管12沿轴向的排数为2排。进一步的，冷却套管12沿圆周方向的数量可以为1个～50个。

通过设置的冷却套管12，可以保证过渡段外壁1外的冷却气保证冷却气有足够的穿透深度，从而保证较高的保证过渡段内壁2的冷却效率，起到较好的冷却作用。冷却孔11位于冷却套管12后端方向，冷却气通过冷却孔11对过渡段内壁2进行冲击冷却，降低过渡段内壁2的壁面温度。通过沿轴向依次布置的冷却套管12和冷却孔11，可以避免通过冷却孔11进入由过渡段外壁1和过渡段内壁2组成的夹层通道后的冷却气聚集，避免聚集后的气流在夹层通道内加速而逐渐对通过冷却孔11进入的冷却气的冲击效果产生影响。

过渡段内壁2的形状与过渡段外壁1大致相同，且过渡段内壁2套在过渡段外壁1的内侧，两者大致的平行从而形成夹层通道。过渡段外壁1和过渡段内壁2沿轴向延伸且在固定出门安装边3形成整体。

其中，沿气流流向，过渡段内壁2的壁面上靠前端位置设有一排或多排的掺混空气孔21。在本申请一些实施例中，掺混空气孔21沿气流流向或燃气轮机轴向的排数为1～5排，例如图示所示实施例中，掺混空气孔21为1排。而在本申请另一些实施例中，掺混空气孔21沿圆周方向的数量可以为1～50个。其中，掺混空气孔21和冷却孔11的形状可以为圆形、椭圆形和异性等多种形式，掺混空气孔21或冷却孔11之间的大小可以完全相等、间隔式相等，大小间隔等多种排列方式。

沿气流流向，在过渡段内壁2的壁面外侧具有径向延伸的一排或多排的冷却加强肋22，每排的冷却加强肋在圆周方向上形成环状结构。通过该冷却加强肋22，一方面，来自冷却孔11冲击冷却后的空气与冷却加强肋22再次进行换热，以增加夹层通道内冷却气与过渡段内壁2的热交换面积，提高冷却气对过渡段内壁2的冷却效果；另一方面，冷却加强肋22可起到加强肋的作用，提高过渡段内壁2的结构强度，提高燃烧室过渡段的寿命，保证燃烧室部件的安全运行。

在本申请优选实施例中，冷却加强肋22与冷却孔11在气流流向或轴向错开设置，以避免冷却孔11的冷却气Q2直接吹响冷却加强肋22，从而避免影响到冷却孔11对过渡段内壁2的冲击冷却效果。

在本申请一些实施例中，如图2所示，若冷却孔11的布局为顺排式(即圆周方向上的冷却孔11共线)，则冷却加强肋22的布局为方格式；如图3所示，若冷却孔11的布局为叉排式(即圆周方向上的冷却孔11非共线)，则冷却加强肋22的布局为菱形式。

如图4所示，在过渡段外壁1和过渡段内壁2之间设置支撑架23，支撑架23为“几”字形结构，其凸出端支撑在过渡段外壁1的内侧，其张开端焊接在过渡段内壁2的外侧，支撑架23用于防止过渡段外壁1和过渡段内壁2之间夹层通道变形，起到支撑作用。

出口安装边3将过渡段外壁1和过渡段内壁2连接，并用于将整个过渡段构件固定在后端涡轮部件上。

冷却气Q2从过渡段外壁1上的冷却孔11和冷却套管12流入过渡段外壁1和过渡段内壁2之间的夹层通道，同时对过渡段内壁2进行冲击冷却，冷却后的掺混气Q3从掺混空气孔21进入燃烧室过渡段的腔体内，与上游火焰筒热燃气Q1进行混合，并再次燃烧，通过掺混空气孔21在过渡段内壁2上的周向布局，调整热燃气Q1的径向温度分布形态，以达到涡轮部件热负荷达标的需求。

本申请提出的燃气轮机燃烧室过渡段，通过过渡段外壁上的冷却孔冲击冷却后，增加了过渡段内壁的换热效果，冷却效果高，可以适应未来整机对涡轮前温度逐渐提高的迫切需求。过渡段内壁上的冷却加强肋增强换热效果的同时，还可以提高过渡段的强度，冷却加强肋与冷却孔交错排布，可以减小因冲击冷却带来的壁面温度分布梯度大的问题，提高过渡段的使用寿命。过渡段内壁面布置的掺混空气孔，可用于调节热燃气出口温度分布形态，使其满足涡轮叶片热负荷达标需求。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃气轮机燃烧室过渡段，其特征在于，所述燃烧室过渡段包括：

过渡段外壁(1)，所述过渡段外壁(1)的壁面上沿气流流向设有一排或多排冷却孔(11)，每排冷却孔(11)在圆周方向包括一个或多个，同时，在所述过渡段外壁(1)的冷却孔(11)前端沿气流流向设有一排或多排的冷却套管(12)，每排的冷却套管(12)在圆周方向上包括一个或多个；

设置在所述过渡段外壁(1)内侧的过渡段内壁(2)，所述过渡段内壁(2)与所述过渡段外壁(1)之间形成有夹层通道，在所述过渡段外壁(1)和过渡段内壁(2)之间设置支撑架(23)，通过所述支撑架(23)支撑所述过渡段外壁(1)和过渡段内壁(2)之间的夹层通道，其中，所述过渡段内壁(2)壁面前端沿气流流向设有一排或多排的掺混空气孔(21)，每排所述掺混空气孔(21)沿圆周方向的数量包括一个或多个，在所述过渡段内壁(2)的壁面外侧沿气流流向具有径向延伸的一排或多排的冷却加强肋(22)，每排的冷却加强肋(22)在圆周方向上形成环状结构；以及

出口安装边(3)，连接所述过渡段外壁(1)和过渡段内壁(2)，用于将所述燃烧室过渡段固定在后端涡轮部件上。

2.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室过渡段，其特征在于，所述冷却孔(11)沿气流流向或燃气轮机轴向的排数为1排～50排。

3.如权利要求2所述的燃气轮机燃烧室过渡段，其特征在于，所述冷却孔(11)沿圆周方向的数量为1个～50个。

4.如权利要求2或3所述的燃气轮机燃烧室过渡段，其特征在于，所述冷却套管(12)沿气流流向或燃气轮机轴向的排数为1排～50排。

5.如权利要求4所述的燃气轮机燃烧室过渡段，其特征在于，所述冷却套管(12)沿圆周方向的数量为1个～50个。

6.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室过渡段，其特征在于，所述掺混空气孔(21)沿气流流向或燃气轮机轴向的排数为1排～5排。

7.如权利要求6所述的燃气轮机燃烧室过渡段，其特征在于，所述掺混空气孔(21)沿圆周方向的数量为1～50个。

8.如权利要求6或7所述的燃气轮机燃烧室过渡段，其特征在于，冷却加强肋(22)与冷却孔(11)在气流流向或轴向错开设置。

9.如权利要求8所述的燃气轮机燃烧室过渡段，其特征在于，若所述冷却孔(11)的布局为顺排式，则所述冷却加强肋(22)的布局为方格式；若所述冷却孔(11)的布局为叉排式，则所述冷却加强肋(22)的布局为菱形式。

10.如权利要求1述的燃气轮机燃烧室过渡段，其特征在于，所述支撑架(23)为“几”字形结构。

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