CN212479351U - 一种用于透平进口工质降温的导流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于透平进口工质降温的导流装置，包括沿轴向被限制于燃烧室和透平之间的本体，所述本体内部具有环形腔体，环形腔体内部设置有至少一个将工质由燃烧室引向透平的工质流道，所述工质流道至少包括两侧导流板逐渐靠近的渐缩段，两侧的所述导流板与环形腔体的内外表面固定连接。本实用新型的优点在于：通过工质流道对工质进行加速降温后流入透平入口，从而解决透平叶片热负荷对燃烧室出口温度的制约；另外工质进入透平入口的初速度更高，能够提高透平级效率，产生更大的推力，降低启机阶段SFC的出力，降低燃机功耗。

Description

一种用于透平进口工质降温的导流装置

技术领域

本实用新型涉及透平工质预处理技术领域，尤其涉及一种用于透平进口工质降温的导流装置。

背景技术

现代燃机不断朝着高参数、高效率方向发展，提高燃烧室出口温度(即透平入口温度)能够增大燃机出力、提升燃机效率，是当前设备的发展方向。然而随着透平入口温度的不断提高，透平中燃气的温度已经远远超过叶片材料的许用温度，并且燃气温度的提高也导致叶片热负荷提高、热应力增大，这对透平设计提出了严峻的挑战。

透平叶片长期在高温环境下旋转做功，当前透平叶片的耐高温性能是制约提高燃烧室出口温度的主要瓶颈因素。目前燃机生产厂商普遍采用耐高温材质和二次冷却空气系统相结合的方法提高透平进口叶片的耐高温性能。这些耐高温材料价格昂贵，对制造技术要求极高，且废品率较高，在燃机生产成本中占比较大。二次冷却空气系统通过从压气机中间级抽气来冷却后面的透平叶片；这种方式会降低压气机的运行效率，进而影响燃机整体的运行效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种实现燃烧室高温工质自动冷却再送入透平入口的导流装置，从而解决透平降温的问题，克服透平耐高温性能对燃机效率的制约。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种用于透平进口工质降温的导流装置，包括沿轴向被限制于燃烧室和透平之间的本体，所述本体内部具有环形腔体，环形腔体内部设置有至少一个将工质由燃烧室引向透平的工质流道，所述工质流道至少包括两侧导流板逐渐靠近的渐缩段，两侧的所述导流板与环形腔体的内外表面固定连接。

本实用新型通过在燃烧室和透平之间增加导流装置，燃烧室出口的高温烟气沿工质流道前进到透平内，由于工质流道至少包括了渐缩段，从而能够对经过的烟气工质进行加速降温，从而使燃烧室流出的高温烟气经过导流装置降温后流入透平入口，从而解决透平叶片热负荷对燃烧室出口温度的制约，能够增大燃机出力、提升燃机效率；另外由于工质经导流装置后会被加速，进入透平入口的初速度更高，能够提高透平级效率，产生更大的推力，降低启机阶段SFC的出力，而SFC耗功是燃机自身功耗的主要因素，因此通过设置导流装置还能够降低燃机功耗。

优选的，所述工质流道呈螺旋形设置，工质离开导流装置的速度方向与透平入口流道方向一致。

优选的，所述工质流道还包括与透平入口连通的出口段，渐缩段和出口段构成的工质流道整体为渐缩流道或缩放流道，所述缩放流道的出口段包括与两个导流板末端配合的两个扩流板，至少一侧扩流板向工质流道外侧弯折扩大工质流通面积。

优选的，还包括与本体末端同轴配合并能够相对本体转动的调整环腔；所述调整环腔与环形腔体的内腔轴向尺寸一致；所述调整环腔能够转动使导流装置内的工质流道在渐缩流道和缩放流道之间切换。

优选的，所述调整环腔的腔体内部设置有能够与环形腔体内的渐缩段末端衔接的渐缩出口和缩放出口，所述渐缩出口包括两个与导流板末端衔接并逐渐靠近的引流板；所述缩放出口包括两个所述扩流板；渐缩出口和缩放出口沿周向间隔排布在调整环腔的腔体内。

优选的，所述本体末端同轴设置有半径小于环形腔体内径的光轴，所述调整环腔套设于光轴上，光轴末端通过直径不大于调整环腔内层外径的螺母锁紧；调整环腔的前端与环形腔体末端的端面紧贴，且周向自由配合；调整环腔的末端与透平入口轴向紧贴、周向自由配合。

优选的，还包括与调整环腔的外表面固定配合的驱动机构，所述驱动机构包括穿设在调整环腔外周的法兰盘，所述法兰盘上设置有与调整环腔的外表面固定配合的锁紧件，锁紧件将调整环腔与法兰盘沿周向固定配合，所述法兰盘能够在燃气轮机内部转动。

优选的，驱动机构还包括至少设置于法兰盘中心对称的两侧并与燃气轮机内部固定配合的固定板；所述法兰盘和固定板上分别设置有相互配合的销轴和弧形槽，所述弧形槽与法兰盘同心，销轴沿轴向穿设固定于弧形槽内，销轴能够在弧形槽内自由滑动。

优选的，所述固定板上还设置有气缸，气缸座和气缸杆分别与固定板和法兰盘铰接配合，且铰接轴均与法兰盘的轴向平行。

优选的，所述锁紧件包括连杆和锁片，所述连杆两端分别与法兰盘和锁片铰接配合，铰接轴指向法兰盘的轴心，调整环腔的外周沿径向凸伸有多个锁定杆，所述锁片还与锁定杆铰接配合。

本实用新型提供的用于透平进口工质降温的导流装置的优点在于：通过在燃烧室和透平之间增加导流装置，燃烧室出口的高温烟气沿工质流道前进到透平内，由于工质流道至少包括了渐缩段，从而能够对经过的烟气工质进行加速降温，使燃烧室流出的高温烟气经过导流装置降温后流入透平入口，不需要额外冷源即可实现工质的自动降温冷却，而且整个过程不需要降低燃机运行效率，操作简单，解决了透平叶片热负荷对燃烧室出口温度的制约，能够增大燃机出力、提升燃机效率；另外由于工质经导流装置后会被加速，进入透平入口的初速度更高，能够提高透平级效率，产生更大的推力，降低启机阶段SFC的出力，而SFC耗功是燃机自身功耗的主要因素，因此通过设置导流装置还能够降低燃机功耗；通过引入调整环腔能够方便的实现工质流道在渐缩流道和缩放流道之间切换，能够根据工作需要选择最为合适的流道结构。

附图说明

图1为本实用新型的实施例提供的用于透平进口工质降温的导流装置的本体轴向正视图；

图2为本实用新型的实施例提供的用于透平进口工质降温的导流装置的缩放流道示意图；

图3为本实用新型的实施例提供的用于透平进口工质降温的导流装置的爆炸图；

图4为本实用新型的实施例提供的用于透平进口工质降温的导流装置的渐缩出口装配示意图；

图5为本实用新型的实施例提供的用于透平进口工质降温的导流装置的缩放出口装配示意图；

图6为本实用新型的实施例提供的用于透平进口工质降温的导流装置的驱动机构与调整环腔的配合状态示意图；

图7为本实用新型的实施例提供的用于透平进口工质降温的导流装置与驱动机构的配合形态示意图；

图8为本实用新型的实施例提供的用于透平进口工质降温的导流装置的本体与调整环腔的端面配合方式示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

本实施例提供了一种用于透平进口工质降温的导流装置，用于将燃气轮机中燃烧室出口排出的烟气工质导向透平，参考图1和图2，包括沿轴向被限制于燃烧室和透平之间的本体1，所述本体1具有与燃烧室出口配合的环形腔体11，所述环形腔体11内设置有将工质由燃烧室引向透平的工质流道12，所述工质流道12至少包括两侧导流板13逐渐靠近的渐缩段121，两侧的所述导流板13均匀环形腔体11的内外表面固定连接，从而将渐缩段121流道与环形腔体11的其他部分隔开，并能够用来固定连接环形腔体11的内外表面；本领域技术人员可以根据需要在环形腔体11内设置多个工质流道12，也可以仅设置一个工质流道12；在工质流道数量较少，导流板13对环形腔体11的内外表面的固定效果不佳时，可以在导流板13之外的环形空腔11区域内设置其他固定连接结构用来加强环形空腔11的结构强度。

根据工程热力学相关知识可知，截面积对各流动特性的影响可概括为一维定常等熵流动具有膨胀加速或压缩减速的流动特性，在减缩流道中的流动是膨胀加速的，沿管道行进工质流速不断增加，而压强、密度和温度不断减小。

本实施例通过在燃烧室和透平之间增加导流装置，燃烧室出口的高温烟气沿工质流道前进到透平内，由于工质流道12至少包括了渐缩段121，从而能够对经过的烟气工质进行加速降温，从而使燃烧室流出的高温烟气经过导流装置降温后流入透平入口，从而解决透平叶片热负荷对燃烧室出口温度的制约，能够增大燃机出力、提升燃机效率；另外由于工质经导流装置后会被加速，进入透平入口的初速度更高，能够提高透平级效率，产生更大的推力，降低启机阶段启动变频器(SFC)的出力，而SFC耗功是燃机自身功耗的主要因素，因此通过设置导流装置还能够降低燃机功耗。

为了降低工质从导流装置进入透平的速度损失，所述工质流道12优选为螺旋形流道，从而对工质进行预旋，使工质离开导流装置的速度方向与透平入口流道方向一致；基于这一要求，本领域技术人员可以适应性的设置工质流道12的形状，保持工质流道12内部自然过渡并使工质流道12的出口方向与透平入口方向一致即可。

参考图2，所述工质流道12还包括与透平入口连通的出口段122，本领域技术人员可根据需要将渐缩段121和出口段122一起构成的工质流道12整体设置为渐缩流道或缩放流道；所述缩放流道的出口段122包括与两个导流板13末端配合的两个扩流板14，其中一个扩流板14向工质流道12外侧弯折扩大工质流通面积，本领域技术人员可自行选择任意侧的扩流板14向外弯折，或者两个扩流板14均向外弯折。

流经渐缩流道的工质流速最快能达到亚音速，而经过缩放流道的工质流速最快能达到超音速，用户可根据降温和动力两方面的需求确定具体的流道形式；参考图3-图5，本实施例提供了能够与本体1末端沿轴向配合的调整环腔2，通过转动调整环腔2方便的调整工质流道12位渐缩流道或缩放流道。

所述调整环腔2与环形腔体11的内腔沿轴向的尺寸一致，调整环腔2的腔体内部设置有能与环形腔体11内的渐缩段121末端衔接使工质流道12自然过渡的渐缩出口21和缩放出口22；所述渐缩出口21包括两个与导流板13末端衔接的并逐渐靠近的引流板23，所述缩放出口22将其两侧的扩流板14设置于调整环腔2内，渐缩出口21和缩放出口22沿轴向间隔设置在调整环腔2的腔体内，从而能够转动调整环腔2切换与渐缩段121末端配合的出口结构，从而使工质流道12在渐缩流道和缩放流道之间切换。

参考图3，本体1末端沿轴向延伸设置有半径小于环形腔体11内径的光轴15，所述调整环腔2沿轴向开设有与光轴15配合的通孔24，调整环腔2套设于光轴15上，光轴15末端通过直径不大于调整环腔2的腔体内径的螺母16锁紧，由于光轴15尺寸较大，本实施例选用的螺母16仅具有内螺纹，无法使用常规的扳手等工具固定，可以通过沿径向插入螺母16表面的调整杆转动拧紧或松开。固定后调整环腔2的前端与环形腔体11的末端端面紧贴，且调整环腔2能够在光轴15上自由转动；调整环腔2的末端与透平入口轴向紧贴、周向自由配合，从而使调整环腔2能够无阻碍的转动切换流道形式。

本体1前端与燃烧室出口没有相对的位移或转动，因此可以直接将本体1前端与燃烧室出口固定连接，具体使用时可根据实际情况选择固定方式，如通过螺栓固定连接，或者通过燃气轮机内的其他部件辅助固定本体1使其与燃烧室保持相对固定。而调整环腔2与透平之间需保持周向自由，使用时可保持调整环腔2与透平之间的相互独立，也可以通过轴向的插接结构将透平与调整环腔2联系在一起进行辅助支撑；具体的配合方式可在本实施例提供的技术方案以及工作原理的基础上进行适应性的设计。

参考图6，所述调整环腔2与其外表面固定配合的驱动机构(图未示)驱使其相对本体1转动；所述驱动机构包括穿设在调整环腔2外周的法兰盘31，所述法兰盘31上设置有与调整环腔2的外表面固定配合的锁紧件32，通过锁紧件32将调整环腔2与法兰盘31沿周向固定配合，所述法兰盘31能够在燃气轮机内部转动，从而带动调整环腔2一起转动。

结合图7，所述驱动机构还包括至少两个相对于法兰盘31中心对称的固定板33，所述固定板33固定于燃气轮机内部，具体固定方式可根据实际工况适应性设置；如焊接、螺接、夹持固定等；所述法兰盘31和固定板33上分别设置有相互配合的销轴34和弧形槽35，其中弧形槽35与法兰盘31同心，从而通过销轴34在弧形槽35内的相对转动实现法兰盘31相对固定板33的转动，本实施例中将销轴34设置在法兰盘31上，将弧形槽35设置在固定板33上，销轴34沿轴向被限制在弧形槽35内，并能够在弧形槽35内自由滑动。

参考图6，至少一个固定板33上设置有气缸36，本实施例中气缸座361与固定板33铰接配合，气缸杆362与法兰盘31铰接配合，且铰接轴均与法兰盘31的轴向平行，由于固定板33是固定的，在气缸36伸长或收缩时，法兰盘31将在气缸杆362的驱动下转动，从而通过气缸36的动作控制法兰盘31的转动方向和角度；在具体使用时气缸36可更换为其他直线驱动设备，另外还需要配套设置相应的动力系统。

所述锁紧件32包括连杆321和锁片322，连杆321两端分别与法兰盘31和锁片322铰接配合，铰接轴均指向法兰盘31的轴心，即沿法兰盘31的径向；所述调整环腔2的外周沿径向凸伸设置有多个锁定杆25，所述锁定杆25穿过锁片321并通过螺母紧固，从而与锁片321铰接配合，图6中仅示出了一个锁紧件32与锁定杆25配合的结构，在实际使用时可根据需要沿圆周方向设置有多个锁紧件32以及与之配合的锁定杆25，从而实现法兰盘31与调整环腔2的周向固定配合，在法兰盘31与调整环腔2的轴向距离发生变化时，相互铰接的连杆321和锁片322能够适应性的转动调整间距，从而降低了锁紧件32收到的应力，提高使用寿命。为了固定铰接轴沿径向设置的连杆321，法兰盘31朝向锁紧件32的一侧还向外突出形成环形凸台311，在环形凸台311上沿径向设置于连杆321铰接配合的铰接轴。

通过驱动机构转动调整环腔2来改变流道结构的方法需要精确的确定驱动机构的转动角度，以防止流道配合存在偏差，导致部分工质泄漏；参考图8，优选实施例中在本体1和调整环腔2配合的端面上分别设置有凸起部41和凹陷部42，凸起部41能够在凹陷部42内沿周向转动，凸起部41和凹陷部42的弧形两端均设置有弧形的台阶面，凸起部41在凹陷部42内滑动过程中，凸起部41和凹陷部42两端的台阶面始终保持部分接触从而对流道进行密封，凸起部41在凹陷部42内转动的两个极限位置渐缩段121分别与渐缩出口21和缩放出口22配合；从而通过凸起部41在凹陷部42内的转动来确定驱动机构的驱动行程，可通过接触开关，行程开关等电子器件实现精确控制；凸起部41和凹陷部42可适应性的设置在本体1和调整环腔2的外表面或内表面，设置在内表面的情况下，由于光轴15的存在所以凸起部41和凹陷部42两端可不设置对工质流道12进行密封的台阶面。本领域技术人员也可以适应性的选择在本体1和调整环腔2相互配合的端面上分别设置顶珠弹簧和容置顶珠的容置孔来实现工质流道12的精确切换，此时可通过压力传感器检测顶珠弹簧中的弹簧压力变化情况控制驱动机构的启停。

本领域技术人员应当知晓，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合实施例所揭示的内容，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰，比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达到的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本实施例中所引用的流道数量，操作顺序、方式等的用语，亦仅为叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对数量、位置关系的改变或调整，操作顺序的改变，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (10)

1.一种用于透平进口工质降温的导流装置，其特征在于：包括沿轴向被限制于燃烧室和透平之间的本体，所述本体内部具有环形腔体，环形腔体内部设置有至少一个将工质由燃烧室引向透平的工质流道，所述工质流道至少包括两侧导流板逐渐靠近的渐缩段，两侧的所述导流板与环形腔体的内外表面固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于透平进口工质降温的导流装置，其特征在于：所述工质流道呈螺旋形设置，工质离开导流装置的速度方向与透平入口流道方向一致。

3.根据权利要求2所述的一种用于透平进口工质降温的导流装置，其特征在于：所述工质流道还包括与透平入口连通的出口段，渐缩段和出口段构成的工质流道整体为渐缩流道或缩放流道，所述缩放流道的出口段包括与两个导流板末端配合的两个扩流板，至少一侧扩流板向工质流道外侧弯折扩大工质流通面积。

4.根据权利要求3所述的一种用于透平进口工质降温的导流装置，其特征在于：还包括与本体末端同轴配合并能够相对本体转动的调整环腔；所述调整环腔与环形腔体的内腔轴向尺寸一致；所述调整环腔能够转动使导流装置内的工质流道在渐缩流道和缩放流道之间切换。

5.根据权利要求4所述的一种用于透平进口工质降温的导流装置，其特征在于：所述调整环腔的腔体内部设置有能够与环形腔体内的渐缩段末端衔接的渐缩出口和缩放出口，所述渐缩出口包括两个与导流板末端衔接并逐渐靠近的引流板；所述缩放出口包括两个所述扩流板；渐缩出口和缩放出口沿周向间隔排布在调整环腔的腔体内。

6.根据权利要求5所述的一种用于透平进口工质降温的导流装置，其特征在于：所述本体末端同轴设置有半径小于环形腔体内径的光轴，所述调整环腔套设于光轴上，光轴末端通过直径不大于调整环腔内层外径的螺母锁紧；调整环腔的前端与环形腔体末端的端面紧贴，且周向自由配合；调整环腔的末端与透平入口轴向紧贴、周向自由配合。

7.根据权利要求6所述的一种用于透平进口工质降温的导流装置，其特征在于：还包括与调整环腔的外表面固定配合的驱动机构，所述驱动机构包括穿设在调整环腔外周的法兰盘，所述法兰盘上设置有与调整环腔的外表面固定配合的锁紧件，锁紧件将调整环腔与法兰盘沿周向固定配合，所述法兰盘能够在燃气轮机内部转动。

8.根据权利要求7所述的一种用于透平进口工质降温的导流装置，其特征在于：驱动机构还包括至少设置于法兰盘中心对称的两侧并与燃气轮机内部固定配合的固定板；所述法兰盘和固定板上分别设置有相互配合的销轴和弧形槽，所述弧形槽与法兰盘同心，销轴沿轴向穿设固定于弧形槽内，销轴能够在弧形槽内自由滑动。

9.根据权利要求8所述的一种用于透平进口工质降温的导流装置，其特征在于：所述固定板上还设置有气缸，气缸座和气缸杆分别与固定板和法兰盘铰接配合，且铰接轴均与法兰盘的轴向平行。

10.根据权利要求7所述的一种用于透平进口工质降温的导流装置，其特征在于：所述锁紧件包括连杆和锁片，所述连杆两端分别与法兰盘和锁片铰接配合，铰接轴指向法兰盘的轴心，调整环腔的外周沿径向凸伸有多个锁定杆，所述锁片还与锁定杆铰接配合。

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