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。由于燃烧室火焰筒和过渡段内侧受到高温燃气的冲刷，需要通过压气机排气进行冷却。

专利CN111380077A公开了燃烧器包括火焰筒、流动衬套和导流装置，流动衬套套设在火焰筒上，二者之间形成环形通道，流动衬套上开设冷却孔，冷却孔沿衬套的轴向延伸且呈长条形；导流装置包括环形件和底板，环形件的第一端配合在冷却孔内，环形件的第二端延伸至环形通道内。这种结构实现了冲击冷却，但是随着现代燃气轮机燃烧温度的不断提升，对于燃烧室火焰筒和过渡段冷却性能要求进一步提高。对于以冲击冷却为主要冷却方式的燃烧室热部件，进一步提升冷却性能往往意味着需要减小孔径、减小冲击孔间距等，导致较大的压力损失，影响燃烧室性能，且对冷却效率的提升潜力有限。

发明内容

为解决上述问题，本申请提出了燃烧室层板及燃烧室。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种燃烧室层板，提高燃烧室火焰筒或过渡段的冷却性能。

本申请的第二个目的在于提出一种燃烧室。

为实现上述目的，本申请提出一种燃烧室层板，包括外层壁和内层壁，所述外层壁和所述内层壁共同形成夹层通道；

所述外层壁上设置有若干个冲击冷却孔；

所述内层壁设有层板入流孔、层板通道和层板出流孔；

第一气流从所述外层壁的冲击冷却孔流入所述夹层通道内，对所述内层壁形成冲击冷却，并沿所述夹层通道向上游方向流动；

第二气流从所述外层壁的冲击冷却孔流入，经过所述层板入流孔流入所述层板通道，并沿所述层板通道内向上游方向流动，以及从所述层板出流孔流出，进入所述夹层通道内与所述第一气流汇合，流动至燃烧室入口。

可选的，所述外层壁和所述内层壁之间设有引流装置和集气腔，所述第二气流从所述外层壁的冲击冷却孔流入，流经所述引流装置和所述集气腔，流入所述层板入流孔。

可选的，沿燃烧室的周向设置有若干个集气腔。

可选的，若干个所述集气腔相互之间不连通。

可选的，所述引流装置和所述外层壁之间设置有密封装置。

可选的，所述引流装置和所述外层壁为一体结构。

可选的，所述集气腔外侧设有凸起结构，用于与所述引流装置配合安装。

可选的，所述集气腔与所述内层壁的交接面相对于所述层板入流孔为非中心对称。

可选的，所述冲击冷却孔的孔径大于所述层板入流孔的孔径。

可选的，所述夹层通道内第一气流的压力沿下游向上游方向降低。

可选的，流入所述冲击冷却孔的气流压力与燃烧室入口的气流压力的压力差与所述燃烧室入口的气流压力的比值在预设比值范围内。

本申请实施例的燃烧室层板，在冲击冷却的基础上，增加了内层壁冷却结构，设置气流引导装置保证了内层壁入口压力足够高，大幅提高燃烧室火焰筒或过渡段的冷却性能。此外，出流孔设置在火焰筒或过渡段外侧，流经出流孔的气流汇入冲击冷却气流，并流至燃烧室头部参与燃烧，冷却空气无需旁通汇入热燃气，因此无需额外的冷却空气消耗。

为了实现上述目的，本申请提出了一种燃烧室，所述燃烧室包括火焰筒和过渡段，上一方面实施例所述的燃烧室层板设置在所述火焰筒和/或过渡段。

本申请实施例的燃烧室，在冲击冷却的基础上，增加了内层壁冷却结构，设置气流引导装置保证了内层壁入口压力足够高，大幅提高燃烧室火焰筒或过渡段的冷却性能。此外，出流孔设置在火焰筒或过渡段外侧，流经出流孔的气流汇入冲击冷却气流，并流至燃烧室头部参与燃烧，冷却空气无需旁通汇入热燃气，因此无需额外的冷却空气消耗。

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示意图；

图2是本申请一个实施例的燃烧室层板结构气流支路示意图；

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燃烧室层板结构中集气腔结构示意图；

图5是本申请一个实施例的燃烧室层板结构气流支路示意图；

图6是本申请一个实施例的集气腔结构示意图；

图7是本申请一个实施例的集气腔结构示意图；

图8是本申请一个实施例的引流装置和外层壁之间密封结构示意图；

图9是本申请一个实施例的引流装置和外层壁之间密封结构剖面图；

图10是本申请一个实施例的引流装置和外层壁一体结构示意图；

图11是本申请一个实施例的引流装置和外层壁一体结构爆炸图；

图12是本申请一个实施例的燃烧室结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，燃烧室层板300包括外层壁1和内层壁2，外层壁1和内层壁2共同形成夹层通道3。外层壁1上设置多个冲击冷却孔11，在该申请的一个实施例中，多个冲击冷却孔11沿外层壁1的周向并排设置，作为空气进入夹层通道3的入口。

火焰筒或过渡段的内层壁2为层板结构，层板结构内部存在层板通道20，气流可在层板通道20中流通，内层壁2设有层板入流孔21、层板通道20和层板出流孔22，在该申请的一个实施例中，内层壁2设有多个层板入流孔21和多个层板出流孔22，多个层板入流孔21和多个层板出流孔22均沿内层壁2周向设置，优选的，层板出流孔22设置在火焰筒或过渡段外侧，以使气流从层板出流孔22流出，汇入外层壁1和内层壁2之间的冲击冷却流路，并流至燃烧室头部参与燃烧，因此无需额外的冷却空气消耗。

如图2所示，燃烧室层板300结构的外侧气流流经燃烧室层板300结构时，气流分为两个气流支路，分别为第一气流支路和第二气流支路。第一气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入夹层通道3内，对内层壁2形成冲击冷却，并沿夹层通道3向上游方向流动；

第二气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入，经过层板入流孔21流入层板通道20，并沿层板通道20内向上游方向流动，随后第二气流支路从层板出流孔22流出，进入夹层通道3内与第一气流支路汇合，流动至燃烧室入口参与燃烧。通过在冲击冷却的基础上，增加内层壁冷却结构，大幅提高燃烧室火焰筒或过渡段的冷却效果。

实施例2

如图3所示，燃烧室层板300包括外层壁1和内层壁2，外层壁1和内层壁2共同形成夹层通道3。外层壁1上设置多个冲击冷却孔11，在该申请的一个实施例中，多个冲击冷却孔11沿外层壁1的周向并排设置，作为冷空气进入夹层通道3的入口。

火焰筒或过渡段的内层壁2为层板结构，层板结构内部存在层板通道20，气流可在层板通道20中流通，内层壁2设有层板入流孔21、层板通道20和层板出流孔22，在该申请的一个实施例中，内层壁2设有多个层板入流孔21和多个层板出流孔22，多个层板入流孔21和多个层板出流孔22均沿内层壁2周向设置，优选的，层板出流孔22设置在火焰筒或过渡段外侧，以使气流从层板出流孔22流出，汇入外层壁1和内层壁2之间的冲击冷却流路，并流至燃烧室头部参与燃烧，因此无需额外的冷却空气消耗。

外层壁1和内层壁2之间设有引流装置4和集气腔5。在该申请的一个实施例中，如图3所示，引流装置4为空心圆柱结构，集气腔5的剖面为空心方形结构，但集气腔5剖面结构不限于空心方形结构，如图4所示，集气腔5与内层壁2的交接面相对于层板入流孔21为非中心对称。图3和图4仅为示意，本申请的集气腔5的形状可以任意设置，并不进行限定。此外，集气腔的几何尺寸可以调整，以进一步减小由于在流道内布置集气腔而带来的流动阻力损失。

外层壁1上的冲击冷却孔11通过引流装置4和集气腔5与内层壁2上的层板入流孔21形成气流通道。在该申请的一个实施例中，外层壁1上的冲击冷却孔11通过引流装置4和集气腔5与内层壁2上的多个层板入流孔21形成气流通道。在冲击冷却的基础上，增加了内层壁冷却结构，设置气流引导装置保证了内层壁结构的入口压力足够高，大幅提高燃烧室火焰筒或过渡段的冲击冷却性能。

如图5所示所示，燃烧室层板300的外侧气流流经燃烧室层板300结构时，气流分为两个气流支路，分别为第一气流支路和第二气流支路。第一气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入夹层通道3内，对内层壁2形成冲击冷却，并沿夹层通道3向上游方向流动；

第二气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入，依次经过引流装置4、集气腔5、层板入流孔21流入层板通道20，并沿层板通道20内向上游方向流动，随后第二气流支路从层板出流孔22流出，进入夹层通道3内与第一气流支路汇合，流动至燃烧室入口参与燃烧。第二气流支路对内层壁做进一步冷却，气流引导装置保证了燃烧室层板内层壁结构的入口压力足够高，从而大幅提高燃烧室冷却效果。

实施例3

燃烧室层板300包括外层壁1和内层壁2，外层壁1和内层壁2共同形成夹层通道3。外层壁1上设置多个冲击冷却孔11，在该申请的一个实施例中，多个冲击冷却孔11沿外层壁1周向并排设置，作为空气进入夹层通道3的入口。

火焰筒或过渡段的内层壁2为层板结构，层板结构内部存在层板通道20，气流可在层板通道20中流通，内层壁2设有层板入流孔21、层板通道20和层板出流孔22，在该申请的一个实施例中，内层壁2设有多个层板入流孔21和多个层板出流孔22，多个层板入流孔21和多个层板出流孔22均沿内层壁2周向设置，优选的，层板出流孔22设置在火焰筒或过渡段外侧，以使气流从层板出流孔22流出，汇入外层壁1和内层壁2之间的冲击冷却流路，并流至燃烧室头部参与燃烧，因此无需额外的冷却空气消耗。

外层壁1和内层壁2之间设有引流装置4和集气腔5。集气腔5沿燃烧室的周向设置，在该申请的一个实施例中，如图6所示，沿燃烧室的内层壁2周向设有一个集气腔5，集气腔5为联通环状结构，并且在集气腔5的上方均匀设有多个引流装置4。在该申请的另一个实施例中，如图7所示，仅针对热负荷较高的燃烧室内层壁2区域的周向局部布置一个或多个集气腔5，并且这些集气腔5在周向上相互不联通，从而形成多个气流通道，实现对热负荷较高局部区域的冷却，优选的，每个集气腔5上设置两个引流装置4。图6和图7仅为示意，本申请的集气腔的数量可以任意设置，并不进行限定。通过优化集气腔的数量和其在内层壁的布局区域，实现了均匀冷却和局部冷却，进一步提高燃烧室火焰筒或过渡段的冲击冷却性能。

外层壁1上的冲击冷却孔11通过引流装置4和集气腔5与内层壁2上的层板入流孔21形成气流通道。在该申请的一个实施例中，外层壁1上的冲击冷却孔11通过引流装置4和集气腔5与内层壁2上的多个层板入流孔21形成气流通道。在冲击冷却的基础上，增加了内层壁冷却结构，设置气流引导装置保证了内层壁冷却结构的入口压力足够高，大幅提高燃烧室火焰筒或过渡段的冲击冷却性能。

如图5所示，燃烧室层板300的外侧气流流经燃烧室层板300结构时，气流分为两个气流支路，分别为第一气流支路和第二气流支路。第一气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入夹层通道3内，对内层壁2形成冲击冷却，并沿夹层通道3向上游方向流动；

第二气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入，依次经过引流装置4、集气腔5、层板入流孔21流入层板通道20，并沿层板通道20内向上游方向流动，随后第二气流支路从层板出流孔22流出，进入夹层通道3内与第一气流支路汇合，流动至燃烧室入口参与燃烧。第二气流支路对内层壁进一步冷却，气流引导装置保证了燃烧室层板内层壁结构的入口压力足够高，从而提高了燃烧室冷却效果。

实施例4

燃烧室层板300包括外层壁1和内层壁2，外层壁1和内层壁2共同形成夹层通道3。外层壁1上设置多个冲击冷却孔11，在该申请的一个实施例中，多个冲击冷却孔11沿外层壁1周向并排设置，作为空气进入夹层通道3的入口。

火焰筒或过渡段的内层壁2为层板结构，层板结构内部存在层板通道20，气流可在层板通道20中流通，内层壁2设有层板入流孔21、层板通道20和层板出流孔22，在该申请的一个实施例中，内层壁2设有多个层板入流孔21和多个层板出流孔22，多个层板入流孔21和多个层板出流孔22均沿内层壁2周向设置，优选的，层板出流孔22设置在火焰筒或过渡段外侧，以使气流从层板出流孔22流出，汇入外层壁1和内层壁2之间的冲击冷却流路，并流至燃烧室头部参与燃烧，因此无需额外的冷却空气消耗。

外层壁1和内层壁2之间设有引流装置4和集气腔5，如图8和图9所示，引流装置4和外层壁1之间设置有密封装置6，以进一步减小气流的泄露量，保证内层壁入口压力足够高。在该申请的一个实施例中，如图9所示，密封装置6的一部分与外层壁1接触，密封装置6的另一部分与外层壁1上的冲击冷却孔11的内侧以及引流装置4的内侧接触。

外层壁1上的冲击冷却孔11通过引流装置4和集气腔5与内层壁2上的层板入流孔21形成气流通道。在该申请的一个实施例中，外层壁1上的冲击冷却孔11通过引流装置4和集气腔5与内层壁2上的多个层板入流孔21形成气流通道。在冲击冷却的基础上，增加了内层壁冷却结构，设置气流引导装置保证了内层壁结构的入口压力足够高，大幅提高燃烧室火焰筒或过渡段的冲击冷却性能。

结合图5和图9所示，燃烧室层板300的外侧气流流经燃烧室层板300时，气流分为两个气流支路，分别为第一气流支路和第二气流支路。第一气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入夹层通道3内，对内层壁2形成冲击冷却，并沿夹层通道3向上游方向流动；

第二气流支路从外层壁1外侧的密封装置6流入，依次经过引流装置4、集气腔5、层板入流孔21流入层板通道20，并沿层板通道20内向上游方向流动，随后第二气流支路从层板出流孔22流出，进入夹层通道3内与第一气流支路汇合，流动至燃烧室入口参与燃烧。第二气流支路对内层壁进一步冷却，气流引导装置保证了燃烧室层板内层壁结构的入口压力足够高，从而提高了燃烧室冷却效果。

实施例5

燃烧室层板300包括外层壁1和内层壁2，外层壁1和内层壁2共同形成夹层通道3。外层壁1上设置多个冲击冷却孔11，在该申请的一个实施例中，多个冲击冷却孔11沿外层壁1周向并排设置，作为空气进入夹层通道3的入口。

火焰筒或过渡段的内层壁2为层板结构，层板结构内部存在层板通道20，气流可在层板通道20中流通，内层壁2设有层板入流孔21、层板通道20和层板出流孔22，在该申请的一个实施例中，内层壁2设有多个层板入流孔21和多个层板出流孔22，多个层板入流孔21和多个层板出流孔22均沿内层壁2周向设置，优选的，层板出流孔22设置在火焰筒或过渡段外侧，以使气流从层板出流孔22流出，汇入外层壁1和内层壁2之间的冲击冷却流路，并流至燃烧室头部参与燃烧，因此无需额外的冷却空气消耗。

外层壁1和内层壁2之间设有引流装置4和集气腔5。如图10所示，引流装置4和外层壁1为一体结构，以避免气流的泄露，保证内层壁的入口压力足够高。在该申请的一个实施例中，如图11所示，引流装置4和外层壁1作为一体结构，集气腔5外侧布置与引流装置4配合的凸起结构7，便于引流装置4与集气腔5两者进行装配。

外层壁1上的冲击冷却孔11通过引流装置4和集气腔5与内层壁2上的层板入流孔21形成气流通道。在该申请的一个实施例中，外层壁1上的冲击冷却孔11通过引流装置4和集气腔5与内层壁2上的多个层板入流孔21形成气流通道。在冲击冷却的基础上，增加了内层壁冷却结构，设置气流引导装置保证了内层壁结构的入口压力足够高，大幅提高燃烧室火焰筒或过渡段的冲击冷却性能。

如图5所示，燃烧室层板300的外侧气流流经燃烧室层板300时，气流分为两个气流支路，分别为第一气流支路和第二气流支路。第一气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入夹层通道3内，对内层壁2形成冲击冷却，并沿夹层通道3向上游方向流动；

第二气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入，依次经过引流装置4、集气腔5、层板入流孔21流入层板通道20，并沿层板通道20内向上游方向流动，随后第二气流支路从层板出流孔22流出，进入夹层通道3内与第一气流支路汇合，流动至燃烧室入口参与燃烧。第二气流支路对内层壁进一步冷却，气流引导装置保证了燃烧室层板内层壁结构的入口压力足够高，从而提高了燃烧室冷却效果。

实施例6

燃烧室层板300包括外层壁1和内层壁2，外层壁1和内层壁2共同形成夹层通道3。外层壁1上设置多个的冲击冷却孔11，在该申请的一个实施例中，多个冲击冷却孔11沿外层壁周向并排设置。内层壁2设置层板入流孔21、层板通道20和层板出流孔22。在该申请的一个实施例中，冲击冷却孔11的孔径大于层板入流孔21的孔径，以保证内层壁的入口压力足够高，大幅提高燃烧室火焰筒或过渡段的冲击冷却性能。

火焰筒或过渡段的内层壁2为层板结构，层板结构内部存在层板通道20，气流可在层板通道20中流通，内层壁2设有层板入流孔21、层板通道20和层板出流孔22，在该申请的一个实施例中，内层壁2设有多个层板入流孔21和多个层板出流孔22，多个层板入流孔21和多个层板出流孔22均沿内层壁2周向设置，优选的，层板出流孔22设置在火焰筒或过渡段外侧，以使气流从层板出流孔22流出，汇入外层壁1和内层壁2之间的冲击冷却流路，并流至燃烧室头部参与燃烧，因此无需额外的冷却空气消耗。

如图2所示，燃烧室层板300的外侧气流流经燃烧室层板300时，气流分为两个气流支路，分别为第一气流支路和第二气流支路。第一气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入夹层通道3内，对内层壁2形成冲击冷却，并沿夹层通道3向上游方向流动，夹层通道3内第一气流的压力沿上游方向降低；

第二气流支路从外层壁1的冲击冷却孔11流入，经过层板入流孔21流入层板通道20，并沿层板通道20内向上游方向流动，随后第二气流支路从层板出流孔22流出，进入夹层通道3内与第一气流支路汇合，流动至燃烧室入口参与燃烧。由于外层壁1外侧流体压力高于夹层通道3内的压力，且夹层通道3内气流压力沿着上游方向逐渐降低，为保证冷却气流在层板通道20内向上游流动。在夹层通道3内，层板出流孔22附近气流压力与燃烧室入口的气流压力的压力差与燃烧室入口的气流压力的比值应该在预设比值范围内，优选的，该比值在1％～2％左右。

本申请的有益效果为：通过内层壁层板结构以及气流引导和集流装置，提高了内层壁的冷却效果，从而提高了燃烧室火焰筒或过渡段的冷却性能。此外，出流孔设置在火焰筒或过渡段外侧，流经出流孔的气流汇入冲击冷却气流，并流至燃烧室头部参与燃烧，冷却空气无需旁通汇入热燃气，因此无需额外的冷却空气消耗。

为了实现上述目的，本申请还提出了一种燃烧室，如图12所示，燃烧室400包括火焰筒100和过渡段200，在燃烧室400的火焰筒100或过渡段200设置上述实施例的燃烧室层板结构300，图12仅为示意，上述实施例的燃烧室层板结构300可设置在火焰筒100或过渡段200的任意位置，在此不做限制。应该理解的是，上述燃烧室层板结构300也可同时设置在火焰筒100和过渡段200。

本申请提出的燃烧室，通过在火焰筒或过渡段设置层板结构以及气流引导和集流装置，提高了内层壁的冷却效果，从提高了燃烧室火焰筒或过渡段的冷却性能，并且流经出流孔的气流汇入冲击冷却气流，并流至燃烧室头部参与燃烧，提高燃烧室性能总体性能。

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。