燃气轮机的空气整流罩及喷嘴

技术领域

本申请涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种燃气轮机的空气整流罩及喷嘴。

背景技术

燃气轮机燃烧室头部具有多个喷嘴，在中心轴线处设有一个中心喷嘴，其周围设有数个外围喷嘴。整流罩是喷嘴空气流路的一部分，位于喷嘴旋流器上游，其主要目的是对气流进行整流，确保为旋流器提供均匀的来流空气。

专利CN204513463U公开了带有冲击导流冷却管的燃烧室罩帽结构，罩帽的外壳上分别设有前挡板、后挡板以及多个空气进口。在外壳内部的每个空气进口处设置有冲击导流冷却管，该冲击导流冷却管可将冷却气体集中引向受热比较严重的值班喷嘴扩张段，从而延长冷却气体在值班喷嘴扩张段的停留时间；另外，在值班喷嘴扩张段设置发散冷却孔，进一步提高了冷却效率。该专利中的燃烧室罩帽通过在外壳的空气进口设置冲击导流冷却管提高冷却效率的效果，但是并不能解决喷嘴旋流器上游的来流空气不均匀性以及整流罩带来的额外空气压力损失的问题。

发明内容

为解决上述问题，本申请提出了燃气轮机的空气整流罩以及具有该空气整流罩的喷嘴。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种燃气轮机的空气整流罩，改善喷嘴旋流器上游的来流空气均匀性，降低空气整流罩压损。

本申请的第二个目的在于提出一种喷嘴。

为实现上述目的，本申请提出一种燃气轮机的空气整流罩(5)，包括整流罩前端板(1)、整流罩外壁(2)以及设置在整流罩外壁(1)内侧的N个导流板(3)，N为大于等于1的正整数，

所述整流罩前端板(1)与所述整流罩外壁(2)相连，且所述整流罩前端板(1)上设有若干个第一整流孔(11)；

所述整流罩外壁(2)的第一区域(20)设有若干个第二整流孔(21)；

至少一个所述导流板(3)的第一端与所述整流罩外壁(1)内侧连接；

一部分空气通过所述整流罩前端板(1)的第一整流孔(11)沿轴向进入到所述空气整流罩(5)内，另一部分空气通过所述整流罩外壁(2)的第二整流孔(21)沿周向进入所述空气整流罩(5)，在至少一个所述导流板(3)的作用下，使得进入所述空气整流罩(5)的空气沿轴向流动，并从所述空气整流罩(5)的另一端流出。

可选的，所述第一区域(20)为接近所述整流罩前端板(1)的区域。

可选的，所述第一端为弧形，至少一个所述导流板(2)的第二端与所述整流罩外壁(2)平行。

可选的，所述第一整流孔(11)均匀分布在所述整流罩前端板(1)上，所述第二整流孔(21)均匀分布所述整流罩外壁(2)的第一区域(20)。

可选的，所述第一整流孔(11)和所述第二整流孔(21)为圆孔、长圆孔、水滴形孔中的一种或多种的组合。

可选的，所述第二整流孔(21)在整流罩外壁(2)外侧的边缘设有倒角结构。

可选的，所述第二整流孔(21)在整流罩外壁(2)外侧边缘的倒角角度在15度和75度之间。

可选的，所述第二整流孔(21)在整流罩外壁(2)外侧边缘的倒角宽度在0.5mm和5mm之间。

可选的，所述整流罩前端板(1)中间位置形成有开口(12)，所述开口(12)的面积小于所述导流板(3)的内腔截面积。

本申请提出的燃气轮机的空气整流罩，在空气整流罩内设有导流板，导流板与整流罩外壁将整流罩内部划分为环形空气流动空间，使通过不同区域整流孔的空气分别由固定的环形区流动到下游的旋流器，另外通过优化整流孔结构设计，增大通流面积，降低整流罩压损。

为了实现上述目的，本申请提出了一种燃气轮机燃烧室喷嘴(6)，包括中心筒体(4)和如权利要求1至9任一项所述的空气整流罩(5)，所述中心筒体(4)安装在所述空气整流罩(5)的整流罩前端板(1)的开口(12)内。

可选的，N个导流板(3)将所述空气整流罩(5)与所述中心筒体(4)之间的空间分割为N+1个空气流道，每个空气流道中的空气流速相等。

本申请提出的燃烧室喷嘴，在空气整流罩内设有导流板，导流板与整流罩外壁、喷嘴中心筒体将整流罩内部划分为多个空气流道，并保证每个空气流道中的空气流速相等，从而使得旋流器上游来流空气均匀性，另外通过优化整流孔结构设计，增大通流面积，降低整流罩压损。

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空气整流罩结构示意图；

图2是本申请一个实施例的空气整流罩剖面图；

图3是本申请一个实施例的流经空气整流罩的空气支路示意图；

图4是本申请一个实施例的空气整流罩剖面图；

图5是本申请一个实施例的空气整流罩的第一整流孔和第二整流孔结构示意图；

图6是本申请一个实施例的空气整流罩的第二整流孔结构示意图；

图7是本申请一个实施例的空气整流罩的剖面结构尺寸示意图；

图8是本申请一个实施例的喷嘴的剖面结构示意图；

图9是本申请一个实施例的喷嘴的剖面结构尺寸示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，燃气轮机的空气整流罩5包括整流罩前端板1、整流罩外壁2。整流罩前端板1为圆环形，其外沿与整流罩外壁2相连。整流罩前端板1上设有若干个第一整流孔11，第一整流孔11呈环状排布在整流罩前端板1上；整流罩外壁2设置第一区域20，在第一区域20设有若干个第二整流孔21，第二整流孔21沿着整流罩外壁2的周向设置。

在整流罩外壁2内侧设有至少一个导流板3(以两个导流板为例，导流板3包括第一导流板31和第二导流板32)，导流板3为沿整流罩外壁2的中心轴对称设置的圆环结构，导流板3与整流罩外壁2内侧连接。在本申请的一个实施例中，如图2所示，整流罩外壁2内侧设置两个导流板，分别为第一导流板31和第二导流板32，第一导流板31和第二导流板32与整流罩外壁2、喷嘴中心燃料流道外壁一起将整流罩内部划分为三个环形空气流动空间，使气流进行分层流动。上述图例仅为示意，本申请的导流板个数可以为1个或者多个，在此不进行限定。通过在空气整流罩内设置导流板结构，使通过不同区域整流孔的空气分别由固定的环形区流动到下游的旋流器，从而提高喷嘴旋流器上游的空气均匀性。

如图3所示，以两个导流板为例，当空气流经空气整流罩时，一部分空气通过整流罩前端板1的第一整流孔11沿轴向进入到空气整流罩5内，另一部分空气通过整流罩外壁2的第二整流孔21沿周向进入空气整流罩5，在第一导流板31和第二导流板32的作用下，使得进入空气整流罩5的空气分为三个空气流道，并且沿三个空气流道的轴向流动，然后从空气整流罩5的另一端流出。

实施例2

如图1所示，燃气轮机的空气整流罩5包括整流罩前端板1、整流罩外壁2。整流罩前端板1为圆环形，其外沿与整流罩外壁2相连。整流罩前端板1上设有若干个第一整流孔11，优选的，第一整流孔11均匀分布在整流罩前端板1的圆环周向，使得流经整流罩前端板1的气流更加均匀。整流罩外壁2设置第一区域20，第一区域20为接近整流罩前端板1的区域，并在第一区域20设有若干个第二整流孔21，优选的，第二整流孔21沿整流罩外壁2的周向均匀设置，使得流经整流罩外壁2的气流更加均匀。通过在接近整流罩前端板1的区域，即在第一区域20设置第二整流孔21，使得气流从空气整流罩的一侧集中流入，从而实现对气流的整流。

在整流罩外壁2内侧设有至少一个导流板3(以两个导流板为例，导流板3包括第一导流板31和第二导流板32)，以实现对整流罩内气流进行导流。如图4所示，导流板为沿整流罩外壁2的中心轴对称设置的圆环结构，第一导流板31的第一端311和第二导流板32的第一端321均与整流罩外壁2内侧连接，优选的，第一端311和321均为弧形结构，第一导流板31的第二端312和第二导流板32的第二端322均与整流罩外壁2平行设置。第一导流板31和第二导流板32与整流罩外壁2、喷嘴中心燃料流道外壁一起将整流罩内部划分为三个环形空气流道，使气流进行分层流动。上述图例仅为示意，本申请的导流板个数可以为1个或者多个，在此不进行限定。通过在空气整流罩内设置导流板结构，使空气整流罩内的空气分别由固定的空气流道流动到下游的旋流器，从而提高喷嘴旋流器上游的空气均匀性。

如图3所示，当空气流经空气整流罩时，以两个导流板为例，一部分空气通过整流罩前端板1的第一整流孔11沿轴向进入到空气整流罩内，另一部分空气通过整流罩外壁2的第二整流孔21沿周向进入空气整流罩，在导流板的作用下，使得进入空气整流罩的空气分为三个空气流道，并且沿三个空气流道的轴向流动，然后从空气整流罩的另一端流出。

实施例3

如图1所示，燃气轮机的空气整流罩5包括整流罩前端板1、整流罩外壁2。整流罩前端板1为圆环形，其外沿与整流罩外壁2相连。整流罩前端板1上设有若干个第一整流孔11，第一整流孔11呈环状排布在整流罩前端板1上；整流罩外壁2设置第一区域20，在第一区域20设有若干个第二整流孔21，第二整流孔21沿着整流罩外壁2的周向设置。

在该申请的一个实施例中，第一整流孔11和第二整流孔21的形状可以为圆孔、长圆孔、水滴形孔中的一种或多种的组合，第一整流孔11和第二整流孔21的形状不限于以上这几种，可以任意设置。在该申请的一个实施例中，如图5所示，第一整流孔11和第二整流孔21为长圆孔状结构，长圆孔结构包括以R为半径的圆弧和以b为边长的四边形，长圆孔结构增大了通流面积，从而降低了空气整流罩压力损失。

在整流罩外壁2内侧设有至少一个导流板3(以两个导流板为例，导流板3包括第一导流板31和第二导流板32)，导流板3为沿整流罩外壁2的中心轴对称设置的圆环结构，导流板3与整流罩外壁2内侧连接。在本申请的一个实施例中，如图2所示，整流罩外壁2内侧设置两个导流板，分别为第一导流板31和第二导流板32，第一导流板31和第二导流板32与整流罩外壁2、喷嘴中心燃料流道外壁一起将整流罩内部划分为三个环形空气流动空间，使气流进行分层流动。上述图例仅为示意，本申请的导流板个数可以为1个或者多个，在此不进行限定。通过在空气整流罩内设置导流板结构，使通过不同区域整流孔的空气分别由固定的环形区流动到下游的旋流器，从而提高喷嘴旋流器上游的空气均匀性。

如图3所示，以两个导流板为例，当空气流经空气整流罩时，一部分空气通过整流罩前端板1的第一整流孔11沿轴向进入到空气整流罩内，另一部分空气通过整流罩外壁2的第二整流孔21沿周向进入空气整流罩，在第一导流板31和第二导流板32的作用下，使得进入空气整流罩的空气分为三个空气流道，并且沿三个空气流道的轴向流动，然后从空气整流罩的另一端流出。

实施例4

如图1所示，燃气轮机的空气整流罩5包括整流罩前端板1、整流罩外壁2。整流罩前端板1为圆环形，其外沿与整流罩外壁2相连。整流罩前端板1上设有若干个第一整流孔11，第一整流孔11呈环状排布在整流罩前端板1上；整流罩外壁2设置第一区域20，在第一区域20设有若干个第二整流孔21，第二整流孔21沿着整流罩外壁2的周向设置。

在该申请的一个实施例中，考虑到第二整流孔21在整流罩外壁2外侧边缘的气流流动损失，如图6所示，第二整流孔21在整流罩外壁2外侧的边缘设有倒角结构，以进一步降低整流罩压力损失，第二整流孔21在整流罩外壁2外侧边缘的倒角角度为α，倒角宽度为X。优选的，倒角角度α满足15°≤α≤75°，倒角宽度X满足0.5mm≤X≤5mm。通过优化第二整流孔21在整流罩外壁2外侧边缘的倒角尺寸，使压力损失降低约20％～50％。

在整流罩外壁2内侧设有至少一个导流板3(以两个导流板为例，导流板3包括第一导流板31和第二导流板32)，导流板3为沿整流罩外壁2的中心轴对称设置的圆环结构，导流板3与整流罩外壁2内侧连接。在本申请的一个实施例中，如图2所示，整流罩外壁2内侧设置两个导流板，分别为第一导流板31和第二导流板32，第一导流板31和第二导流板32与整流罩外壁2、喷嘴中心燃料流道外壁一起将整流罩内部划分为三个环形空气流动空间，使气流进行分层流动。上述图例仅为示意，本申请的导流板个数可以为1个或者多个，在此不进行限定。通过在空气整流罩内设置导流板结构，使通过不同区域整流孔的空气分别由固定的空气流道流动到下游的旋流器，从而提高喷嘴旋流器上游的空气均匀性。

如图3所示，以两个导流板为例，当空气流经空气整流罩时，一部分空气通过整流罩前端板1的第一整流孔11沿轴向进入到空气整流罩内，另一部分空气通过整流罩外壁2的第二整流孔21沿周向进入空气整流罩，在第一导流板31和第二导流板32的作用下，使得进入空气整流罩的空气分为三个空气流道，并且沿三个空气流道的轴向流动，然后从空气整流罩的另一端流出。

实施例5

如图1所示，燃气轮机的空气整流罩包括整流罩前端板1、整流罩外壁2。整流罩前端板1为圆环形，其外沿与整流罩外壁2相连。整流罩前端板1上设有若干个第一整流孔11，第一整流孔11呈环状排布在整流罩前端板1上；整流罩外壁2设置第一区域20，在第一区域20设有若干个第二整流孔21，第二整流孔21沿着整流罩外壁2的周向设置。

在该申请的一个实施例中，第一整流孔11和第二整流孔21的形状可以为圆孔、长圆孔、水滴形孔中的一种或多种的组合，第一整流孔11和第二整流孔21的形状不限于以上这几种，可以任意设置。在该申请的一个实施例中，如图5所示，第一整流孔11和第二整流孔21为长圆孔结构，长圆孔结构包括以R为半径的圆弧和以b为边长的四边形，长圆孔结构增大了通流面积，从而降低了整流罩压力损失。

考虑到第二整流孔21在整流罩外壁2外侧边缘的气流流动损失，如图6所示，第二整流孔21在整流罩外壁2外侧的边缘设有倒角结构，以进一步降低整流罩压力损失，第二整流孔21在整流罩外壁2外侧边缘的倒角角度为α，倒角宽度为X。优选的，倒角角度α满足15°≤α≤75°，倒角宽度X满足0.5mm≤X≤5mm，通过优化第二整流孔21在整流罩外壁2外侧边缘的倒角尺寸，使压力损失降低约20％～50％。

在整流罩外壁2内侧设有至少一个导流板3(以两个导流板为例，导流板3包括第一导流板31和第二导流板32)，导流板3为沿整流罩外壁2的中心轴对称设置的圆环结构，导流板3与整流罩外壁2内侧连接。在本申请的一个实施例中，如图2所示，整流罩外壁2内侧设置两个导流板，分别为第一导流板31和第二导流板32，第一导流板31和第二导流板32与整流罩外壁2、喷嘴中心燃料流道外壁一起将整流罩内部划分为三个环形空气流动空间，使气流进行分层流动。上述图例仅为示意，本申请的导流板个数可以为1个或者多个，在此不进行限定。通过在空气整流罩内设置导流板结构，使通过不同区域整流孔的空气分别由固定的环形区流动到下游的旋流器，从而提高喷嘴旋流器上游的空气均匀性。

如图3所示，以两个导流板为例，当空气流经空气整流罩时，一部分空气通过整流罩前端板1的第一整流孔11沿轴向进入到空气整流罩内，另一部分空气通过整流罩外壁2的第二整流孔21沿周向进入空气整流罩，在第一导流板31和第二导流板32的作用下，使得进入空气整流罩的空气分为三个空气流道，并且沿三个空气流道的轴向流动，然后从空气整流罩的另一端流出。

实施例6

如图1所示，燃气轮机的空气整流罩包括整流罩前端板1、整流罩外壁2。整流罩前端板1为圆环形，优选的，整流罩前端板1中间位置形成有开口12，整流罩前端板1的外沿与整流罩外壁2相连。整流罩前端板1上设有若干个第一整流孔11，第一整流孔11呈环状排布在整流罩前端板1上；整流罩外壁2设置第一区域20，在第一区域20设有若干个第二整流孔21，第二整流孔21沿着整流罩外壁2的周向设置。

在整流罩外壁2内侧设有至少一个导流板3(以两个导流板为例，导流板3包括第一导流板31和第二导流板32)，导流板3为沿整流罩外壁2的中心轴对称设置的圆环结构。如图4所示，导流板为沿整流罩外壁2的中心轴对称设置的圆环结构，接近整流罩前端板1的导流板为第一导流板31，远离整流罩前端板1的导流板为第二导流板32。第一导流板31的第一端311和第二导流板32的第一端321均与整流罩外壁2内侧连接，优选的，第一端311和321均为弧形结构，第一导流板31的第二端312和第二导流板32的第二端322均与整流罩外壁2平行设置。第一导流板31和第二导流板32与整流罩外壁2、喷嘴中心燃料流道外壁一起将整流罩内部划分为三个环形空气流动空间，使气流进行分层流动。上述图例仅为示意，本申请的导流板个数可以为1个或者多个，在此不进行限定。通过在空气整流罩内设置导流板结构，使通过不同区域整流孔的空气分别由固定的环形区流动到下游的旋流器，从而提高喷嘴旋流器上游的空气均匀性。

在本申请的一个实施例中，如图7所示，整流罩前端板1的开口12形成以D1为直径，面积为Q1的环形通道；第一导流板31的第二端312形成以D2为直径的内腔截面积Q2；第二导流板32的第二端322形成以D3为直径的内腔截面积Q3；整流罩外壁2形成了内直径为D4，面积为Q4的环形通道。其中，各部分直径满足D1

如图3所示，以两个导流板为例，当空气流经空气整流罩时，一部分空气通过整流罩前端板1的第一整流孔11沿轴向进入到空气整流罩内，另一部分空气通过整流罩外壁2的第二整流孔21沿周向进入空气整流罩，在第一导流板31和第二导流板32的作用下，使得进入空气整流罩的空气分为三个空气流道，并且沿三个空气流道的轴向流动，然后从空气整流罩的另一端流出。

本申请的有益效果为：通过在整流罩内设有导流板，导流板与整流罩外壁、喷嘴中心燃料流道外壁将整流罩内部划分为环形空气流动空间，使通过不同区域整流孔的空气分别由固定的环形区流动到下游的旋流器，另外通过优化整流孔的结构和尺寸，增大通流面积，降低整流罩压损。

为了实现上述目的，本申请还提出了一种喷嘴。

如图8所示，喷嘴6结构包括中心筒体4和上一方面实施例所述的空气整流罩5。中心筒体4安装在空气整流罩5的整流罩前端板1的开口内，并与与空气整流罩5组成圆环型结构体。

在该申请的一个实施例中，在空气整流罩外壁1内侧设有至少一个导流板3。导流板个数为N个，则导流板3将空气整流罩5与中心筒体4之间的空间分割为N+1个空气流道，并且每个空气流道中的空气流速相等。

第一导流板31的第一端311和第二导流板32的第一端321均与整流罩外壁2内侧连接，优选的，第一端311和321均为弧形结构。

空气整流罩5的整流罩外壁2包括第一部分201、第二部分202和第三部分203，其中第一部分201为空气整流罩5的整流罩前端板1与第一导流板31的第一端311之间的部分，第二部分202为第一导流板31的第一端311与第二导流板32的第一端321之间的部分，第三部分203为第二导流板32的第一端321远离整流罩前端板1，设有整流孔21的部分。如图8所示，第一部分201上设有一排整流孔21。应当理解的是，整流孔的排数可以任意设置，本实施例并不进行限定。

圆环形结构体中，中心筒体4与第一导流板31之间的环形区面积为第一面积S1；第一导流板31和所述第二导流板32之间的环形面积为第二面积S2；第二导流板32和整流罩外壁之间的环形面积为第三面积S3。结合图8和图9所示，第一面积S1、第二面积S2、第三面积S3与上述实施例中整流罩尺寸的关系满足以下关系：S1＝1/4×π×(D2

本申请提出的喷嘴结构，通过优化整流罩各个区域整流孔面积占比进一步提高气流均匀性。

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。