CN115289499B - 一种燃气轮机燃烧室进气口的空心支板 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机燃烧室进气口的空心支板；包括支板主体；所述燃气轮机燃烧室进气口处设置有前置扩压通道；所述支板主体呈翼形，在支板主体内部具有第一引气通道和第二引气通道；所述第一引气通道用于将支板主体前侧的空气引流至前置扩压通道外；所述第二引气通道能够将外分流通道靠近分流器壁面处的空气引流至支板主体后侧，并朝内分流通道后侧引出。本方案通过合理的技术措施，在空心支板内部设置引气通道的，通过这些引气通道引气，使得支板主体对进入燃烧室的空气流场更加顺畅，所造成的阻塞也会降低，提高了多通道式扩压器内部流场的稳定性，同时也阻碍了周向方向的流场畸变作用，提高了扩压器性能。

Description

一种燃气轮机燃烧室进气口的空心支板

技术领域

本发明属于技术领域，具体涉及一种燃气轮机燃烧室进气口的空心支板。

背景技术

燃气轮机即燃气涡轮发动机，是一种将燃气的能量转变为有用功的内燃式动力机械，在多个领域中被广泛应用，比如：应用于民用发电领域中或作为动力装置应用于飞机或大型船舶中。燃气轮机的工作过程是：压气机连续地从大气中吸入空气并对空气进行压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与燃烧室中喷入的燃气混合后燃烧，进而成为高温燃气，随即高温燃气流入到燃气涡轮处膨胀做功，并利用高温燃气推动涡轮带着压气机一起旋转；燃气轮机是一种清洁性好、效率高的装置，具有体积小、重量低等优点。

高性能燃气涡轮发动机的压比通常较高，压气机出口气流速度很高，一般在130m/s~170m/s之间，个别型号可以达到220m/s左右，此时在燃烧室内组织稳定点火燃烧较为困难，且高速气流在燃烧室内流动也会带来较大的压力损失。设计时一般需要在燃烧室组织燃烧前，将气流速度降低至压气机出口气流的1/5，有利于燃烧室组织稳定燃烧，而扩压器的作用就是降低压气机出口气流速度，将气流的动能尽可能多的转化为静压，形成稳定的出口流场，降低燃烧室的总压损失，从而降低发动机的油耗率。

通常增加扩压器长度有利于降低出口气流速度，从而降低燃烧室的总压损失，但为了降低发动机的整体长度和重量，要求扩压器尽可能短而紧凑，因此一个性能优异的扩压器结构必须兼顾压力损失和长度之间的矛盾。

为了兼顾扩压器结构的压力损失和长度之间的矛盾，申请人在前申请了专利号为CN114263933A，专利名称为一种燃气轮机的组合式多通道扩压器及其扩压进气结构的专利。

而申请人在该技术进行应用的过程中，发现随着现在先进燃气轮机的发展，扩压器出口气流马赫数Ma进一步提高，扩压器的总压损失急剧增加，同时也易出现流动分离，比如：由于分流器以及对分流器进行支撑的支撑板等结构的本身也会在一定程度上影响燃气轮机燃烧室进气口处的流场稳定性。为此，有必要对这些结构进行优化，从而稳定燃烧室进气口处的空气流场。

发明内容

为了对多通道扩压结构的燃烧室进气口处的空气流场进行稳定，本方案提供了一种燃气轮机燃烧室进气口的空心支板。

本发明所采用的技术方案为：

一种燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，包括支板主体；

所述燃气轮机燃烧室进气口处设置有前置扩压通道；所述前置扩压通道内设置有环形的分流器；该分流器将前置扩压通道分隔为内分流通道和外分流通道；

所述支板主体设置于内分流通道内，并连接和支撑所述分流器；所述支板主体呈翼形，在支板主体内部具有第一引气通道和第二引气通道；所述第一引气通道用于将支板主体前侧的空气引流至前置扩压通道外；所述第二引气通道能够将外分流通道靠近分流器壁面处的空气引流至支板主体后侧，并朝内分流通道后侧引出。

作为上述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板的备选结构或补充设计：在支板主体的翼头处设置有多个第一引气进口，各个第一引气进口均与第一引气通道连通。

作为上述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板的备选结构或补充设计：所述第一引气通道还连通有第一引气出口，该第一引气出口位于前置扩压通道外，从第一引气出口引出的空气能够用于燃气轮机的零部件的冷却。

作为上述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板的备选结构或补充设计：所述燃气轮机燃烧室包括有燃烧室机匣，所述燃烧室机匣包括有扩压器外环和扩压器内环；前置扩压通道为形成于扩压器外环与扩压器内环之间；所述第一引气出口设置于扩压器内环的内侧。

作为上述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板的备选结构或补充设计：多个第一引气进口沿内分流通道的宽度方向一字形排开。

作为上述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板的备选结构或补充设计：第二引气通道引出的空气的流向为水平流向，或者，第二引气通道引出的空气的流向与内分流通道内的气流方向具有相同的趋势。

作为上述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板的备选结构或补充设计：在所述支板主体内具有多个第二引气通道，在翼头尾处设置有多个第二引气出口，第二引气出口与第二引气通道对应连通。

作为上述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板的备选结构或补充设计：各个第二引气通道还对应连通有第二引气进口，第二引气进口设置于分流器外环侧的壁面上。

作为上述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板的备选结构或补充设计：多个第二引气出口沿内分流通道的宽度方向一字形排开；多个第二引气进口沿外分流通道内的气流方向排列。

作为上述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板的备选结构或补充设计：第二引气通道包括有相互连通的首段通道和尾段通道；所述首段通道倾斜且不垂直于外分流通道内的气流方向；所述尾段通道水平，或者，所述尾段通道出口处的空气流向与内分流通道内的气流方向具有相同的趋势。

本发明的有益效果为：

1.本方案通过合理的技术措施，在空心支板内部设置第一引气通道和第二引气通道的结构，通过这些引气通道引气，使得支板主体对进入燃烧室的空气流场更加顺畅，所造成的阻塞也会降低，提高了多通道式扩压器内部流场的稳定性，同时也阻碍了周向方向的流场畸变作用，提高了扩压器性能；

2.进入内分流通道的气流会在其翼尾处产生扰动尾迹，进而在支板主体的翼尾与突扩扩压器之间产生涡团，而涡团将会影响前置扩压器出口处的气流稳定性，而本方案中由于采用了支板主体的结构，抑制和破坏涡团结构，使得前置扩压器出口气流稳定性得到了提高。

3.由于空气粘性的因素，在气流通道的壁面处将会形成一个空气流动速度较慢且具有一定厚度的边界流场，本发明方案中的空心支板引气通道结构，通过引气通道的引流，对外分流通道近壁面的边界流场产生的“抽吸”作用，在一定程度上抑制了扩压器支板前缘、扩压器外通道内壁以及扩压支板尾缘处的边界流场的厚度，进而提高了前置扩压器的稳定性；

4.本发明方案中的第一引气通道能够将气流引流至其他位置，比如引流至燃气轮机的涡轮叶片、电子系统、燃油管路等高温部件上，并且可以用于这些高温部件的冷却，而无需从燃烧室外环通道引气并导致燃烧室性能的降低；

5.本发明方案中的空心支板引气，通道精细化控制各处引气通道的结构参数，有效控制了通道各处的引气气流流量，对整个扩压器通道内的流场起到精细化调控作用，进一步提高前置多通道扩压器的适应性和容错性；

6.本发明方案中的空心支板，通过引气通道的引流作用，进一步降低了通道内的流动速度，同时也降低了前置扩压器流动损失，提高了燃烧室的整体性能；

7.本发明方案中的内分流通道和外分流通道均采用等压力梯度设计，通过对内外通道特征参数的控制，可以精细化控制内、外通道的流量比例，在不发生流动分离的条件下，保持通道内的压力损失达到最佳。

附图说明

为了更清楚地说明本方案实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本方案中燃气轮机燃烧室进气口的处的结构图；

图2是本方案中燃气轮机燃烧室的整体结构图；

图3是图1中局部A的放大结构图；

图4是实心支板和空心支板的流场对比图。

图中：1-前置扩压通道；11-内分流通道；12-外分流通道；2-突扩扩压通道；21-外环通道；22-内环通道；23-扩压区；3-燃烧室机匣；31-扩压器外环；32-扩压器内环；4-火焰筒；5-分流器；6-整流罩；7-支板主体；71-第一引气通道；711-第一引气进口；712-第一引气出口；72-第二引气通道；721-第二引气进口；722-第二引气出口；81-滞止区；82-扰流区；9-边界流场。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而非是全部，基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本方案的保护范围。

如图1至图4所示，燃气轮机燃烧室包括有火焰筒4、燃烧室机匣3、整流罩6等结构，所述火焰筒4位于燃烧室机匣3的内部，并且火焰筒4内部的空腔即为燃烧室，整流罩6设置在燃烧室机匣3的外侧，并且，在整流罩6与燃烧室机匣3的内壁之间的空隙构成了突扩扩压通道2，该突扩扩压通道2包括有外环通道21、内环通道22和扩压区23等部件。此外，该燃气轮机燃烧室的进气口处位于燃烧室机匣3的内环侧，在燃气轮机燃烧室的进气口处设置有前置扩压通道1；所述前置扩压通道1内设置有环形的分流器5；该分流器5将前置扩压通道1分隔为内分流通道11和外分流通道12；内分流通道11用于将空气引流至内环通道22中，外分流通道12用于将空气引流至外环通道21中。而扩压区23位于前置扩压通道1的末端处，并实现气流的分流。

由于前置扩压通道1内设置的分流器5，是由设置在内分流通道11内的支板主体7进行支撑的，并且在分流器5的环向方向上设置有36个左右数量的支板主体7，当进入燃气轮机燃烧室进气口的空气流入到分流器5和支板主体7上时，由于空气粘性等因素，在气流通道的壁面处将会形成一个空气流动速度较慢且具有一定厚度的边界流场9，边界流场9分布于分流器5内环侧和外环侧的壁面上，边界流场9还分布于支板主体7的外壁面上，若支板主体7采用实心的翼形，空气流将在冲击到支板主体7的翼头部位发生滞止，并形成滞止区81，如图4中的（a）所示，该滞止区81将会造成支板主体7翼头部位处形成厚度较高的边界流场9，同时该翼头部位的边界流场9也将会增加支板主体7的翼身表面形成的边界流场9的厚度。此外，内分流通道11中的被支板主体7分开的空气流将会在支板主体7的翼尾处重新汇合并产生涡团，继而形成扰流区82，该扰流区82将会在引气空气流的紊乱，并在扩压区23引起紊流扩散的问题。这些边界流场9、滞止区81和扰流区82的形成都会在一定程度上影响整个燃烧室内空气流的稳定性。

实施例1

为了使得降低分流器5和支板主体7的壁面上形成的边界流场9的厚度，以及消除或减少滞止区81和扰流区82，并增加燃烧室内空气流的稳定性，设计了本实施例中的空心支板，如图1至图4所示。

本实施例的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，包括支板主体7，在支板主体7内部具有第一引气通道71和第二引气通道72。

所述第一引气通道71用于将支板主体7前侧的空气引流至前置扩压通道1外；在支板主体7的翼头处设置有多个第一引气进口711，各个第一引气进口711均与第一引气通道71连通。所述第一引气通道71还连通有第一引气出口712，该第一引气出口712位于前置扩压通道1外，从第一引气出口712引出的空气能够用于燃气轮机的零部件的冷却。前置扩压通道1为形成于扩压器外环31与扩压器内环32之间；所述第一引气出口712设置于扩压器内环32的内侧。多个第一引气进口711沿内分流通道11的宽度方向一字形排开。

本实施例中，在支板主体7的翼头处设置有多个第一引气进口711，能够使得支板主体7的翼头处的空气流直接通过第一引气通道71引出，从而消除或消减在支板主体7的翼头处的滞止区81，从而减小该位置的边界流场9的厚度过大对整个燃烧室的空气流场稳定性的影响，第一引气通道71能够将气流引流至其他位置，比如引流至燃气轮机的涡轮叶片、电子系统、燃油管路等高温部件上，并且可以用于这些高温部件的冷却，而无需从燃烧室外环通道21引气并导致燃烧室性能的降低。

所述第二引气通道72能够将外分流通道12靠近分流器5壁面处的空气引流至支板主体7后侧，并朝内分流通道11后侧引出。第二引气通道72引出的空气的流向为水平流向，或者，第二引气通道72引出的空气的流向趋同于内分流通道11内的气流方向。在所述支板主体7内具有多个第二引气通道72，在翼头尾处设置有多个第二引气出口722，第二引气出口722与第二引气通道72对应连通。各个第二引气通道72还对应连通有第二引气进口721，第二引气进口721设置于分流器5外环侧的壁面上。多个第二引气出口722沿内分流通道11的宽度方向一字形排开；多个第二引气进口721沿外分流通道12内的气流方向排列。第二引气通道72包括有相互连通的首段通道和尾段通道；所述首段通道倾斜且不垂直于外分流通道12内的气流方向；所述尾段通道水平，或者，尾段通道趋同于内分流通道11内的气流方向（即：所述尾段通道出口处的空气流向与内分流通道（11）内的气流方向具有相同的趋势）。

本实施例中的通过第二引通道的引流，利用第二引流进口对外分流通道12近壁面的边界流场9产生的“抽吸”作用，在一定程度上抑制了分流器5外环侧壁面上二引流进口处的边界流场9的厚度，进而提高了前置扩压器的稳定性。

此外，第二引气出口722能够水平，或第二引气出口722趋同于内分流通道11内的气流方向将气流引出（即第二引气通道引出的空气的流向与内分流通道内的气流方向具有相同的趋势），从而消除或消减了支板主体7的翼尾处的扰流区82，使得支板主体7翼尾处空气流向更为一致和稳定，如图4中的（b）所示。

实施例2

为了使得降低支板主体7的壁面上形成的边界流场9的厚度，以及消除或减少滞止区81，设计了本实施例中的空心支板，如图1至图4所示。

本实施例的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，包括支板主体7；所述支板主体7呈翼形，在支板主体7内部具有第一引气通道71；所述第一引气通道71用于将支板主体7前侧的空气引流至前置扩压通道1外。

在支板主体7的翼头处设置有多个第一引气进口711，各个第一引气进口711均与第一引气通道71连通。所述第一引气通道71还连通有第一引气出口712，该第一引气出口712位于前置扩压通道1外，从第一引气出口712引出的空气能够用于燃气轮机的零部件的冷却。

所述燃气轮机燃烧室包括有燃烧室机匣3，所述燃烧室机匣3包括有扩压器外环31和扩压器内环32；前置扩压通道1为形成于扩压器外环31与扩压器内环32之间；所述第一引气出口712设置于扩压器内环32的内侧。多个第一引气进口711沿内分流通道11的宽度方向一字形排开。

实施例3

为了使得降低分流器5的壁面上形成的边界流场9的厚度，以及消除或减少扰流区82，并增加燃烧室内空气流的稳定性，设计了本实施例中的空心支板，如图1至图4所示。

本实施例的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，包括支板主体7；所述支板主体7呈翼形，在支板主体7内部具有第二引气通道72；所述第二引气通道72能够将外分流通道12靠近分流器5壁面处的空气引流至支板主体7后侧，并朝内分流通道11后侧引出。

第二引气通道72引出的空气的流向为水平流向，或者，第二引气通道72引出的空气的流向趋同于内分流通道11内的气流方向。在所述支板主体7内具有多个第二引气通道72，在翼头尾处设置有多个第二引气出口722，第二引气出口722与第二引气通道72对应连通。

各个第二引气通道72还对应连通有第二引气进口721，第二引气进口721设置于分流器5外环侧的壁面上。多个第二引气出口722沿内分流通道11的宽度方向一字形排开；多个第二引气进口721沿外分流通道12内的气流方向排列。第二引气通道72包括有相互连通的首段通道和尾段通道；所述首段通道倾斜且不垂直于外分流通道12内的气流方向；所述尾段通道水平或趋同于内分流通道11内的气流方向。

上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，其特征在于：包括支板主体（7）；

所述燃气轮机燃烧室进气口处设置有前置扩压通道（1）；所述前置扩压通道（1）内设置有环形的分流器（5）；该分流器（5）将前置扩压通道（1）分隔为内分流通道（11）和外分流通道（12）；

所述支板主体（7）设置于内分流通道（11）内，并连接和支撑所述分流器（5）；所述支板主体（7）呈翼形，在支板主体（7）内部具有第一引气通道（71）和第二引气通道（72）；所述第一引气通道（71）用于将支板主体（7）前侧的空气引流至前置扩压通道（1）外；所述第二引气通道（72）能够将外分流通道（12）靠近分流器（5）壁面处的空气引流至支板主体（7）后侧，并朝内分流通道（11）后侧引出。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，其特征在于：在支板主体（7）的翼头处设置有多个第一引气进口（711），各个第一引气进口（711）均与第一引气通道（71）连通。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，其特征在于：所述第一引气通道（71）还连通有第一引气出口（712），该第一引气出口（712）位于前置扩压通道（1）外，从第一引气出口（712）引出的空气能够用于燃气轮机的零部件的冷却。

4.根据权利要求3所述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，其特征在于：所述燃气轮机燃烧室包括有燃烧室机匣（3），所述燃烧室机匣（3）包括有扩压器外环（31）和扩压器内环（32）；前置扩压通道（1）为形成于扩压器外环（31）与扩压器内环（32）之间；所述第一引气出口（712）设置于扩压器内环（32）的内侧。

5.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，其特征在于：多个第一引气进口（711）沿内分流通道（11）的宽度方向一字形排开。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，其特征在于：第二引气通道（72）引出的空气的流向为水平流向，或者，第二引气通道（72）引出的空气的流向与内分流通道（11）内的气流方向具有相同的趋势。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，其特征在于：在所述支板主体（7）内具有多个第二引气通道（72），在翼头尾处设置有多个第二引气出口（722），第二引气出口（722）与第二引气通道（72）对应连通。

8.根据权利要求7所述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，其特征在于：各个第二引气通道（72）还对应连通有第二引气进口（721），第二引气进口（721）设置于分流器（5）外环侧的壁面上。

9.根据权利要求7所述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，其特征在于：多个第二引气出口（722）沿内分流通道（11）的宽度方向一字形排开；多个第二引气进口（721）沿外分流通道（12）内的气流方向排列。

10.根据权利要求6所述的燃气轮机燃烧室进气口的空心支板，其特征在于：第二引气通道（72）包括有相互连通的首段通道和尾段通道；所述首段通道倾斜且不垂直于外分流通道（12）内的气流方向；所述尾段通道水平，或者，所述尾段通道出口处的空气流向与内分流通道（11）内的气流方向具有相同的趋势。

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