包括冷却衬体的内衬体、循环套管以及燃气涡轮燃烧器 |
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| 申请号 | CN201410642017.7 | 申请日 | 2014-11-11 | 公开(公告)号 | CN104791844A | 公开(公告)日 | 2015-07-22 |
| 申请人 | 斗山重工业株式会社; | 发明人 | 金荣奉; 崔振薰; 卢佑振; | ||||
| 摘要 | 根据本 发明 的一个 实施例 ，可以提供一种燃气 涡轮 燃烧器 的 内衬 体，所述燃气涡轮燃烧器包括内衬体及过渡段，在所述内衬体中从燃气涡轮的 燃料 喷嘴 所喷出的燃料与压缩空气混合并燃烧，所述过渡段使在所述内衬体中所生成的高温气体流出并增 加速 度，并且在所述燃气涡轮燃烧器中，所述内衬体为形成有冷却孔的循环 套管 所包住，从而为通过所述冷却孔供给的空气所冷却，并且所述过渡段为多孔套管所包住，从而通过所述多孔套管的孔供给压缩空气，并与过渡段碰撞后流向内衬体和循环套管之间的空间，并且，在内衬体上进一步包括冷却衬体，所述冷却衬体区分通过循环套管的冷却孔而供给的空气和与过渡段碰撞后流向内衬体和循环套管之间空间的压缩空气流。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种燃气涡轮燃烧器的内衬体，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 包括冷却衬体的内衬体、循环套管以及燃气涡轮燃烧器技术领域[0001] 本发明涉及燃气涡轮燃烧器(gas turbine combustor)的内衬体(liner)、循环套管(flow sleeve)以及燃气涡轮燃烧器，更详细而言涉及包括冷却衬体(cooling sleeve)的内衬体、循环套管以及燃气涡轮燃烧器。 背景技术[0003] 燃气涡轮的热循环(cycle)为布雷顿循环(brayton cycle)，由压缩机、燃烧器、涡轮组成。燃气涡轮的工作原理为，首先吸入大气的空气而用压缩机压缩后，送到燃烧器而制造高温、高压的气体，从而运转涡轮，将废气排出到大气中。换句话说，由压缩、加热、膨胀、放热的4个过程组成。 [0006] 在涡轮中，从燃烧器中流出的高温、高压燃烧气体膨胀的同时给涡轮的旋转叶片冲击、反动力，从而变换成机械能。从涡轮获得的机械能供给为在压缩机中压缩空气时所需的能量，并且剩下的用于驱动发电机而生产电力。 [0007] 燃气涡轮因为在主要构成部件中没有往返运动，所以有如下优点：没有如活塞(piston)-汽缸(cylinder)的相互摩擦部分，润滑油的消费极少，且作为往复运动机械的特征的振幅大幅减少，可进行高速运动。 [0008] 本发明在组成所述燃气涡轮的构成中涉及燃烧器。 [0009] 图1为概略地示出燃气涡轮燃烧器的构成的图，参照图1，燃气涡轮的燃烧器10包括点火部50、内衬部100以及过渡(transition)部。 [0010] 点火部50为将燃料进行点火的部分，并且图1为概略地示出燃气涡轮燃烧器10的构成的图，参照图1，燃气涡轮的燃烧器10包括点火部50、内衬部100以及过渡段部。 [0011] 点火部50为将燃料进行点火的部分；内衬部100为将燃料与压缩空气进行混合并燃烧，从而将高温气体转换成动能而驱动涡轮的能量产生部分；过渡段部200为连接于内衬部100，从而流出高温气体并增加速度的部分。 [0012] 由此，因为在内衬部100发生燃烧而温度增加，所以为了有效的涡轮运转，冷却内衬部100是非常重要的部分。 [0013] 图2为现有燃气涡轮燃烧器10内衬部100的侧剖视图。参照图2，可确认在现有的内衬部100冷却内衬体110的方法。内衬部100包括内衬体110和包住其的循环套管120，且在循环套管120形成有冷却孔130，从而通过冷却孔130所流入的空气(以下称作射流(jet flow))与内衬体110进行垂直碰撞而冷却内衬体110。 [0014] 但是，因为内衬部100连接于过渡段部200，所以碰撞冷却受到从过渡段部200流入到内衬部100的内衬体110和循环套管120之间空间140的空气(以下称作交叉流(cross-flow))的影响。 [0015] 图3为过渡段210的侧截面图。参照图3，多孔套管(sleeve)包住过渡段210，并通过多孔套管的冷却，从而压缩机所放出的空气进行流动并碰撞过渡段210，进而冷却过渡段210。此后，所述冷却空气沿着包住过渡段210的多孔套管220和过渡段210之间空间240的双重圆管(annulus)而流动，流动至燃烧器10内衬体110和包住其的循环套管120之间的另外的双重圆管内。由此，与通过循环套管120的冷却孔130向燃烧器10内衬体 110表面流动的射流垂直相遇。所述交叉流的存在直接影响通过循环套管120的射流的第一列对燃烧器10内衬体110进行碰撞冷却的领域的冷却效率。换句话说，在内衬体110表面上发生很低的热传递比率。所述很低的热传递比率导致高温的内衬体110表面温度，并最终引起强度的损失。由此缩短内衬体110的寿命，从而最终引起频繁替换相应部件的问题。 [0016] 【先行技术文献】 [0018] 韩国公开专利2002-0027056 发明内容[0019] 本发明的实施例想要通过冷却衬体来解决问题以提高利用碰撞冷却的冷却性能和避免发生压力损失。 [0020] 换句话说，提高碰撞冷却性能的同时提高依据流动的混合冷却性能，从而提高内衬体的冷却性能，由此提高整个燃气涡轮燃烧器的耐久性，从而减少燃烧器的维持和修理费用等。 [0021] 根据本发明的一个侧面，提供一种燃气涡轮燃烧器的内衬体110，所述燃气涡轮燃烧器包括内衬体110及过渡段210，在所述内衬体110中从燃气涡轮的燃料喷嘴所喷出的燃料与压缩空气混合并燃烧，所述过渡段210使在所述内衬体110中所生成的高温气体流出并增加速度，并且在所述燃气涡轮燃烧器中，所述内衬体110为形成有冷却孔130的循环套管120所包住，从而为通过所述冷却孔130供给的空气所冷却，所述过渡段210为多孔套管220所包住，从而通过所述多孔套管220的孔供给压缩空气并与过渡段210碰撞后，流向所述内衬体110和所述循环套管120之间的空间，在所述内衬体110上进一步包括冷却衬体 400，所述冷却衬体400区分通过所述循环套管120的冷却孔130而供给的空气和与所述过渡段210碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间空间的压缩空气流。 [0022] 此外，所述冷却衬体400包括凸出部410和凹陷部420，从而与所述过渡段210进行碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间空间的压缩空气通过所述凹陷部420中间而流动。 [0023] 此外，所述冷却衬体400的凸出部410位于与所述冷却孔130对齐的方向上，以便对通过所述循环套管120的冷却孔130而供给的空气起向导的作用，而所述凹陷部420位于与所述凸出部410相邻的位置上。 [0024] 此外，所述冷却衬体400中，凸出部410的高度从所述过渡段210向所述内衬体110的方向逐渐升高。 [0025] 此外，在向所述内衬体110的长度方向设置多个所述循环套管120的冷却孔130的情况下，从所述过渡段210向所述内衬体110的方向观察时，所述冷却衬体400形成到第一列的冷却孔130的位置为止。 [0026] 根据本发明的另一侧面，提供一种燃气涡轮燃烧器的循环套管120，所述燃气涡轮燃烧器包括内衬体110及过渡段210，在所述内衬体110中从燃气涡轮的燃料喷嘴所喷出的燃料与压缩空气混合并燃烧，所述过渡段210使在所述内衬体110中所生成的高温气体流出并增加速度，在所述燃气涡轮燃烧器中，所述内衬体110为形成有冷却孔130的循环套管120所包住，从而为通过所述冷却孔130供给的空气所冷却，并且所述过渡段210为多孔套管220所包住，从而通过所述多孔套管220的孔供给压缩空气，并与过渡段210碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间的空间，并且，在所述循环套管120上进一步包括冷却衬体400，所述冷却衬体400区分通过所述循环套管120的冷却孔130而供给的空气和与所述过渡段210碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间空间的压缩空气流。 [0027] 此外，所述冷却衬体400包括凸出部410和凹陷部420，从而与所述过渡段210进行碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间空间的压缩空气通过所述凹陷部420中间而流动。 [0028] 此外，所述冷却衬体400的凸出部410位于与所述冷却孔130对齐的方向上，以便对通过所述循环套管120的冷却孔130而供给的空气起向导的作用，而所述凹陷部420位于与所述凸出部410相邻的位置上。 [0029] 此外，所述冷却衬体400中，凸出部410的高度从所述过渡段210向所述内衬体110的方向逐渐升高。 [0030] 此外，在向所述内衬体110的长度方向设置多个所述循环套管120的冷却孔130的情况下，从所述过渡段210向所述内衬体110的方向观察时，所述冷却衬体400形成到第一列的冷却孔130的位置为止。 [0031] 根据本发明的又另一个侧面，提供一种燃气涡轮燃烧器，其包括内衬体110及过渡段210，在所述内衬体110中从燃气涡轮的燃料喷嘴所喷出的燃料与压缩空气混合并燃烧，所述过渡段210使在所述内衬体110中所生成的高温气体流出并增加速度，并且在所述燃气涡轮燃烧器中，所述内衬体110为形成有冷却孔130的循环套管120所包住，从而为通过所述冷却孔130供给的空气所冷却，并且所述过渡段210为多孔套管220所包住，从而通过所述多孔套管220的孔供给的压缩空气与过渡段210碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间的空间，并且，所述循环套管120和所述内衬体110之间所述燃气涡轮燃烧器进一步包括冷却衬体400，所述冷却衬体400区分通过所述循环套管120的冷却孔130而供给的空气和与所述过渡段210碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间空间的压缩空气流。 [0032] 此外，所述冷却衬体400包括凸出部410和凹陷部420，从而与所述过渡段210进行碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间空间的压缩空气通过所述凹陷部420中间而流动。 [0033] 此外，所述冷却衬体400的凸出部410位于与所述冷却孔130对齐的方向上，以便对通过所述循环套管120的冷却孔130而供给的空气起向导的作用，而所述凹陷部420位于与所述凸出部410相邻的位置上。 [0034] 此外，所述冷却衬体400中，凸出部410的高度从所述过渡段210向所述内衬体110的方向逐渐升高。 [0035] 此外，在向所述内衬体110的长度方向设置多个所述循环套管120的冷却孔130的情况下，从所述过渡段210向所述内衬体110的方向观察时，所述冷却衬体400形成到第一列的冷却孔130的位置为止。 [0036] 此外，所述冷却衬体400位于所述循环套管120上。 [0037] 此外，所述冷却衬体400位于所述内衬体110上。 [0038] 本发明的实施例通过冷却衬体来解决问题以提高利用碰撞冷却的冷却性能，并避免发生压力损失。 [0039] 冷却衬体的凸出部对与内衬体进行垂直碰撞的压缩空气起向导的作用，从而提高碰撞冷却性能，并从循环套管所供给的压缩空气沿着凹陷部流动，进而不妨碍通过冷却孔进行垂直碰撞的压缩空气的同时提高混合冷却性能，从而整体上提高内衬体的冷却性能，由此提高整个燃气涡轮燃烧器的耐久性，从而减少燃烧器的维持和修理费用等。附图说明 [0040] 图1为燃气涡轮燃烧器的概略截面图。 [0041] 图2为现有燃气涡轮燃烧器内衬部的截面图。 [0042] 图3为过渡段的侧截面图。 [0043] 图4为示出根据本发明的一个实施例的冷却衬体的图。 [0044] 图5为示出根据本发明的一个实施例的内衬体的图。 [0045] 图6为根据本发明的一个实施例的包括冷却衬体的内衬体的侧截面图。 [0046] 图7为示出根据本发明的一个实施例的循环套管的图。 [0047] 图8为根据本发明的一个实施例的包括冷却衬体的循环套管的侧截面图。 具体实施方式[0048] 下面，通过附图所示的特定实施例对本发明的各种实施例进行说明。后述的本发明实施例中差别应理解为并不相互排他的事项。换句话说，应理解为，不脱离本发明的技术思想及范围的同时，所记载的特定形状、构造及特性，就一个实施例而言可用另外的实施例得到实现，各个所公开的实施例内的个别构成要素的位置或布置是可变更的，并且在附图中类似的参照标号在各种方面上表示相同或类似的功能，长度及面积、厚度等和其形态为了便利可进行夸大的表现。 [0049] 图5为示出根据本发明的一个实施例的内衬体的图，图6为根据本发明的一个实施例的包括冷却衬体的内衬体的侧截面图。 [0050] 参照图5和图6，根据本发明一个实施例的燃气涡轮燃烧器的内衬体110为一种燃气涡轮燃烧器的内衬体110，而所述燃气涡轮燃烧器包括内衬体110及过渡段210，在所述内衬体110中从燃气涡轮的燃料喷嘴(nozzle)所喷出的燃料与压缩空气混合而燃烧，所述过渡段210使在所述内衬体110所生成的高温气体流出并增加速度，并且在所述燃气涡轮燃烧器中，所述内衬体110为形成有冷却孔130的循环套管120所包住，从而为通过所述冷却孔130供给的空气所冷却，并且所述过渡段210为多孔套管220所包住，从而通过所述多孔套管220的孔供给的压缩空气与过渡段210碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间的空间，并且，在所述内衬体110上进一步包括冷却衬体400，所述冷却衬体400区分通过所述循环套管120的冷却孔130而供给的空气和与所述过渡段210碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间空间的压缩空气流。 [0051] 换句话说，如上所述，为了解决射流和交叉流的冲突所引起的冷却效率减少和冷却凹陷体(dimple)300的存在所引起的流动妨碍和由此所引起的压力损失的增加，进一步包括冷却衬体400。 [0052] 图4为示出根据本发明的一个实施例的冷却衬体400的图。参照图4，冷却衬体400包括凸出部410和凹陷部420，且交替地设置凸出部410和凹陷部420。 [0053] 冷却衬体400的凸出部410对通过所述循环套管120的冷却孔130而供给的空气起引导的作用，从而射流能够与内衬体110进行垂直碰撞，并且凹陷部420起到交叉流移动通道的作用，所述交叉流在与所述凸出部410相邻的位置上对与过渡段210进行碰撞后，向所述内衬体110和所述循环套管120之间空间流动。 [0054] 换句话说，尽管通过凸出部410执行像现有的冷却凹陷体300一样的功能，但是因为交叉流通过凹陷部420而移动所以不发生流动妨碍，从而不发生压力损失增加的问题。 [0055] 此外，就冷却衬体400而言，从过渡段210向内衬体110的方向凸出部410的高度逐渐升高时，这是为了使交叉流不受流动妨碍而流向凹陷部420中间。 [0056] 此外，在向所述内衬体110的长度方向设置多个所述循环套管120的冷却孔130的情况下，从所述过渡段210向所述内衬体110的方向观察时，所述冷却衬体400形成到第一列的冷却孔130的位置为止。这是因为如下缘故：如果冷却衬体400超过第二列而存在，则冷却衬体400反而对交叉流与内衬体110的碰撞起切断的作用。 [0057] 此外，沿凹陷部420而移动的交叉流根据动量(Momentum)差异而使涡流(vortex)产生在冷却衬体400前方，从而进一步增加流动混合，从而可更加提高冷却性能。 [0058] 图4所示的冷却衬体400的形状为波形形状，但无须将其形状限定于此。如上所述，只要起到通过冷却孔130的射流的引导作用和从过渡段210所供给的交叉流的移动通道的作用即可，因此只要是凸出部410和凹陷部420交替的形状，则无论其形状为波形或像三角或四角一样的多角形都无妨。 [0059] 参照图5和图6，可以确认在本发明的一个实施例中冷却衬体400结合于内衬体110，从而提供与现有技术不同的包括冷却衬体400的内衬体110。换句话说，在现有技术中，如图2所示，内衬体110上并没有结合有特别的构成，但在本发明的一个实施例中成为冷却衬体400结合于内衬体110的形态，从而提供与现有技术不同的新的内衬体110。 [0060] 参照图5和图6而观察根据本发明的一个实施例的内衬体110的冷却原理，则在如下方面是相同的：包括内衬体110和包住其的循环套管120，以及，循环套管120上形成有冷却孔130，从而通过冷却孔130流入的射流与内衬体110进行垂直碰撞而冷却内衬体110。 [0061] 但是，在本发明的一个实施例中，内衬体110上有冷却衬体400，从而从过渡段部200流入到内衬部100的内衬体110和循环套管120之间空间的交叉流沿着冷却衬体400的凹陷部420流动，而凸出部410起到射流的向导作用的同时诱导交叉流流向凹陷部420，因此射流不受到交叉流的影响，从而可有效地冷却内衬体110。并且，交叉流也不是与凸出部410进行直接碰撞而减少压力，而是沿着凹陷部420流动后在冷却衬体400前方产生涡流，从而进一步增加流动混合，进而可提高冷却性能。 [0062] 图7为示出根据本发明的一个实施例的循环套管的图，图8为根据本发明的一个实施例的包括冷却衬体的循环套管的侧截面图。 [0063] 参照图7和图8，根据本发明的另一个实施例的燃气涡轮燃烧器的循环套管120为一种燃气涡轮燃烧器的循环套管120，所述燃气涡轮燃烧器包括内衬体110及过渡段210，在所述内衬体110中从燃气涡轮的燃料喷嘴所喷出的燃料与压缩空气混合而燃烧，所述过渡段210使在所述内衬体110所生成的高温气体流出并增加速度，并且在所述燃气涡轮燃烧器中，所述内衬体110为形成有冷却孔130的循环套管120所包住，从而为通过所述冷却孔130供给的空气所冷却，并且所述过渡段210为多孔套管220所包住，从而通过所述多孔套管220的孔供给的压缩空气与过渡段210碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间的空间，并且，在所述循环套管120上进一步包括冷却衬体400，所述冷却衬体400区分通过所述循环套管120的冷却孔130而供给的空气和与所述过渡段210碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间空间的压缩空气流。 [0064] 换句话说，在前面说明的本发明的实施例中冷却衬体400与内衬体110结合，而在本发明的另一个实施例中冷却衬体400与循环套管120结合。 [0065] 结合的冷却衬体400与前面说明的冷却衬体400相同。只不过，凸出部410和凹陷部420的位置不同，而不同点在于：就与内衬体110结合的冷却衬体400而言，内衬体110方向为凹陷部420，循环套管120的方向为凸出部410，而与循环套管120结合的情况下，循环套管120的方向为凹陷部420，内衬体110的方向为凸出部410。 [0066] 参照图7和图8，可以确认在本发明的另一个实施例中冷却衬体400结合于循环套管120，从而提供与现有技术不同的包括冷却衬体400的循环套管120。换句话说，在现有技术中，如图2所示，循环套管120上并没有结合有特别的构成，但在本发明的另一个实施例中成为冷却衬体400结合于循环套管120上的形态，从而提供与现有技术不同的新的循环套管120。 [0067] 参照图7和图8而观察根据本发明另一个实施例的内衬体110的冷却原理，则在如下方面是相同的：包括内衬体110和包住其的循环套管120；以及，循环套管120上形成有冷却孔130，从而通过冷却孔130流入的射流与内衬体110进行垂直碰撞而冷却内衬体110。 [0068] 但是，在本发明的另一实施例中，循环套管120上有冷却衬体400，从而从过渡段部200流入到内衬部100的内衬体110和循环套管120之间空间的交叉流沿冷却衬体400的凹陷部420流动，而凸出部410起射流的向导作用的同时，诱导交叉流流向凹陷部420，因此射流不受到交叉流的影响，从而可有效地冷却内衬体110。并且，交叉流也不是与凸出部410进行直接碰撞而减少压力，而是沿着凹陷部420流动后在冷却衬体400前方产生涡流，从而进一步增加流动混合，进而可提高冷却性能。 [0069] 比较根据本发明的一个实施例和另一个实施例，则两者的不同点在于：冷却衬体400与内衬体110结合，还是与循环套管120结合。 [0070] 据此，虽然射流的流动没有大的差异，但是，因为交叉流沿着冷却衬体400的渐进的倾斜面之间的凹陷部420流动，所以在以下方面有差异，即内衬体110的情况，相对接近于内衬体110而流动，而循环套管120情况，相对接近于循环套管120而流动，但是，在通过冷却衬体400后通过涡流的产生而进一步增加冷却效果这一点上两者的效果实质上相同。 [0071] 根据本发明又另一个实施例的燃气涡轮燃烧器包括内衬体110及过渡段210，在所述内衬体110中从燃气涡轮的燃料喷嘴所喷出的燃料与压缩空气混合并燃烧，所述过渡段210使在所述内衬体110所生成的高温气体流出并增加速度，并且在所述燃气涡轮燃烧器中，所述内衬体110为形成有冷却孔130的循环套管120所包住，从而为通过所述冷却孔130供给的空气所冷却，并且所述过渡段210为多孔套管220所包住，从而通过所述多孔套管220的孔供给的压缩空气与过渡段210碰撞后，流向所述内衬体110和所述循环套管120之间的空间，并且，在所述循环套管120和所述内衬体110之间所述燃气涡轮燃烧器进一步包括冷却衬体400，所述冷却衬体400区分通过所述循环套管120的冷却孔130而供给的空气以及与所述过渡段210碰撞后流向所述内衬体110和所述循环套管120之间空间的压缩空气流。 [0072] 本发明的又另一个实施例与前面提及的循环套管120、内衬体110一样包括冷却衬体400。如果前面的实施例为以像循环套管120或内衬体110一样组成燃烧器的构成为中心记述的，则本发明的又另一个实施例相应于包括这些构成的燃烧器。 [0073] 因此，工作原理等与前面说明的相同。只不过，相应于本发明又另一个实施例的燃烧器的特征在于，包括包括冷却衬体400的循环套管120或，包括包括冷却衬体400的内衬体110，从而发挥与前面的实施例相同的效果。 [0074] 以上对本发明的一个实施例进行了说明，但是，以此为基础，只要是本发明所属技术领域内具有一般知识的人员，就在不脱离记载在权利要求的本发明思想的范围内，通过对构成要素的增加、变更、删除或添加等可对本发明进行各种修改和变更，这也属于本发明权利要求范围内。 [0075] 标号说明 [0076] 10.燃烧器 [0077] 50.点火部 [0078] 100.内衬部 [0079] 110.内衬体 [0080] 120.循环套管 [0081] 130.冷却孔 [0082] 140.内衬体和循环套管之间空间 [0083] 200.过渡段部 [0084] 210.过渡段 [0085] 220.多孔套管 [0086] 230.冷却口 [0087] 240.过渡段和多孔套管之间空间 [0088] 400.冷却衬体 [0089] 410.凸出部 [0090] 420.凹陷部 |
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