1.本发明涉及燃烧室技术领域，尤其涉及一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部。
背景技术：2.在能源与动力领域的相关应用设备中，燃气轮机作为发电、航空和舰船动力等多型装备的主要动力装置，燃气轮机燃烧室作为燃气轮机中的三大部件之一，其中，燃气轮机的排放水平完全取决于燃气轮机燃烧室，基于环保的考虑，低排放燃烧技术是当前的研究的重点之一。
3.为了减少以氮氧化物为主的污染物排放，贫油预混燃烧是目前主流的发动机低排放燃烧技术，通过降低火焰的总体温度，从而实现较低的氮氧化物排放，其中，中心分级燃烧室是其中常见的结构之一。中心分级燃烧室结构即为中心一个预燃级，外环为主燃级，其中预燃级采用扩散燃烧模式，主燃级采用预混燃烧模式。如图1所示，典型的中心分级结构中预燃级与主燃级之间存在分割台阶，级间段的存在能够较好的控制主预燃级火焰之间的相互作用，进而影响燃烧室的宏观性能。
4.级间段处于主预燃级火焰之间，主预燃级火焰对级间段具有很强的加热作用，传统燃烧室的级间段多采用背部冲击冷却的方式对级间段进行冷却，级间段冷却气通过小通孔引气对级间段冲击对流换热，来降低级间段台阶处的温度。然而，传统的燃气轮机燃烧室级间段台阶冷却气通道光滑，完全依靠冷却气体的流动换热，在较大的工况条件下，有限气体的冷却效率偏低，不仅冷却效果不佳，而且存在导致级间段台阶具有非常大的烧蚀损坏的风险，使燃烧室的安全性较差。
技术实现要素：5.本发明提供一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，用以解决现有技术中燃烧室头部中的级间段冷却效果不佳、热防护性能差的缺陷。
6.本发明提供一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，包括：预燃级装置、主燃级装置及级间段结构，所述级间段结构套设于所述预燃级装置的外侧，所述主燃级装置套设于所述级间段结构的外侧；
7.所述级间段结构包括级间段本体、第一连接部及第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部均沿所述级间段本体的径向延伸方向连接于所述级间段本上的外侧面，且所述第一连接部与所述第二连接部在沿所述级间段本体的轴向延伸方向上具有间隙；所述第一连接部上设有通孔，所述通孔与所述间隙能够构建形成冷却通道；
8.其中，所述第二连接部朝向所述第一连接部的一侧设有肋片，所述肋片沿所述冷却通道的内侧延伸设置。
9.根据本发明提供的一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，所述通孔为多个，多个所述通孔沿所述第一连接部的周向方向布设。
10.根据本发明提供的一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，所述肋片为第一肋片，所述第一肋片呈环形状，且所述第一肋片沿所述第二连接部的周向方向延展。
11.根据本发明提供的一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，所述第一肋片为多个，多个所述第一肋片沿所述第二连接部的径向方向间隔布设。
12.根据本发明提供的一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，所述肋片为第二肋片，所述第二肋片呈弧形状，且所述第二肋片沿所述第二连接部的周向方向延展。
13.根据本发明提供的一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，所述第二肋片为多个，多个所述第二肋片沿所述第二连接部的径向方向设置有多圈，其中，相邻两个所述第二肋片在周向方向呈错位布设。
14.根据本发明提供的一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，所述肋片为第三肋片，所述第三肋片呈直线状，且所述第三肋片沿所述第二连接部的径向方向延展。
15.根据本发明提供的一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，所述第三肋片为多个，多个所述第三肋片沿所述第二连接部的周向方向间隔布设。
16.根据本发明提供的一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，所述肋片为第四肋片，所述第四肋片包括环形肋片及直线肋片；
17.所述环形肋片沿所述第二连接部的周向方向延展，所述直线肋片沿所述第二连接部的径向方向延展，且所述环形肋片与所述直线肋片相交设置。
18.根据本发明提供的一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，所述环形肋片和所述直线肋片均为多个；
19.多个所述环形肋片沿所述第二连接部的径向方向间隔布设，多个所述直线肋片沿所述第二连接部的周向方向间隔布设，多个所述环形肋片与所述直线肋片相交布设以构建形成网格状结构。
20.本发明提供的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，通过设置级间段结构，并使第一连接部和第二连接部之间形成间隙，且在第一连接部上设置通孔作为导气孔，导气孔与上述的间隙通孔构建形成冷却通道，在冷却气流朝向的第二连接部的侧面上，还设有肋片，通过设置肋片能够增加散热，进而强化冷却效果，使得在有限的气量条件下能够具有更好的冷却级间段结构。因此，本发明提供的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部能够有效地增强冷却效果，防止燃烧室头部局部温度过高造成烧蚀损坏，且其结构简单，不会增加燃烧室头部的原有重量。
21.除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明实施例提供的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部的整体结构
示意图；
24.图2是本发明实施例提供的级间段结构的示意图之一；
25.图3是图2中的a-a剖视示意图；
26.图4是本发明实施例提供的级间段结构的示意图之二；
27.图5是图4中的a-a剖视示意图；
28.图6是本发明实施例提供的级间段结构的示意图之三；
29.图7是图6中的a-a剖视示意图；
30.图8是本发明实施例提供的级间段结构的示意图之四；
31.图9是图8中的a-a剖视示意图；
32.附图标记：
33.1：预燃级装置；11：中心体；12：预燃级内旋流器；13：预燃级外旋流器；14：预燃级油雾；15：预燃级光焰；
34.2：主燃级装置；21：主燃级外环；22：主燃级旋流器；23：主燃级油雾；24：主燃级火焰；a：冷却通道；
35.3：级间段结构；31：级间段本体；32：第一连接部；33：第二连接部；34：通孔；35：间隙；36：第一肋片；37：第二肋片；38：第三肋片；39：第四肋片；391：环形肋片；392：直线肋片。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
37.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
40.此外，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
41.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发明实施例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。
42.下面结合图1至图9描述本发明实施例提供的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部。
43.本发明实施例中的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，包括：预燃级装置1、主燃级装置2及级间段结构3，级间段结构3套设于预燃级装置1的外侧，主燃级装置2套设于级间段结构3的外侧。
44.级间段结构3包括级间段本体31、第一连接部32及第二连接部33，第一连接部32与第二连接部33均沿级间段本体31的径向延伸方向连接于级间段本体31的外侧面，且第一连接部32与第二连接部33在沿级间段本体31的轴向延伸方向上设有间隙35，第一连接部32上设有通孔34，通孔34与间隙35连通构建形成冷却通道a。
45.其中，第二连接部33朝向第一连接部32的一侧设有肋片，肋片沿冷却通道a的内侧延伸设置。
46.具体地，如图1所示，级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部由预燃级装置1、主燃级装置2及级间段结构3组成，其中，预燃级装置1包括中心体11、预燃级内旋流器12和预燃级外旋流器13，中心体11位于燃烧室头部的中心轴线处，预燃级内旋流器12和预燃级外旋流器13沿中心体11的径向延伸方向依次套设在中心体11的外表面，在内外旋流器的作用下，预燃级油雾14经由中心体11喷出进入火焰筒中形成预燃级光焰15。
47.主燃级装置2包括主燃级外环21和主燃级旋流器22，如图1所示，主燃级油雾24由主燃级旋流器22喷射进入火焰中形成主燃级火焰25。
48.其中，级间段结构3套设在主燃级装置2和预燃级装置1之间，其最外侧与主燃级旋流器22通过螺纹连接，其最内侧通过焊接的方式与预燃级外旋流器13连接。
49.由于火焰温度较高，会对级间段的局部造成一定的灼蚀，因此，可以在级间段结构3的第一连接部32上设置通孔34，并在级间段结构3内部形成冷却通道a，以进行对流换热，进而对级间段结构3进行冷却，但是，现有技术中，级间段结构3中的侧壁表面光滑，换热效率较低，在较高工况下不能够有效的控制级间段的温度，还是存在较大的级间段烧蚀损坏的可能性。
50.针对上述缺陷，本发明实施例在现有技术的基础上，采用了在第二连接部33的侧面设置肋片的结构改进方式，以增大第二连接部33与冷却通道a内的冷却气体的接触面，促进级间段结构3散热，进而增强了级间段的冷却效果。
51.本发明实施例提供的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，通过设置级间段结构3，并使第一连接部32和第二连接部33之间形成间隙35，且在第一连接部32上设置通孔34作为导气孔，导气孔与上述的间隙35通孔34构建形成冷却通道a，在冷却气流朝向的第二连接部33的侧面上，还设有肋片，通过设置肋片能够增加散热，进而强化冷却效果，使得在有限的气量条件下能够具有更好的冷却级间段结构3。因此，本发明实施例提供的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部能够有效地增强冷却效果，防止燃烧室头部局部温度过高造成烧蚀损坏，且其结构简单，不会增加燃烧室头部的原有重量。
52.在可选的实施例中，通孔34为多个，多个通孔34沿第一连接部32的周向方向布设。
53.具体地，为了进一步增强冷却效果，可以通过设置多个通孔34的方式，多个通孔34呈环形设置在第一连接部32上，增加导气孔，以增加冷却通道a，多个导气孔同时进气，增大
气流，进而增强热交换效果。
54.在可选的实施例中，肋片为第一肋片36，第一肋片36呈环形状，且第一肋片36沿第二连接部33的周向方向延展。
55.进一步地，第一肋片36为多个，多个第一肋片36沿第二连接部33的径向方向间隔布设。
56.具体地，如图2所示，在第二连接部33朝向第一连接部32的一侧设有第一肋片36，第一肋片36呈凸起状，可以与第二连接部33为一体成型结构。如图3所示，第一肋片36为环形状，第一肋片36可以设置为多个，多个第一肋片36沿第二连接部33的径向方向等间距或者不等距设置，其间隔距离不作限定，依据实际需要进行设置即可。
57.在一些实施例中，第一肋片36的宽度为0.2～5mm，第一肋片36高度为0.1～2mm。第一肋片36的数量为1～100个，沿第一连接部32的径向等间距均匀分布。
58.在可选的实施例中，肋片为第二肋片37，第二肋片37呈弧形状，且第二肋片37沿第二连接部33的周向方向延展。
59.进一步地，第二肋片37为多个，多个第二肋片37沿第二连接部33的径向方向设置有多圈，其中，相邻两个第二肋片37在周向方向呈错位布设。
60.具体地，如图4所示，在第二连接部33朝向第一连接部32的一侧设有第二肋片37，第二肋片37呈凸起状，可以与第二连接部33为一体成型结构。如图5所示，第二肋片37为弧形状，第二肋片37可以设置为多个，多个第二肋片37在第二连接部33的端面上呈间隔错位布置。
61.在一些实施例中，第二肋片37的宽度为0.2～5mm，第二肋片37高度为0.1～2mm。第二肋片37的弧长s＝πr/n，其中，r为第二连接部33的半径，n为第二肋片37的个数，n的变化范围为1～100，即第二肋片37的弧长依据第二连接部33的半径和第二肋片37的设置个数进行设置即可，此处不不作具体限定。
62.在可选的实施例中，肋片为第三肋片38，第三肋片38呈直线状，且第三肋片38沿第二连接部33的径向方向延展。
63.进一步地，第三肋片38为多个，多个第三肋片38沿第二连接部33的周向方向间隔布设。
64.具体地，如图6所示，在第二连接部33朝向第一连接部32的一侧设有第三肋片38，第三肋片38呈凸起状，可以与第二连接部33为一体成型结构。
65.如图7所示，第三肋片38为直线状，且沿第二连接部33的径向方向延伸设置，第二肋片37可以设置为多个，多个第二肋片37在第二连接部33的端面上呈间隔环绕式布置。
66.在一些实施例中，第三肋片38有两种设置方式，一种为固定宽度，其宽度变化范围为0.2～5mm，第三肋片38数量为3～360个；另一种为渐变宽度，第三肋片38宽度随着第二连接部33的半径变化，其宽度公式为l＝αr，α为第三肋片38所占弧度，单个肋片弧度角度为0～10rad；第三肋片38数量为3～360个；第三肋片38的高度相对于肋片宽度进行独立变化，其调整范围为0.1～2mm。第三肋片38具体设置方式参照上述两种方式进行设置即可，不作具体限定。
67.在可选的实施例中，肋片为第四肋片39，第四肋片39包括环形肋片391及直线肋片392。
68.环形肋片391沿第二连接部33的周向方向延展，直线肋片392沿第二连接部33的径向方向延展，且环形肋片391与直线肋片392相交设置。
69.进一步地，环形肋片391和直线肋片392均为多个。
70.多个环形肋片391沿第二连接部33的径向方向间隔布设，多个直线肋片392沿第二连接部33的周向方向间隔布设，多个环形肋片391与直线肋片392相交布设以构建形成网格状结构。
71.具体地，如图8所示，在第二连接部33朝向第一连接部32的一侧设有第四肋片39，第四肋片39呈凸起状，可以与第二连接部33为一体成型结构。
72.如图9所示，第三肋片38为环形肋片391和直线肋片392的组合式肋片，两者相交布设，环形肋片391和直线肋片392均可以设置为多个，相互交织，形成网格状结构，进一步增大了级间段结构3与冷却气流的接触面积，提高了热交换能力，进而进一步增强了冷却效果。
73.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
技术特征：1.一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，其特征在于，包括：预燃级装置、主燃级装置及级间段结构，所述级间段结构套设于所述预燃级装置的外侧，所述主燃级装置套设于所述级间段结构的外侧；所述级间段结构包括级间段本体、第一连接部及第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部均沿所述级间段本体的径向延伸方向连接于所述级间段本体的外侧面，且所述第一连接部与所述第二连接部在沿所述级间段本体的轴向延伸方向上设有间隙，所述第一连接部上设有通孔，所述通孔与所述间隙连通构建形成冷却通道；其中，所述第二连接部朝向所述第一连接部的一侧设有肋片，所述肋片沿所述冷却通道的内侧延伸设置。2.根据权利要求1所述的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，其特征在于，所述通孔为多个，多个所述通孔沿所述第一连接部的周向方向布设。3.根据权利要求1所述的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，其特征在于，所述肋片为第一肋片，所述第一肋片呈环形状，且所述第一肋片沿所述第二连接部的周向方向延展。4.根据权利要求3所述的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，其特征在于，所述第一肋片为多个，多个所述第一肋片沿所述第二连接部的径向方向间隔布设。5.根据权利要求1所述的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，其特征在于，所述肋片为第二肋片，所述第二肋片呈弧形状，且所述第二肋片沿所述第二连接部的周向方向延展。6.根据权利要求5所述的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，其特征在于，所述第二肋片为多个，多个所述第二肋片沿所述第二连接部的径向方向设置有多圈，其中，相邻两个所述第二肋片在周向方向呈错位布设。7.根据权利要求1所述的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，其特征在于，所述肋片为第三肋片，所述第三肋片呈直线状，且所述第三肋片沿所述第二连接部的径向方向延展。8.根据权利要求7所述的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，其特征在于，所述第三肋片为多个，多个所述第三肋片沿所述第二连接部的周向方向间隔布设。9.根据权利要求1所述的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，其特征在于，所述肋片为第四肋片，所述第四肋片包括环形肋片及直线肋片；所述环形肋片沿所述第二连接部的周向方向延展，所述直线肋片沿所述第二连接部的径向方向延展，且所述环形肋片与所述直线肋片相交设置。10.根据权利要求9所述的级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，其特征在于，所述环形肋片和所述直线肋片均为多个；多个所述环形肋片沿所述第二连接部的径向方向间隔布设，多个所述直线肋片沿所述第二连接部的周向方向间隔布设，多个所述环形肋片与所述直线肋片相交布设以构建形成网格状结构。
技术总结本发明涉及燃烧室技术领域，提供一种级间段采用肋片冷却的低排放燃烧室头部，包括预燃级装置、主燃级装置及级间段结构，级间段结构套设于预燃级装置的外侧，主燃级装置套设于级间段结构的外侧；级间段结构包括级间段本体、第一连接部及第二连接部，第一连接部与第二连接部均沿级间段本体的径向延伸方向连接于级间段本体的外侧面，且第一连接部与第二连接部在沿级间段本体的轴向延伸方向上设有间隙，第一连接部上设有通孔，通孔与间隙连通构建形成冷却通道；其中，第二连接部朝向第一连接部的一侧设有肋片，肋片沿冷却通道的内侧延伸设置，设置肋片能够有效地增强冷却效果，防止燃烧室头部局部温度过高造成烧蚀损坏。烧室头部局部温度过高造成烧蚀损坏。烧室头部局部温度过高造成烧蚀损坏。
技术研发人员：张弛 韩猛 王志超 韩啸 林宇震
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
