一种蜗壳式集气室和燃气轮机的制作方法

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种蜗壳式集气室和燃气轮机。

背景技术：

现有技术中，微型燃气轮机一般主要包括压气机、燃烧室、蜗壳式集气室(简称“蜗壳”)、蜗壳机匣以及涡轮等结构，其中，蜗壳位于蜗壳机匣内；空气经压气机增压后进入蜗壳机匣，并可从蜗壳机匣出口流通至燃烧室、以用于与燃料混合燃烧，燃烧室内燃烧形成的高温高压燃气可以进入蜗壳、并可通过蜗壳导出从而推动涡轮进行做功。

一般，从燃烧器进入蜗壳的燃气温度可达1200k以上，蜗壳主要靠与蜗壳机匣中的相对低温的压气机出口气流之间对流换热以及对外辐射热量、以保持蜗壳壁温在材料承受范围内；由于高温的蜗壳对于相邻部件之间总传热量较大，尤其对于与其相接触的部件导热明显，进而导致整机的制造和运行成本都较大，同时也对于整机的可靠性和安全性产生了较大的负面影响。例如，蜗壳的辐射传热会导致蜗壳机匣在运行过程中显著的升温，从而导致蜗壳机匣的制造成本较高且运行安全性降低；并且，蜗壳对于与其之间无遮蔽的相邻部件(如轴和轴承)的辐射传热量也较大，从而导致轴承升温明显，进而对于轴承冷却滑油系统提出了较高的要求。

技术实现要素：

本发明公开了一种蜗壳式集气室和燃气轮机，用于降低蜗壳式集气室的壁温、并减少蜗壳式集气室向外传导热量。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种蜗壳式集气室，所述蜗壳式集气室的壁体上设有密集分布的开孔。

在燃气轮机中，蜗壳式集气室一般置于蜗壳机匣内，并用于收集燃烧室的高温燃气；上述蜗壳式集气室，其壁体上设有密集分布的开孔，由于蜗壳机匣内经加压后的空气的压力大于蜗壳式集气室内高温燃气的压力，因此，蜗壳机匣中的空气可以在压力差的作用下，经蜗壳式集气室壁体上的开孔流入蜗壳式集气室内，并且，由于蜗壳机匣中空气的温度一般要比蜗壳式集气室内燃气的温度低近1000k，因此，经开孔流入蜗壳式集气室内的相对低温空气，一方面可以在流经开孔时与开孔的壁面进行热交换，另一方面可以在蜗壳式集气室的内壁形成一层相对低温的空气膜、以隔开高温燃气与蜗壳式集气室的壁体；进而，蜗壳式集气室的壁体温度将可以显著下降；因此，上述蜗壳式集气室在工作时壁体温度较低，向外传导的热量较少。另外，由开孔进入蜗壳式集气室内的空气最终将全部进入涡轮做功，进而也会提高整机的出功功率。

优选地，所述蜗壳式集气室壁体上的开孔呈菱形阵列分布。

优选地，所述开孔为圆形、椭圆形、或者多边形小孔。

优选地，所述开孔的孔径尺寸为0.8～2mm。

优选地，每个开孔的轴心线沿所述蜗壳式集气室内气流的流向方向设置。

一种燃气轮机，包括上述任一技术方案中所述的蜗壳式集气室。

优选地，所述燃气轮机还包括燃烧室和蜗壳机匣，其中，所述蜗壳机匣的出气口与所述燃烧室的进气口相连通；所述燃烧室的出气口与所述蜗壳式集气室的进气口相连通；所述蜗壳式集气室位于所述蜗壳机匣内。

优选地，所述燃气轮机还包括设置于所述蜗壳机匣进气口处的压气机，所述压气机用于将空气增压并充入所述蜗壳机匣内。

优选地，所述燃气轮机还包括设置于所述蜗壳式集气室的出气口处的涡轮，所述涡轮用于利用蜗壳式集气室导出的气体进行做功。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种燃气轮机的部分剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种蜗壳式集气室的剖面结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的一种蜗壳式集气室的部分剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图1～图3。

如图1～图3所示，本发明实施例提供的一种蜗壳式集气室1，该蜗壳式集气室1的壁体上设有密集分布的开孔10。

在燃气轮机中，蜗壳式集气室1一般置于蜗壳机匣2内，并用于收集燃烧室3的高温燃气；上述蜗壳式集气室1，其壁体上设有密集分布的开孔10，由于蜗壳机匣2内经加压后的空气的压力要大于蜗壳式集气室1内高温燃气的压力，因此，蜗壳机匣2中的空气可以在压力差的作用下，经蜗壳式集气室1的壁体上的开孔10流入蜗壳式集气室1内，并且，由于蜗壳机匣2中空气的温度一般要比蜗壳式集气室1内燃气的温度低近1000k，因此，经开孔10流入蜗壳式集气室1内的相对低温空气，一方面可以在流经开孔10时与开孔10的壁面进行热交换，另一方面可以在蜗壳式集气室1的内壁形成一层相对低温的空气膜、以隔开高温燃气与蜗壳式集气室1的壁体；进而，蜗壳式集气室1的壁体温度将可以显著下降；因此，上述蜗壳式集气室1在工作时壁体温度较低，向外传导的热量较少。另外，由开孔10进入蜗壳式集气室1内的空气最终将全部进入涡轮4做功，进而也会提高整机的出功功率。

如图1～图3所示，一种具体的实施例中，本发明实施例的蜗壳式集气室1壁体上的开孔10均匀分布，具体可以呈菱形阵列分布。

当蜗壳式集气室1壁体上的开孔10分布均匀时，低温空气可以均匀地进入蜗壳式集气室1内，进而更容易在蜗壳式集气室1的内壁上形成均匀的空气膜。

如图1～图3所示，在上述实施例的基础上，一种具体的实施例中，本发明实施例的蜗壳式集气室1壁体上的开孔10可以为圆形小孔、椭圆形小孔或者多边形小孔等，其具体形状以方便打孔为优选。

如图1～图3所示，在上述各实施例的基础上，一种具体的实施例中，本发明实施例的蜗壳式集气室1壁体上的开孔10的孔径尺寸可以为0.8～2mm。例如，该开孔10可以是直径为0.8～2mm范围内的圆形小孔。

如图3所示，在上述各实施例的基础上，一种具体的实施例中，本发明实施例的蜗壳式集气室1，其壁体上的每个开孔10的轴心线o沿蜗壳式集气室1内燃气气流(如图3中带箭头的虚线)的流向设置；即，每个开孔10的轴心线o方向与蜗壳式集气室1内表面的法向可以成一定锐角，以使通过该开孔10进入蜗壳式集气室1内的空气气流流向与蜗壳式集气室1内的高温燃气(如图3中带箭头的虚线)气流的流向一致；此种设置方式，一方面可以防止蜗壳式集气室1内的高温燃气气流从开孔10流出，另一方面还可以避免从开孔10进入的空气气流被冲散，从而可以便于空气气流在蜗壳式集气室1内壁上形成空气膜。

需要说明的是，附图1～3中所示的蜗壳式集气室1壁体上的开孔10的形状和分布情况仅是用于结构性示意，并不是对开孔10的形状和分布情况的限定。

如图1所示，本发明实施例还提供了一种燃气轮机，该燃气轮机包括上述任一实施例中的蜗壳式集气室1。

如图1所示，一种具体的实施例中，本发明实施例提供的燃气轮机还包括燃烧室3和蜗壳机匣2，其中，蜗壳机匣2的出气口20与燃烧室3的进气口相连通；燃烧室3的出气口与蜗壳式集气室1的进气口相连通；蜗壳式集气室1位于蜗壳机匣2内。

如图1所示，上述燃气轮机中，蜗壳机匣2中的相对低温的空气气流可以与蜗壳式集气室1的壁体进行热交换，以降低蜗壳式集气室1的壁温；并且，蜗壳机匣2中的低温空气可以在压力差的作用下，经蜗壳式集气室1壁体上的开孔10流入蜗壳式集气室1内；该低温空气，一方面可以在流经开孔10时与开孔10的壁面进行热交换，另一方面可以在蜗壳式集气室1的内壁形成一层相对低温的空气膜、以将高温燃气与蜗壳式集气室1的壁体隔开；进而，可以显著降低蜗壳式集气室1的壁体温度；因此，上述燃气轮机中，蜗壳式集气室1在工作时壁体温度较低，向外传导的热量较少；进而，与蜗壳式集气室1相邻的部件，如蜗壳机匣2、轴承5等部件的材料对耐高温要求相对较低，运行安全性相对较高。

如图1所示，在上述实施例的基础上，一种具体的实施例中，本发明实施例的燃气轮机还包括设置于蜗壳机匣2进气口处的压气机6，该压气机6用于将空气增压并充入蜗壳机匣2内；具体地，该压气机6与蜗壳机匣2之间还可以设置扩压器7。

如图1所示，在上述两个实施例的基础上，一种具体的实施例中，本发明实施例的燃气轮机还包括设置于蜗壳式集气室1的出气口处的涡轮4，该涡轮4用于利用蜗壳式集气室1导出的气体进行做功。

经过数值分析和试验验证证实，相对于现有技术的燃气轮机中的蜗壳式集气室，本发明实施例提供的燃气轮机中的蜗壳式集气室，在工作过程中的壁温明显较低，且该蜗壳式集气室向相邻部件总的传热量也明显较少。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。