[发明专利]一种基于微型热管的燃气轮机燃烧室冷却结构

说明书

本发明提供一种基于微型热管的燃气轮机燃烧室冷却结构，包括微型热管阵列冷却结构与燃烧室火焰筒。微型热管以阵列的形式排列，分布在燃烧室火焰筒壁面外部，形成火焰筒外壁面。微型热管热端接触火焰筒壁面，吸收热量，使内部工质蒸发，流动到冷端，冷端与外部冷却气体热量交换，工质冷凝回流。多个单一微型热管紧密相连，形成薄板状，安置在火焰筒壁面外部。微型热管阵列的结构灵活，方便布置与热量交换。由于微型热管相对传统冷却结构具有高效的换热性能，因此火焰筒壁面温度大大降低，保证了燃烧室的正常工作，延长了使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种基于微型热管的燃气轮机燃烧室冷却结构，一种用微型热管与火焰筒壁面产生导热及对流换热，对燃烧室火焰筒降温的一种冷却结构，属于换热领域。

背景技术

燃气轮机具有质量轻、体积小、单机功率大、启动快、污染少、热效率高、经济性好等特点。为了不断提升燃气轮机的性能，压比与温比逐渐提高。而相关研究指出，如果不改善现有的材料特性及冷却技术，燃机将难以通过提高压比与燃烧室的温升而进一步提高。燃烧室是燃气轮机平均温度最高的部件，其性能关系着整个燃机的总体性能。据统计发动机故障中63％是火焰筒的故障，5％是燃烧室外套的故障，4％是喷嘴的故障，燃烧室的故障占了发动机的72％。可见燃烧室是发动机故障中故障最多的部件，也是限制了发动机的使用寿命。

目前，为了提高燃烧室的使用寿命，主要有以下技术途径：

(1)避免火焰筒局部过热。

(2)采用先进的结构设计和机械技工工艺。如变壁厚及整体加工工艺。

(3)采用耐高温材料、涂层。提高燃烧室本体材料耐高温性能，以及采用陶瓷等耐高温涂层。

(4)采用先进的冷却结构方式。如：气膜冷却，冲击冷却，对流冷却，发散冷却。

单一的冷却结构已经无法满足当今需求，为此，一些先进的复合冷却结构，如冲击+气流+气膜复合冷却技术，冲击+发散冷却技术等。

微型热管，又称毛细热管，是一种等效直径在0～4mm、结构与传热效果均得到强化的热管。它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。

微型热管是一种微尺度传热传质，相变传热传质的一种技术，能够解决利用常规圆形热管必然出现的多次接触热阻，极大提高了当量蒸汽的换热面积与整体的热管的可靠性。由于微型热管的直径较小，管壁承压能力较高，因而不容易发生泄露。

从传热观点看，微细热管与常规热管最大的区别在于微热管内单位蒸汽流量的壁面比表面积大大提高，因而可以实现传热的强化。

发明内容

本发明的目的是为了降低燃气轮机燃烧室火焰筒壁面温度，提高燃烧室寿命，保证燃烧室正常工作而提供一种基于微型热管的燃气轮机燃烧室冷却结构。

本发明的目的是这样实现的：包括燃烧室火焰筒，在燃烧室火焰筒的分段的外表面均设置有微型热管薄板，微型热管薄板由相互连接的微型热管拼接而成，每个微型热管内部是圆柱空腔且其内设置有工质，每个微型热管与燃烧室火焰筒外表面结束的端部为热端、远离燃烧室火焰筒外表面的端部为冷端。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.每个微型热管内部设置有毛细结构，毛细结构包括蚀刻纹路和毛细材料。