用于燃气轮机的冲击冷却结构

摘要

本发明涉及一种用于燃气轮机的冲击冷却结构，包括冲击衬套、多个气体出口、多个气体回流口、气体导入区域以及气体导出区域。该冲击衬套与需要冷却的壁面间隔相对，形成冲击通道。该多个气体出口设置在该冲击衬套上且面向该冲击通道。该多个气体回流口设置在该冲击衬套上且面向该冲击通道。该气体导入区域与各气体出口相通。该气体导出区域与该气体导入区域隔离，与各气体回流口相通。该气体导入区域的压力高于该冲击区域的压力，且该冲击区域的压力高于该气体导出区域的压力。

权利要求

1.一种用于燃气轮机的冲击冷却结构，包括：

冲击衬套，该冲击衬套与需要冷却的壁面间隔相对，形成冲击通道；

多个气体出口，设置在该冲击衬套上且面向该冲击通道；

多个气体回流口，设置在该冲击衬套上且面向该冲击通道；

气体导入区域，与各气体出口相通；以及

与该气体导入区域隔离的气体导出区域，与各气体回流口相通，其中该气体导入区域的压力高于该冲击区域的压力，且该冲击区域的压力高于该气体导出区域的压力；

其中，该冲击衬套包括第一层板，该第一层板面对该壁面且该第一层板上设置该多个气体回流口。

2.如权利要求1所述的用于燃气轮机的冲击冷却结构，其特征在于，该冲击衬套还包括与第一层板间隔相对的第二层板，该第一层板上还设置该多个气体出口。

3.如权利要求2所述的用于燃气轮机的冲击冷却结构，其特征在于，该第一层板与该第二层板的第一侧之间形成该气体导入区域，该气体导出区域位于该第二层板的第二侧，并且该第一层板和该第二层板之间通过多个连接柱连接，各气体回流口通过各连接柱贯通至该气体导出区域。

4.如权利要求2所述的用于燃气轮机的冲击冷却结构，其特征在于，该第一层板与该第二层板的第一侧之间形成该气体导出区域，该气体导入区域位于该第二层板的第二侧，并且该第一层板和该第二层板之间通过多个连接柱连接，各气体出口通过各连接柱贯通至该气体导入区域。

5.如权利要求3所述的用于燃气轮机的冲击冷却结构，其特征在于，该气体导出区域为空腔或通道。

6.如权利要求4所述的用于燃气轮机的冲击冷却结构，其特征在于，该气体导入区域为空腔或通道。

7.如权利要求1所述的用于燃气轮机的冲击冷却结构，其特征在于，该多个气体出口和该多个气体回流口至少部分交错排列。

8.如权利要求1所述的用于燃气轮机的冲击冷却结构，其特征在于，该多个气体出口和该多个气体回流口分别排列成多行，各气体出口形成的行和各气体回流口形成的行交错排列。

9.一种燃气涡轮发动机，包括涡轮叶片，其中各涡轮叶片的中部壁面上设有如权利要求1-5任一项所述的冲击冷却结构。

10.一种燃气涡轮发动机，包括燃烧室，其中该燃烧室的壁面上设有如权利要求1-5任一项所述的冲击冷却结构。

说明书

用于燃气轮机的冲击冷却结构

技术领域

[0001] 本发明涉及燃气涡轮发动机(简称燃气轮机)领域，尤其是涉及一种用于燃气轮机的冲击冷却结构。

背景技术

[0002] 用于航空或者工业上的燃气涡轮发动机中，燃气涡轮的涡轮叶片在运行中表面会暴露在高温气体中。为了防止涡轮叶片的过热，保证涡轮叶片长期安全可靠的工作，需要对涡轮叶片进行冷却以降低叶片温度，同时尽可能减小叶片温差，减小叶片热应力。

[0003] 冲击冷却作为一种高效的冷却技术，广泛应用于燃气轮机的涡轮叶片以及燃烧室壁面冷却。冲击冷却的基本原理是冷却空气通过冲击孔流出，以一定的速度撞击需要冷却的壁面，从而降低壁面温度，达到降低壁面温度的目的。

[0004] 传统的冲击结构一般通过冲击衬套实现，在冲击衬套上离散分布孔型结构，冷却空气通过冲击孔冲击叶片壁面。在叶片的中部位置，传统的冲击冷却结构在叶片弦向布置较多排的冲击孔。此时前排的冲击孔流量在冲击通道中不断叠加，造成横流对冲击冷却的影响不断加大，降低了冲击冷却的效果。

[0005] 一种现有的用于冷却系统的结构是通过将衬套变弯后，在不与冲击孔对应的地方增加冲击通道的空间，从而使冲击通道中的气流流动速度降低，减轻由于通道中的气流流动对冲击冷却效果的降低。这一文献中冲击气体通过冲击孔后依然通过冲击通道流出，虽然可以降低通道中气体对冲击冷却效果的影响，但是当冲击孔结构比较多时，冲击通道中气体流量依然较大，依然会对在流动下游的冲击冷却造成较大的影响。

[0006] 另一种涡轮叶片的冷却构造包括插件，插件具有用于对涡轮叶片的内表面进行冲击冷却的多个冲击孔。涡轮叶片具有多个气膜冷却孔。冷却空气提供给插件，通过冲击孔，从内表面向外表面喷出冷却空气来进行气膜冷却。但是这一设计不能解决插件与涡轮叶片之间的冲击通道中横流对冲击冷却效果的降低作用。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种用于燃气轮机的冲击冷却结构，可以减少冲击通道中冷却气体的横向流动。

[0008] 本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种用于燃气轮机的冲击冷却结构，包括冲击衬套、多个气体出口、多个气体回流口、气体导入区域以及气体导出区域。该冲击衬套与需要冷却的壁面间隔相对，形成冲击通道。该多个气体出口设置在该冲击衬套上且面向该冲击通道。该多个气体回流口设置在该冲击衬套上且面向该冲击通道。该气体导入区域与各气体出口相通。该气体导出区域与该气体导入区域隔离，与各气体回流口相通。该气体导入区域的压力高于该冲击区域的压力，且该冲击区域的压力高于该气体导出区域的压力。

[0009] 在本发明的一实施例中，该冲击衬套包括间隔相对的第一层板和第二层板，该第一层板面对该壁面且该第一层板上设置该多个气体出口和该多个气体回流口。

[0010] 在本发明的一实施例中，该第一层板和该第二层板的第一侧之间形成该气体导入区域，该气体导出区域位于该第二层板的第二侧，并且该第一层板和该第二层板之间通过多个连接柱连接，各气体回流口通过各连接柱贯通至该气体导出区域。

[0011] 在本发明的一实施例中，该第一层板和该第二层板的第一侧之间形成该气体导出区域，该气体导入区域位于该第二层板的第二侧，并且该第一层板和该第二层板之间通过多个连接柱连接，各气体出口通过各连接柱贯通至该气体导入区域。

[0012] 在本发明的一实施例中，该气体导出区域为空腔或通道。

[0013] 在本发明的一实施例中，该气体导入区域为空腔或通道。

[0014] 在本发明的一实施例中，该多个气体出口和该多个气体回流口至少部分交错排列。

[0015] 在本发明的一实施例中，该多个气体出口和该多个气体回流口分别排列成多行，各气体出口形成的行和各气体回流口形成的行交错排列。

[0016] 本发明还提出一种燃气涡轮发动机，包括涡轮叶片，其中各涡轮叶片的中部壁面上设有如上所述的冲击冷却结构。

[0017] 本发明还提出一种燃气涡轮发动机，包括燃烧室，其中该燃烧室的壁面上设有如上所述的冲击冷却结构。

[0018] 本发明的用于燃气涡轮发动机的冲击冷却结构通过设置气体回流口和气体导出区域，可以让冲击后的气体及时排出，从而减少了冲击通道内的气体横向流动，降低横向流动对冲击冷却的影响，增强了冷却效果。

附图说明

[0019] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

[0020] 图1示出本发明一实施例的冲击冷却结构的立体图。

[0021] 图2示出本发明一实施例的冲击冷却结构与待冷却壁面的配合示意图。

[0022] 图3示出本发明一实施例的冲击冷却结构的截面示意图。

[0023] 图4示出本发明一实施例的冲击冷却结构的截面示意图。

具体实施方式

[0024] 图1示出本发明一实施例的冲击冷却结构的立体图。图2示出本发明一实施例的冲击冷却结构与待冷却壁面的配合示意图。图3示出本发明一实施例的冲击冷却结构的截面示意图。参考图1-3所示，本实施例的一种用于燃气轮机的冲击冷却结构100，包括冲击衬套110、气体出口114、气体回流口115、气体导入区域120、以及气体导出区域130。冲击衬套110与需要冷却的壁面200间隔相对，形成冲击通道160。在此，需要冷却的壁面可能是涡轮叶片中部壁面或燃烧室壁面。多个气体出口114分布在冲击衬套110上且面向冲击通道160。多个气体回流口分布在冲击衬套110上且面向冲击通道160。气体导入区域120与各气体出口114相通。气体导出区域130与各气体回流口115相通。在此，气体导入区域120与气体导出区域
130是相互隔离的。

[0025] 在上述实施例的结构中，气体导入区域120的压力比冲击通道160的压力高，冲击通道160的压力比气体导出区域130的压力高。压力差的设置可以视具体需求而定，以让气体按照设计的路径流动为最低要求。因此气体被供给冷却冲击结构100后，先进入气体导入区域120，然后在压力差作用下从与气体导入区域120连通的各个气体回流口115喷出，进入冲击通道160并对壁面200形成冲击。对壁面200进行冲击后，气体向两边流动，并在压力差作用下从各气体回流口，尤其是附近的气体回流口115返回冲击衬套110，经过气体导出区域130后，排出冲击冷却结构100。由此，冲击后的气体及时排出，从而减少了冲击通道160内的气体横向流动，降低横向流动对冲击冷却的影响，增强了冷却效果。

[0026] 如图3所示，冲击衬套110包括间隔相对的第一层板111和第二层板112。第一层板111和第二层板112之间通过多个连接柱113连接。第一层板111面对壁面200，其上设置上述的气体出口114和多个气体回流口115。第一层板111和第二层板112的配合则用来形成两个隔离的气体区域120、130。具体来说，在一实施例中，第一层板111和第二层板112的第一侧
112a之间形成气体导入区域120。气体导入区域120与气体出口114相通。气体导出区域130位于第二层板112的第二侧112b。各气体回流口115通过各连接柱113贯通至气体导出区域
130。这样，可让从气体回流口115回流的气体经气体导出区域130排出。

[0027] 在一实施例中，气体导出区域130可以是一通道，为此可设置额外的层板116。在另一实施例中，气体导出区域130还可以是一腔体。但可以理解，本发明并不限定气体导出区域130的具体形状。

[0028] 在另一实施例中，参考图4所示，第一层板111和第二层板112的第一侧11a之间形成的是气体导出区域130，气体导出区域130与气体回流口115相通，可让从气体回流口114回流的气体经气体导出区域130排出。气体导入区域120则位于第二层板112的第二侧112b。各气体出口114通过各连接柱113贯通至气体导入区域120。

[0029] 由于气体从气体出口114喷出后，需要从附近的气体回流口115返回冲击衬套110。因此最好在各气体出口114附近布置有气体回流口115。通常而言，多个气体出口114和多个气体回流口115至少部分交错排列，以满足前述的要求。在一实施例中，参考图4所示，气体出口114和多个气体回流口115可以分别排列成多行，各气体出口114组成的行和各气体回流口组成的行交错排列。可以理解的是，本领域技术人员根据实际情况可以设置多个气体出口114和多个气体回流口115的排列，因此本发明的前述实施例并不限定气体出口114和气体回流口115的具体排列方式。

[0030] 上述的实施例虽然仅示出以第一层板111和第二层板112来隔离气体导入区域和气体导出区域，然而可以理解，可以使用三个或者更多层板来形成所需的隔离。第一层板111和第二层板112的形状可以是平面、曲面或者其它所需的形状。此外，本发明可以用其它方式来隔离气体导入区域和气体导出区域，在此不作具体限定。

[0031] 在一实施场景中，本发明的用于燃气涡轮发动机的冲击冷却结构可以设置在各涡轮叶片的中部壁面上，对其进行冷却。在另一实施场景中，本发明的用于燃气涡轮发动机的冲击冷却结构可以设置在燃烧室的壁面上，对其进行冷却。本发明的燃气涡轮发动机可以是航空或者工业用燃气涡轮发动机。

[0032] 本发明的上述实施例所提出的用于燃气涡轮发动机的冲击冷却结构通过设置气体回流口和气体导出区域，可以让冲击后的气体及时排出而不在冲击通道中积累，从而减少了冲击通道内的气体横向流动，降低横向流动对冲击冷却的影响，增强了冷却效果。

[0033] 虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换。因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。