[其他]燃氣輪機熱負荷結構件的冷卻方法、實施該方法的裝置以及熱負荷葉片的結構設置

無效

• 申請號: 87101766
• 申請日: 1987-02-04
• 公開（公告）號: CN87101766A
• 公開（公告）日: 1987-10-07
• 發明（設計）人: 沃特·希伯特森
• 申請（專利權）人: 沃特·希伯特森
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F02C7/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 陳申賢

本發明涉及到一種燃氣輪機熱負荷結構件的冷卻方法，實施該方法的裝置以及熱負荷葉片的結構設置，其中，冷卻空氣流流經葉片的內壁，然后通過邊界層區內葉片殼體上的小通口流出。

在穩定狀態的和陸地、海上以及空中運載工具上作為驅動裝置安裝的燃氣輪機中經常發生的問題是，一些確定的結構件如渦輪葉片和燃燒室，由于高溫燃氣流而承受高熱負荷。比如在一種飛機驅動裝置中渦輪轉子葉片和定子葉片被熱氣流經過，在起飛時的溫度例如可能達到1380℃，在巡航飛行時也要達到1170℃。在這一溫度下葉片必須進行冷卻，這樣它們才不會因熱負荷受損壞或者甚至破壞。為此目的，例如用高壓壓縮機產生一種壓力為29巴或者11巴其溫度在起飛時為585℃，巡航飛時為470℃的冷卻空氣，并借助一種特殊的插入件導入渦輪葉片。

本發明的任務在于，提出一種方法和一種裝置，借助它們對燃氣輪機熱負荷結構件的冷卻有特殊的提高作用，而又不需要由特別能量驅動的冷卻設備。

本發明對這一任務的解決方案是，使冷卻空氣在節流件間的孔板式進口結構的節流件區內，以切線方向流入一個由圓筒形渦流腔并帶兩個端部設置的節流件所構成的渦流管內，然后分成兩部分冷卻空氣流，其中一部分冷卻空氣流在流過孔板進口結構的節流件后，相對于流入渦流管冷卻空氣的溫度降溫并送向要冷卻的壁表面，同時另外一部分冷卻空氣流就排出該結構件區。這些要冷卻的結構件可能是燃燒室和/或葉片。通過一個節流件流出的變熱的部分冷卻空氣流可以引入主燃氣流。這樣，葉片的工作壽命就會增加，燃氣輪機的運行開支就會下降。通過這一解決方案，主燃氣流的溫度，例如在飛機驅動裝置中就會提高，因而驅動裝置的效率得以改善。兩者決一的方案是，要么提高燃燒室的溫度并以此提高燃氣輪機的效率，或者將葉片設置得和燃燒室噴嘴更近，以達到燃氣輪機的小型和輕型;或者采用較便宜的材料制造葉片以節省成本。

還有可能的方案是，采用一個帶擴壓器的渦流管，它的特點是，從兩端部外流出的空氣比輸入渦流管的空氣較冷。這種渦流管的長度和擴壓器擴張角的大小都取決于給定的壓力差、燃氣通過量、流經燃氣的溫度和希望的溫度降的大小。在有擴壓器的渦流管情況，冷卻空氣同樣以切線方向輸入渦流管的圓筒形段中，此后一部分冷卻空氣流流經擴壓器，其余部分冷卻空氣流流過一個隔板式節流件。這降溫變冷的部分冷卻空氣流就可結合起來并送向要冷卻的壁表面。

本發明其他的特征將在從屬的權利要求中進行描述，并借助附圖中描述的實施例加以詳細敘述。它表明：

圖1????一個冷卻葉片裝置的簡略視圖

圖2和3????兩個葉片的簡化側視剖面圖

圖4????另一種葉片的簡化側視剖面圖

圖5????另一種用來冷卻燃氣輪機熱負荷構件的渦流管實施例

圖6a和6b????按照圖5渦流管的渦流腔殼體之俯視和側視圖

在圖1中簡圖式的描繪了一個冷卻葉片（1）的裝置。從一個冷卻空氣源4，例如一個壓縮機，通過主氣流通道13，并借助一個冷卻通道12將冷卻空氣以切線方向吹入渦流管5的孔板6區域的管道18中。該管道18構成一個渦流腔17。經過主氣流通道13可以流過例如壓縮機的空氣，它在飛機驅動裝置中起到冷卻空氣流3的作用。在孔板6區域以切線方向定位的流入噴嘴7，使一股螺旋空氣流輸入渦流管5的管道18中。該渦流管除了孔板6以外還有一個噴嘴狀節流件11，該節流件是在與孔板6相對管道區的端部配置的。在渦流管5中所產生的螺旋形空氣流是由一個核心和一個外圍區組成的，此時，和從噴嘴7輸入的冷卻空氣的進口溫度相比，中心處的溫度稍低而外圍區的溫度稍高。這種較冷的氣體就通過緊靠流入噴嘴7的孔板6離開渦流管5。在冷空氣出口8處安置了一個管道19，該管道19借助連接管道20和每個葉片相連。熱空氣出口10是在噴嘴狀節流件11處構成的，并且，例如借助一個管道21和主氣流通道13相連接。

作為葉片一般可以應用于諸如高壓、中壓和低壓范圍的燃氣輪機（圖2和圖3）。這些葉片由一個空心體構成，其中構成一個具有許多氣流折回區的迷宮式冷卻通道9。在葉片外殼22所示部分和端蓋23上設置一些通口14，通過它們來自葉片空腔中的冷卻空氣可以流出去。最好，這些通口14置于葉片的凸緣區域內，同時，流出的冷卻空氣的壓力如此選定，即在每個葉片1的外表面上構成一種臨界層流動。