[發明專利]一種渦輪外環的冷卻組件

有效

• 申請號: 201210425646.5
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN103790654A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 閆懷喜;陳瀟;顧偉;郭曉杰
• 申請（專利權）人: 中航商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F01D25/12
• 分類號: F01D25/12
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 樓仙英;徐年康

技術領域

本發明涉及一種冷卻組件，尤其涉及一種渦輪外環的冷卻組件。

背景技術

燃氣輪機渦輪部件作為高溫高速旋轉部件，其性能的高低直接影響發動機的工作效率，為更好的提高渦輪效率，在技術上要求提高燃氣工質的溫度，這就對渦輪部件的冷卻技術提出了更高的要求。渦輪外環作為主流通道中與渦輪動葉配合工作的部件，工作環境溫度一般在1300K以上，光靠材料本身的耐高溫性能，無法長期承受高溫惡劣環境。為了保證外環的安全可靠長久工作，必須對渦輪外環進行有效的冷卻?，F行冷卻技術中，一般是將壓氣機出口一部分氣流引到外環結構中進行冷卻，導致做功氣流減少，對發動機整體效率會有一定的減弱。為了保證發動機具有較高的效率，需要綜合高效的外環冷卻技術?，F有公布專利中，美國專利US.5,169,287采用沖擊冷卻與出口氣膜排氣的組合冷卻技術，氣膜孔的通道與形狀單一；歐洲專利EP1176285A2采用多孔進氣、氣膜孔排氣的冷卻技術。上述兩種技術中，組合使用的冷卻方法種類較少，未能將氣流最大有效的分配利用。另外，上述專利都未提到對外環的磨損保護問題。為了更大的提高冷卻效率，充分發揮各種冷卻方法的優勢，需要創造結合更多的冷卻結構與組合方法，減少外環與葉片的摩擦損傷問題。

發明內容

為此，本發明提供一種用于冷卻渦輪外環的冷卻組件。具體地，本發明公開了一種渦輪外環的冷卻組件，其包括：渦輪機匣；懸掛連接件，其上限定有連接到氣源的進氣孔和節流出氣孔，懸掛連接件耦接到渦輪機匣上并與渦輪機匣形成第一腔室；外環，其耦接到懸掛連接件上并與懸掛連接件形成第二腔室；沖擊板，其上限定有多個沖擊孔，沖擊板在第二腔室內連接到外環上并將第二腔室分為第二外腔室和第二內腔室；其特征在于，外環限定有多個蜿蜒通道，藉此，來自氣源的氣流經由進氣孔進入到第一腔室再經由節流出氣孔進入第二外腔室，接著，經由沖擊板上的沖擊孔流入第二內腔室以沖擊外環，最后，從外環的多個蜿蜒通道流出形成冷卻氣膜。

具體地，多個蜿蜒通道的每一個由從外環的外表面向內延伸的第一通道、從外環的內表面向外延伸的第二氣膜通道以及位于外環內部的周向通道構成，第一通道和第二氣膜通道錯開并由周向通道流體連通。

更具體地，外環只有一個周向通道，多個蜿蜒通道的每一個的第一通道和第二氣膜通道均通過周向通道流體連通。優選地，第一通道與流入第二內腔室以沖擊外環的主氣流的夾角為15°-30°。

優選地，周向通道除了第二氣膜通道外至少還有一個出氣口。

優選地，蜿蜒通道的出口布置在外環的前段和/或后段和/或中間段和/或前端面和/或后端面上。

優選地，多個蜿蜒通道的至少一個的出口布置在外環的前端面或者外環的前段的內表面上。

優選地，多個沖擊孔被錯列地布置成多排。

優選地，多個沖擊孔被布置成多排，每兩排之間的間距為布置在同排中兩個沖擊孔的間距的0.8-1.2倍。優選地，布置在同排中兩個沖擊孔的間距為沖擊孔的直徑的5-8倍。更優選地，布置在同排中兩個沖擊孔的間距為沖擊孔的直徑的6倍。

優選地，沖擊孔的直徑為0.4mm-2mm。更優選地，沖擊孔的直徑為0.6mm。

優選地，外環的外表面上還設置有用于強化沖擊效果的多個凹坑。

具體地，凹坑的深度為0.15mm-2mm。更具體地，凹坑的深度為0.4mm。

具體地，凹坑的截面積為沖擊孔的截面積的3-25倍。優選地，凹坑的截面積為沖擊孔的截面積的4-6倍。

優選地，凹坑的形狀基本為圓柱形或者球冠形。

優選地，多個凹坑彼此交錯地排布。

優選地，外環的前段的外表面上還設置有大致沿周向延伸的至少一個用于匯集沖擊冷卻后的氣體的集氣凹槽。

優選地，集氣凹槽的深度為外環的基體的厚度的10％-30％，集氣凹槽的寬度為其深度的3-6倍。更優選地，集氣凹槽的深度為外環的基體的厚度的20％，集氣凹槽的寬度為其深度的4倍。

優選地，多個蜿蜒通道的至少一個的進氣口布置在集氣凹槽內。

本發明的上述冷卻組件的工作過程如下：

可以作為氣源的高壓壓氣機，其末級出口一部分氣體經過進氣孔進入第一腔室，冷卻氣體通過至少一個節流出氣孔進入外環第二外腔室，進入第二外腔室的氣體通過沖擊板上的沖擊孔沖擊外環基體，形成沖擊冷卻，在外環基體表面上，對應有凹坑，形成深度沖擊與擾流，增大對流換熱效果。