[發(fā)明專利]一種渦輪外環(huán)的冷卻組件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210425646.5
• 申請(qǐng)日: 2012-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN103790654A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆懷喜;陳瀟;顧偉;郭曉杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): F01D25/12
• 分類號(hào): F01D25/12
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 樓仙英;徐年康

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種冷卻組件，尤其涉及一種渦輪外環(huán)的冷卻組件。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)渦輪部件作為高溫高速旋轉(zhuǎn)部件，其性能的高低直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，為更好的提高渦輪效率，在技術(shù)上要求提高燃?xì)夤べ|(zhì)的溫度，這就對(duì)渦輪部件的冷卻技術(shù)提出了更高的要求。渦輪外環(huán)作為主流通道中與渦輪動(dòng)葉配合工作的部件，工作環(huán)境溫度一般在1300K以上，光靠材料本身的耐高溫性能，無(wú)法長(zhǎng)期承受高溫惡劣環(huán)境。為了保證外環(huán)的安全可靠長(zhǎng)久工作，必須對(duì)渦輪外環(huán)進(jìn)行有效的冷卻?，F(xiàn)行冷卻技術(shù)中，一般是將壓氣機(jī)出口一部分氣流引到外環(huán)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行冷卻，導(dǎo)致做功氣流減少，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整體效率會(huì)有一定的減弱。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的效率，需要綜合高效的外環(huán)冷卻技術(shù)。現(xiàn)有公布專利中，美國(guó)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(shù)，氣膜孔的通道與形狀單一；歐洲專利EP1176285A2采用多孔進(jìn)氣、氣膜孔排氣的冷卻技術(shù)。上述兩種技術(shù)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(duì)外環(huán)的磨損保護(hù)問題。為了更大的提高冷卻效率，充分發(fā)揮各種冷卻方法的優(yōu)勢(shì)，需要?jiǎng)?chuàng)造結(jié)合更多的冷卻結(jié)構(gòu)與組合方法，減少外環(huán)與葉片的摩擦損傷問題。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明提供一種用于冷卻渦輪外環(huán)的冷卻組件。具體地，本發(fā)明公開了一種渦輪外環(huán)的冷卻組件，其包括：渦輪機(jī)匣；懸掛連接件，其上限定有連接到氣源的進(jìn)氣孔和節(jié)流出氣孔，懸掛連接件耦接到渦輪機(jī)匣上并與渦輪機(jī)匣形成第一腔室；外環(huán)，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(gè)沖擊孔，沖擊板在第二腔室內(nèi)連接到外環(huán)上并將第二腔室分為第二外腔室和第二內(nèi)腔室；其特征在于，外環(huán)限定有多個(gè)蜿蜒通道，藉此，來(lái)自氣源的氣流經(jīng)由進(jìn)氣孔進(jìn)入到第一腔室再經(jīng)由節(jié)流出氣孔進(jìn)入第二外腔室，接著，經(jīng)由沖擊板上的沖擊孔流入第二內(nèi)腔室以沖擊外環(huán)，最后，從外環(huán)的多個(gè)蜿蜒通道流出形成冷卻氣膜。

具體地，多個(gè)蜿蜒通道的每一個(gè)由從外環(huán)的外表面向內(nèi)延伸的第一通道、從外環(huán)的內(nèi)表面向外延伸的第二氣膜通道以及位于外環(huán)內(nèi)部的周向通道構(gòu)成，第一通道和第二氣膜通道錯(cuò)開并由周向通道流體連通。

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

優(yōu)選地，周向通道除了第二氣膜通道外至少還有一個(gè)出氣口。

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

優(yōu)選地，多個(gè)蜿蜒通道的至少一個(gè)的出口布置在外環(huán)的前端面或者外環(huán)的前段的內(nèi)表面上。

優(yōu)選地，多個(gè)沖擊孔被錯(cuò)列地布置成多排。

優(yōu)選地，多個(gè)沖擊孔被布置成多排，每?jī)膳胖g的間距為布置在同排中兩個(gè)沖擊孔的間距的0.8-1.2倍。優(yōu)選地，布置在同排中兩個(gè)沖擊孔的間距為沖擊孔的直徑的5-8倍。更優(yōu)選地，布置在同排中兩個(gè)沖擊孔的間距為沖擊孔的直徑的6倍。

優(yōu)選地，沖擊孔的直徑為0.4mm-2mm。更優(yōu)選地，沖擊孔的直徑為0.6mm。

優(yōu)選地，外環(huán)的外表面上還設(shè)置有用于強(qiáng)化沖擊效果的多個(gè)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(yōu)選地，凹坑的截面積為沖擊孔的截面積的4-6倍。

優(yōu)選地，凹坑的形狀基本為圓柱形或者球冠形。

優(yōu)選地，多個(gè)凹坑彼此交錯(cuò)地排布。

優(yōu)選地，外環(huán)的前段的外表面上還設(shè)置有大致沿周向延伸的至少一個(gè)用于匯集沖擊冷卻后的氣體的集氣凹槽。

優(yōu)選地，集氣凹槽的深度為外環(huán)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(yōu)選地，集氣凹槽的深度為外環(huán)的基體的厚度的20％，集氣凹槽的寬度為其深度的4倍。

優(yōu)選地，多個(gè)蜿蜒通道的至少一個(gè)的進(jìn)氣口布置在集氣凹槽內(nèi)。

本發(fā)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(jī)，其末級(jí)出口一部分氣體經(jīng)過進(jìn)氣孔進(jìn)入第一腔室，冷卻氣體通過至少一個(gè)節(jié)流出氣孔進(jìn)入外環(huán)第二外腔室，進(jìn)入第二外腔室的氣體通過沖擊板上的沖擊孔沖擊外環(huán)基體，形成沖擊冷卻，在外環(huán)基體表面上，對(duì)應(yīng)有凹坑，形成深度沖擊與擾流，增大對(duì)流換熱效果。