[發明專利]具有菱形湍流器的渦輪翼型件冷卻通道

在審

• 申請號: 201410715938.1
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN104675444A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: G.梁
• 申請（專利權）人: 西門子能源公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 董均華;汲長志

技術領域

本發明大體上涉及在燃氣渦輪發動機的葉片中的冷卻通道內提供湍流空氣流的湍流器（turbulator），并且更具體地涉及其中湍流器具有菱形（diamond-shaped）構型的在燃氣渦輪發動機的葉片中的冷卻通道內提供湍流空氣流的湍流器。

背景技術

世界的能源需求持續上升，這產生了對可靠、可支付、高效和環境相容的功率生成的需求。燃氣渦輪發動機是一種已知的機器，其提供高效的功率并且常常具有用于發電廠中的發電機或飛行器或船舶中的發動機的應用。典型的燃氣渦輪發動機包括壓縮機段、燃燒段和渦輪段。壓縮機段將壓縮的空氣流提供至燃燒段，空氣在這里與諸如天然氣的燃料混合，并且點燃以形成熱工作氣體。工作氣體膨脹通過渦輪段并且由相關的翼片（vane）導向越過渦輪段中的葉片的排。隨著工作氣體穿過渦輪段，其致使葉片旋轉，這繼而致使軸旋轉，從而提供機械功。

工作氣體的溫度被嚴格地控制，從而使其不超過特定渦輪發動機設計的某個預定溫度，因為過高的溫度會損壞發動機的渦輪段中的各種零件和部件。然而，希望允許工作氣體的溫度盡可能高，因為工作氣體的溫度越高，氣體的流動就越快，這導致發動機的更高效操作。

在某些燃氣渦輪發動機設計中，壓縮空氣流的一部分也用來為渦輪段中的某些部件(典型地翼片、葉片和環段)提供冷卻。可提供給這些部件的更多冷卻和/或更高效的冷卻使部件能保持較低的溫度，從而使工作氣體的溫度可以更高。例如，通過降低壓縮氣體的溫度，需要較少的壓縮氣體來將零件保持在所需的溫度，從而導致更高的工作氣體溫度和來自發動機的更大功率和效率。此外，通過在渦輪段中的一位置處使用較少的冷卻空氣，可以在渦輪段中的另一位置處使用更多的冷卻空氣。在一種已知的渦輪發動機設計中，壓縮空氣流的80%與燃料混合以提供工作氣體，并且壓縮空氣流的20%用來冷卻渦輪段零件。如果由于冷卻空氣處于較低溫度而在一個特定位置處使用較少的該冷卻空氣，則可以在渦輪段中的其它區域使用更多冷卻空氣以增加冷卻。

本領域已經知道在渦輪段中的葉片內提供蛇形（serpentine）冷卻空氣流動通道，在這里，在冷卻空氣離開葉片之前，空氣在往復運動中沿一個通道向上并沿相鄰的通道向下流動。在一種已知的冷卻空氣流動通道設計中，一系列特殊構造的湍流器或擾流條(trip?strip)定位在流動通道內，致使擾流條上的空氣流變成湍流的。由擾流條提供的空氣流中的擾動增強了空氣的局部傳熱系數，并且因此提高冷卻性能。可以對擾流條做出改進以進一步提高冷卻性能。

發明內容

本公開描述了一種具有菱形構型的湍流器，其中，湍流器的前部部分是湍流器的后部部分的鏡像，并且其中，湍流器具有用于冷卻燃氣渦輪發動機的葉片中的流動通道的應用。菱形湍流器的陣列相對于冷卻空氣流定位成排，以使得在各排中的一排中的湍流器相對于在相鄰排中的兩個湍流器之間的間隙定位，以分散在湍流器之間流動的空氣流。

根據結合附圖的以下描述和所附權利要求，本發明的另外的特征將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是燃氣渦輪發動機的剖開的等軸視圖；

圖2是從燃氣渦輪發動機中的一排葉片分離的一個葉片的剖視圖，并且示出了其中的空氣冷卻流動通道；

圖3是沿圖2中所示葉片的線3-3的剖視圖；

圖4是示出在圖2和圖3所示葉片中的流動通道內的多個已知的傾斜擾流條的圖示；

圖5是圖4中所示擾流條中的一個的剖視圖；

圖6是示出在圖2和圖3所示葉片中的流動通道內的一系列已知的山形擾流條的圖示；

圖7是示出在圖2和圖3所示葉片中的流動通道內的已知的分段且傾斜的擾流條的圖示；

圖8是示出在圖2和圖3所示葉片中的流動通道內的菱形湍流器的構型的圖示；

圖9是圖8所示湍流器中的一個的側視圖；以及

圖10是圖8中所示的兩個相鄰湍流器的俯視圖。

具體實施方式

本發明的實施例的以下描述涉及用于冷卻燃氣渦輪發動機葉片內的流動通道的菱形湍流器，其在本質上僅僅是示例性的，并且決不旨在限制本發明或其應用或用途。