[发明专利]一种涡轮外环的冷却组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷却组件，尤其涉及一种涡轮外环的冷却组件。

背景技术

燃气轮机涡轮部件作为高温高速旋转部件，其性能的高低直接影响发动机的工作效率，为更好的提高涡轮效率，在技术上要求提高燃气工质的温度，这就对涡轮部件的冷却技术提出了更高的要求。涡轮外环作为主流通道中与涡轮动叶配合工作的部件，工作环境温度一般在1300K以上，光靠材料本身的耐高温性能，无法长期承受高温恶劣环境。为了保证外环的安全可靠长久工作，必须对涡轮外环进行有效的冷却。现行冷却技术中，一般是将压气机出口一部分气流引到外环结构中进行冷却，导致做功气流减少，对发动机整体效率会有一定的减弱。为了保证发动机具有较高的效率，需要综合高效的外环冷却技术。现有公布专利中，美国专利US.5,169,287采用冲击冷却与出口气膜排气的组合冷却技术，气膜孔的通道与形状单一；欧洲专利EP1176285A2采用多孔进气、气膜孔排气的冷却技术。上述两种技术中，组合使用的冷却方法种类较少，未能将气流最大有效的分配利用。另外，上述专利都未提到对外环的磨损保护问题。为了更大的提高冷却效率，充分发挥各种冷却方法的优势，需要创造结合更多的冷却结构与组合方法，减少外环与叶片的摩擦损伤问题。

发明内容

为此，本发明提供一种用于冷却涡轮外环的冷却组件。具体地，本发明公开了一种涡轮外环的冷却组件，其包括：涡轮机匣；悬挂连接件，其上限定有连接到气源的进气孔和节流出气孔，悬挂连接件耦接到涡轮机匣上并与涡轮机匣形成第一腔室；外环，其耦接到悬挂连接件上并与悬挂连接件形成第二腔室；冲击板，其上限定有多个冲击孔，冲击板在第二腔室内连接到外环上并将第二腔室分为第二外腔室和第二内腔室；其特征在于，外环限定有多个蜿蜒通道，藉此，来自气源的气流经由进气孔进入到第一腔室再经由节流出气孔进入第二外腔室，接着，经由冲击板上的冲击孔流入第二内腔室以冲击外环，最后，从外环的多个蜿蜒通道流出形成冷却气膜。

具体地，多个蜿蜒通道的每一个由从外环的外表面向内延伸的第一通道、从外环的内表面向外延伸的第二气膜通道以及位于外环内部的周向通道构成，第一通道和第二气膜通道错开并由周向通道流体连通。

更具体地，外环只有一个周向通道，多个蜿蜒通道的每一个的第一通道和第二气膜通道均通过周向通道流体连通。优选地，第一通道与流入第二内腔室以冲击外环的主气流的夹角为15°-30°。

优选地，周向通道除了第二气膜通道外至少还有一个出气口。

优选地，蜿蜒通道的出口布置在外环的前段和/或后段和/或中间段和/或前端面和/或后端面上。

优选地，多个蜿蜒通道的至少一个的出口布置在外环的前端面或者外环的前段的内表面上。

优选地，多个冲击孔被错列地布置成多排。

优选地，多个冲击孔被布置成多排，每两排之间的间距为布置在同排中两个冲击孔的间距的0.8-1.2倍。优选地，布置在同排中两个冲击孔的间距为冲击孔的直径的5-8倍。更优选地，布置在同排中两个冲击孔的间距为冲击孔的直径的6倍。

优选地，冲击孔的直径为0.4mm-2mm。更优选地，冲击孔的直径为0.6mm。

优选地，外环的外表面上还设置有用于强化冲击效果的多个凹坑。

具体地，凹坑的深度为0.15mm-2mm。更具体地，凹坑的深度为0.4mm。

具体地，凹坑的截面积为冲击孔的截面积的3-25倍。优选地，凹坑的截面积为冲击孔的截面积的4-6倍。

优选地，凹坑的形状基本为圆柱形或者球冠形。

优选地，多个凹坑彼此交错地排布。

优选地，外环的前段的外表面上还设置有大致沿周向延伸的至少一个用于汇集冲击冷却后的气体的集气凹槽。

优选地，集气凹槽的深度为外环的基体的厚度的10％-30％，集气凹槽的宽度为其深度的3-6倍。更优选地，集气凹槽的深度为外环的基体的厚度的20％，集气凹槽的宽度为其深度的4倍。

优选地，多个蜿蜒通道的至少一个的进气口布置在集气凹槽内。

本发明的上述冷却组件的工作过程如下：

可以作为气源的高压压气机，其末级出口一部分气体经过进气孔进入第一腔室，冷却气体通过至少一个节流出气孔进入外环第二外腔室，进入第二外腔室的气体通过冲击板上的冲击孔冲击外环基体，形成冲击冷却，在外环基体表面上，对应有凹坑，形成深度冲击与扰流，增大对流换热效果。