[发明专利]一种用于燃气轮机透平的水波纹壁冷结构

说明书

本发明提供一种用于燃气轮机透平的水波纹壁冷结构，包括具有冲击射流孔的冲击壁、及具有气膜溢流孔的冲击靶壁，所述冲击壁和冲击靶壁之间形成冷气流道，所述冲击射流孔和气膜溢流孔均与冷气流道相通，且所述气膜溢流孔与燃气通道相通，所述冲击靶壁朝向冲击壁的表面上设有波纹型面。由于本发明中冲击靶壁朝向冲击壁的表面上设有波纹型面，在冷气射流流经冷气流道时，当量冲击距减小，有效冲刷面积增加，流动死区面积减少，使得冷气组织利用有效性提升，提高了冷却效果；相比于传统平面壁冷结构，本发明采用的水波纹壁冷结构可使冷却效果提升约20％，流动损失减小约15％。

技术领域

本发明涉及燃气轮机透平冷却技术领域，特别是涉及一种用于燃气轮机透平的水波纹壁冷结构。

背景技术

燃气轮机是一种以空气作为工作介质的热动力机械装置，广泛应用于飞行器、舰船推进器以及发电等诸多工业领域。如附图1所示，燃气轮机的核心部件包括压气机1、燃烧室2和透平3。其中，透平受到高温高压燃气的直接作用，所处工作温度远远超过了用于制造透平材料的耐温极限，为确保其安全、稳定、长寿命的运行，必须对透平进行冷却。透平的冷却介质一般是引自压气机的低温空气，显然，冷却空气供应不足会导致高温透平部件烧蚀，而冷却空气过剩会导致燃气轮机整体热效率降低。因此，如何使用尽可能少的冷气实现尽可能大的冷却效果，即能否组织冷气的高效、合理利用是衡量一种先进透平冷却结构的关键技术指标。

壁冷结构是一种应用于高温透平的冷却结构，冷气在透平壁冷通道内依次经过冲击射流、粗糙元扰流和气膜孔溢流，一方面通过强制冲击扰流带走了内壁面的热量，另一方面也通过气膜隔热减少了外壁面的热负荷，不仅使透平壁面得到足够的冷却，同时也实现了冷却空气的有效组织和利用。如附图2所示，传统的壁冷结构为平面冲击壁4搭配平面冲击靶壁5的双层壁组合冷却形式，由于其流动损失较大，冷却均匀性较低，冷却效果较差，应用范围受到了很大的限制。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种冷却效果更好的用于燃气轮机透平的水波纹壁冷结构。

为实现上述目的，本发明提供一种用于燃气轮机透平的水波纹壁冷结构，包括具有冲击射流孔的冲击壁、及具有气膜溢流孔的冲击靶壁，所述冲击壁和冲击靶壁之间形成冷气流道，所述冲击射流孔和气膜溢流孔均与冷气流道相通，且所述气膜溢流孔与燃气通道相通，所述冲击靶壁朝向冲击壁的表面上设有波纹型面。

进一步地，所述冲击壁与冲击靶壁之间通过支撑柱连接。

进一步地，所述冲击靶壁上设有多个呈矩形阵列分布的所述气膜溢流孔。

进一步地，所述冲击靶壁上设有多个呈矩形阵列分布的冲击靶部，所述冲击靶部上设有所述波纹型面，每四个相邻的且呈矩形分布的冲击靶部之间设有所述气膜溢流孔。

进一步地，所述冲击靶部呈圆形，所述波纹型面呈由冲击靶部的圆心向四周扩散的圆形波纹结构，所述冲击壁上设有多个所述冲击射流孔，每四个所述冲击射流孔与一个所述冲击靶部相对应，且每四个所述冲击射流孔沿冲击靶部的圆周方向均匀分布。

进一步地，所述冲击射流孔的直径为Dj，所述冲击壁的厚度Jz为1～3Dj，与同一冲击靶部相对应的相邻两个冲击射流孔的间距Jr为3～10Dj，且所述冲击射流孔的射流角γ为30°～90°。

进一步地，所述冲击靶壁的厚度Tz为3～6Dj，所述气膜溢流孔的直径Fj为1～3Dj，相邻两个所述气膜溢流孔的间距Tr为5～15Dj，且所述气膜溢流孔的溢流角θ为30°～90°。

进一步地，所述冲击壁与冲击靶壁间的冲击距Hz为1～3Dj。

进一步地，所述波纹型面的波长Cr为2～6Dj，波幅Cz为0.5～1.5Dj。

进一步地，所述冲击射流孔的直径Dj为0.3～1.5mm。