[发明专利]一种涡轮机轮盘喷水冷却结构

说明书

本发明公开了一种涡轮机轮盘喷水冷却结构，属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种涡轮机轮盘喷水冷却结构，包括喷水口，喷雾口，前/后端盖，机壳，涡轮盘，出口段，旋转轴。端盖、机壳和涡轮盘之形成冷却腔，冷却腔与出口段相连用于排出冷却工质和做功工质。前端盖和后端盖上开设有喷水口以降低涡轮盘前后面的温度，机壳上开设有喷雾口以降低涡轮盘顶部的温度。本发明可以有效降低水下涡轮机的轮盘温度，增强涡轮机运行的可靠性。

技术领域

本发明属于燃气轮机降温技术领域，具体涉及一种涡轮机轮盘喷水冷却结构。

背景技术

在水下航行器高航速和航程的需求下，涡轮机需要具有更高的输出功率和效率，为提高涡轮机效率则需要进一步增加涡轮机的工作温度，此时工作温度将在1000K以上，材料在高温高压高转速下将超过应力极限，开发适用于水下航行器的高效冷却结构将保证涡轮机的运行安全。

一般地，传统涡轮机冷却多为空气冷却，一般为混入更多的空气以对进入喷管前的气体进行冷却，或直接对轮盘进行冲击冷却，有的在叶片钻孔以实现气膜冷却。然而针对水下航行器应用环境而言，其周围都是液态水，难以保证冷却空气的进入，使用液态水进行冷却是最为可行的方案。除此之外水下涡轮机尺寸小难以加工复杂的内部流道，直接将液态水喷入涡轮室是一种简单易行的策略。

另外，液态水相变过程可吸收大量潜热，使用液态水的冷却效果将优于空气冷却，可以实现涡轮机在高温运行状态下的高效冷却。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡轮机轮盘喷水冷却结构，通过将水下航行器的外部液态水引入涡轮室，能够实现涡轮机的轮盘冷却，在保证安全运行的情况下，进一步提高涡轮机入口燃气温度。

本发明所采用的技术方案是，一种基于喷水冷却的涡轮结构，包括机壳，机壳一端固定连接后端盖，另一端固定连接前端盖，后端盖中部通过轴承连接旋转轴，旋转轴位于机壳内一端连接涡轮盘，前端盖中部开设前表面进水口，后端盖上位于旋转轴附近开设多个后表面喷水口，后端盖连接出水管，出水管与机壳内腔体连通。

本发明的特点还在于：

机壳内通过支撑结构连接机壳内壳体，机壳、机壳内壳体、前端盖共同形成机壳液态水腔，机壳内壳体上开设喷雾口，前端盖上位于机壳液态水腔处开设端部出水口、端部入水口。

前端盖与涡轮盘形成前表面冷却腔，后端盖、旋转轴、涡轮盘形成后表面冷却腔，涡轮盘上方与机壳内壳体形成叶片冷却腔，前表面冷却腔、叶片冷却腔与后表面冷却腔相连通。

还包括穿过前端盖的喷管，喷管出口正对叶片冷却腔，且与叶片冷却腔相通。

喷雾口至机壳内壳体中心连线与出水管中心线之间的角度为157.5°。

出水管连通至机壳内腔体边缘。

本发明的有益效果是：

本发明一种涡轮机轮盘喷水冷却结构，液态水喷入涡轮盘可在涡轮盘表面形成液膜，除此之外液态水在接触高温燃气后会发生相变，相变过程可吸收大量潜热变为水蒸气附着在涡轮盘表面，通过水膜与气膜形成隔热层，防止涡轮盘温度超过许用温度，保障涡轮机安全运行。燃气与冷却工质共用同一流动区域和出口，不需要额外对冷却通道进行过多加工，克服了微型涡轮机难以设置复杂冷却结构的难题。

附图说明

图1为本发明一种涡轮机轮盘喷水冷却结构的立体图；

图2为本发明一种涡轮机轮盘喷水冷却结构的剖视图；

图3为涡轮机轮盘后表面冷却结构的立体图。