[发明专利]冲击冷却组件

说明书

本发明涉及冲击冷却组件。本公开涉及一种用于冷却导引热气流(19)的导管的导管壁(7)的冲击冷却组件。该冲击冷却组件包括冲击套管(10)，冲击套管(10)至少部分地设置在压缩空气气室(20)中，并且与导管壁(7)隔开一距离，以在导管壁(7)和冲击套管(10)之间形成冷却流路径(15)，使得通过套管(10)中的孔口(14)从压缩空气气室(20)喷射出的冷却空气冲击在导管壁(7)上。至少一个偏流器(21)布置在冷却流路径(15)中，以使横向流(16)偏转远离至少一个孔口(14)。除了冲击冷却组件之外，还公开具有这种组件的燃气涡轮(1)，以及用于冷却导管壁的方法。

技术领域

本公开涉及冲击冷却组件，更特别地，涉及用于冷却热气导管的冲击冷却组件。

背景技术

功率产生循环的热力效率取决于其工作流体的最高温度，在例如燃气涡轮的情况下，工作流体是离开燃烧器的热气。热气的最高可行温度受到下者的限制：燃烧排放以及与这个热气接触的金属部件的运行温度极限，以及使这些部件冷却到热气温度以下的能力。冷却形成高级重型燃气涡轮的热气流路径的热气导管壁是困难的，而且目前已知的冷却方法带来高性能惩罚，即，导致功率和效率降低。

对于暴露于具有高的热气温度的气体的构件来说，冲击冷却是最有效的冷却技术之一。为了对导管进行冲击冷却，将套管设置成与导管外表面相距短的距离。冲击套管包含成阵列的孔，压缩冷却气体通过孔排出，以产生成阵列的空气射流，空气射流冲击在导管的外表面上，并且冷却该外表面。在冲击之后，冷却气体在由导管和冲击套管界定的冷却路径中流向导管的一端。这个流产生所谓的横向流。通常，第一冲击排允许冲击导管，而不在冷却通道中产生任何横向流。随着后续的冲击排数量朝导管的端部增加，冷却通道中的横向流增加。作为缺点，增加冷却通道中的横向流会阻碍和降低冲击冷却的可行热传递系数，因为在冲击射流冲击到燃烧室壁(图3a)上之前，冲击射流被偏转且完全远离燃烧室壁。

为了限制横向流速度，在US 4719748A中已经提议，在冷却通道的长度上增加冷却通道的高度。但是，冷却通道的高度增加会降低冲击射流到达导管壁的速度。

除了降低在以冲击冷却的方式冷却的导管的长度上的冲击冷却的效率，导管壁的典型热负载是不均匀的。例如，燃气涡轮的大多数燃烧室显示相对于发动机轴线倾斜，这导致热气流方向改变。燃烧室中的热气流必须适应主流方向上的这个变化，这在燃烧室壁的典型位置上产生热负载较高的区域(所谓的热点)。为了确保导管的暴露于提高的热负载的区域的使用寿命，在这些位置处需要的冷却增加。

发明内容

本公开的目标是提供一种冲击冷却组件，它允许不依赖于导引热气流的导管壁的位置而对导管壁进行高效的冲击冷却。

公开的用于冷却导管的导管壁的冲击冷却组件包括冲击套管，导管在热气流路径中导引热气流，热气流路径具有上游端和下游端。冲击套管至少部分地设置在压缩空气气室中，并且套管具有包围导管的多个孔口，使得通过孔口从压缩空气气室喷射出的冷却空气冲击在导管壁上。套管与导管壁间隔一距离，以在导管壁和冲击套管之间形成冷却流路径，使得喷射的空气作为横向流而流向套管的端部处的出口。

这种组件例如可用于冷却燃气涡轮的导管壁，更特别地用于冷却燃烧器或燃烧室的壁。

冷却流和热气流典型地以逆流的方式流动，即，冷却流从导管的下游端流到导管的上游端。但是，可设想到具有平行冷却空气流和热气流的组件。这种平行流组件对于具有分级燃烧或顺序燃烧的燃烧室和燃烧器组件(其中，额外的空气喷射到第二燃烧级中)可为有利的。对于所谓的后贫化燃烧，冷却空气例如也可为空气。另外，冷却空气可用作第二燃烧级的稀释空气，以通过在第一火焰下游将冷却空气混合到热气来冷却热气。

根据第一实施例，至少一个偏流器布置在冷却流路径中，以使横向流偏转远离至少一个孔口。

偏流器可为从套管或导管壁延伸到冷却通道中的肋或壁，或者可使套管与导管壁连接。