[发明专利]用于燃气轮机的冲击冷却特征

说明书

一种用于燃气涡轮发动机的冲击冷却系统，该冲击冷却系统包括：初始冲击表面(10)，该初始冲击表面(10)具有位于中央的开口(12)。多个通道(14)和多个子通道(22)，多个通道(14)和多个子通道(22)从开口(12)径向向外延伸，并且由多个固定件(16)和多个子固定件(24)形成，多个固定件(16)和多个子固定件(24)各自分别将每个相邻的通道(14)和子通道(22)隔开。多个固定件(16)和多个子固定件(24)各自具有在相对于初始冲击表面(10)平行的平面中倒圆的上游端部(18)。多个固定件(16)和多个子固定件(24)各自具有沿固定件(16)和子固定件(24)的中间部分(54、56)的沿垂直于初始冲击表面(10)的轴线的凹形形状。多个通道(14)被分成多个子通道(22)，多个子通道(22)从产生在子固定件(24)的上游端部(26)处的通道(14)中的停滞点(34)从每个通道(14)的入口径向向外延伸。

背景

1.技术领域

本发明涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及用于燃气轮机的冲击冷却特征。

2.相关技术的描述

在工业燃气涡轮发动机中，产生热压缩气体。热气流通过涡轮机并膨胀以产生用于驱动发电机以进行发电的机械功。涡轮机通常包括多级定子静叶片和转子动叶片，以将来自热气流的能量转换成驱动发动机的转子轴的机械能。涡轮机入口温度受涡轮机部件的材料特性和冷却能力的限制。

燃烧系统接收来自压缩机的空气并且通过混合燃料并燃烧混合物将空气升高至高能量水平，在这之后燃烧器的产物通过涡轮机膨胀。

燃气轮机变得越来越大、越有效且越坚固。正在生产大的动叶片和静叶片，特别是在发动机系统的热部分中生产大的动叶片和静叶片。这些热部分或热路径部分具有暴露于热涡轮机流的部件并经受高温。对燃气轮机的热部分中的部件进行冷却的一种常见方法是使用较冷空气的射流冲击到热部件上。射流冲击的目标表面是平坦的并且位于部件的冷侧，如图1和图2所示。目前，冷却射流质量流量增大，但这不会导致效率增大。

随着燃气轮机效率的增大，可以提高燃烧温度，这又使热部分部件的金属温度升高，或者减小冷却流量，这也会导致热部分金属温度的升高。

发明内容

在本发明的一个方面中，一种用于燃气涡轮发动机的冲击冷却系统，包括：初始冲击表面，该初始冲击表面具有位于中央的开口；多个通道，所述多个通道从开口径向向外延伸，并且由多个固定件形成，多个固定件各自将每个相邻的通道隔开；其中，多个固定件各自具有在相对于初始冲击表面平行的平面中沿位于中央的开口的边缘定位的倒圆的上游端部和在相对于初始冲击表面平行的平面中沿初始冲击表面的边缘定位的倒圆的下游端部；其中，多个固定件各自具有在连接至初始冲击表面的基部部分与相反侧的顶部部分之间的中间部分；其中，多个固定件各自具有沿固定件的中间部分的沿垂直于初始冲击表面的平面的凹形形状；其中，多个通道被分成多个子通道，多个子通道从产生在子固定件的上游端部处的通道中的停滞点从每个通道的入口径向向外延伸；其中，多个子固定件中的每个子固定件具有倒圆的上游端部和沿初始冲击表面的边缘定位的大致平坦的下游端部；其中，多个子固定件各自具有在连接至初始冲击表面的基部部分与相反侧的顶部部分之间的中间部分；其中，多个子固定件各自具有沿子固定件的中间部分的沿垂直于初始冲击表面的平面的凹形形状。

冲击冷却特征的优点包括通道和子通道的形状，以朝向多个停滞点导引流从而增大传热，同时在通道和子通道内保持流。

另一优点包括具有沿初始冲击表面的沿子通道的多个球形固定件，从而进一步增大了系统的湍流和冷却效率。

参照以下附图、描述和权利要求，本发明的这些和其他特征、方面以及优点将变得更好理解。

附图说明

本发明借助于附图被更详细地示出。附图示出了优选构型并且附图不限制本发明的范围。

图1是现有技术的冷却射流和冲击表面的侧视图。