[发明专利]借助于冲击冷却来冷却燃气涡轮/涡轮机的构件的装置

说明书

本发明涉及一种用于冷却燃气涡轮/涡轮机的构件(1)的装置，该构件带有热气体冲击的外表面(2)和集成冷却通道(3)，其中在冷却通道(3)内布置有带有至少一个冲击冷却孔(5)的冲击冷却元件(4)，其中冲击冷却元件(4)与待冷却构件(1)的目标表面(6)隔开，并且为了冷却构件(1)，作为冲击冷却射流的冷却流体可引导到目标表面(6)上，其中表面结构(8)形成在目标表面(6)上，冲击冷却射流冲击在表面结构上。

技术领域

本发明涉及一种用于冷却燃气涡轮/涡轮机的构件的装置，构件带有热气体冲击的外表面和集成冷却通道，其中布置有带有至少一个冲击冷却孔的冲击冷却元件。

背景技术

燃气涡轮的多种构件(例如，诸如叶片)暴露于燃烧室的燃烧气体的高温。此外，可通过增加在燃烧室中实现的燃烧温度来进一步改善燃气涡轮的效率。然而，由于暴露于热气体的构件的热容量，这样的温度增加具有限制。这特别适用于位于还承受主要机械应力的燃烧室下游的涡轮级的引导叶片和动叶片。

出于此原因，需要特别的冷却方法以便抵消构件失效并且不超过基于材料的温度限制。相关构件并且特别是其承受高热负荷的区域以已知方式用从压缩机分出来的冷却空气冷却。在现有技术中，这些叶片的叶配备有供有冷却空气的冷却装置。通过从压缩机引出部分压缩空气且将该空气传送到涡轮部分实现叶片冷却。在将冷却空气引入到涡轮部分之后，该冷却空气流过形成在叶片的叶片叶部分中的通道。

DE 102008003412A1公开了借助于局部直接冲击冷却来更有效地冷却叶片末梢帽以便降低在承受主要应力的末梢帽的区域中的金属温度。

除此之外，例如在从EP 1001135A2已知的用于涡轮叶片的冲击冷却中，沿纵向延伸的分隔壁布置在例如由两个侧壁定界的中空叶片的内部中，这两个侧壁在每种情况下与侧壁部分一起形成伸长的冷却空气供给和冷却空气分配室以及邻接这些的多个冲击空气冷却室。通过冲击空气通道，引入到冷却空气室中的冷却空气到达邻近的冲击空气冷却室，以便由此冷却从内侧承受高热应力的涡轮叶片的外壁的区域的内表面，并且因此能够在高效率和没有材料损坏的情况下以优选的高燃烧温度操作燃气涡轮。在分隔壁中，冲击空气通道线性但倾斜地定向，以便确保冲击在外壁的内表面上的冲击冷却空气的有利角度。从冲击空气冷却室经由涡轮叶片的侧壁中的空气通道离开的空气另外在叶片材料和热气体之间产生隔离层，该隔离层进一步降低涡轮叶片上的热应力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于冷却燃气涡轮/涡轮机的构件的装置，该装置进一步改善冷却的效率。

通过根据专利权利要求1的特征组合来解决该目的。

根据本发明，提出了一种用于冷却燃气涡轮/涡轮机的构件的装置，该构件带有热气体冲击的外表面和集成冷却通道。在冷却通道内，布置有带有至少一个冲击冷却孔的冲击冷却元件。该冲击冷却元件与待冷却构件的目标表面隔开，并且为了冷却构件，作为冲击冷却射流的冷却流体可通过冲击冷却孔引导到目标表面上。此外，表面结构(冲击冷却射流冲击该表面结构)形成在目标表面上。

这其中有利的是，借助于适当地形成的表面结构，目标表面的微观结构改善热传导。通过这样，可在冷却效果保持相同的情况下减少冷却介质的消耗，或者在冷却介质的消耗保持相同的情况下改善冷却性能。因此，本发明用于节省冷却空气并且因此增加效率的主要目的。

在有利的实施例版本中，设置为借助于从目标表面突出的星形肋形成表面结构。根据本发明，目标表面的微观结构包括向冲击冷却射流径向地布置的肋。通过这些适当地形成的肋，利用多种物理效应增加了热传导。最初，以该方式增加了目标表面的表面面积，并且由于肋的对应布置，通过流的局部加速增加了热流密度。除此之外，隔离了有害于热传导的横向流的冷却空气流并且避免了流分离。