[发明专利]具有冷却通道的壁

说明书

本发明与在壁内的冷却通道有关;更具体地说与燃气轮机内的冷却通道有关，诸如与在燃气轮机内的燃烧室内衬及涡轮动、静叶片内的冷却通道有关。

燃气涡轮机一般包括诸如燃烧室内衬和静止和转动涡轮静叶片和动叶片的结构件，这些结构件都受到比较热的燃气冲刷，这些结构件一般都备有保护自己免受热燃气危害的冷却通道。从所周知，在壁面结构内所含有的任何通道或孔都会受到应力，结果会在孔周围形成应力集中，这些都必须在确定此类结构件的寿命时要加以考虑的。

日本特许公开昭58-51202公开了一种具有冷却通道的壁，该壁有第一表面和与第一表面相间隔开的第表面，第一表面和第二表面之间有一第一平面，该平面还包括相互垂直的共平面的第一和第二轴线，该第一表面和第二表面之间延伸的通道，其中心轴线与第一平面成锐角，该通道在垂直于其中心轴线的截面大致呈圆形，该通道而在平行于该第一平面的平面上的截面则呈椭圆形。

在燃气轮机内一般所用的冷却通道一截面一般呈圆形，然而当圆形截面通道在壁内以某个角度安置，那么在平行于壁面的平面内的通道截面就是一个椭圆，椭圆孔有长轴和短轴，在椭圆孔周围所产生的应力集中可小于或大于圆孔所产生的应力集中，这取决于相对于长短轴主应力的方向。例如，在单-轴线方向受到一主拉应力的壁面，圆孔周围的公称应力集中等于3而椭圆孔周围的公称应力集中等于1+2a/b或1+2b/a，于这里a和b分别代表长半轴和短半轴，而a和b的方向即可以分别垂直也可以平行于主应力的方向。

因此，在壁面内使用一倾斜的圆形截面冷却通道会产生一椭圆截面，结果能形成一即可小于又可大于圆形孔所产生的应力集中的一应力集中，这取决于该通道在壁内相对于主应力的方向而定，而大于圆形孔所产生的应力集中的一应力集中将导致所不希望的壁面寿命缩短。

因此，本发明的一个目的是提供一新的和改进的壁，该壁具有相对于该壁内的主应力预先定向的预定截面以取得减小的应力集中的冷却通道。

本发明包含一具有第一表面和相互间隔开第二表面的壁，和处在二相间隔面之间的第一平面，该第一平面内包括互相垂直的共平面的第一和第二轴线。一通道在第一表面和第二表面之间延伸并包括：具有与第一平面成锐角的纵轴线的一个部分，一垂直于纵轴线的第一截面和一平行于第一平面的第二截面。该通道第一截面大致呈椭圆形和通道第二截面大致呈圆形。

根据其最佳实施例，本发明与它的优点结合附图将在下文进行详细叙述：

图1表示先有技术中壁的剖视图，该壁包括一相对其纵轴线具有一圆形截面的冷却通道。

图2表示沿在图1所示冷却道的剖面线2-2所取的剖视图。

图3表示沿在图2所示冷却道的剖面线3-3所取的剖视图。

图4表示根据本发明的一实施例的包括着一冷却通道的壁的剖视图。

图5是沿在图4所示的壁垂直于冷却通道纵轴线的剖面线5-5所取的剖视图。

图6是沿在图4所示的壁平行于壁面的剖面线6-6所取的剖视图。

图7是图1-图3所述先有技术的壁和图4-图6所述本发明实施例中的冷却通道的二个圆形和一个椭圆形截面重叠的示意图。

图8是根据本发明的一个实施例中燃气轮机燃烧室内衬的断片部分的透视图。

图9是根据本发明的一个实施例中包括壁的燃气轮机叶片的透视图。

图1至图3所示为一先有技术的壁10，包括与该壁10的轴线X成锐角A的一倾斜通道12。通道12包括一中心线（纵轴线）14，该通道为带有若干垂直于纵轴线14其直径皆为d的均匀圆形截面的圆柱体。

由于通道12相对于纵轴X倾斜一角度A，在平行于包含纵轴线X和与其垂直的横轴线Y的平面上，该通道12的截面16的投影或形状如图1所示的截面16′为一椭圆。截面16′有一长度为d的短轴18和长度为b的长轴20，这里b＝d/sin（A）。

因此，虽然通道12有截面16，该截面相对于通道12的纵轴线14是园形的，而平行于轴线X的通道的截面16′则是椭圆形的，其长轴方向平行于轴线X，其短轴方向平行于轴线Y如图1所示。在一种结构应用中，该壁10在轴线Y上承受一主应力，而应力集中发生在截面16′和长轴20的交点上，应力集中可以用系数K1表示，该系数一般确定为等于1+2b/d或1+2/sin（A），在这种情况下，应力集中系数K1是大于存在于简单圆形截面中的应力集中系数3，并表明在这些点的局部应力比该主应力大3倍。

图4-图6所示为包括本发明的最佳实施例的壁22，壁22包括一第一表面24和与第一表面24间隔开的第二表面26，在上述实施例中，此二表面是相互平行的。