CN103061889A - 一种隔热结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃气轮机轴系零件隔热结构。所述隔热结构包括隔热板和安装环。所述隔热板与安装环焊接，形成隔热结构组件；该组件由安装环与涡轮导向器按过盈配合连接在一起。该结构形式简单，加工方便，成本低，可有效降低高温燃气向转子轴承等零件的辐射、传导传热；同时，对涡轮叶片根部冷却，保护叶片并降低涡轮叶片向轮盘中心的热传导。

Description

一种隔热结构
技术领域
本发明属于燃气轮机或航空发动机总体结构，轴系零部件隔热结构设计领域。具体地说，是指用在燃气轮机或航空发动机轴系零件隔热结构中的一种结构形式。
背景技术
现有技术中燃气轮机或航空发动机的总体结构形式很多，一些燃气轮机或航空发动机的总体结构中压缩空气和燃气涡壳共同存在于一个集气壳体内,使得轴系零件，如转子轴承等零件，处于压缩空气（燃气）的高温环境内。有必要设置隔热结构，降低轴系零件热负荷。常用隔热措施为在轴系零件外侧包裹隔热材料填充层，以阻止热量传递至轴系中央。即便如此，现有的隔热措施在燃气轮机的实际运行中，隔热效果仍非常的不理想，高温燃气向转子轴承等零件的辐射、传导传热仍然较大，涡轮叶片的根部得不到有效的冷却，温度也很高，极大地影响了涡轮叶片的使用寿命。因而，非常有必要对隔热结构进行改进，以降低高温燃气向转子轴承等零件的辐射、传导传热；同时加强对涡轮叶片根部冷却，保护叶片并降低涡轮叶片向轮盘中心的热传导，保证转子工作稳定性、可靠性，延长其使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于针对现有隔热措施的缺点和不足，基于传统燃气轮机转子隔热措施，提出一种新的隔热结构，以进一步降低轴系零件受热量，加强对涡轮叶片根部冷却，保护叶片并降低涡轮叶片向轮盘中心的热传导，保证转子工作稳定性、可靠性，延长其使用寿命。
本发明为解决其技术问题所采取的技术方案为：一种隔热结构，用于对燃气轮机轴系零件进行隔热，包括隔热板和安装环，所述燃气轮机的压气机轴向扩压器出口、燃气涡壳、转子机匣均设置在集气壳体内，所述集气壳体内充满压缩空气，所述燃气涡壳中包含燃烧室出来的高温燃气，燃气涡壳出口与涡轮导向器进口连接在一起，所述隔热结构组件位于燃气涡壳与转子机匣在径向方向之间的空间中，其特征在于，
所述隔热板为薄壁环形零件，与安装环固定连接在一起；
所述安装环与涡轮导向器过盈配合安装在一起；所述安装环包括环状主体以及设置在所述环状主体外圆周壁面上的环状凸台，所述环状凸台上设有轴向气孔；
所述隔热板设于燃气涡壳和转子机匣之间，分别与转子机匣、燃气涡壳形成两个狭长的气体隔热带，所述隔热板与燃气涡壳之间的气体经过轴向气孔流向所述涡轮导向器，形成气膜，对涡轮叶片根部形成射流冷却。
进一步地，所述环状主体的外圆周壁面上设置至少一排径向旋流孔，所述隔热板与转子机匣之间的气体经过所述径向旋流孔流向所述涡轮导向器，所述径向旋流孔形成的射流可加强对涡轮叶片根部的气膜冷却。
优选地，所述轴向气孔沿所述环状凸台的圆周均布，数量、孔径可变。
优选地，所述径向旋流孔沿所述环状主体的外圆周壁周向均布，数量、孔径可变。
优选地，所述轴向气孔和径向旋流孔周向位置夹角可为零或非零；所述旋流孔与所述环状主体的径向及轴向夹角可为零或非零。
优选地，所述隔热板和/或燃气蜗壳外壁涂抹隔热涂层。工作原理：压缩空气、燃气涡壳、转子机匣均被包裹在集气壳体内，隔热板位于燃气涡壳和转子机匣之间，分别与转子机匣、燃气涡壳形成两个狭长的气体隔热区，并且隔热板本身防止了燃气涡壳向转子机匣的辐射传热（隔热板外壁与燃气涡壳外壁涂抹隔热涂层）；同时，隔热板与燃气涡壳之间的气体经过轴向气孔，在压差作用下流向涡轮导向器，形成气膜，对涡轮叶片根部形成射流冷却。隔热板与转子机匣之间的气体隔热带可根据需要设计成流动的或不流动的，当安装环周向存在旋流孔时，气体是流动的；否则就是不流动的。旋流孔形成的射流可以加强涡轮叶片根部的气膜冷却效果。根据需要，旋流孔与轴向、径向的夹角可以为零或非零，旋流孔与轴向孔的夹角可以为零或非零。本发明的隔热结构，所述结构设置在隔热填充层与燃气蜗壳之间，利用温度较低的压缩空气形成气膜层，进一步降低热辐射和热传导；同时，向另一个轴系热源涡轮叶片根部，提供冷却气膜，既保护涡轮叶片，也减少燃气通过涡轮叶片向轮盘中心的传热。
本发明的隔热结构同现有技术相比具有以下显著的优点：
本发明的隔热结构可实现对燃气轮机轴系零件的有效隔热。该结构形式简单，加工方便，成本低，隔热效果明显，易于工程应用，可有效降低高温燃气向转子轴承等零件的辐射、传导传热；同时，对涡轮叶片根部冷却，保护叶片并降低涡轮叶片向轮盘中心的热传导。
附图说明
图1为本发明的隔热结构在燃气轮机中的安装示意图；
图2为本发明的隔热结构的隔热结构安装组件示意图；
图3为隔热板的结构示意图；
图4为安装环的结构示意图。
图5为本发明的隔热结构组件的剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1至5所示，本发明的隔热结构，用于对燃气轮机轴系零件进行隔热，包括隔热板1和安装环2，所述燃气轮机的压气机轴向扩压器出口8、燃气涡壳3、转子机匣均设置在集气壳体4内，所述集气壳体4内充满压气机轴向扩压器出口8排出的压缩空气5。燃气涡壳3中包含燃烧室出来的高温燃气，燃气涡壳3出口与涡轮导向器6进口连接在一起，隔热结构组件位于燃气涡壳3与转子机匣在径向方向之间的空间中。
隔热板1为薄壁环形零件（如图3所示），与安装环2焊接在一起（如图5所示）；安装环2与涡轮导向器6过盈配合安装在一起；安装环2包括环状主体201以及设置在环状主体201外圆周壁面上的环状凸台202，环状凸台202上设有轴向气孔203。
如图1所示，隔热板1设于燃气涡壳3和转子机匣之间，与转子机匣、燃气涡壳3形成两个狭长的气体隔热带，隔热板1与燃气涡壳3之间的气体经过轴向气孔203流向所述涡轮导向器6，利用温度较低的压缩空气形成气膜层，对涡轮叶片根部形成射流冷却。隔热板1与转子机匣之间的气体隔热带可根据需要设计成流动的或不流动的，当安装环2周向存在径向旋流孔204时，即在环状主体201的外圆周壁面上设置至少一排径向旋流孔204，气体是流动的；则就是不流动的。当安装环2周向存在径向旋流孔204时，隔热板1与转子机匣之间的气体经过所述径向旋流孔204流向所述涡轮导向器6，径向旋流孔204形成的射流可加强对涡轮叶片根部的气膜冷却。优选地，隔热板1和/或燃气蜗壳3外壁涂抹隔热涂层，进一步降低燃气涡壳3向转子机匣的辐射传热。
优选地，轴向气孔203沿环状凸台202的圆周均布，数量、孔径可变。径向旋流孔204沿所述环状主体201的外圆周壁周向均布，数量、孔径可变。轴向气孔203和径向旋流孔204周向位置夹角可为零或非零；所述旋流孔（204）与所述环状主体（201）的径向及轴向夹角可为零或非零。
本发明提出的隔热结构，利用温度较低的压缩空气形成气膜层，进一步降低热辐射和热传导；同时，向另一个轴系热源涡轮叶片根部，提供冷却气膜，既保护涡轮叶片，也减少燃气通过涡轮叶片向轮盘中心的传热。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种隔热结构，用于对燃气轮机轴系零件进行隔热，包括隔热板和安装环，所述燃气轮机的压气机轴向扩压器出口、燃气涡壳、转子机匣均设置在集气壳体内，所述集气壳体内充满所述压气机轴向扩压器出口排出的压缩空气，所述燃气涡壳中包含燃烧室出来的高温燃气，燃气涡壳出口与涡轮导向器进口连接在一起，所述隔热结构组件位于燃气涡壳与转子机匣在径向方向之间的空间中，其特征在于，
所述隔热板为薄壁环形零件，与安装环固定连接在一起；
所述安装环与涡轮导向器过盈配合安装在一起；所述安装环包括环状主体以及设置在所述环状主体外圆周壁面上的环状凸台，所述环状凸台上设有轴向气孔；
所述隔热板设于燃气涡壳和转子机匣之间，分别与转子机匣、燃气涡壳形成两个狭长的气体隔热带，所述隔热板与燃气涡壳之间的气体经过轴向气孔流向所述涡轮导向器，形成气膜，对涡轮叶片根部形成射流冷却。
2.根据权利要求1所述的隔热结构，其特征在于，所述环状主体的外圆周壁面上设置至少一排径向旋流孔，所述隔热板与转子机匣之间的气体经过所述径向旋流孔流向所述涡轮导向器，所述径向旋流孔形成的射流可加强对涡轮叶片根部的气膜冷却。
3.根据权利要求1或2所述的隔热结构，其特征在于，所述轴向气孔沿所述环状凸台（202）的圆周均布，数量、孔径可变。
4.根据权利要求2所述的隔热结构，其特征在于，所述径向旋流孔沿所述环状主体的外圆周壁周向均布，数量、孔径可变。
5.根据权利要求2所述的隔热结构，其特征在于，所述轴向气孔和径向旋流孔周向位置夹角可为零或非零；所述旋流孔与所述环状主体的径向及轴向夹角可为零或非零。
6.根据所述任一项权利要求所述的隔热结构，其特征在于，所述隔热板与安装环焊接在一起。
7.根据所述任一项权利要求所述的隔热结构，其特征在于，所述隔热板和/或燃气蜗壳外壁涂抹隔热涂层。
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