CN103764953B - 用于燃气轮机的能内部冷却的构件 - Google Patents

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Abstract

总的来说本发明涉及一种用于燃气轮机（10）的能内部冷却的构件，所述构件具有至少一个冷却通道（35），在所述冷却通道的内表面（42）上设置有横向于冷却介质的主流动方向延伸的湍流器（46）形式的涡流元件（46）。对于冷却介质（45）而言为了降低冷却通道（35）中的压力损耗提出，在湍流器（46）之间安置有具有不同高度的销（48）。

Description

用于燃气轮机的能内部冷却的构件
技术领域
本发明涉及一种用于燃气轮机的能内部冷却的构件，所述构件具有至少一个冷却通道，在所述构件的内表面上设置有横向于冷却介质的主流动方向延伸的湍流器形式的涡流元件。
背景技术
作为此类能内部冷却的构件，已知例如固定式燃气轮机的涡轮机叶片，所述涡轮机叶片在内部具有直线地或者也可以是曲折形设置的冷却通道。这类涡轮机叶片从EP1431514A2中得知。在其内表面上大多设置有横向于冷却介质例如冷却空气的主流动方向延伸的湍流器，也称为散热片。散热片提高从壁到冷却介质中的热传递，因为由此冷却介质被更好地混合。同时根据EP1431514A2，在散热片之间的冷却通道的中间部段中还设置有所谓的销，所述销的高度依据其沿着弦的位置是不同的。在EP1434514A3以及在US7,901,183中销将吸气侧的叶片壁与压力侧的叶片壁连接。
在此不利的是，散热片提高流动阻力并且导致较高的压力损耗。在压力损耗过大的情况下，可能导致热气体穿过冷却空气出口进入，实际上冷却介质应通过所述冷却空气出口流出。这可能导致叶片的损坏。因此并且也出于效率的原因，出现在冷却通道中的压力损耗应被保持为尽可能小。
通常冷却通道横截面以及湍流器的形状、大小和设置和分布彼此相配合，使得在冷却空气出口处能够提供足够的冷却介质压力，以至于不出现热气体进入。
发明内容
但是存在如下需求，即进一步降低内部冷却的燃气轮机构件的冷却通道中的压力损耗。因此本发明的目的在于提供用于燃气轮机的能够被尤其有效地内部冷却的构件。
基于本发明的目的借助于根据本发明的用于燃气轮机的能内部冷却的构件来实现。本发明的优选的设计方案在下文中给出，其中在下文给出的特征能够以任意的类型和方式彼此组合。
根据本发明提出，所述构件具有至少一个冷却通道，在所述冷却通道的内表面上设置有横向于冷却介质的主流动方向延伸的湍流器形式的涡流元件，在所述涡流元件之间设置有具有不同高度的销，所述销具有比散热片的高度小的销高，并且在冷却介质的主流动方向上来观察，相继地安置于湍流器之间的销具有不同的高度。在两个散热片之间的面装配有销，所述销与散热片相比显示出更低的流动阻力并且不对流动施加纵向涡流，而是仅干扰边界层或干扰边界层形成并且因此增强冷却介质中的湍流。因此可能的是，相对于肋状的湍流器之间的常规的间距提高间距并且降低压力损耗，而同时不降低冷却效果。
在此优选提出，销的高度沿着主流动逐渐增长。优选销的平均高度相应于边界层厚度。高度的逐渐增长在此遵循增长的边界层厚度。因此仅边界层混合。因此能够避免在冷却通道的中心流动的主流动的混合，所述混合主要仅会导致压力损耗，但是不导致热传递的值得注意的增强。以这种方式，随之而来的压力损耗被保持得小并且热传递被最大化。
显然，能内部冷却的构件能够设计为涡轮机叶片，例如涡轮机导向叶片、涡轮机转子叶片或者也可以是引导环段。引导环段与转子叶片的叶身的梢部相对置并且限制燃气轮机的热气体路径。
有利的是，肋状的湍流器相对于主流动方向以预定的角度、优选45°倾斜。
附图说明
根据优选的实施例在接下来的附图描述中详细阐述本发明的其它优点和特征。
附图示出：
图1以纵向部分横截面示出燃气轮机，
图2以立体图示出作为能内部冷却的构件的涡轮机叶片，
图3示出贯穿具有设置在其内表面上的湍流器和销的冷却通道的纵剖面，
图4示出穿过相继的销的横截面。
具体实施方式
图1以纵向部分剖面示出固定式燃气轮机10。燃气轮机10在内部具有围绕旋转轴线12转动安装的转子14，所述转子也被称为涡轮机转子。沿着转子14相继设有吸入壳体16、轴流式涡轮压缩机18、具有多个彼此旋转对称地设置的燃烧器22的环面状的环形燃烧室20、涡轮机单元24和排气壳体26。
轴流式涡轮压缩机18包括环形地构成的压缩机通道25，所述压缩机通道具有在其中级联的相继的由转子叶片环和导向叶片环组成的压缩机级。设置在转子14上的转子叶片27通过其自由终止的叶身梢部29与外部的通道壁相对置。压缩机通道25经由压缩机输出扩散器36通入集气室38中。在其中设置有环形燃烧室20，所述环形燃烧室具有其燃烧腔28，所述燃烧腔与涡轮机单元24的环形的热气体通道30连通。在涡轮机单元24中设置有四个相继连接的涡轮机级32。在转子14上耦联有发电机或者做功机器(均未示出)。
在燃气轮机10运行时，轴流式涡轮压缩机18通过吸入壳体16吸入环境空气34作为待压缩的介质并且压缩所述环境空气。被压缩的空气被引导穿过压缩机输出扩散器36进入到集气室38中，从该处离开流入到燃烧器22中。燃料也经由燃烧器22到达燃烧腔28中。在该处燃料在添加已压缩的空气的条件下燃烧为热气体M。热气体M紧接着流入热气体通道30中，在那里所述热气体以在涡轮机单元24的涡轮机叶片上做功的方式膨胀。在此期间释放的能量由转子14吸收并且一方面用于驱动轴流式涡轮压缩机18并且另一方面用于驱动做功机器或者发电机。
图2在立体图中示出用于在更上文中所描述的燃气轮机10的涡轮机叶片31。涡轮机叶片31设计为能内部冷却的构件。也就是说，冷却通道35在内部延伸，特别是延伸穿过涡轮机叶片的叶身33(图3)。
在图3中示意性地示出贯穿冷却通道35的纵剖面。冷却通道35在侧面由两个侧壁37限界。冷却通道35的第三边界壁39在所述两个侧壁之间延伸。第三边界壁39的背侧49(图4)经受热气体流。肋状的湍流器46形式的、以规则的间距横向于主流动方向44延伸的涡流元件安置于边界壁39的内表面42上，仅示出所述湍流器中的一个。肋状的湍流器也被称为散热片。在相继的散热片之间相应地存在由所谓的销48构成的区域。每个销48设计为是圆柱形的。在所述区域中，销48网格状地设置，其中其销高，如在图4中所描述的，沿流动方向44增大。但是销高小于散热片的高度。
借助于这种设置方式可能的是，在冷却通道35中流动的冷却介质45仅在边界层侧混合并且因此提高热传递。主流的混合——在边界层之上——能够被避免，否则这导致压力损耗的提高。通过降低冷却介质45中的压力损耗能够降低冷却介质供给的压力，这有助于提高燃气轮机10的效率。
总的来说，本发明涉及一种用于燃气轮机10的能内部冷却的构件，所述构件具有至少一个冷却通道35，在所述冷却通道的内表面42上设置有横向于冷却介质的主流动方向延伸的湍流器46形式的涡流元件46。对于冷却介质45而言为了降低冷却通道35中的压力损耗而提出，在湍流器46之间安置有具有不同高度的销48。

Claims (5)

1.一种用于燃气轮机的能内部冷却的构件，所述构件具有至少一个冷却通道(35)，在所述冷却通道的内表面(42)上设置有横向于冷却介质(45)的主流动方向(44)延伸的湍流器(46)形式的涡流元件，在所述涡流元件之间设置有具有不同高度的销(48)，
其特征在于，
所述销(48)具有比湍流器沿销高方向的高度小的销高，和
在所述冷却介质(45)的主流动方向(44)上相继的销(48)具有不同的高度。
2.根据权利要求1所述的构件，
其中在所述冷却介质(45)的主流动方向(44)上相继的销(48)具有渐增的高度。
3.根据权利要求1或2所述的构件，
其中所述湍流器(46)设置成相对于所述主流动方向(44)以预定的角度倾斜。
4.根据权利要求1或2所述的构件，
所述构件设计为涡轮机叶片(31)或者引导环段。
5.根据权利要求3所述的构件，
所述构件设计为涡轮机叶片(31)或者引导环段。
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