CN106368740A - 一种燃气轮机涡轮的双层壁外环结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，属于燃气轮机涡轮结构，包括环形的冲击壁和叶片，其中所述冲击壁包括外壁和内壁，在所述外壁上均匀设有若干冲击孔，在所述外壁两端设有侧壁，在所述侧壁下设有支撑沿，所述内壁位于所述支撑沿上，在所述内壁上均匀设有若干气膜孔，所述内壁通过连接机构与所述外壁连接，本发明在叶尖和外环内壁间隙保持不变条件下，通过内壁的转动，从而降低叶尖和内壁之间的相对运动速低，使得相对运动造成的气动损失降低5‑10％。由于内壁的转动，叶尖间隙内靠近内壁的泄漏燃气速度降低，气膜孔喷出的冷气与间隙内泄漏燃气的密流比提高，这代表达到一定的冷却效果需要的冷气量减少。

Description

一种燃气轮机涡轮的双层壁外环结构
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机涡轮结构，尤其是一种燃气轮机涡轮的双层壁外环结构。
背景技术
燃气轮机通过燃气对涡轮动叶的冲击使动叶转动而输出功，动叶转速通常在10000转/min以上，涡轮外环结构将转动的动叶和静止件隔开，受旋转部件工作时温度变化和离心力产生的形变、气动载荷、加工和装配等因素的影响，动叶叶件和外环之间必须预留一定的间隙，高温燃气通过叶件间隙从叶片压力面一侧向吸力面一侧形成泄漏流动，该泄漏流动会形成复杂的涡系，尤其是泄漏流和主通道气体的掺混造成严重的气动损失。研究表明，气动损失的大小受动叶叶尖和外环之间相对运动速度和间隙尺寸的影响非常大，通常情况下，间隙越小，气动损失越小。主动间隙控制技术即通过从压气机引入的气体冷却或者加热外环使其收缩或膨胀，达到调解间隙尺寸的目的，该气体的用量越大，燃气轮机效率越低。泄漏燃气和外环壁面之间的相对运动速度越大，壁面剪切力越大，气动损失越大。随着燃气轮机性能的增加，动叶转速进一步升高，相对运动造成的气动损失也会进一步加大，降低叶尖间隙泄漏流动造成的气动损失对高性能燃气轮机设计至关重要。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种燃气轮机涡轮的双层壁外环结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，包括环形的冲击壁和叶片，其中所述冲击壁包括外壁和内壁，在所述外壁上均匀设有若干冲击孔，在所述外壁两端设有侧壁，在所述侧壁下设有支撑沿，所述内壁位于所述支撑沿上，在所述内壁上均匀设有若干气膜孔，所述内壁通过连接机构与所述外壁连接，通过内壁的转动，从而降低叶尖和内壁之间的相对运动，使得相对运动造成的气动损失降低5-10％。
进一步优化：在所述外壁的内侧同一圆周上设有若干连接杆，在所述内壁外与所述连接杆对应处设有环形的轴承腔，在所述轴承腔两侧均设有若干联通孔，所述轴承腔内设有轴承，所述轴承与连接杆的另一端连接。
进一步优化：所述轴承腔的内高为4-8mm，轴向长度为20-50mm。
进一步优化：两侧壁之间的距离为50-140mm。
进一步优化：内壁的轴长为46-136mm。
进一步优化：所述侧壁高为8-20mm。
进一步优化：所述支撑沿的轴向长度为4-10mm。
进一步优化：所述冲击孔的直径为0.8-1.2mm。
进一步优化：所述冲击孔的轴线与外壁交于点A，在所述外壁上过点A的切线与所述冲击孔的轴线夹角为30-90度。
本发明的优点：在叶尖和外环内壁间隙保持不变条件下，通过内壁的转动，从而降低叶尖和内壁之间的相对运动速低，使得相对运动造成的气动损失降低5-10％。由于内壁的转动，叶尖间隙内靠近内壁的泄漏燃气速度降低，气膜孔喷出的冷气与间隙内泄漏燃气的密流比提高，这代表达到一定的冷却效果需要的冷气量减少。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明气体流动的结构示意图。
图3是本发明内壁与外壁位置结构的侧视图。
图4是本发明冲击孔的结构示意图。
1.外壁 2.侧壁 3.支撑沿 4.冲击孔 5.轴承 6.连接杆 7.轴承腔 8.联通孔 9.冷气 10.泄漏缝 11.气膜孔 12.叶片 13.内壁。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做以下详细说明。
如图1所示，一种燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，包括环形的冲击壁和叶片12，其中所述冲击壁包括外壁1和内壁13，在所述外壁1上均匀设有若干冲击孔4，在所述外壁4两端设有侧壁2，在所述侧壁2下设有支撑沿3，所述内壁13位于所述支撑沿3上，在所述内壁13上均匀设有若干气膜11孔，所述内壁13通过连接机构与所述外壁1连接，在所述外壁1的内侧同一圆周上设有若干连接杆6，在所述内壁13外与所述连接杆6对应处设有环形的轴承腔7，在所述轴承腔7两侧均设有若干联通孔8，所述轴承腔7内设有轴承5，所述轴承5与连接杆6的另一端连接，所述冲击孔4的轴线与外壁1交于点A，在所述外壁1上过点A的切线与所述冲击孔4的轴线夹角为β，其中β角为30-90度，将冲击孔4倾斜的角度设计在30-90度，从而确保了外壁1在转动过程中冷气能够以垂直的方式进入外壁1内，工作过程中，由于热胀冷缩，所以内壁与支撑沿之间会形成泄露缝，在所述轴承腔外位于连接杆处设有环形的滑槽。
本发明由于叶尖间隙泄漏流动随动叶转速变化的函数关系比较复杂，当雷诺数较高时泄漏燃气受到相对转速的影响更大，要求主流燃气马赫数大于0.1，动叶转速大于3600转/mi。
实施例一：叶片轴向弦长40mm。外环外壁轴向内部长度(两个侧壁之间的长度)50mm，侧壁高8mm，支撑沿轴向长度4mm，冲击孔直径0.8mm，两排冲击孔，每排30个，均匀排布，轴承及其连接杆6个，均匀排布。内壁轴向长度46mm，内壁转动半径0.3m，轴承腔内气膜孔1排，轴承腔外气膜孔2排，轴承腔两侧各一排，每排气膜孔30个，气膜孔直径0.5mm，轴承腔内高4mm，轴向长度20mm。冲击孔85度。内壁半径大于支撑沿半径，内壁位于支撑沿上，内壁13转速控制在7000转/分钟。
主流空气速度为0.4马赫，涡轮转速18000转/分钟。
实施例二：叶片轴向弦长60mm。外环外壁轴向内部长度(两个侧壁之间的长度)70mm，侧壁高10mm，支撑沿轴向长度5mm，冲击孔直径1mm，两排冲击孔，每排50个，均匀排布，轴承及其连接杆16个，均匀排布。内壁轴向长度68mm，内壁转动半径0.5m，轴承腔内气膜孔2排，轴承腔外气膜孔4排，轴承腔两侧各2排，每排气膜孔40个，气膜孔直径0.5mm，轴承腔内高5mm，轴向长度30mm。冲击孔60度。内壁半径大于支撑沿半径，内壁位于支撑沿上，内壁转速控制在5000转/分钟。
主流空气速度为0.2马赫，涡轮转速15000转/分钟。
实施例三：叶片轴向弦长120mm。外环外壁轴向内部长度(两个侧壁之间的长度)140mm，侧壁高20mm，支撑沿轴向长度10mm，冲击孔直径1.2mm，两排冲击孔，每排40个，均匀排布，轴承及其连接杆30个，均匀排布。内壁轴向长度136mm，内壁转动半径1m，轴承腔内气膜孔2排，轴承腔外气膜孔4排，轴承腔两次各2排，每排气膜孔40个，气膜孔直径0.8mm，轴承腔内高8mm，轴向长度50mm。冲击孔80度。内壁半径大于支撑沿半径，内壁位于支撑沿上，内壁转速控制在10000转/分钟。
主流空气速度为0.5马赫，涡轮转速20000转/分钟。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，包括环形的冲击壁和叶片，其特征在于：所述冲击壁包括外壁和内壁，在所述外壁上均匀设有若干冲击孔，在所述外壁两端设有侧壁，在所述侧壁下设有支撑沿，所述内壁位于所述支撑沿上，在所述内壁上均匀设有若干气膜孔，所述内壁通过连接机构与所述外壁连接，内壁通过连接结构相对于外壁转动。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，其特征在于：在所述外壁的内侧同一圆周上设有若干连接杆，在所述内壁外与所述连接杆对应处设有环形的轴承腔，在所述轴承腔两侧均设有若干联通孔，所述轴承腔内设有轴承，所述轴承与连接杆的另一端连接。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，其特征在于：所述轴承腔的内高为4-8mm，轴向长度为20-50mm。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，其特征在于：两侧壁之间的距离为50-140mm。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，其特征在于：内壁的轴长为46-136mm。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，其特征在于：所述侧壁高为8-20mm。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，其特征在于：所述支撑沿的轴向长度为4-10mm。
8.根据权利要求1所述的燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，其特征在于：所述冲击孔的直径为0.8-1.2mm。
9.根据权利要求1-8其中任意一项所述的燃气轮机涡轮的双层壁外环结构，其特征在于：所述冲击孔的轴线与外壁交于点A，在所述外壁上过点A的切线与所述冲击孔的轴线夹角为30-90度。
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