CN112236579A - 用于冷却涡轮机壳体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷却涡轮机的环形壳体(18)的装置(21)，其包括：收集器外壳(22)，其用于围绕所述壳体(18)的轴线周向延伸；至少两个冷却管(23)，其周向延伸且连接到所述外壳(22)的内体积，所述外壳(22)和/或每个管(23)具有朝向所述壳体(18)径向打开的喷射开口，所述装置的特征在于：与所述外壳(22)整体形成的所述管(23)的连接部分从所述外壳(22)突出并周向延伸，从而在所述连接部分和所述外壳之间形成所述外壳的至少一个凹陷区域(29)，所述凹陷区域允许空气通道从所述外壳(22)的内部径向去往外部。

Description

用于冷却涡轮机壳体的装置

技术领域

本发明涉及用于冷却双流式涡轮机等涡轮机的壳体的装置。

背景技术

图1示出双流双轴涡轮机1。涡轮机的轴线标记为X，且对应于旋转部件的旋转轴线。在下文中，术语轴向和径向相对于X轴定义。

在气流方向上从上游到下游，涡轮机1具有风机2、低压压缩机3、高压压缩机4、燃烧室5、高压涡轮6和低压涡轮7。

来自风扇2的空气分成流入主环形纹路9的主流8和流入环绕主环形纹路10的次环形纹路11的副流10。

低压压缩机3、高压压缩机4、燃烧室5、高压涡轮6和低压涡轮7位于主区段9中。

高压涡轮6的转子和高压压缩机4的转子经由第一轴杆12旋转耦合，以便形成高压主体。

低压涡轮7的转子和低压压缩机3的转子经由第二轴杆13旋转耦合以便形成低压主体，风机2能够直接或经由例如周转齿轮系连接到低压压缩机3的转子。

如图2中最佳地示出，具体地说，低压涡轮7具有带行走轮14和固定部件的不同连续级。叶轮具有上面安装了刀片16的圆盘15。刀片16的端部被由可研磨材料制成的固定环17环绕，所述环17固定在涡轮壳体18上。阀19位于叶轮14下游。阀19和环17借助从壳体18的径向内表面延伸的凸缘或卡钩20安装在壳体上。

为了保证涡轮机的高效，必须限制没有通过各个级的叶轮14的气流，即必须限制刀片16的径向外端和由可研磨材料制成的环17之间的泄漏。为此，在这个交接部处必须检查间隙，因为这个间隙取决于壳体18的温度，具体地说，取决于含有支撑环17的卡钩或凸缘20的所述壳体18的面积。

来自燃烧室5的主空气流是热的并加热下游部件，例如涡轮6、7的固定部件和移动部件。

为了控制上述间隙并避免涡轮的各个固定和移动部件出现任何过早退化，有必要提供有效的冷却构件，此构件可以轻易地集成到涡轮机的环境中。

专利申请FR 3 021 700代表本申请人公开低压涡轮7的壳体18的冷却装置21，这在图3中示出，它具有收集器盒22，每个收集器盒22形成轴向延伸的通道。

装置21还包含在收集器盒22的两侧上周向延伸的管23。这些管23也称为斜道，它们由具有圆形横截面的弯管形成，每个管23围绕壳体例如以大约90°的角度周向延伸。

每个管23具有通向对应收集器盒22的通道的空气入口及闭合远端。每个管23还具有圆柱形壁，圆柱形壁的空气喷射开口面向壳体18，使得冷却空气可以进入歧管22，然后进入管23，接着穿过面向壳体18的开口来冷却壳体。这被称为冲击冷却，因为空气冲击了壳体18。

外壳的径向内部部分还具有面向外壳的空气喷射开口用于冷却。

已经发现，由于与壳体相对的外壳区域的冷却不足，这些区域已被严重的热应力损坏。

发明内容

更具体地说，本发明旨在提供一种简单高效且有成本效益的解决方案来解决这些问题。

为此目的，本发明提供一种用于冷却涡轮机的环形壳体的装置，包括：收集器外壳，其用于围绕壳体轴线周向延伸；至少两个冷却管，其周向延伸且连接到外壳的内体积，所述外壳和/或每个管具有朝向壳体径向打开的喷射开口，所述装置的特征在于，与外壳一体形成的管连接部分从外壳突出并周向延伸，从而在它们之间形成外壳的至少一个凹陷区域，这允许空气通道从外壳内部径向去往外部。

凹陷区域可从内部径向延伸到外部。凹陷区域可从外壳的径向内端延伸到外壳的径向外端。换句话说，凹陷区域还可在外壳外部径向打开。

或者，凹陷区域可以只延伸外壳的径向尺寸的一部分，并通向外壳的径向中心区域。

凹陷区域可以由外壳中的至少一个孔形成。换句话说，凹陷区域可具有闭合区段。

或者，凹陷区域可以由至少一个凹槽形成，或更一般来说，具有开放区段且周向敞开。

在所有情况下，凹陷区域允许冷却空气中已冲击壳体的部分被提取出来并排出到另一区域。这避免了在外壳和壳体之间捕集冷却空气的部分，使得壳体的相关区域变得极热，并因此导致此区域过早损坏。

相反地，在本发明中，凹陷区域实现了更好的空气循环，从而避免了对壳体的加热和损坏。

每个凹陷区域可具有从外壳的径向内端径向延伸到径向外端的直线部分。

凹陷区域的径向直线部分可以由凹槽或孔形成。

每一凹陷区域可具有从外壳的第一轴向端周向延伸到第二轴向端的直线部分。

凹陷区域的周向延伸的直线部分可以由凹槽或孔形成。

每一凹陷区域通过圆形区域或平边连接到管连接部分。

通过这种方式，对凹陷区域中在空气流动期间发生的压力损耗加以限制。

管可以连接到布置在外壳的径向内部部分上的管连接部分。

冷却装置可具有通向外壳的内体积且部分在外壳径向外部的冷却空气供应线。

供应线可沿径向方向通向外壳。供应线可通向外壳的轴向中心区域。

冷却装置可包括至少两个第一管和至少两个第二管，所述第一和第二管分别在外壳的两侧上周向延伸，所述外壳限定轴向位于两个第一管之间的至少一个第一凹陷区域和轴向位于两个第二管之间的至少一个第二凹陷区域。

外壳在每一管连接区域处的周向尺寸和外壳在每一凹陷区域处的周向尺寸之间的比可以在0.2和0.7之间。

本发明还涉及一种组件，其包括涡轮机的环形壳体，例如环形涡轮壳体，并且其特征在于包括前述类型的冷却装置，所述冷却装置安装在所述壳体上且环绕所述壳体。

本发明还涉及一种涡轮机，其包括至少一个前述类型的组件。

当阅读以下参考附图的非限制性实例给出的描述时，将更好地理解本发明，并且将呈现本发明的其它细节、特征和优点。

附图说明

-图1是现有技术的双流式涡轮喷气发动机的轴向横截面图，

-图2是现有技术的涡轮喷气发动机的一部分的轴向横截面图，具体地说，示出了低压涡轮，

-图3是现有技术的冷却装置的透视图，

-图4是根据本发明的实施例的冷却装置的一部分的透视图，

-图5是根据本发明的冷却装置的一部分的示意图，

-图6是对应于图4的视图，示出了本发明的替代实施例。

具体实施方式

图4到5示出了根据本发明的实施例的涡轮机1的壳体18的冷却装置21的一部分。在描述中，术语“轴向”、“径向”和“周向”是相对于壳体18的轴线来定义的，所述轴线还对应于涡轮机1的轴线X。

所述装置包括沿着壳体18的轴线延伸的收集器外壳22，这个外壳是空心的，并且界定了内体积。

在外壳22的两个侧面上周向延伸的冷却管23连接到外壳22的内体积。

例如，就其本身而言，每个管23具有通向外壳22的第一周向端24及第二闭合周向端。每个管23具有圆形横截面，其中在每个管23的径向内部部分中形成空气喷射开口25，所述喷射开口25在壳体18的对面敞开。每个管23围绕壳体18周向延伸，延伸的角度范围可依据应用而变化。例如，每个管23周向延伸大约90或180度。

管23连接到外壳22的径向内部部分26。

空气喷射开口27还在外壳22的径向内部部分中形成，具体地说，在面向外壳的径向内表面28上形成，所述开口27朝向壳体18打开。

外壳22中的孔26和管23中的孔围绕圆周均匀分布，且位于同一径向平面中。开口25、28之间的间距可以是固定或可变的，这取决于应用。例如，开口25、28具有圆形横截面。

外壳22具有由凹陷区域29形成的空气通道。具体地说，每个空气通道或凹陷区域29具有由凹槽形成的笔直部分30，所述凹槽从外壳22的径向内端径向延伸到径向外端。每个凹陷区域29进一步包括由轴向延伸的凹槽形成的直线部分31，所述凹槽的端部打开。

对于位于外壳22的相同周向侧上的每对邻近管23，对应的径向凹槽30轴向位于所述邻近管23在其中延伸的径向平面之间。

每个凹槽30、31由底表面32和两个侧向表面33界定。在图4和5所示的实施例中，侧向表面33是平坦的且垂直于底表面32。在图6所示的另一实施例中，侧向表面33和底表面32可具有连接平边区域或圆形区域34。

外壳22在每个管23的连接区域处的周向尺寸与外壳22在每个凹陷区域29处的周向尺寸之间的比可以在0.2和0.7之间。

另外，冷却装置21具有通向外壳22的内体积且部分在外壳22的径向外部和外壳22的轴向中心区域内的冷却空气供应线35。

供应线35沿径向方向通向外壳22。

在操作期间，经由供应线35将冷却空气供应到外壳内部22。接着，此冷却空气在各个冷却管23之间均匀分布。外壳22中的部分空气通过外壳22的开口28喷向壳体18。管23中的部分空气通过外壳23的开口射向壳体18。此冷却空气冲击壳体18，使它的温度降低。用于冷却壳体18的空气不仅被排入在管23之间轴向界定的空间中，而且还穿过凹陷区域29。具体地说，接触壳体18时加热的冷却空气的部分通过径向凹槽30和/或通过轴向凹槽31径向朝外排出。

这改进了壳体18的冷却，避免了热空气在外壳22下方的停滞，即，避免了热空气在外壳22和壳体18之间径向停滞。

Claims (9)

1.用于涡轮机(1)的环形壳体(18)的冷却装置(21)，其包括：收集器外壳(22)，其用于围绕所述壳体的轴线(X)周向延伸；至少两个冷却管(23)，其周向延伸且连接到所述外壳(22)的内体积，所述外壳(22)和/或每个管(23)包括朝向所述壳体(18)径向打开的喷射孔(25，28)，其特征在于：与所述外壳(22)整体形成的管连接部分(23)从所述外壳(22)突出并周向延伸，从而在所述管连接部分和所述外壳之间形成所述外壳(22)的至少一个凹陷区域(29)，所述凹陷区域允许空气通道从所述外壳(22)的内部径向去往外部，并且其中：每个凹陷区域(29)具有从所述外壳(22)的第一轴向端延伸到第二轴向端的直线部分(31)。

2.根据权利要求1所述的冷却装置(21)，其特征在于，每个凹陷区域(29)具有从所述外壳(22)的径向内端径向延伸到径向外端的直线部分(30)。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置(21)，其特征在于，每个凹陷区域(29)通过圆形区域或连接平边(34)连接到管连接部分(23)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却装置(21)，其特征在于，所述管(23)连接到布置在所述外壳(22)的径向内部部分(26)上的所述管(23)的连接部分。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却装置(21)，其特征在于，其包括冷却空气供应管道(35)，所述冷却空气供应管道(35)通向所述外壳(22)的所述内体积，且部分在所述外壳(22)的径向外部。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却装置(21)，其特征在于，其包括至少两个第一管(23)和至少两个第二管(23)，所述第一和第二管(23)分别在所述外壳(22)的两侧上周向延伸，所述外壳(22)限定至少一个第一凹陷区域(29)和至少一个第二凹陷区域(29)，所述至少一个第一凹陷区域(29)轴向位于两个第一管(23)之间，所述至少一个第二凹陷区域(29)轴向位于两个第二管(23)之间。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷却装置(21)，其特征在于，所述外壳(22)在每个管(23)的连接区域处的周向尺寸与所述外壳(22)在每个凹陷区域(29)处的周向尺寸之间的比在0.2和0.7之间。

8.涡轮机组件，其包括涡轮机(1)的环形壳体(18)和根据权利要求1至7中任一项所述的冷却装置(21)，所述冷却装置安装在所述壳体(18)上且环绕所述壳体(18)。

9.涡轮机(1)，其包括至少一个根据权利要求8所述的涡轮机组件。

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