CN220185182U - 一种闭式液冷燃气涡轮 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及燃气轮机技术领域，特别是指一种闭式液冷燃气涡轮，解决了现有技术中热端和冷端冷却介质相对流动产生冲击震荡的问题。燃气涡轮包括转轴和轮盘，轮盘的外圆上设有均匀布置的叶片，轮盘内沿径向均布有延伸至叶片的闭式通道，闭式通道与叶片一一对应，闭式通道内注有用于将叶片上的热量转运至转轴的冷却介质，闭式通道内设有单向阀。本实用新型产生的有益效果是：利用旋转冷却的热加速原理，利用加热前后冷却介质密度的变化，以及旋转附加力的作用，实现冷却介质在闭式通道内的循环流动。单向阀控制冷却介质在闭式通道内单向流动，其主要作用是避免冷却介质在闭式通道内往复震荡。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃气轮机技术领域，特别是指一种闭式液冷燃气涡轮。
背景技术
燃气轮机是陆海空燃气动力装置的核心部件，如航空发动机、重型燃气轮机等。涡轮前温度是反映发动机设计水平的核心指标，提高涡轮前温度能够有效增强燃气轮机的性能。提高涡轮前温度通常采用两种方式，一方面可以采用耐温极限更高的先进材料，另一方面采取冷却技术降低涡轮叶片的温度，即采用主动冷却技术。
主动冷却技术是指通过液态或气态冷却介质带走热量或者或阻隔高温气流，以保证被冷却结构不超过使用温度的技术。目前，高温涡轮叶片的主动冷却技术主要包括多通道强制对流、气膜冷却、冲击冷却、发散冷却和层板冷却等方式，通过叶片的热负荷。气膜冷却需要消耗主流的流量，因此会减小发动机的推力或者功率，另一方面，有限的气流所具有的冷却能力有限，想要进一步提高涡轮前温度需要发展冷却能力更强的冷却技术。
公开号为CN2098556U的中国专利公开了涡轮转子冷却叶片，包括叶身，叶身内开有封闭的冷却腔，冷却腔内注有冷却工质。冷却工质通过涡轮转子的离心作用和冷却工质吸热气化使冷却工质在叶片的热端和冷端交替流动，实现对叶片进行冷却的效果；但是热端和冷端的冷却介质会产生相对流动，容易在冷却腔内形成冲击，进而产生震荡，影响涡轮转动时叶片的稳定。
实用新型内容
本实用新型提出一种闭式液冷燃气涡轮，解决了现有技术中热端和冷端冷却介质相对流动产生冲击震荡的问题。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种闭式液冷燃气涡轮，包括转轴和轮盘，轮盘的外圆上设有均匀布置的叶片，轮盘内沿径向均布有延伸至叶片的闭式通道，闭式通道与叶片一一对应，闭式通道内注有用于将叶片上的热量转运至转轴的冷却介质，闭式通道内设有单向阀。单向阀可限制冷却介质在闭式通道内的流动方向，使冷却介质单向流动，避免产生冲击震荡。
所述转轴内设有中心流道，中心流道内流通有用于与冷却介质进行热量交换的低温流体。冷却介质携带从叶片上吸收的热量流动至转轴位置后，低温流体吸收冷却介质携带的热量，使冷却介质降温。
所述中心流道包括前中心流道和后中心流道，前中心流道和后中心流道之间设有扩张腔室，扩张腔室与闭式通道的位置对应。扩张腔室内可进入更多的低温流体，增强吸收热量的能力。
所述扩张腔室的直径尺寸大于前中心流道和/或后中心流道直径尺寸。可减小扩张腔室与闭式通道之间的壁厚，减小低温流体与冷却介质之间的传热热阻，提高换热效率。
所述闭式通道一侧靠近中心流道设置，闭式通道的另一侧位于叶片内。闭式通道内的冷却介质在叶片内吸收叶片的热量，并沿闭式通道将热量转移至靠近中心流道的位置，由中心流道内的低温流体吸收热量。
所述所述闭式通道包括首尾相通的离心通道和向心通道，离心通道位于向心通道的下方。冷却介质在叶片位置吸热后，密度变小，进入向心通道流向扩张腔室；冷却介质在靠近中心流道的位置放热，冷却介质的稳定降低，密度增加，向下进入离心通道。
所述单向阀设置在向心通道内。单向阀控制冷却介质的流动方向，防止放热后的冷却介质从向心通道内回流，保证冷却介质的流动单向性。
本实用新型产生的有益效果是：利用旋转冷却的热加速原理，利用加热前后冷却介质密度的变化，以及旋转附加力的作用，实现冷却介质在闭式通道内的循环流动。单向阀控制冷却介质在闭式通道内单向流动，其主要作用是避免冷却介质在闭式通道内往复震荡，提高涡轮转动时叶片的稳定性。
叶片中的热量通过冷却介质的循环传输给转轴中心流动的低温流体。闭式通道中冷却介质与低温流体互不接触，可采用导热系数更高的流体，增强叶片区域的散热。
扩张腔体与闭式通道之间的壁厚较小，能够减小转轴中低温流体与闭式通道中冷却介质之间的传热热阻，提高热量交换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一种闭式液冷燃气涡轮结构示意图。
图2为一种闭式液冷燃气涡轮俯视图。
图3为图2中A-A剖视图。
图中：1-转轴，2-轮盘，3-叶片，4-前中心流道，5-扩张腔室，6-单向阀，7-闭式通道，8-后中心流道。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1，如图1~3所示，一种闭式液冷燃气涡轮，包括转轴1和轮盘2，轮盘2的外圆上设有均匀布置的叶片3，轮盘2内沿径向均布有延伸至叶片3的闭式通道7，闭式通道7与叶片3一一对应，闭式通道7内注有用于将叶片3上的热量转运至转轴1的冷却介质，闭式通道7内设有单向阀6。冷却介质在闭式通道7内流动，在叶片3的位置吸收热量，在转轴1的位置释放热量，实现对叶片3的冷却，其中单向阀6的设置使冷却介质在闭式通道7内单向循环流动，避免冷却介质在闭式通道7内往复震荡。
进一步，转轴1内设有中心流道，中心流道内流通有用于与冷却介质进行热量交换的低温流体。中心流道包括前中心流道4和后中心流道8，前中心流道4和后中心流道8之间设有扩张腔室5，扩张腔室5与闭式通道7的位置对应。低温流体从前中心流道4流入，流经扩张腔室5时与闭式通道7内的冷却介质进行热量交换，然后从后中心流道8流出，实现对热量的导出转移。
进一步，扩张腔室5的直径尺寸大于前中心流道4和/或后中心流道8直径尺寸。较大的扩张腔室5可增加低温流体与冷却介质的换热区域，增强换热效率；并且扩张腔室5扩大后可减小扩张腔室5与闭式通道7之间的壁厚，减小低温流体与冷却介质之间的传热热阻，进一步的提高换热效率。
实施例2，与实施例1的区别在于，闭式通道7一侧靠近中心流道设置，闭式通道7的另一侧位于叶片3内。闭式通道7靠近中心流道部分为低温区，闭式通道7位于叶片3内的部分为高温区，闭式通道7内的冷却介质在高温区吸收叶片3的热量，并沿闭式通道7将热量转移至低温区，由中心流道内的低温流体吸收热量。
进一步，闭式通道7包括首尾相通的离心通道和向心通道，离心通道位于向心通道的下方。冷却介质在叶片3位置吸热后，密度变小，进入向心通道流向扩张腔室5；冷却介质在靠近中心流道的位置放热，冷却介质的稳定降低，密度增加，向下进入离心通道。
进一步，单向阀6设置在向心通道内。单向阀6控制冷却介质的流动方向，防止放热后的冷却介质从向心通道内回流，保证冷却介质的流动单向性。
工作原理：在闭式通道7中，利用旋转离心力的作用，冷却介质通过单向阀6之后进入离心通道并沿径向进行离心流动，流入叶片3所在的高温区，对叶片3进行吸热冷却。
低温流体从转轴1中心的前中心流道4流入，经扩张腔室5时与闭式通道7中的冷却介质进行热量交换，而后从后中心流道8流出。
冷却介质经叶片3所在的高温区吸热后，密度变小，并在向心通道内沿径向进行向心流动，流回轮盘2靠近中心位置的低温区。冷却介质在低温区与扩张腔室5中的低温流体热交换，温度降低，密度增大。由于离心通道内的冷却介质的密度高于向心通道内冷却介质的密度，因此在离心力作用下能够形成了冷却介质流动的推动力。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种闭式液冷燃气涡轮，包括转轴（1）和轮盘（2），轮盘（2）的外圆上设有均匀布置的叶片（3），其特征在于，轮盘（2）内沿径向均布有延伸至叶片（3）的闭式通道（7），闭式通道（7）与叶片（3）一一对应，闭式通道（7）内注有用于将叶片（3）上的热量转运至转轴（1）的冷却介质，闭式通道（7）内设有单向阀（6）。
2.根据权利要求1所述的闭式液冷燃气涡轮，其特征在于，转轴（1）内设有中心流道，中心流道内流通有用于与冷却介质进行热量交换的低温流体。
3.根据权利要求2所述的闭式液冷燃气涡轮，其特征在于，中心流道包括前中心流道（4）和后中心流道（8），前中心流道（4）和后中心流道（8）之间设有扩张腔室（5），扩张腔室（5）与闭式通道（7）的位置对应。
4.根据权利要求3所述的闭式液冷燃气涡轮，其特征在于，扩张腔室（5）的直径尺寸大于前中心流道（4）和/或后中心流道（8）直径尺寸。
5.根据权利要求2~4任一项所述的闭式液冷燃气涡轮，其特征在于，闭式通道（7）一侧靠近中心流道设置，闭式通道（7）的另一侧位于叶片（3）内。
6.根据权利要求5所述的闭式液冷燃气涡轮，其特征在于，闭式通道（7）包括首尾相通的离心通道和向心通道，离心通道位于向心通道的下方。
7.根据权利要求6所述的闭式液冷燃气涡轮，其特征在于，单向阀（6）设置在向心通道内。
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