[发明专利]冷却的壁

说明书

技术领域

本公开涉及一种具有用于增强热传递的扰流器的冷却的壁。

背景技术

在常规燃气涡轮中，压缩机使空气加压，该空气导送至燃烧器，与燃料混合，并且点燃用于生成燃烧气体，该燃烧气体流至设置在其下游的涡轮。涡轮从热燃烧气体提取能量，用于驱动压缩机和发生器。

常规涡轮包括静止导叶和旋转叶片的一个或更多个级，它们典型地通过反应来从燃烧气体提取能量。燃烧器、叶片和导叶典型地通过由压缩机加压的空气的一部分来空气冷却，以便在燃气涡轮发动机中提供可接受的寿命。然而，用于冷却热气体路径部分(燃烧器、叶片、导叶等)的压缩空气的任何部分不可用于经历燃烧，这降低了发动机的总体效率和功率。因此，合乎需要的是，使用尽可能少的压缩空气来冷却热气体路径部分，特别是叶片和导叶，符合获得热气体部分的相对长的使用寿命，这典型地通过提供热传递增强部件(诸如，热气体路径部分的冷却侧上的长形扰流肋条)来实现。

燃气涡轮发动机的热气体路径部分(诸如例如燃烧气体在其上流过的翼型件部分)典型地包括具有用于导送冷却空气的内部通路的冷却侧壁。本文使用的用语热气体路径部分将意指置于热燃烧气体在其上流动的燃气涡轮发动机流动路径内的任何部件，诸如焚烧器壁、燃烧器壁或衬里以及转子叶片或定子导叶。转子叶片或定子导叶在以下描述中简单地称为叶片。

典型地用于冷却的翼型件中的扰流肋条常规地形成为叶片铸件的一部分，并且向内突出到通过其导送冷却空气的内部冷却通路中。肋条通过断开冷却空气边界层或使其破裂来增强沿叶片的内表面的对流热传递系数，引起该冷却空气边界层与内表面分开，并且接着再附接在肋条的下游。热传递系数增强常规地限定为由肋条实现的对流热传递系数除以没有扰流肋条的光滑表面上的对流热传递系数，并且具有范围高达后者的几倍的值。典型地，其它热气体路径部分的肋条还集成地形成为零件的部分，例如，在铸造期间。

增强常规地涉及肋条进入内部通道中的高度或突出、内部通路的相对壁之间的距离，以及肋条之间沿纵向的距离或间距。示例性湍流肋条可包括垂直于冷却流的方向设置的肋条、关于冷却空气流的方向倾斜的肋条，以及设置在相对于彼此沿纵向定位成共线或交错的内部通路的相对壁上的肋条。

扰流肋条提供增强的局部增加，这快速地减小了每个单独肋条下游的值。为了获得沿冷却的壁的表面的大体上均匀的冷却增强，肋条典型地在构造上一致，在进入内部通路中的高度或突出上一致，并且在纵向间距上一致。

各种常规扰流肋条导致不同量的增强，以及与其相关联的压力损失。由于肋条突出到内部通路中并且部分地妨碍穿过其的冷却空气的自由流动，故它们向冷却空气流提供阻力，这导致压力损失。尽管较高肋条大体上使增强增加，但与其相关联的压降也增大。因此，扰流肋条的有效性必须通过提供有效增强而没有不合乎需要的水平的与其相关联的压力损失的它们的能力来评估。

图2中示出了具有用于冷却增强的理想的常规扰流肋条的冷却的壁1,2的断面。冷却的壁1,2具有壁厚度t。其具有在热侧15的光滑表面，并且具有高度h和宽度w的扰流肋条5延伸到冷却流14中。理想的扰流肋条具有在它们的末端和根部处用于良好热传递增强的锐角转角。它们以节距p间隔开。

即使图2的理想扰流肋条导致良好的热传递增强，但它们的形状可典型地出于实际的原因而不被实现。锐角的制造典型地需要加工。然而，燃气涡轮的大部分热气体部分是铸件，并且因此需要最小半径。此外，热气体部分典型地被涂覆。涂层材料趋于使尖锐转角变平滑，并且增大任何弯曲形状的半径。实际上，具有扰流肋条5的冷却的壁1,2偏离图2中所示的理想形状，并且其扰流肋条5具有圆形转角。图3示出了具有用于冷却增强的现实常规扰流肋条1,2的冷却的壁1,2的断面。扰流器5的根部形成有具有半径R1的圆角，并且末端以半径R2倒圆。

发明内容

本公开的一个方面在于提出使热气体流动路径与冷却流动通路分开的用于燃气涡轮的冷却的壁，其至少部分地补偿由于扰流肋条处的圆形末端轮廓和圆角而引起的扰流肋条的冷却效率损失。此外，形成翼型件、热屏障、焚烧器或燃烧室的侧壁的此类冷却的壁为本公开的目的。本公开的附加构造从从属权利要求得出。