[发明专利]用于冷却燃气涡轮的热气体路径中的构件的布置

说明书

本发明涉及一种燃气涡轮的热气体路径中的冷却的壁节段，具体涉及冷却的定子热屏障。此类构件必须适当冷却以便避免这些构件的热破坏和确保足够的寿命。根据本发明的壁节段至少包括暴露于相对高温度的介质的第一表面(11)、暴露于相对低温度的介质的第二表面(12)，以及连接所述第一表面(11)和所述第二表面(12)并且限定壁节段(10)的高度的侧表面(13)，用于流体冷却介质(15)的流过的至少一个冷却通道(14,14',14'')延伸穿过壁节段(10)，各个冷却通道(14,14',14'')设有用于冷却介质(15)的入口(16)和用于冷却介质(15)的出口(17)。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮的领域，具体地涉及燃气涡轮的热气体路径中的冷却的定子构件。此类构件(例如，定子热屏障)必须适当冷却，以便避免这些构件的热破坏，并且确保足够的寿命。

背景技术

定子热屏障的冷却是有挑战的任务。热屏障暴露于燃气涡轮中的热气体路径的热和侵蚀性气体。热屏障的热气体暴露表面的膜冷却至少在布置成与旋转叶片末端相对的表面的那些区域处是不可能的。这出于两个原因。首先，热屏障与叶片末端之间的间隙中的复杂流场不允许在该构件的表面之上形成冷却膜。第二，在摩擦事件的情况下，冷却孔开口通常由该事件闭合，因此防止了用于可靠的膜形成的足够的冷却介质的流出，结果在于使热屏障元件过热。为了减轻该风险，叶片末端与热屏障之间的间隙必须增大。

具有在构件的侧面处喷射的冷却空气的当前的冲击冷却方法是用于冷却定子热屏障的广泛使用的解决方案。

WO 2010/009997公开了一种具有定子热屏障的燃气涡轮，该定子热屏障借助于冲击冷却来冷却，其中压力下的冷却介质(尤其是冷却空气)从外环形腔经由穿孔的冲击冷却板流入热屏障节段的冲击冷却腔中，并且冷却热屏障的热气体路径限制壁。通过热屏障的侧面处的喷射孔，使用的冷却介质喷射到热气体路径中。

根据专利申请CA 2644099，冲击冷却结构包括沿周向方向连接于彼此的多个热屏障元件，以便形成包绕热气体路径的环形护罩，以及安装在径向外表面上以形成其间的中空腔的护罩盖。所述盖具有冲击孔，该冲击孔与腔连通，并且通过将冷却空气喷射到腔内侧的其表面上来执行热屏障的径向内壁的冲击冷却。开孔的翅片将腔分成子腔。冷却空气流过翅片中的冷却孔，从第一子腔穿过翅片进入第二子腔。

升高热气体温度需要为热气体暴露构件的壁厚所接受，以使金属温度下降到可接受的水平。此外，现代燃气涡轮的效率要求需要旋转叶片的末端与热屏障之间的小空隙。然而，该要求使这些元件的设计和它们的制造让步，该制造变得越来越复杂并且因此更昂贵，并且使热气体暴露表面的摩擦阻力的要求让步，因为薄壁在摩擦事件的情况下提高了破坏的风险。

专利申请WO 2004/035992公开了燃气涡轮的热气体路径的冷却构件，例如，壁节段。壁节段包括用于冷却介质的多个平行的冷却通道。冷却通道的内表面配备有凸出元件，其具有特定形状和大小以生成靠近壁的湍流，其中效果为增大的热传递。

文献DE 4443864教导了燃气涡轮的冷却壁部分，其具有多个单独的对流冷却的纵向冷却导管，该纵向冷却导管在内壁附近延伸并且平行于其，相邻的纵向冷却导管在各种情况下经由中间肋条连接于彼此。在纵向冷却导管的下游端处提供了偏转装置，其连接于至少一个回流冷却导管，该至少一个回流冷却导管布置在壁部分中的外壁附近，并且多个小管从该至少一个回流冷却导管延伸至冷却壁部分的内壁，并且布置在中间肋条分支中。借助于该壁部分，冷却介质可投入多次使用用于冷却(对流、渗出、膜冷却)。