[发明专利]一种自冷却燃气涡轮静叶栅装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，更具体地涉及一种自冷却燃气涡轮静叶栅装置及其制造方法，是一种利用液态金属热虹吸效应冷却燃气涡轮静叶栅及其叶片的装置。

背景技术

随着燃气涡轮燃烧室出口温度的不断提升，燃气涡轮叶栅的冷却方法一直备受关注。尤其对于高性能燃气涡轮，紧挨其燃烧室出口的第一级涡轮静叶栅，将直接受到高达1800K～2000K的热风冲击，其材料的耐热性能及使用的冷却方法受到严峻的考验。气膜冷却是现代燃气涡轮最常用的冷却方法之一，这是一种从压气机引气使涡轮叶片表面形成气膜、从而对涡轮叶栅冷却并使其表面隔离主流燃气的主动冷却方法。但是当燃烧室出口热风温度提升到1800K以上甚至更高时，需要从压气机的引气量会急剧上升，过大的引气量会造成压气机的工况急剧恶化，从而可能造成整个燃气涡轮工作不稳定。对于受到高进口温度热风冲击的燃气涡轮静叶栅，脱离压气机引气的静叶栅冷却方法是亟需的。

热虹吸管(重力辅助热管)是具有很高传热性能的被动式传热器件，相比于热管具有结构简单制造成本低的优点。钠钾合金(钠22.2％，钾77.8％)熔点低(约-12℃)，室温下呈液态，沸点较高(1个大气压下784℃)，是一种可以用作高温热虹吸管工作介质的液态金属。本发明提出一种利用钠钾合金这类液态金属热虹吸效应冷却燃气涡轮静叶栅的装置，将燃气涡轮静叶栅做成类似液态金属热虹吸管的结构并实现热虹吸式的被动冷却，既无需额外动力源驱动液态金属流动，也无需从压气机额外引气，还具有对主流燃气的流动和能量影响小的优点。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提出一种自冷却燃气涡轮静叶栅装置及其制造方法，以克服燃气涡轮静叶栅冷却结构复杂、需要从压气机额外引气冷却的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

作为本发明的一个方面，本发明提供了一种自冷却燃气涡轮静叶栅装置，包括：

具有多支叶片的燃气涡轮静叶栅本体，所述燃气涡轮静叶栅本体上的每一个叶片内部形成冷却通道；

内环，与所述燃气涡轮静叶栅本体相连，所述内环内部形成有与所述燃气涡轮静叶栅本体的每一个叶片中的冷却通道相连通的第一冷却空间；

外环，与所述燃气涡轮静叶栅本体相连，所述外环内部形成有与所述燃气涡轮静叶栅本体的每一个叶片中的冷却通道相连通的第二冷却空间，且所述第二冷却空间通过两个开口与一封闭的冷却管形成一环路；以及

所述冷却通道、第一冷却空间、第二冷却空间及冷却管构成封闭的环路热虹吸单元，其中充填有冷却介质；所述冷却介质移动到所述冷却管处进行热交换以对所述燃气涡轮静叶栅本体实现不依靠气膜的自冷却。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种自冷却燃气涡轮静叶栅装置的制造方法，包括以下步骤：

步骤1，加工环形的燃气涡轮静叶栅本体，在所述燃气涡轮静叶栅本体的每一个叶片内部形成冷却通道；

步骤2，加工内环和外环；其中，所述内环内部形成有与所述燃气涡轮静叶栅本体的每一个叶片中的冷却通道相连通的第一冷却空间；所述外环内部形成有与所述燃气涡轮静叶栅本体的每一个叶片中的冷却通道相连通的第二冷却空间；

步骤3，加工冷却管，所述冷却管上形成有充装口；

步骤4，将所述冷却管装配到所述外环上，所述冷却管通过两个开口与所述第二冷却空间形成一环路；

步骤5，对完成加工的各个零件清洗去油；

步骤6，将所述内环和外环分别与所述燃气涡轮静叶栅本体装配在一起，再将所述冷却管与所述外环装配在一起；

步骤7，对完成加工的上述装置抽真空；

步骤8，从所述冷却管的充装口向上述装置内充装适当量的冷却介质，完成后封口。

综上所述，本发明的自冷却燃气涡轮静叶栅装置及其制造方法具有以下有益效果：(1)当燃气涡轮静叶栅本体的表面达到较高的温度(800℃以上)时，自冷却燃气涡轮静叶栅内的液态金属能够在重力作用下持续循环流动实现对静叶栅的冷却，无需额外动力源驱动；(2)无需从压气机引气；(3)叶片表面无气膜形成，对燃气涡轮的主流燃气影响小；(4)冷却管的空间布局为半圆环形，能够安装在紧贴内侧机匣的外涵道中，对外涵道气流的流动影响小；(5)结构简单，制造成本低。

附图说明

图1为本发明的自冷却燃气涡轮静叶栅装置的整体示意图；

图2为本发明的燃气涡轮静叶栅本体零件的3D结构示意图；

图3为本发明的内环零件的结构图；

图4为本发明的外环零件的结构图；