燃气轮机涡轮控制流阻特性的多腔外环结构的制作方法

本发明涉及一种燃气轮机结构，尤其是一种燃气轮机涡轮控制流阻特性的多腔外环结构。

背景技术：

燃气轮机通过燃气对涡轮动叶的冲击使动叶转动而输出功，涡轮外环结构将转动的动叶和静止件隔开。燃气温度已经高于合金材料的耐温极限，必须对外环进行合理的冷却。通常采用冲击+气膜冷却的方式对外环进行冷却，冷气从外环的外壁上的冲击孔流入腔体，再从外环内壁面的气膜孔喷出，将叶栅通道内的高温燃气和外环壁面隔开，腔体内的压力比较均匀。燃气从涡轮叶栅入口流向出口时，压力会迅速降低，导致外环壁上的气膜孔出口压力并不相同，越靠近涡轮叶栅出口，压力越低，气膜孔出气量越大，使冷气的利用率非常低。而理想状态是越靠进涡轮叶栅入口，气膜孔出流量越多，这样才能够随着冷气向涡轮叶栅出口流动，在外环壁面形成有效的冷气膜，达到有效冷却目的。合理分配涡轮外环气膜孔冷气流量，应用较少的冷气量达到有效冷却效果，对于燃气轮机涡轮部件设计至关重要。

技术实现要素：

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种燃气轮机涡轮控制流阻特性的多腔外环结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃气轮机涡轮控制流阻特性的多腔外环结构，包括叶片和环形的冲击体，其中所述冲击体包括内壁、外壁和侧壁，在所述外壁上设有冲击孔，在所述内壁上设有气膜孔，在所述外壁与内壁之间，位于低压侧设有气流板，在所述气流板上设有气流孔，所述气流板的下方通过侧板与所述内壁连接，其中侧板与侧壁平行，侧板与气流板与侧壁之间形成气流腔。

进一步改进：在所述气流板的下方至少设有两个侧板，所述侧板与侧板之间形成气流腔。

进一步改进：沿着低压侧向高压侧的方向，相邻两个侧板之间的间距逐渐加大。

进一步改进：沿着低压侧向高压侧的方向，相邻两个侧板之间的间距等距加大。

进一步改进：在所述外壁与内壁之间至少设有两层气流板，所述气流板的长度由内向外逐渐增大，气流板高压侧的一端通过侧板与所述内壁连接。

进一步改进：在所述气流腔内设有隔板，所述隔板与所述侧壁垂直。

进一步改进：在所述气流板低压侧一端所对的侧壁上设有支板，所述支板位于所述气流板的下方，所述气流板与侧壁、气流板与支板之间形成泄漏缝隙。

本发明的优点：在已有的外环腔体内靠近涡轮叶栅出口一侧(低压侧)增加气流腔，形成多个腔体连在一起的外环结构。气流腔的数量根据外环轴向尺寸和气膜孔排数量决定，考虑加工难度和气膜孔排的实际数量，沿轴向排布气流腔较为合适，可以均匀排布，也可以不均匀排布，气流腔可以并排布置，也可以是在气流腔内再布置一个气流腔，形成镶套式外环结构，在气流腔上壁(气流板)开有气流孔，由于冷气进入靠近涡轮尾部的外环上的气膜孔，需要经过多层气流孔，局部流动损失明显增加，从而达到合理分配气膜孔流出量的目的，这样在整个轴向上，每个气膜孔流出的冷气与经过该气膜孔处的燃气气压相抵消，在内壁的内侧形成一层恒定的气膜，这样不仅保障了冷气膜的形成，而且还很好的降低了冷气的使用量，提高冷气的利用率。

附图说明

图1是本发明气流腔平行排列时的结构示意图。

图2是本发明图1的侧视图。

图3是本发明气流腔套接排列时的结构示意图。

图4是本发明图3的侧视图。

1叶片、2内壁、21气膜孔、3侧壁、30空腔、4外壁、41冲击孔、5侧板、51隔板、6气流板、60气流腔、61气流孔、7支板。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做以下详细说明。

如图1～4所示，一种燃气轮机涡轮控制流阻特性的多腔外环结构，包括叶片1和环形的冲击体，其中所述冲击体包括内壁2、外壁4和侧壁3，在所述外壁4上设有冲击孔41，在所述内壁2上设有气膜孔21，在所述外壁4与内壁2之间，位于低压侧设有气流板6，在所述气流板6上设有气流孔61，气流板61呈圆筒形结构，气流板61的轴线侧壁3垂直，所述气流板61的下方通过侧板5与所述内壁2连接，其中侧板5与侧壁3平行，侧板5与气流板6与侧壁3三者之间形成气流腔60，而外壁4与内壁2之间为空腔10。

燃气进入的一端为高压侧，另一端为低压侧，高压侧的一端为前端，低压侧的一端为末端，燃气在进入内壁2的内侧后，在沿着内壁2的内侧流动过程中，燃气对内壁2内侧的压力也逐渐减小。

实施例一(如图1、2所示)：各气流腔之间平行设置，具体设计为，在所述气流板6的下方至少设有两个侧板5，这样两个侧板5之间形成气流腔60；沿着低压侧向高压侧的方向，相邻两个侧板5之间的间距逐渐加大，为了对冷气进行合理的分流，所以相邻两个侧板5之间的间距等距加大，这样在轴向上就形成一层一层的气流腔60，并且靠近前端气流腔60的体积要比靠近末端气流腔60的体积大，这就使得越靠近前端的气流孔21内冷气的气压也就越大；因此从气膜孔21处喷出的冷气从前向后依次降低，与燃气的气压变化情况一致；从而在内壁2内侧的表面形成一道冷气膜，将燃气与内壁2隔离开。

实施例二(如图3、4所示)：气流腔60之间为嵌套式设置，具体设计为，在所述外壁4与内壁2之间至少设有两层气流板6，所述气流板6的长度由内向外逐渐增大，气流板6高压侧的一端通过侧板5与所述内壁2连接，这样位于外侧的气流腔6就将位于内侧的气流腔6包裹起来，越靠近末端的冷气需要穿过的气流孔61也就越多，经过的气流腔6也就越多，这就使得越靠近末端处气膜孔21内冷气的气压也就越小。

实施例三：为了平衡在同一圆周上气膜孔21喷气气压的均衡，因此在所述气流腔60内设有隔板51，所述隔板51与所述侧壁3垂直，这样气流板6、内壁2、隔板51和侧板5之间就形成若干小的气流腔60，使得气膜孔21处喷出气压的稳定均衡，保证能够形成良好的气膜；在所述气流板6低压侧一端所对的侧壁3上设有支板7，所述支板7位于所述气流板6的下方，所述气流板6与侧壁3之间，气流板6与支板7之间形成泄漏缝隙，支板6能够起到一定的支撑作用，预防气流板6受热变形的情况。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种燃气轮机涡轮控制流阻特性的多腔外环结构，包括叶片和环形的冲击体，其中冲击体包括内壁、外壁和侧壁，在外壁上设有冲击孔，在内壁上设有气膜孔，在外壁与内壁之间，位于低压侧设有气流板，在气流板上设有气流孔，气流板的下方通过侧板与内壁连接，其中侧板与侧壁平行，侧板与气流板与侧壁之间形成气流腔，本发明通过在已有的外环腔体内靠近涡轮叶栅出口一侧(低压侧)增加气流腔，形成多个腔体连在一起的外环结构，使得每个气膜孔流出的冷气与经过该气膜孔处的燃气气压相抵消，在内壁的内侧形成一层恒定的气膜，这样不仅保障了冷气膜的形成，而且还很好的降低了冷气的使用量，提高冷气的利用率。

技术研发人员：李广超;杨鹏;张魏;毛晓东;寇志海
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：2017.12.14
技术公布日：2018.05.29