一种应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构的制作方法

本发明涉及一种燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构。

背景技术：

在燃气轮机中，涡轮轮盘是受力最为复杂的部件之一，不仅承受燃气通流区域传递来的高温负荷，同时承受自身以及叶片带来的离心负荷。船用燃气轮机由于其特殊的工作性质会存在快速启停、变工况以及燃烧室出口温度不均匀等情况，导致涡轮轮盘的工作条件异常复杂。随着燃烧室出口温度的不断提高，这将导致轮盘热负荷提高、热应力增大，强度储备下降。因此需要对涡轮进行高效的冷却结构设计，提高轮盘的使用寿命。

技术实现要素：

本发明是要解决现有的船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却效果不佳的技术问题，而提供一种应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构。

本发明的应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构是由环形隔板1、环形盖体2和弯管4组成；

所述的环形隔板1为环形结构，在环形隔板1的侧面均匀设置多个进气口1-1，在环形隔板1的内侧端面外沿处均匀设置多个第一螺栓孔1-3，在环形隔板1的内侧端面从第一螺栓孔1-3向圆心方向依次设置第一环形凸起1-6和第二环形凸起1-7，在第一环形凸起1-6的末端沿着圆周方向均匀设置多个斜向凸起，相连的两个斜向凸起之间为一个斜向凹槽1-5；所述的斜向凹槽1-5的出口截面法向与轮盘端面成15°，且从斜向凹槽1-5流出的气流，其流动的切线方向与轮盘旋转切线方向相反；在第一螺栓孔1-3和第一环形凸起1-6之间均匀设置多个出气口1-4，出气口1-4的出气方向对着第一环形凸起1-6，出气口1-4和进气口1-1的数量相等且一个出气口1-4和一个进气口1-1一一对应连通；

所述的环形盖体2为环形结构，在环形盖体2的内侧端面的外沿处均匀设置多个第二螺栓孔2-1，第二螺栓孔2-1的数量与第一螺栓孔1-3相同，在环形盖体2的内侧端面从第二螺栓孔2-1向圆心方向依次设置第三环形凸起2-2和第四环形凸起2-3，在环形盖体2的外侧端面的外沿处设置一个环形凹槽2-4；

所述的环形盖体2的外侧端面与环形隔板1的内侧端面相互配合，多个螺栓3依次穿过第二螺栓孔2-1与第一螺栓孔1-3将环形盖体2与环形隔板1固定，第四环形凸起2-3在第一环形凸起1-6的外侧，第四环形凸起2-3、斜向凹槽1-5与第一环形凸起1-6合围的区域形成冷却空气通道1-2；每个弯管4的一端插入环形隔板1的一个进气口1-1中，一个弯管4与一个进气口1-1一一对应，弯管4的另一端插入导叶5的冷却空气出口处。

本发明的应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构的使用方法如下：导叶5通过螺栓固定在机匣7的内表面，环形隔板1与环形盖体2固定于导叶5的下缘板，弯管4的上端与导叶5的下端出气口连通，在内部形成冷却空气流道，出气通道1-2对应轮盘8进气侧轮辐端面，斜向凹槽1-5的出口截面法向与轮盘端面成15°，且从斜向凹槽1-5的流出的气流，其流动的切线方向与轮盘旋转切线方向相反；环形盖体2的环形凸起2-2、环形隔板1的环形凸起1-6和环形凸起1-7依次与轮盘8的三个篦齿形成密封结构；环形盖体2的环形凹槽2-4用于放置密封圈9，密封圈9与导叶5的下部相配合进行密封。

环形冷却空气流道与导叶5的内腔通过弯管4相连，弯管4的两端与导叶5和环形隔板1形成紧密配合面，减少空气的泄露。

该冷却系统的冷却空气由压气机提供，冷却空气通过涡轮机匣7表面的空气入口流入涡轮导叶5中，涡轮导叶5内部为空芯结构，进而通过弯管4流入环形隔板1与环形盖体2组成的环形空气流道，最终由出气通道1-2流出。

本发明提供一种应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构，此结构对涡轮轮盘进行了高效的冷却，增强了轮盘表面换热效果，有效的改善了涡轮轮盘的受力情况，增加了轮盘的寿命，提高了机组运行的可靠性。

附图说明

图1为具体实施方式一的应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构安装后的平面示意图；

图2为具体实施方式一的应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构安装后的局部立体示意图；

图3为具体实施方式一的应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构中环形隔板1和环形盖体2组合后的立体示意图；

图4为图3中a-a的剖面图的上半部分；

图5为图3的局部放大图；

图6为具体实施方式一的环形隔板1的正视图；

图7为具体实施方式一的环形隔板1的立体示意图；

图8为图7的局部放大图；

图9为图7中b-b的剖面图的上半部分；

图10为图7的斜向凹槽1-5的放大图；

图11为图10的局部俯视图；

图12为具体实施方式一的环形隔板1的立体示意图；

图13为具体实施方式一的环形盖体2的正视图；

图14为具体实施方式一的环形盖体2的立体示意图；

图15为图14的局部放大图；

图16为图14中c-c的剖面图的上半部分。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构，如图图3-图16所示，具体是由环形隔板1、环形盖体2和弯管4组成；

所述的环形隔板1为环形结构，在环形隔板1的侧面均匀设置多个进气口1-1，在环形隔板1的内侧端面外沿处均匀设置多个第一螺栓孔1-3，在环形隔板1的内侧端面从第一螺栓孔1-3向圆心方向依次设置第一环形凸起1-6和第二环形凸起1-7，在第一环形凸起1-6的末端沿着圆周方向均匀设置多个斜向凸起，相连的两个斜向凸起之间为一个斜向凹槽1-5；所述的斜向凹槽1-5的出口截面法向与轮盘端面成15°，且从斜向凹槽1-5流出的气流，其流动的切线方向与轮盘旋转切线方向相反；在第一螺栓孔1-3和第一环形凸起1-6之间均匀设置多个出气口1-4，出气口1-4的出气方向对着第一环形凸起1-6，出气口1-4和进气口1-1的数量相等且一个出气口1-4和一个进气口1-1一一对应连通；

所述的环形盖体2为环形结构，在环形盖体2的内侧端面的外沿处均匀设置多个第二螺栓孔2-1，第二螺栓孔2-1的数量与第一螺栓孔1-3相同，在环形盖体2的内侧端面从第二螺栓孔2-1向圆心方向依次设置第三环形凸起2-2和第四环形凸起2-3，在环形盖体2的外侧端面的外沿处设置一个环形凹槽2-4；

所述的环形盖体2的外侧端面与环形隔板1的内侧端面相互配合，多个螺栓3依次穿过第二螺栓孔2-1与第一螺栓孔1-3将环形盖体2与环形隔板1固定，第四环形凸起2-3在第一环形凸起1-6的外侧，第四环形凸起2-3、斜向凹槽1-5与第一环形凸起1-6合围的区域形成冷却空气通道1-2；每个弯管4的一端插入环形隔板1的一个进气口1-1中，一个弯管4与一个进气口1-1一一对应，弯管4的另一端插入导叶5的冷却空气出口处。

本实施方式的应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构的使用方法如下：如图1-图2所示，箭头为冷却空气的流动方向，导叶5通过螺栓固定在机匣7的内表面，环形隔板1与环形盖体2固定于导叶5的下缘板，弯管4的上端开口与导叶5的下端连通，在内部形成冷却空气流道，出气通道1-2对应轮盘8进气侧轮辐端面，斜向凹槽1-5的出口截面法向与轮盘端面成15°，且从斜向凹槽1-5流出的气流，其流动的切线方向与轮盘旋转切线方向相反；

环形盖体2的环形凸起2-2、环形隔板1的环形凸起1-6和环形凸起1-7依次与轮盘8的三个篦齿形成密封结构；环形盖体2的环形凹槽2-4用于放置密封圈9，密封圈9与导叶5的下部进行配合，密封空气。

环形冷却空气流道与导叶5的内腔通过弯管4相连，弯管4的两端与导叶5和环形隔板1形成紧密配合面，减少空气的泄露。

该冷却系统的冷却空气由压气机提供，冷却空气通过涡轮机匣7表面的空气入口流入涡轮导叶5中，涡轮导叶5内部为空芯结构，进而通过弯管4流入环形隔板1与环形盖体2组成的环形空气流道，最终由出气通道1-2流出。

本实施方式提供一种应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构，此结构对涡轮轮盘进行了高效的冷却，增强了轮盘表面换热效果，降低轮盘温度，有效的改善了涡轮轮盘的受力情况，增加了轮盘的寿命，提高了机组运行的可靠性。

本实施方式的斜向凹槽1-5的出口截面法向与轮盘8端面成15°，增大了轮盘8表面空气之间的流动速度，增强换热效果。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的斜向凹槽1-5的截面为宽3.4mm、高4mm的矩形。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的出气通道1-2为108个。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述的螺栓3为42个。其他与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的进气口1-1为42个。其他与具体实施方式四相同。

用以下试验对本发明进行验证：

试验一：本试验为一种应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构，如图3-图16所示，具体是由环形隔板1、环形盖体2和弯管4组成；

所述的环形隔板1为环形结构，在环形隔板1的侧面均匀设置多个进气口1-1，在环形隔板1的内侧端面外沿处均匀设置多个第一螺栓孔1-3，在环形隔板1的内侧端面从第一螺栓孔1-3向圆心方向依次设置第一环形凸起1-6和第二环形凸起1-7，在第一环形凸起1-6的末端沿着圆周方向均匀设置多个斜向凸起，相连的两个斜向凸起之间为一个斜向凹槽1-5；所述的斜向凹槽1-5的出口截面法向与轮盘端面成15°，且从斜向凹槽1-5流出的气流，其流动的切线方向与轮盘旋转切线方向相反；在第一螺栓孔1-3和第一环形凸起1-6之间均匀设置多个出气口1-4，出气口1-4的出气方向对着第一环形凸起1-6，出气口1-4和进气口1-1的数量相等，且一个出气口1-4和一个进气口1-1一一对应连通；

所述的环形盖体2为环形结构，在环形盖体2的内侧端面的外沿处均匀设置多个第二螺栓孔2-1，第二螺栓孔2-1的数量与第一螺栓孔1-3相同，在环形盖体2的内侧端面从第二螺栓孔2-1向圆心方向依次设置第三环形凸起2-2和第四环形凸起2-3，在环形盖体2的外侧端面的外沿处设置一个环形凹槽2-4；

所述的环形盖体2的外侧端面与环形隔板1的内侧端面相互配合，多个螺栓3依次穿过第二螺栓孔2-1与第一螺栓孔1-3，将环形盖体2与环形隔板1固定，第四环形凸起2-3在第一环形凸起1-6的外侧，第四环形凸起2-3、斜向凹槽1-5与第一环形凸起1-6合围的区域形成冷却空气通道1-2；每个弯管4的一端插入环形隔板1的一个进气口1-1中，一个弯管4与一个进气口1-1一一对应，弯管4的另一端插入导叶5的冷却空气出口处。

本试验的应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构的使用方法如下：如图1所示，箭头为冷却空气的流动方向，导叶5通过螺栓固定在机匣7的内表面，环形隔板1与环形盖体2固定于导叶5的下缘板，弯管4的上端开口与导叶5的下端出气口连通，在内部形成冷却空气流道，出气通道1-2对应轮盘8进气侧轮辐端面，斜向凹槽1-5的出口截面法向与轮盘端面成15°，且从斜向凹槽1-5流出的气流，其流动的切线方向与轮盘旋转切线方向相反；环形盖体2的第三环形凸起2-2、环形隔板1的环形凸起1-6和环形凸起1-7依次与轮盘8的三个篦齿形成密封结构；环形盖体2的环形凹槽2-4用于放置密封圈9，密封圈9与导叶5的下部相互配合，密封空气。

环形冷却空气流道与导叶5的内腔通过弯管4相连，弯管4的两端与导叶5和环形隔板1形成紧密配合面，减少空气的泄露。

该冷却系统的冷却空气由压气机提供，冷却空气通过涡轮机匣7表面的空气入口流入涡轮导叶5中，涡轮导叶5内部为空芯结构，进而通过弯管4流入环形隔板1与环形盖体2组成的环形空气流道，最终由出气通道1-2流出。

本试验提供一种应用于船用燃气轮机涡轮轮盘的冷却结构，此结构对涡轮轮盘进行了高效的冷却，增强了轮盘表面换热效果，降低轮盘温度，有效的改善了涡轮轮盘的受力情况，增加了轮盘的寿命，提高了机组运行的可靠性。

本试验的斜向凹槽1-5的出口截面法向与轮盘8端面成15°，，增大了轮盘8表面空气的流动速度，增强换热效果。

所述的斜向凹槽1-5的截面为宽3.4mm、高4mm的矩形；所述的出气通道1-2为108个；所述的螺栓3为42个；所述的进气口1-1为42个。