旋转，并且旋转轴线9限定了燃气涡轮I的轴向方向。本上下文中的轴向因此意思是平行于旋转轴线9，而径向方向垂直于旋转轴线9，并且周向方向沿圆形通路围绕旋转轴线9定向。因此，转子叶片6沿轴向布置在两个导叶4之间。定子热障层10沿径向布置成与转子叶片6相对，并且沿轴向定位在两个导叶4之间。多个定子热障层10形成节段，该节段沿周向方向布置在彼此附近，并且形成闭合的圆形环，其包绕由沿周向方向在彼此附近的转子叶片6形成的转子叶片排。如图1中所示的相应的定子热障层10将由箭头指示的燃气涡轮I的热气体通路8与冷却气体空气7分开，冷却气体空气7也由箭头指示，并且基本上在定子2中运行。由于定子热障层10的布置在本领域中为公知的，故仅在图1中示意性地示出。
[0022]根据本发明，定子热障层10包括设置成大致沿旋转轴线9的阵列的多个冷却单元20。如图1中所示，定子热障层10包括四个冷却单元20，但冷却单元的数量不限于四个。
[0023]图2示出了根据本发明的第一实施例的一个冷却单元20的透视图。冷却单元20包括面对燃气涡轮的热气体通路8的外侧部分21，以及定位在外侧部分21上且暴露于冷却空气7的内侧板22。内侧板22包括多个入口开口 23，其形成穿过内侧板22，以将冷却空气7引入到外侧部分21中。如图2中所示，存在形成于内侧板22的大致中心区域中的四个入口开口 23。应当注意，入口开口的数量不限于四个。外侧部分21包括形成在其中的冷却空气通道24。冷却空气通道24包括第一中心部分25和第二螺旋部分26。第一中心部分25布置在外侧部分21的大致中心的区域处，作为凹入室来接收流过内侧板22的入口开口 23的冷却空气7。第二螺旋部分26形成为U形凹槽，并且围绕第一中心部分25螺旋向夕卜，并且包括冷却空气出口 27。第二螺旋部分26与第一中心部分25连通以将冷却空气7从入口开口 23传送至冷却空气出口 27。冷却空气流由图3中的箭头示意性地示出。冷却空气通道24的该构造能够优化每单个冷却单元20的热性能，以收集热气体热条件下所需的热通量，导致所有位置中的金属温度和应力的最大一致性，消除了所有临界区，并且因此提供了定子热障层的最高寿命，同时实现了冷却剂节省。
[0024]图3示出了根据本发明的第二实施例的冷却单元20的透视图。冷却单元的基本结构与图2中的相同。如图3中所示，多个阻流元件28如普通肋条设置在冷却空气通道24的第二螺旋部分26内侧，以便加强热传递速率。普通肋条与第二螺旋部分26的壁成角。
[0025]图4a_4f示出了阻流元件28的备选结构，其中阻流元件28可构造为如分别由图4b到4f所示的V形肋条，W形肋条、销、涡流发生器和凹部。图4b示出了阻流元件构造为V形肋条，图4c示出了阻流元件构造为W形肋条，图4d示出了阻流元件构造为销，其设置在第二螺旋部分的中部，并且/或者附接于第二螺旋部分的壁，图4e示出了阻流元件构造为涡流发生器，其设置在第二螺旋部分的中部，并且/或者附接于第二螺旋部分的壁，图4f示出了阻流元件构造为凹部，其设置在第二螺旋部分的中部，并且/或者附接于第二螺旋部分的壁。这些阻流元件提供成增大冷却效力，并且确保以最小冷却剂消耗的最高热利用。
[0026]图5示出了根据本发明的第三实施例的冷却单元20的透视图。冷却单元20的基本结构与图2中的相同。冷却空气通道24包括第一中心部分25和第二螺旋部分26。多个阻流元件设置在冷却空气通道24的第二螺旋部分26内侧。第二螺旋部分26的冷却空气出口 27形成为穿过外侧部分21的下表面的成一直线的多个排出孔29。如由图5中的箭头所示，冷却空气进入入口开口 23，行进穿过冷却空气通道24，并且穿过排放孔29进入热气体通路中。图6示出了根据本发明的第四实施例的冷却单元20。在该实施例中，排放孔29由膜冷却孔30替换。冷却空气的流动通路在图6中示出，其与图5中的相同。
[0027]图7示出了根据本发明的另一个实施例的定子热障层10中的冷却单元20的布置的示意图。定子热障层10包括设置成阵列的多个冷却单元20。在该情况下，冷却单元的数量为四个。如上文在第三和第四实施例中描述的具有排放孔或膜冷却孔的该定子热障层10的冷却单元20布置在定子热障层的前缘12和后缘11区域附近，该前缘12和后缘11区域定位在旋转叶片6外。如图7中所示的定子热障层10上方的四个箭头是指冷却空气给送到冷却单元20中。定子热障层10下方的两个箭头是指冷却空气在穿过冷却单元之后给送到热气体通路中。通常，定子热障层的前缘和后缘区域经受最高的冷却剂温度，和因此较低的冷却效力。利用此类布置，在冷却单元定位在旋转叶片6外的情况下，预计没有摩擦风险(即，排放孔由叶片涂抹(smear))，并且冷却空气排放至热气体流动通路或膜冷却是可能的。因此，将允许保持最高的操作压力比，和因此用于最高冷却效力的冷却剂流速和热传递速率。
[0028]应当注意，包括多个冷却单元的定子热障层可通过铸造或附加制造方法如选择性激光熔化或任何其它适当手段来制造。
[0029]虽然已经结合仅有限数量的实施例来详细描述本发明，但应当容易理解，本发明不限于此类公开的实施例。相反，可修改本发明，以并入迄今未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、更改、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的多种实施例，但将理解，本发明的方面可包括所描述的实施例中的仅一些。因此，本发明不视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。
【主权项】
1.一种用于燃气涡轮的冷却定子热障层，所述燃气涡轮具有限定旋转轴线的转子，所述定子热障层包括多个冷却单元，所述多个冷却单元设置成大致沿所述旋转轴线的阵列，并且覆盖所述热障层的整个热气体暴露表面，其特征在于， 所述冷却单元中的各个包括面对所述燃气涡轮的热气体通路的外侧部分，以及定位在所述外侧部分上且暴露于冷却空气的内侧板， 其中所述内侧板包括多个入口开口，其形成穿过所述内侧板来将所述冷却空气引入到所述外侧部分中，从而冲击冷却所述外侧部分， 所述外侧部分包括形成在其中的冷却空气通道，所述冷却空气通道具有用以接收所述冷却空气的第一中心部分和围绕所述第一中心部分的第二螺旋部分，所述第二螺旋部分用以将所述冷却空气向外传送至所述第二螺旋部分的冷却空气出口。
2.根据权利要求1所述的定子热障层，其特征在于，在定位在所述定子热障层的前缘和后缘区域附近的所述冷却单元中，所述冷却空气出口形成为多个排放孔，其穿过所述外侧部分的下表面来将所述冷却空气给送到所述热气体通路中。
3.根据权利要求1所述的定子热障层，其特征在于，在定位在所述定子热障层的前缘和后缘区域附近的所述冷却单元中，所述冷却空气出口形成为穿过所述外侧部分的下表面的多个膜冷却孔。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的定子热障层，其特征在于，多个阻流元件设置在所述冷却空气通道内侧。
5.根据权利要求4所述的定子热障层，其特征在于，所述阻流元件选自由普通肋条、V形肋条、W形肋条、销、涡流发生器和凹部构成的组。
6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的定子热障层，其特征在于，所述定子热障层通过铸造或附加制造方法来制造。
7.根据权利要求6所述的定子热障层，其特征在于，所述附加制造方法包括选择性激光熔化。
8.一种包括根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的定子热障层的燃气涡轮。
【专利摘要】本发明提供了一种用于燃气涡轮的定子热障层，燃气涡轮具有限定旋转轴线的转子，定子热障层包括设置成沿旋转轴线的阵列的多个冷却单元，冷却单元中的各个包括面对燃气涡轮的热气体通路的外侧部分，以及定位在外侧部分上且暴露于冷却空气的内侧板，其中内侧板包括多个入口开口，其形成穿过内侧板以将冷却空气引入到外侧部分中，并且因此冲击冷却外侧部分的热气体清洗壁，外侧部分包括形成在其中的冷却空气通道，该冷却空气通道具有用以接收冷却空气的第一中心部分，以及围绕第一中心部分的第二螺旋部分，其用以将冷却空气向外传送至第二螺旋部分的冷却空气出口。本发明中提出的冷却方案的最初研究示出了相比于普通设计预计有40%的冷却空气节省。
【IPC分类】F01D25-12
【公开号】CN104775859
【申请号】CN201510017776
【发明人】P.V.拉特廷, A.A.塞德洛夫, A.蒂洛夫, M.普洛蒂斯特伊
【申请人】阿尔斯通技术有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年1月14日
【公告号】EP2894302A1, US20150198063