双射流式气膜冷却构造及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种抑制冷却介质气膜从壁面剥离，从而有效冷却壁面且制造容易的气膜冷却构造。具有与在面临高温气体(G)通路的壁面(1)上设置的喷出开口(2)相连的主通路(3)、从主通路(3)分支出来的一对分支通路(4、5)，以及连通这些通路的连通路(6、7)。将来自一对分支通路(4、5)的冷却介质(CL4、CL5)的喷出方向(A、B)相对于高温气体(G)的流动方向倾斜设置，以形成使这些冷却介质相互推压到壁面(1)的方向的涡流(V1、V2)。主通路(3)及分支通路(4、5)的横截面具有相同的一定内径(D)，连通路(6、7)具有连接具有一定内径(D)的正圆孔组而成的包络面(16、17)。主通路的轴心(C3)与壁面(1)所形成的主纵向角度(α1)大于分支通路(4、5)的轴心(C4、C5)与壁面(1)所形成的分支纵向角度(α2)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双射流式气膜冷却构造及其制造方法相关申请本申请要求申请日为2013年5月22日申请的日本专利申请2013-108333的优先权，将其全部内容以参照的方式引入作为本申请的一部分。
本专利技术涉及一种气膜冷却构造，其如燃气涡轮发动机的转子叶片、定子叶片、燃烧器的内筒等这样在面临高温气体的通路的壁面上设置有喷出开口，并通过使从该喷出开口喷出的冷却介质沿壁面流动来冷却壁面。
技术介绍
过去，在如燃气涡轮发动机(以下简称为“燃气轮机”)中的转子叶片这样的壁面上，设置有指向同一方向的多个喷出开口，并通过从这些喷出开口喷出的如空气这样的冷却介质的气膜流，对暴露在高温气体中的所述壁面进行冷却。作为这种气膜冷却构造，通常在隔壁上向高温气体的下游侧倾斜设置圆孔，从在壁面上开口的椭圆形喷出口喷出冷却介质。但是由于该冷却构造的冷却效率低，因此作为对其改良的冷却构造，例如可以将冷却介质朝向壁面的喷出口做成双叶片形状(专利文献1)，以及在一对喷出口之间设置分开部(专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利公开2008-8288号公报专利文献2：日本专利第4954309号公报
技术实现思路
(一)要解决的技术问题根据上述专利文献1的冷却构造，使冷却介质沿着壁面来扩展宽度从而能够提高冷却效果。壳推断这是由于表示壁面上的冷却效率的气膜效率变高。这里，气膜效率是指，在将Tg设为高温气体的温度，Tf设为壁面的表面温度，Tc设为壁面上的冷却介质的温度时，表示有ηf,ad＝(Tg-Tf)/(Tg-Tc)表示。然而，由于喷出口中央部的形状并不是单一的椭圆，而是由具有多个曲率半径的曲线所形成(段落0016-0017)，因此将增加制造工时。此外，所述专利文献2中，抑制冷却介质由壁面被剥离从而能够提高气膜效率，但是由于从壁面侧观察所述分配部形成为侧凹，因此还是会增加制造工时。因此，本专利技术的目的在于，提供一种气膜冷却构造，其能够抑制冷却介质气膜从壁面上被剥离，并有效冷却燃气轮机的转子叶片和定子叶片等的壁面，并且容易制造。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术的双射流式气膜冷却构造，在面临高温气体通路的壁面上设置有使冷却介质朝向所述通路的下游侧喷出的喷出开口，在隔壁内形成有主通路、一对分支通路以及连通路，所述主通路由向所述喷出开口供给所述冷却介质的正圆孔构成；所述一对分支通路从所述主通路上的分支点分支出来并由将所述喷出开口作为出口的正圆孔构成；所述连通路连通所述主通路和所述分支通路并将所述喷出开口作为出口，从所述一对分支通路喷出的冷却介质的喷出方向，设定为相对于所述高温气体的流动方向倾斜，以形成使这些冷却介质相互推压所述壁面的方向的涡流，所述主通路及分支通路的横截面具有相同的一定内径，所述连通路具有包络面，该包络面是将通过所述分支点且横截面具有所述一定内径的正圆孔组相连而成，将从所述一对分支通路起始的各个喷出方向相对于所述高温气体的流动方向的沿所述壁面的横向喷出角度β，设定为夹着所述流动方向并朝向相互相反方向，所述主通路的轴心方向与所述壁面所形成的主纵向角度α1，设定为大于所述分支通路的轴心方向与所述壁面所形成的分支纵向角度α2。根据该结构，由于将来自一对喷出孔的所述冷却介质的各喷出方向的相对于所述高温气体的流动方向的沿所述壁面的横向喷出角度，设定为夹着所述流动方向并朝向相互相反方向，因此沿高温气体的流动方向，在壁面上有效形成有冷却介质的大范围的气膜流，从而提高气膜效率。进而，由于将主通路的轴心方向与壁面所形成的主纵向角度α1，设定为大于所述分支通路的轴心方向与所述壁面所形成的分支纵向角度α2，因此由分支通路喷出的冷却介质被从主通路喷出的冷却介质分离，形成指向性高的一对直进流。由于在该指向性高的一对直进流之间产生有压力非常低的低压部，因此通过形成直进流的涡流，形成有从直进气流的周边卷入该低压部并朝向壁面的强气流。因此，抑制了冷却介质从壁面剥离，并提高壁面上的气膜效率，从而有效冷却壁面。而且，主通路及分支通路的横截面具有相同的一定内径，并且连接主通路和分支通路的连通路通过分支点且具有包络面，该包络面是横截面具有所述一定内径的正圆孔组相连而成，因此通过单一的圆柱状的加工工具，例如放电加工的加工电极，能够从壁面侧对主通路、分支通路以及连通路的全部区域进行加工，因此制造变得容易。即，根据上述结构，通过抑制暴露在高温气体中的壁面上的冷却介质的剥离，在壁面上生成良好的气膜流，能够有效进行壁面的冷却，同时能够容易形成冷却构造。在本专利技术的气膜冷却构造中，优选所述主纵向角度α1与分支纵向角度α2之间的角度差δ为3～15°，根据该结构，由于在一对分支通路之间形成有使主通路的下游部突出的形状，因此从一对分支通路喷出的冷却介质彼此间充分进行分离，在冷却介质的直进气流之间切实形成低压部，涡流将冷却介质的气流强力推压到壁面上，使气膜效率提高。在本专利技术的气膜冷却构造中，形成所述连通路的所述包络面的后面部优选呈平坦。这里，“后面部”是指位于高温气体流动方向的下游侧的面。通过将单一的平坦面用作后面部，从而使连通路的形成变得容易。在本专利技术的气膜冷却构造中，所述分支通路的分支点的高度Lc相对于所述主通路与所述壁面垂直的垂直方向上的高度H的比Lc/H优选为0.3～0.9。由此，冷却介质能够从主通路顺利地分支到分支通路。从所述各分支通路起的所述横向喷出角度β优选处于10～45°的范围。此外，所述主通路的主纵向角度α1优选为10～45°，优选在所述一对分支通路的出口之间沿所述壁面的距离W相对于所述主通路的一定内径D设定为1.0～5.0D。根据这些优选的结构，将生成朝向壁面的强涡流，能够更有效地冷却壁面。本专利技术的制造方法，是通过放电加工来形成本专利技术的双射流式气膜冷却构造的方法，通过规定外径的圆柱形加工电极，在面临高温气体通路的壁面上形成所述一定内径的主通路，同时，一边使所述加工电极相对所述主通路的轴心倾斜一边放电，由此使所述主通路到分支通路连续地形成。根据该方法，通过单一的圆柱状加工电极，能够从壁面侧加工主通路、分支通路以及连通路的全部区域，因此制造变得容易。权利要求书及/或说明书及/或说明书附图所公开的至少两种结构的任意组合均包括在本专利技术中。特别是权利要求书的各权利要求的两项以上的任意组合也包括在本专利技术中。附图说明通过参照附图对以下适宜的实施方式进行说明，可更加清楚地理解本专利技术。但是，实施方式及附图仅用于图示及说明，并不应用于确定本专利技术的范围。本专利技术的范围由附件中权利要求书确定。在附图中，多个附图上相同附图标记表示相同或与其相当的部分。图1为表示适用本专利技术一个实施方式的气膜冷却构造的暴露于高温气体中的壁面一部分的俯视图。图2为放大表示形成有同上气膜冷却构造的喷出开口的壁面的俯视图。图3为表示从主通路的轴心方向观察喷出开口的图。图4为表示同上冷却构造的概要结构的纵向截面图。图5为表示同上冷却构造的立体图。图6为表示同上冷却构造的冷却介质的气流的俯视图。图7为说明在壁面的外表面上形成的冷却介质的涡流的图。图8为壁面上得到的气膜效率的等值线图。图9为表示本专利技术实施例的涡轮转子叶片的立体图。图10为同上涡轮转子叶片的纵向截面图。图11为沿着图10的XI-XI线的横向截面图。具体实施方式下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双射流式气膜冷却构造，在面临高温气体通路的壁面上设置有使冷却介质朝向所述通路的下游侧喷出的喷出开口；在隔壁内形成有主通路、一对分支通路以及连通路，所述主通路由向所述喷出开口供给所述冷却介质的正圆孔构成；所述一对分支通路从所述主通路上的分支点分支出来并由将所述喷出开口作为出口的正圆孔构成；所述连通路连通所述主通路和所述分支通路并将所述喷出开口作为出口；从所述一对分支通路喷出的冷却介质的喷出方向，设定为相对于所述高温气体的流动方向倾斜，以形成使这些冷却介质相互推压到所述壁面的方向的涡流；所述主通路及分支通路的横截面具有相同的一定内径；所述连通路具有包络面，该包络面是将通过所述分支点且横截面具有所述一定内径的正圆孔组相连而成；将从所述一对分支通路起始的各个喷出方向相对于所述高温气体的流动方向的沿所述壁面的横向喷出角度β，设定为夹着所述流动方向并朝向相互相反方向；所述主通路的轴心方向与所述壁面所形成的主纵向角度α1，设定为大于所述分支通路的轴心方向与所述壁面所形成的分支纵向角度α2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.22 JP 2013-1083331.一种双射流式气膜冷却构造，在面临高温气体通路的壁面上设置有使冷却介质朝向所述通路的下游侧喷出的喷出开口；在隔壁内形成有主通路、一对分支通路以及连通路，所述主通路由向所述喷出开口供给所述冷却介质的正圆孔构成；所述一对分支通路从所述主通路上的分支点分支出来并由将所述喷出开口作为出口的正圆孔构成；所述连通路连通所述主通路和所述分支通路并将所述喷出开口作为出口；从所述一对分支通路喷出的冷却介质的喷出方向，设定为相对于所述高温气体的流动方向倾斜，以形成使这些冷却介质相互推压到所述壁面的方向的涡流；所述主通路及分支通路的横截面具有相同的一定内径；所述连通路具有包络面，该包络面是将通过所述分支点且横截面具有所述一定内径的正圆孔组相连而成；将从所述一对分支通路起始的各个喷出方向相对于所述高温气体的流动方向的沿所述壁面的横向喷出角度β，设定为夹着所述流动方向并朝向相互相反方向；所述主通路的轴心方向与所述壁面所形成的主纵向角度α1，设定为大于所述分支通路的轴心方向与所述壁面所形成的分支纵向角度α2。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中良造，杉本隆雄，饰雅英，谷口智纪，卡斯顿·库斯特尔，迪特·博恩，努莱汀·泰金，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，BB艾格玛有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP