燃气涡轮发动机的冷却结构制造技术

在利用工作气体(A)来冷却燃气轮机(GT)的结构部件(5)的结构中，在与供冷却介质(CL)流动的冷却介质流路(19)面对的流路壁(13)的壁面上突出设置多个W字形状的传热促进肋(15)，所述传热促进肋(15)的面向上游侧的角部(21a)形成为角状，面向上游侧的角部(21a)以外的角部(23a)及拐角部(21b、23b)中的至少任一个形成为弯曲状。

Cooling Structure of Gas Turbine Engine

In the structure of the structural component (5) of a gas turbine (GT) cooled by working gas (A), a plurality of W-shaped heat transfer promotion ribs (15) are prominently arranged on the wall of the flow path (13) facing the cooling medium flow path (19) of the cooling medium for cooling medium (CL). The heat transfer promotion ribs (15) face up to the corner (21a) of the upstream side and face to the corner (23a) outside the corner (21a) of the upstream side. At least one of the corners (21b, 23b) is formed into a curved shape.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃气涡轮发动机的冷却结构相关申请本申请主张2016年6月1日申请的日本专利申请2016-109874的优先权，并通过参照其整体而引用作为本申请的一部分。
本专利技术涉及一种用于对构成燃气涡轮发动机的部件进行冷却的结构。
技术介绍
近年来，为了在燃气涡轮发动机中抑制因高温燃烧而产生氮氧化合物(NOx)，期望增大燃烧用空气量来抑制火焰温度上升。因此，为了减少无助于燃烧本身的空气(冷却空气)，而谋求提高燃烧器内衬的对流冷却性能。作为燃烧器内衬的冷却结构，公知有在燃烧器内衬的外周面并排设置V字形的传热促进肋的结构(参照专利文献1)、将W字形的传热促进肋相连设置的结构等。如果使用这种形状的肋，则由于肋的上游侧侧面的角部是角状，因此压缩空气冲撞传热促进肋而有效地产生紊流，并促进燃烧器内衬的外周面冷却。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利公开2006-63984号公报
技术实现思路
(一)要解决的技术问题然而，在呈W字形状相连而成的传热促进肋中存在可靠性的问题。也就是说，通常在燃烧器内衬，由于内外的温度差而产生较大的热应力，而且由于内外的压力差，在工作中始终从外侧对内侧作用压力载荷。因此，在具有如V字形状、W字形状这样的角状的角部、拐角部的传热促进肋中，应力集中于角状部分而容易产生裂纹。本专利技术的目的在于，为了解决上述问题，提供一种具有优异的冷却性能和高可靠性的燃气涡轮发动机的冷却结构。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术的燃气涡轮发动机的冷却结构用于将该燃气涡轮发动机的工作气体用作冷却介质来冷却燃气涡轮发动机的结构部件，所述冷却结构具备：流路壁，其由所述结构部件的一部分形成，且面向供所述冷却介质流动的冷却介质流路；以及多个传热促进肋，其是在所述流路壁的壁面上突出设置的多个W字形状的传热促进肋，且配置为各传热促进肋的邻接的角壁部在所述冷却介质的流动方向上的上游侧和下游侧交替地突出，所述传热促进肋的面向上游侧的角部形成为角状，所述传热促进肋的面向上游侧的拐角部、面向下游侧的角部以及面向下游侧的拐角部中的至少一个形成为弯曲状。也可以使所述面向上游侧的拐角部、面向下游侧的角部以及面向下游侧的拐角部全部形成为弯曲状。根据该结构，冷却介质直接碰撞的、热传递率高的区域即面向上游侧的角部保持角状，维持基于该传热促进肋组起到的冷却效果，另一方面，通过将热传递率比较低、对冷却效果的影响小的其它角部及拐角部做成弯曲状，从而缓和向成为弯曲状的角部及拐角部的应力集中。由此，能够维持具有传热促进肋组的冷却结构的优异的冷却效果，并提高可靠性。在本专利技术的一个实施方式中，也可以为，所述多个传热促进肋以各传热促进肋的向上游侧突出的所述角壁部和向下游侧突出的所述角壁部分别相对于所述冷却介质通路的横截方向位于相同位置的方式排列，所述传热促进肋的面向上游侧的拐角部及面向下游侧的拐角部形成为弯曲状，所述传热促进肋的面向下游侧的角部形成为角状，所述面向上游侧的拐角部的曲率半径与所述面向下游侧的拐角部的曲率半径相同，且与邻接的传热促进肋之间的距离相同。根据该结构，能够使用如立铣刀这样的切削加工工具以极少的工序数形成能够维持冷却效果并且提高机械强度的传热促进肋。在本专利技术的一个实施方式中，例如也可以为，所述结构部件是筒状的燃烧器内衬，所述燃烧器内衬在内侧形成燃烧器的燃烧室，所述冷却介质流路是在所述燃烧器内衬与燃烧器的壳体之间形成的工作气体的供给路。根据该结构，燃气涡轮发动机的结构部件中即使在作为暴露于特别高温的部件的燃烧器内衬的冷却结构中，也如上述那样，不会破坏冷却效果，而能够提高可靠性。本专利技术的形成上述冷却结构的所述传热促进肋的方法包括如下步骤：通过利用在圆柱状的旋转体的外周面设置的刃体进行切削的切削加工工具沿着规定的W字形状的轨道对所述结构部件的所述流路壁的壁面进行一次或者多次切削，从而形成一个W字形状槽。通过使用入立铣刀这样的所述切削加工工具的上述方法，能够以较少的工序数形成上述冷却结构的所述传热促进肋。尤其是，在使所述传热促进肋的所述面向上游侧的拐角部的曲率半径与所述面向下游侧的拐角部的曲率半径相同，且与邻接的传热促进肋之间的距离相同的情况下，通过利用具有与邻接的传热促进肋之间的距离相等的加工直径的切削加工工具沿着规定的W字形状的轨道进行一次切削，从而能够形成一个W字形状槽，因此能够以极少的工序数形成传热促进肋。在权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合均包含于本专利技术。尤其是权利要求书的各权利要求的两个以上的任意组合均包含于本专利技术。附图说明通过参考附图对以下优选的实施方式进行的说明，可更加清楚地理解本专利技术。但是，实施方式和附图仅用于图示和说明，不应用于限定本专利技术的范围。本专利技术的范围由附上的权利要求书确定。在附图中，多张附图中的相同附图标记表示相同或与其相当的部分。图1是表示具有本专利技术一实施方式的冷却结构的燃气涡轮发动机的概要结构的局部剖切侧视图。图2是表示本专利技术一实施方式的冷却结构的概要结构的俯视图。图3是表示形成图2的冷却结构的传热促进肋组的方法的一例的示意图。图4是表示形成图2的冷却结构的传热促进肋组的方法的另一例的示意图。图5是表示本专利技术的另一实施方式的冷却结构的概要结构的俯视图。具体实施方式以下根据附图对本专利技术的实施方式进行说明，但本专利技术并不限定于该实施方式。图1是将具有本专利技术的一个实施方式的冷却结构的燃气涡轮发动机(以下简称为燃气轮机)GT的一部分剖切表示的侧视图。燃气轮机GT将从外部导入的空气A在压缩机(未图示)中压缩并导向燃烧器1，在燃烧器1内使燃料与压缩的空气A一起燃烧，并利用所获得的高温高压的燃烧气体G来驱动涡轮(未图示)。燃烧器1相对于压缩机及涡轮的轴心C稍微倾斜地配置。燃烧器1具备在内侧形成燃烧室3的筒状的燃烧器内衬5、安装于燃烧器内衬5的顶壁5a并将燃料与空气A的混合气向燃烧室3喷射的燃烧器单元7。该燃烧器内衬5和燃烧器单元7呈同心状的配置收纳于圆筒状的燃烧器壳体9内，所述燃烧器壳体9成为燃气轮机燃烧器1的外筒。在图示的例子中，燃烧器1是逆流罐型。也就是说，在燃烧器壳体9与燃烧器内衬5之间形成有压缩空气A的供给流路11，压缩空气A沿着供给流路11向燃烧器1的头部(燃烧器单元7侧)流动。在本实施方式中，将作为燃气轮机GT的工作气体的空气A用作冷却介质CL来冷却作为燃气轮机GT的一个结构部件的上述燃烧器内衬5。下面对该冷却结构进行说明。燃烧器内衬5的周壁5b形成供给流路11的流路壁13。在燃烧器内衬5的周壁5b的外周上突出设置有多个传热促进肋15。通过压缩空气A与由该多个传热促进肋15构成的传热促进肋组17碰撞而对燃烧器内衬5进行对流冷却。也就是说，供给流路11形成供冷却介质CL流动的冷却介质流路19，在与冷却介质流路19面对的流路壁13的壁面上突出设置有多个传热促进肋15。如图2所示，传热促进肋15具有在俯视下将W字形状相连而成的形状，且配置为W字形状的邻接的角壁部在冷却介质CL的流动方向上的上游侧和下游侧交替地突出。也就是说，传热促进肋15作为整体而沿着由所述供给流路11构成的冷却介质流路19的横截方向T延伸设置。此外，本说明书中的“W字形状”，除了单纯的一个“W字形状”之外，还包括：与单纯的一个“W本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气涡轮发动机的冷却结构，其是用于将该燃气涡轮发动机的工作气体用作冷却介质来冷却燃气涡轮发动机的结构部件，所述冷却结构具备：流路壁，其由所述结构部件的一部分形成，且面向供所述冷却介质流动的冷却介质流路；以及多个传热促进肋，其是在所述流路壁的壁面上突出设置的多个W字形状的传热促进肋，且配置为各传热促进肋的邻接的角壁部在所述冷却介质的流动方向上的上游侧和下游侧交替地突出，所述传热促进肋的面向上游侧的角部形成为角状，所述传热促进肋的面向上游侧的拐角部、面向下游侧的角部以及面向下游侧的拐角部中的至少一个形成为弯曲状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.01 JP 2016-1098741.一种燃气涡轮发动机的冷却结构，其是用于将该燃气涡轮发动机的工作气体用作冷却介质来冷却燃气涡轮发动机的结构部件，所述冷却结构具备：流路壁，其由所述结构部件的一部分形成，且面向供所述冷却介质流动的冷却介质流路；以及多个传热促进肋，其是在所述流路壁的壁面上突出设置的多个W字形状的传热促进肋，且配置为各传热促进肋的邻接的角壁部在所述冷却介质的流动方向上的上游侧和下游侧交替地突出，所述传热促进肋的面向上游侧的角部形成为角状，所述传热促进肋的面向上游侧的拐角部、面向下游侧的角部以及面向下游侧的拐角部中的至少一个形成为弯曲状。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机的冷却结构，其特征在于，所述多个传热促进肋以各传热促进肋的向上游侧突出的所述角壁部和向下游侧突出的所述角壁部分别相对于所述冷却介质通路的横截方向位于相同位置的方式排列，所述传热促进肋的面向上游侧的拐角部及面向下游侧的拐角部形成为弯曲状，所述传热促进肋的面向下游侧的角部形成为角状，所述面向上游侧的拐角部的曲率半径与所述面向下游侧的拐角部的曲率半径相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：都留智子，石田克彦，川原结和，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP