燃气涡轮发动机的冷却结构及其制造方法技术

一种将燃气涡轮发动机的工作气体(A)作为冷却介质(CL)来对该燃气涡轮发动机(GT)的结构部件进行冷却的结构，其中，在由所述结构部件的一部分形成的、与供所述冷却介质(CL)流动的冷却介质流路相面对的流路壁(13)的壁面(13a)设置：形成于所述流路壁的壁面的凹部(21)、以及形成于所述凹部的周缘的至少一部分的凸部(23)。

Cooling Structure and Manufacturing Method of Gas Turbine Engine

A structure in which the working gas (A) of a gas turbine engine is used as a cooling medium (CL) to cool the structural components of the gas turbine engine (GT), in which the wall (13a) of the flow path (13) facing the flow path of the cooling medium for the flow of the cooling medium (CL) formed from a part of the structural component is arranged as a concave part (21) of the wall surface of the flow path. And a convex part (23) formed at least part of the circumference of the concave part.

【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及其制造方法相关申请本申请要求2016年7月15日申请的日本专利申请2016-140495的优先权，将其全部内容以参考的的方式引入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及其制造方法。
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的氮氧化合物(NOx)，期望增大燃烧用空气量来抑制火焰温度的上升。因此，为了减少无助于燃烧自身的空气(冷却空气)，谋求提高暴露于高温下的结构部件的对流冷却性能。作为这样的结构部件，例如燃烧器内衬的冷却结构，已知有如下技术方案，即在燃烧器内衬的外周面形成多个凹槽、设置如肋这样的突起物(参照专利文献1)等。如果像这样在冷却对象面上形成凹凸，则在用作冷却介质的压缩空气有效地产生紊流，促进热传递，其结果为，冷却性能提高。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，在冷却对象面上仅设置单一的凹槽、肋时，无法获得充分的冷却性能。另外，以往，通过精密铸造、机械加工、棒状部件的追加设置等来形成凹凸，不仅需要成本，而且难以形成复杂形状的凹凸。本专利技术的目的在于，为了解决上述问题，提供一种能获得优异的对流冷却性能的、具有凹凸的燃气涡轮发动机的冷却结构。另外，本专利技术的另一目的在于，提供一种能够以低成本制造具有任意的凹凸形状的冷却结构的制造方法。(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，其用于将燃气涡轮发动机的工作气体用作冷却介质来对该燃气涡轮发动机的结构部件进行冷却，所述冷却结构具有：流路壁，其由所述结构部件的一部分形成，与供所述冷却介质流动的冷却介质流路相面对；凹部，其形成于所述流路壁的壁面；以及凸部，其形成于所述凹部的周缘的至少一部分。根据该结构，通过以与凹部组合的方式在其周缘形成凸部，从而促进流入至凹部并从凹部流出的冷却介质产生紊流，可获得优异的冷却性能。在本专利技术的一个实施方式的冷却结构中，也可以为，所述凸部仅形成于所述凹部的、冷却介质的流动方向上的上游侧的周缘。根据该结构，可促进在凹部的内部产生紊流，能够有效地冷却壁面。在本专利技术的一个实施方式的冷却结构中，也可以为，所述凸部仅形成于所述凹部的、冷却介质的流动方向上的下游侧的周缘。根据该结构，可促进在凹部的下游部分产生紊流，能够有效地冷却壁面。本专利技术的燃气涡轮发动机的冷却结构的制造方法，其是制造用于将燃气涡轮发动机的工作气体用作冷却介质来对该燃气涡轮发动机的金属制的结构部件进行冷却的结构的方法，所述制造方法包括下述步骤：向由所述结构部件的一部分形成的、与供所述冷却介质流动的冷却介质流路相面对的流路壁照射激光束，并且向所述激光束照射的部分喷吹辅助气体而去除熔融金属，从而在所述流路壁的壁面形成凹部。作为这样的制造方法的一个实施方式，还可以通过使喷吹所述辅助气体而去除的熔融金属残留于所述凹部的周缘的至少一部分，从而形成凸部。根据该结构，通过照射激光束，并向由此而熔融的金属喷吹辅助气体，能够容易地形成凹部，并且通过调整喷吹辅助气体的条件，能够在凹部的周边形成凸部。另外，通过调整激光照射条件，易于获得任意的凹部形状。而且，由于使用激光进行加工，因此不仅能够在板状的结构部件，而且能够在棒状的结构部件、成型品等各种形态的部件上容易且短时间地形成凹凸。在本专利技术的一个实施方式的制造方法中，也可以为，通过向相对于所述流路壁的壁面倾斜的方向喷吹所述辅助气体，从而仅在所述凹部的周缘的一部分形成所述凸部。根据该结构，通过调整辅助气体的喷吹方向及角度，能够任意设定由熔融金属形成的凸部的位置、突出高度。在本专利技术的一个实施方式的制造方法中，也可以为，经由光束成型部件向所述流路壁照射所述激光束。根据本结构，能够利用光束成型部件任意设定凹部的平面形状。在本专利技术的一个实施方式的制造方法中，还可以对所述凹部的表面实施喷砂处理(日文：ブラスト処理)。根据该结构，能够有效地防止产生熔融的金属固化而形成的凹部的表面裂纹。在权利要求和/或说明书和/或说明书附图中公开的至少两个结构的任意组合均包含在本专利技术中。尤其是权利要求书的两项以上的任意组合也包含在本专利技术中。附图说明通过参照附图对以下优选的实施方式的说明，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，不应用于限定本专利技术的范围。本专利技术的范围由随附的权利要求书确定。在附图中，多张附图中相同的附图标记表示相同或相当的部分。图1是表示应用本专利技术一个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是示意性地表示本专利技术一个实施方式的冷却结构的概要结构的剖视图。图3是示意性地表示本专利技术一个实施方式的冷却结构的概要结构的俯视图。图4是表示本专利技术一个实施方式的冷却结构的凹部形状例子的俯视图。图5是表示本专利技术一个实施方式的冷却结构的凹部形状例子的俯视图。图6是表示本专利技术一个实施方式的冷却结构的凹部形状例子的俯视图。图7是表示本专利技术一个实施方式的冷却结构的凹部及凸部的形状例子的剖视图。图8是表示本专利技术一个实施方式的冷却结构的凹部排列方式例子的俯视图。图9是表示本专利技术一个实施方式的冷却结构的凸部的形态例子的俯视图。图10是表示本专利技术一个实施方式的冷却结构的凸部的形态例子的俯视图。图11是表示用于本专利技术一个实施方式的冷却结构的制造方法的激光照射装置例子的概要结构的剖视图。图12是表示用于本专利技术一个实施方式的冷却结构的制造方法的激光照射装置例子的概要结构的剖视图。图13是表示用于本专利技术一个实施方式的冷却结构的制造方法的激光照射装置的例子的概要结构的剖视图。具体实施方式以下，参照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此。图1是将具有本专利技术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用压缩机(未图示)压缩并导向燃烧器1，在燃烧器1内使燃料与经压缩的空气A一起燃烧，并利用所得到的高温高压的燃烧气体HG来驱动涡轮(未图示)。燃烧器1以相对于压缩机及涡轮的轴心C稍微倾斜的方式配置。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；以及安装于燃烧器内衬5的顶壁(最上游部的壁)5a并向燃烧室3喷吹燃料与空气A的混合气的燃烧嘴单元(日文：バーナユニット)7。所述燃烧器内衬5和燃烧嘴单元7以同心状的配置的方式收纳于作为燃气轮机燃烧器1的外筒的圆筒状的燃烧器壳体9内。在图示的例子中，燃烧器1为逆流罐型，压缩空气A沿着作为燃烧器壳体9与燃烧器内衬5之间的空间而形成的压缩空气A的供给流路11向燃烧器1的头部(燃烧嘴单元7侧)流动。在本实施方式中，将作为燃气涡轮GT的工作气体的空气A用作冷却介质CL而对燃气涡轮GT的结构部件进行对流冷却。在以下的说明中，作为成为对流冷却对象的结构部件的一例，对冷却燃烧器内衬5的结构进行说明。燃烧器内衬5的周壁5b形成供给流路11的流路壁13。如图2所示，在该流路壁13的壁面13a形成有多个凹部21。另外，在各凹部21的周缘形成有凸部23。此外，在本说明书中，“凹部”是指以流路壁13的壁面13a为基准而凹陷的部分，“凸部”是指以流路壁13的壁面13a为基准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气涡轮发动机的冷却结构，其用于将燃气涡轮发动机的工作气体用作冷却介质来对该燃气涡轮发动机的结构部件进行冷却，所述冷却结构具有：流路壁，其由所述结构部件的一部分形成，与供所述冷却介质流动的冷却介质流路相面对；凹部，其形成于所述流路壁的壁面；以及凸部，其形成于所述凹部的周缘的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.15 JP 2016-1404951.一种燃气涡轮发动机的冷却结构，其用于将燃气涡轮发动机的工作气体用作冷却介质来对该燃气涡轮发动机的结构部件进行冷却，所述冷却结构具有：流路壁，其由所述结构部件的一部分形成，与供所述冷却介质流动的冷却介质流路相面对；凹部，其形成于所述流路壁的壁面；以及凸部，其形成于所述凹部的周缘的至少一部分。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，所述凸部仅形成于所述凹部的、冷却介质的流动方向上的上游侧的周缘。3.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，所述凸部仅形成于所述凹部的、冷却介质的流动方向上的下游侧的周缘。4.一种燃气涡轮发动机的冷却结构的制造方法，其是制造用于将燃气涡轮发动机的工作气体用作冷却介质来对该燃气涡轮发动机的金属制的结构部件进行冷却的结构的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：福本贤一郎，山崎义弘，衣川正芳，谷村和彦，石田克彦，都留智子，村田隆行，
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