透平护环和燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地，涉及一种透平护环和应用该透平护环的燃气轮机。


背景技术：

2.燃气轮机是一种将燃料的热能转化为机械能等有用功的内燃式动力机械，燃气轮机包括透平，透平包括动叶和静叶等，为了起到防护效果，透平的动叶的周侧需要设置护环，护环通常吊挂在透平持环处，且在动叶转动时相对于动叶保持静止。但是相关技术中，透平的护环存在局部热应力较大的问题，护环的使用寿命较低，降低了透平的性能。


技术实现要素：

3.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
4.相关技术中，为了方便护环和持环的装配，护环上需要设置挂钩，挂钩的设置使得护环的局部尺寸较厚，当护环被冲击冷却时，护环的内侧(燃气侧)容易出现温度场分布不均匀的问题，从而使得护环的燃气侧容易形成温度梯度并造成热应力集中的问题，进而容易造成护环的热变形，降低了护环的使用寿命，不利于透平的平稳运行。
5.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本发明实施例提出一种透平护环，该透平护环改善了热应力集中的问题，避免了容易形成温度梯度而造成的热变形，延长了使用寿命，保障了透平运行的稳定性。
7.本发明实施例还提出一种应用上述透平护环的燃气轮机。
8.本发明实施例的透平护环包括护环本体，所述护环本体包括板部和钩部，所述钩部设于所述板部的所述外壁面，所述护环本体设有凹槽和对流孔，所述凹槽和所述对流孔设于所述钩部临近所述板部的一侧或设于所述板部临近所述钩部的一侧或设于所述钩部和所述板部的连接处；
9.所述对流孔与所述凹槽连通，所述凹槽内设有扰流部，所述凹槽适于供冷却气流流入，所述扰流部适于扰动流入所述凹槽内的所述冷却气流，所述对流孔适于供所述冷却气流流出。
10.本发明实施例的透平护环改善了热应力集中的问题，避免了容易形成温度梯度而造成的热变形，延长了使用寿命，保障了透平运行的稳定性。
11.在一些实施例中，所述扰流部包括多个扰流柱，多个所述扰流柱均布在所述凹槽内。
12.在一些实施例中，所述扰流部可拆卸地配合在所述凹槽内。
13.在一些实施例中，所述扰流部包括第一板、第二板和多个扰流柱，所述第一板和所述第二板之间形成间隔空间，多个所述扰流柱设于所述间隔空间内，所述对流孔与所述间隔空间连通。
14.在一些实施例中，所述第一板和所述凹槽的一侧槽壁的其中一者设有至少一个第
一滑道、其中另一者设有至少一个第一滑轨，每个所述第一滑轨可滑移配合在每个所述第一滑道内；
15.和/或，所述第二板和所述凹槽的另一侧槽壁的其中一者设有至少一个第二滑道、其中另一者设有至少一个第二滑轨，每个所述第二滑轨可滑移配合在每个所述第二滑道内。
16.在一些实施例中，所述板部为弧形板，所述钩部具有弧度并沿着所述板部的弯曲方向延伸，所述凹槽沿着所述钩部的延伸方向贯穿所述钩部，且所述凹槽的槽深方向与所述板部的母线方向一致，所述扰流部可从所述凹槽的槽口处横向插入所述凹槽内。
17.在一些实施例中，所述对流孔的一端与所述凹槽连通，所述对流孔的另一端向所述板部一侧倾斜。
18.在一些实施例中，所述扰流部包括多个扰流段，多个所述扰流段沿着所述凹槽的延伸方向顺次布置。
19.在一些实施例中，所述钩部有两个，两个所述钩部分别为第一钩部和第二钩部，所述第一钩部和所述第二钩部之间形成有冲击槽，所述第一钩部的所述凹槽形成第一槽，所述第一钩部的所述对流孔形成第一孔，所述第一槽连通在所述冲击槽和所述第一孔之间，所述第二钩部的所述凹槽形成第二槽，所述第二钩部的所述对流孔形成第二孔，所述第二槽连通在所述冲击槽和所述第二孔之间。
20.在一些实施例中，所述第一孔有多个，多个所述第一孔设在所述第一槽背离所述冲击槽的一侧并与所述第一槽的槽底连通，且多个所述第一孔沿着所述凹槽的延伸方向间隔排布；
21.和/或，所述第二孔有多个，多个所述第二孔设在所述第二槽背离所述冲击槽的一侧并与所述第二槽的槽底连通，且多个所述第二孔沿着所述凹槽的延伸方向间隔排布。
22.本发明实施例的燃气轮机包括透平护环，所述透平护环为上述任一实施例中所述的透平护环。
23.在一些实施例中，燃气轮机包括透平持环和多个所述透平护环，多个所述透平护环通过所述钩部悬吊在所述透平持环的内侧，且多个所述透平护环沿着所述透平持环的周向顺次排布。
附图说明
24.图1是本发明实施例的透平护环的部分结构示意图。
25.图2是本发明实施例中透平护环的部分结构立体示意图。
26.图3图2中扰流部的示意图。
27.附图标记：
28.护环本体100；
29.板部1；
30.钩部2；第一钩部21；第二钩部22；
31.凹槽3；第一槽31；
32.对流孔4；
33.扰流部5；第一板51；第二板52；扰流柱53；第一滑道54；
34.冲击槽6。
具体实施方式
35.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
36.如图1至图3所示，本发明实施例的透平护环包括护环本体100，护环本体100包括板部1和钩部2，钩部2设于板部1的外壁面，护环本体100设有凹槽3和对流孔4，凹槽3和对流孔4设于钩部2临近板部1的一侧或设于板部1临近钩部2的一侧或设于钩部2和板部1的连接处。
37.具体地，如图1所示，板部1可以为平板状，板部1具有相对布置的内壁面和外壁面，其中内壁面用于在使用中面向燃气，也即板部1的内壁面为朝向高温的一侧。外壁面用于朝向冷却气流一侧，即通过冷却气流的冲击可以实现对板部1的冲击对流冷却。钩部2可以与板部1一体设置，钩部2可以设在板部1的边缘位置(图1中为左侧边缘)，且钩部2的延伸方向可以与板部1的延伸方向一致。
38.如图1所示，凹槽3可以设在钩部2的内侧(临近板部1的一侧)，且凹槽3可以设在钩部2的右侧。凹槽3的槽深方向可以大体沿着左右方向。对流孔4可以设在钩部2和板部1的连接处，即对流孔4的一部分可以位于钩部2内，一部分可以位于板部1内，即对流孔4可以在内外方向上具有一定的倾斜度并同时穿过钩部2和板部1。对流孔4可以位于凹槽3的左侧，对流孔4可以将凹槽3与钩部2的左侧壁连通。
39.可以理解的是，在其他一些实施例中，凹槽3也可以设在板部1的外表面，凹槽3也可以设在板部1和钩部2的连接处，即凹槽3的一部分可以位于钩部2内，另一部分可以位于板部1内。在另一些实施例中，对流孔4可以仅设在钩部2内，对流孔4也可以仅设在板部1内。
40.对流孔4与凹槽3连通，如图1所示，对流孔4的右端与凹槽3连通。凹槽3内设有扰流部5，扰流部5可以与护环本体100一体设置，扰流部5可以多个凸起，多个凸起可以均布在凹槽3的槽壁上。
41.需要说明的是，对流孔4可以设有多个，多个对流孔4均与凹槽3连通，且多个对流孔4沿着凹槽3的延伸方向间隔排布。由此，保障了钩部2和板部1连接位置的冷却的均衡性。
42.使用过程中，板部1的内壁面会受热且温度较高，板部1外侧的冷却气流会冲击板部1的外壁面，从而实现对板部1的冲击对流冷却，避免了板部1温度过高的情况。由于设置有凹槽3和对流孔4，冷却气流可以流入凹槽3内然后可以从对流孔4流出，由此，可以实现对钩部2和板部1的连接位置的对流冷却，避免了板部1与钩部2的连接处容易形成高温区的情况。
43.其次，由于凹槽3内设有扰流部5，扰流部5可以起到扰流作用，可以增强凹槽3内冷却气流的对流换热效果，提升了冷却效率，进一步避免了高温区的产生。
44.本发明实施例的透平护环，通过设置凹槽3和对流孔4，一方面可以减少钩部2和板部1的有效连接区域，起到间隔钩部2和板部1的作用，进而可以起到阻隔热传递的效果，另一方面凹槽3和对流孔4内可以供冷却气流通过，从而起到对流冷却的效果，进一步避免了钩部2和板部1的连接处容易形成高温区的情况，使得透平护环的内侧的温度分布更为均匀，改善了热应力集中的问题，避免了容易形成温度梯度而造成的热变形，延长了使用寿
命，保障了透平运行的稳定性。
45.其次，扰流部5的设置一方面可以增强对凹槽3内冷却气流的扰动，并可以在凹槽3内形成涡流并延长滞流时间，从而可以增强凹槽3内冷却气流的冷却效率，另一方面借由扰流部5的阻挡，冷却气流可以更为均匀的分布在凹槽3内，有利于冷却气流的充分混合，从而可以使得流入每个对流孔4内的冷却气流温度一致，进一步保证了冷却的均衡性和各项同性。
46.另外，凹槽3的设置一方面可以减少对流孔4的整体长度尺寸，方便了对流孔4的布置，另一方面凹槽3的内部空间相对于对流孔4的孔内空间较大，可以使得对流孔4内的冷却气流流速较快，起到进一步增强冷却效率的目的。
47.在一些实施例中，扰流部5包括多个扰流柱53，多个扰流柱53均布在凹槽3内。如图2所示，扰流部5可以与护环本体100一体设置，由此，可以保证护环本体100的整体结构强度。
48.凹槽3可以为矩形槽，凹槽3的槽口可以位于钩部2的右侧，凹槽3的槽深方向可以大体与左右方向同向。每个扰流柱53均可以为圆柱型，每个扰流柱53均可以沿着内外方向延伸并连接在凹槽3的内外相对的两侧槽壁之间。任意相邻两个扰流柱53之间的间隔可以供冷却气流通过。
49.可选地，多个扰流柱53可以分为多排，每排均可以包括多个沿着凹槽3的延伸方向(图2中前后方向)间隔排布的扰流柱53，在左右方向上，相邻两排之间的多个扰流柱53可以错位排布，起到进一步增强扰流效果的作用，也有利于增强冷却气流的混合效果。
50.在一些实施例中，扰流部5可拆卸地配合在凹槽3内。具体地，扰流部5可以独立于护环本体100进行设置，扰流部5可以通过卡扣配合、紧固件连接等方式固定在凹槽3内，由此，一方面可以简化透平护环的加工，通过分别加工护环本体100和扰流部5即可，另一方面方便了对扰流部5的检修更换。
51.在一些实施例中，扰流部5包括第一板51、第二板52和多个扰流柱53，第一板51和第二板52之间形成间隔空间，多个扰流柱53设于间隔空间内，对流孔4与间隔空间连通。
52.如图3所示，第一板51和第二板52均可以条形板，第一板51和第二板52均可以沿着前后方向延伸，且第一板51和第二板52可以平行间隔布置。每个扰流柱53可以连接在第一板51和第二板52之间，且多个扰流柱53可以在第一板51和第二板52的间隔空间内均匀分布。由此，可以实现扰流部5的一体化设置，方便了安装和拆卸。
53.在一些实施例中，第一板51和凹槽3的一侧槽壁的其中一者设有至少一个第一滑道54、其中另一者设有至少一个第一滑轨，每个第一滑轨可滑移配合在每个第一滑道54内；和/或，第二板52和凹槽3的另一侧槽壁的其中一者设有至少一个第二滑道、其中另一者设有至少一个第二滑轨，每个第二滑轨可滑移配合在每个第二滑道内。
54.具体地，第一板51上可以设有多个第一滑道54，例如，如图3所示，第一滑槽可以设有五个。多个第一滑道54可以设在第一板51背离所述扰流柱53的外侧面上，且多个第一滑道54沿着第一板51的延伸方向(前后方向)间隔排布。凹槽3的一侧内槽壁形成第一槽31壁，第一槽31壁可以设有与第一滑道54数量相同的多个第一滑轨。每个第一滑道54和每个第一滑轨均可以沿着左右方向延伸。
55.相似的，第一板51上可以设有多个第二滑道，多个第一滑道54可以设在第二板52
背离所述扰流柱53的外侧面上，且多个第二滑道沿着第二板52的延伸方向间隔排布，凹槽3的另一内槽壁形成第二槽壁，第二槽壁与第一槽31壁相对布置，第二槽壁上可以设有与第二滑道数量相同的多个第二滑轨，每个第二滑轨和每个第二滑道也均沿着左右方向延伸。
56.使用时，可以从凹槽3的右侧槽口将扰流部5插入凹槽3内，其中多个第一滑轨可以一一对应的滑移配合在多个第一滑道54内，多个第二滑轨可以一一对应地滑移配合在多个第二滑道内。
57.第一滑道54、第一滑轨、第二滑道、第二滑轨的设置一方面可以增强扰流部5的装配精度，另一方面可以起到对扰流部5的限位效果，增强了透平护环使用时的稳定性。
58.需要说明的是，在其他一些实施例中，也可以仅在第一板51上设置第一滑轨，在第一槽31壁上设置第一滑道54，此时，第二板52直接与第二槽壁贴合即可。在另一实施例中，也可以仅在第二板52上设置第二滑轨，在第二槽壁上设置第二滑道，此时，第一板51直接与第一槽31壁贴合即可。
59.在另一些实施例中，如图2所示，凹槽3可以沿着前后方向贯穿护环本体100，扰流部5也可以从凹槽3的前侧端口或后侧端口插入凹槽3内。
60.在一些实施例中，板部1为弧形板，钩部2具有弧度并沿着板部1的弯曲方向延伸，凹槽3沿着钩部2的延伸方向贯穿钩部2，且凹槽3的槽深方向与板部1的母线方向一致，扰流部5可从凹槽3的槽口处横向插入凹槽3内。
61.板部1可以在前后方向具有一定弯曲变形量，钩部2可以设在板部1的边缘位置并沿着前后方向(板部1的弯曲方向)延伸。板部1的母线方向可以为图1或图2中的左右方向，凹槽3的槽深方向大体与左右方向一致，且凹槽3的槽口可以朝向右侧。
62.装配和拆卸扰流部5时，可以从凹槽3的槽口横向插入凹槽3内，由此，可以减少扰流部5和凹槽3的槽壁的摩擦作用(相对于从凹槽3的端口插入的情况)，减少扰流部5或凹槽3的槽壁的磨损，保证扰流部5的装配精度，进而可以保证透平使用的稳定性。
63.其次，也可以降低对扰流部5和护环本体100的装配精度要求，避免了从凹槽3的端口处插入需要确保扰流部5的弧度和凹槽3的延伸方向的弧度完全一致的情况。
64.在一些实施例中，对流孔4的一端与凹槽3连通，对流孔4的另一端向板部1一侧倾斜。如图1所示，对流孔4可以位于凹槽3的左侧，对流孔4的右端可以与凹槽3的槽底连通，且对流孔4可以沿着从右外至左内的方向倾斜延伸。由此，一方面可以在有限的空间内使得对流孔4的长度相对较长，从而可以提升冷却效果和冷却效率，另一方面从对流孔4流出的冷却气流可以形成气密封，起到对板部1的内侧的密封，避免高温燃气的泄露。
65.在一些实施例中，扰流部5包括多个扰流段，多个扰流段沿着凹槽3的延伸方向顺次布置。具体地，扰流部5可以分体设置，多个扰流段可以沿着前后方向依次对接，由此，可以进一步降低对扰流部5的加工精度要求，避免了扰流部5在前后方向较长而容易出现较大加工误差的情况。
66.在一些实施例中，如图2所示，钩部2有两个，两个钩部2分别为第一钩部21和第二钩部22，第一钩部21可以设在板部1的左侧边缘位置，第二钩部22可以设在板部1的右侧边缘位置，第一钩部21和第二钩部22的设置可以保证透平护环吊装的稳定性。
67.第一钩部21和第二钩部22之间形成有冲击槽6，第一钩部21的凹槽3形成第一槽31，第一钩部21的对流孔4形成第一孔，第一槽31连通在冲击槽6和第一孔之间，即第一槽31
可以设在第一钩部21的右侧，第一孔可以设在第一头部的左侧。
68.第二钩部22的凹槽3形成第二槽，第二钩部22的对流孔4形成第二孔，第二槽连通在冲击槽6和第二孔之间，即第二槽可以设在第二钩部22的左侧，第二孔可以设在第二钩部22的右侧。
69.使用时，冷却气流可以流入冲击槽6内，并能够对第一钩部21和第二钩部22之间的板部1的外壁面对流冷却，然后冷却气流可以沿着板体的外壁面流动，其中一部分冷却气流可以流入第一槽31内，然后可以从第一孔内流出，另一部分冷却气流可以流入第二槽内，然后可以从第二孔内流出。
70.由此，借由冲击槽6内的冷却气流可以同时实现对第一钩部21和第二钩部22的冷却，进一步保证了透平在使用时温度分布的均匀性，改善了透平护环的左右两侧边缘的高温问题。
71.在一些实施例中，第一孔有多个，多个第一孔设在第一槽31背离冲击槽6的一侧(图2中第一槽31的左侧)并与第一槽31的槽底连通，且多个第一孔沿着凹槽3的延伸方向(图2中前后方向)间隔排布。在另一些实施例中，第二孔有多个，多个第二孔设在第二槽背离冲击槽6的一侧(图2中第二槽的右侧)并与第二槽的槽底连通，且多个第二孔沿着凹槽3的延伸方向(图2中前后方向)间隔排布。
72.下面描述本发明实施例的燃气轮机。
73.本发明实施例的燃气轮机包括透平护环，透平护环可以为上述实施例中描述的透平护环。
74.在一些实施例中，燃气轮机包括透平持环和多个透平护环，多个透平护环通过钩部2悬吊在透平持环的内侧，且多个透平护环沿着透平持环的周向顺次排布。具体地，透平持环可以环绕在透平动叶的外周侧，多个透平护环可以设在透平持环和透平动叶之间，且多个透平护环沿着透平动叶的周向顺次排布。
75.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
76.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
77.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
78.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
79.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
80.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。