CN106437861A - 区域冷却叶轮机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅和轴向冷却流体出口，所述轴向冷却流体出口与所述叶栅对应设置，所述轴向冷却流体出口设为周向环型轴向流体出口。本发明所述区域冷却叶轮机构具有良好的冷却效果，且能够极大程度地改善使用其的燃气轮机、航空发动机的性能。

Description

区域冷却叶轮机构

技术领域

本发明涉及叶轮机械领域，尤其涉及区域冷却叶轮机构。

背景技术

叶轮机构的冷却问题一直是影响燃气轮机、航空发动机性能的重要因素。因此需要发明一种区域冷却叶轮机构。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

方案1：一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅和轴向冷却流体出口，所述轴向冷却流体出口与所述叶栅对应设置。

方案2：一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅和轴向冷却流体出口，所述轴向冷却流体出口与所述叶栅对应设置，所述轴向冷却流体出口设为周向环型轴向流体出口。

方案3：一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅和轴向冷却流体出口，所述轴向冷却流体出口与所述叶栅对应设置，所述轴向冷却流体出口按圆周方向排列。

方案4：在方案2的基础上，进一步将所述轴向冷却流体出口与所述叶栅的对应区设置在所述叶栅的近心处，或设置在所述叶栅的远心处，或设置在所述叶栅的中心处。

方案5：在方案3的基础上，进一步将所述轴向冷却流体出口与所述叶栅的对应区设置在所述叶栅的近心处，或设置在所述叶栅的远心处，或设置在所述叶栅的中心处。

方案6：在方案2至5中任一方案的基础上，进一步所述叶栅包括环形隔离结构，所述环形隔离结构内的叶片具有叶片功能，所述叶栅经所述环形隔离结构内的通道区与所述轴向冷却流体出口对应设置。

方案7：一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅和轴向冷却流体出口，所述轴向冷却流体出口与所述叶栅对应设置，所述轴向冷却流体出口的径向尺寸大于与所述轴向冷却流体出口具有对应关系的叶片的半径的十分之一、十分之二、十分之三、十分之四、十分之五、十分之六、十分之七、十分之八或十分之九。

方案8：一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅和轴向冷却流体出口，所述轴向冷却流体出口与所述叶栅对应设置，所述轴向冷却流体出口按所述叶栅的叶片的半径方向排列，所述轴向冷却流体出口的径向尺寸大于与所述轴向冷却流体出口具有对应关系的叶片的半径的十分之一、十分之二、十分之三、十分之四、十分之五、十分之六、十分之七、十分之八或十分之九。

方案9：在方案1至8中任一方案的基础上，进一步在所述叶栅的叶片内设有密闭流体通道，所述密闭流体通道内充装有流体。

方案10：在方案1至9中任一方案的基础上，进一步将所述轴向冷却流体出口与压气机连通。

方案11：在方案1至9中任一方案的基础上，进一步将所述轴向冷却流体出口与叶轮压气机的压缩气体出口连通、或与有压气体源连通、或与有压液体源连通。

方案12：一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅和冷却流体出口，所述冷却流体出口与所述叶栅对应设置，所述冷却流体出口设为周向环型流体出口或所述冷却流体出口按圆周方向排列。

方案13：在方案12的基础上，进一步将所述冷却流体出口与叶轮压气机的压缩气体出口连通、或与有压气体源连通、或与有压液体源连通。

方案14：一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅和两个以上燃烧室，所述燃烧室与所述叶栅对应设置，至少一个所述燃烧室受控制机构控制按燃-熄交替模式工作。

方案15：在方案14的基础上，进一步使所有所述燃烧室轮换燃-熄交替工作。

方案16：在方案15的基础上，进一步使轮换的方向与所述叶栅的旋转方向相同。

方案17：在方案15的基础上，进一步使轮换的方向与所述叶栅的旋转方向相反。

方案18：一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅和冷却流体出口，所述冷却流体出口与所述叶栅对应设置，所述叶栅中的叶片内设有密闭流体通道，所述密闭流体通道内封存导热流体；所述冷却流体出口设为周向环型气体出口，所述周向环型气体出口设置在所述叶栅的小半径区域内，或所述冷却流体出口按圆周方向排列在所述叶栅的小半径区域内。

方案19：在方案18的基础上，进一步使所述冷却流体出口与叶轮压气机的压缩气体出口连通、或与有压气体源连通。

方案20：一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅，所述叶栅在半径方向上分为两个环形区域，离所述叶栅旋转轴线近的所述环形区域设为环形冷却区，离所述叶栅旋转轴线远的所述环形区域设为环形工作区，所述环形冷却区内的叶形和所述环形工作区的叶形不同。

方案21：在方案20的基础上，进一步在所述叶栅的叶片上设置热管，所述热管将热量从所述环形工作区传递到所述环形冷却区。

方案22：在方案20或21的基础上，进一步使所述环形冷却区内的流体来源于风扇或压气机。

方案23：在方案20或21的基础上，进一步使所述环形冷却区内的流体入口设置为开放状态

方案24.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅和冷却流体出口，所述冷却流体出口与所述叶栅对应设置。

方案25.在方案24的基础上，进一步将所述冷却流体出口设为径向气体出口或所述冷却流体出口按径向排列。

方案26.如方案24或25的基础上，进一步将所述冷却流体出口与叶轮压气机的压缩气体出口连通、或与有压气体源连通、或与有压液体源连通。

方案27：在方案1至26中任一方案的基础上，进一步将所述区域冷却叶轮机构设为叶轮压气机或设为透平。

本发明中，所谓“叶栅”是指两个以上叶片所构成的叶片组合。

本发明中，“所述轴向冷却流体出口与所述叶栅的对应区”为叶栅上的冷却区，冷却区之外为叶栅的工作区。

本发明中，所谓“叶栅的近心区”是指叶栅上沿叶栅径向相对于叶栅的工作区离叶栅的回转轴心线近的区域。

本发明中，所谓“叶栅的远心区”是指叶栅上沿叶栅径向相对于叶栅的工作区离叶栅的回转轴心线远的区域。

本发明中，所谓“叶栅的中心区”是指叶栅上位于叶栅上的径向分布的工作区之间的区域。

本发明中，所谓“叶栅的小半径区域”是指叶栅上、回转半径相对于叶栅上的工作区的回转半径小的区域。

本发明中，所谓“叶片的半径”是指叶片径向上的长度，通常也称作叶高。

本发明中，所谓“冷却流体出口”是指温度低于燃烧室出口工质温度的流体出口，例如：没有经过燃烧室加热的流体的出口。

本发明中，所述密闭流体通道是指热管。

本发明中，在所述叶片内设置密闭流体通道的目的是利用热管原理将热量从所述叶片上导入冷却流体出口对应的叶栅上的冷却区内。

本发明中，所谓“所述冷却流体出口与所述叶栅对应设置”是指能够使从所述冷却流体出口出来的流体从所述叶栅的叶片外表面对所述叶片进行冷却的位置关系。

就像通常轴流式叶轮机构的流动方向并不完全是轴向，而多半是有些斜向一样，本发明中，所谓的“轴向冷却流体出口”也可以并非完全轴向，而可以和与其对应的所述叶栅具有相同的倾斜方向。

本发明中，应根据叶轮机械领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或***等。

本发明人认为，天体相互运动必然产生引力相互作用，引力相互作用必然产生物质流动和/或物体形变，由于物质流动和物体形变均为不可逆过程，即均为产生热量的过程，因此引力场作用下的物质流动和物体形变必然产生热量，这种形式产生的热量必然消耗天体的动能，随着时间的推移，经过漫长的过程，天体会逐渐丧失动能，最终天体会相互合并(或相互吞噬)，最终宇宙形成一个质点，这个质点的温度和压力都会剧烈上升，从而形成剧烈的***(由于温度和压力剧烈上升也会引起化学反应和核反应)，***重新形成天体运动状态，即使天体具有动能，天体之间再次形成相互相对运动和相互作用，进入下一个循环。因此可以认为宇宙的存在与发展其实是一个热力学循环过程。这种过程的本质可以简单、易懂地概括为“你惹我，我就一定吞噬你”，由此可见，存在交替作用的主体其最终结局就是相互吞噬、相互合并。

本发明人根据热力学的基本原理以及对宇宙现象的观察认为：在没有外部因素影响的前提下，热不可能百分之百的转换成其它任何形式的能量或物质。传统热力学第二定律中只阐述了在没有外部因素影响的前提下，热不能百分之百的转换成功，这一定律是正确的，但又是片面的。可以用通俗的语言将热定义为能量的最低形式，或者简称为这是宇宙的垃圾。经分析，本发明人还认为：任何生物(动物、植物、微生物、病毒和细菌)的生长过程都是放热的。经分析，本发明人还认为：任何一个过程或任何一个循环(不局限于热力学过程，例如化学反应过程、生物化学反应过程、光化学反应过程、生物生长过程、植物生长过程都包括在内)其最大做功能力守恒，本发明人认为没有光合作用的植物生长过程是不能提高其做功能力的，也就是说，豆芽的做功能力是不可能高于豆子的做功能力加上其吸收的养分的做功能力之和；之所以一棵树木的做功能力要大于树苗的做功能力，是因为阳光以光合作用的形式参与了由树苗到树木的生长过程。

本发明人认为：热机工作的基本逻辑是收敛-受热-发散。所谓收敛是工质的密度的增加过程，例如冷凝、压缩均属收敛过程，在同样的压力下，温度低的工质收敛程度大；所谓受热就是工质的吸热过程；所谓发散是指工质的密度降低的过程，例如膨胀或喷射。任何一个发散过程都会形成做功能力的降低，例如，气态的空气的做功能力要远远低于液态空气的做功能力；甲醇加水加中等温度的热生成一氧化碳和氢气，虽然所生成的一氧化碳和氢气的燃烧热大于甲醇的燃烧热20％左右，但其做功能力大于甲醇的做功能力的比例则微乎其微，其原因在于这一过程虽然吸了20％左右的热，但是生成物一氧化碳和氢气的发散程度远远大于甲醇。因此，利用温度不高的热参加化学反应是没有办法有效提高生成物的做功能力的。

众所周知，在经济学中，对信息不对称和信息对称的研究都授予过诺贝尔奖，可见交易双方拥有信息的状态决定交易成败、交易的公平性和交易的利润。交易的本质其实是信息交易。为本发明人认为，专利具有信息零对称性，即交易双方对专利的真正价值都知之甚少。专利信息零对称属性，如不破解，运营很难实现。专利的信息零对称性决定了专利运营的科学性和复杂性。在普通商品交易中，信息不对称有利于促进交易，提高利润。而对专利而言，则完全不同，专利需要解决技术问题，专利的价值在专利运用中很快被知晓，所以专利必须货真价实，信息零对称和信息不对称必然都会严重阻碍专利运营，解决专利信息零对称问题，使交易双方在高水平上信息对称是专利运营企业的根本工作。

本发明的有益效果如下:本发明所述区域冷却叶轮机构具有良好的冷却效果，能够极大程度地改善使用其的燃气轮机、航空发动机的性能。

附图说明

图1为本发明实施例1的主视剖视结构示意图；

图2为本发明实施例1的右视剖视结构示意图；

图3为本发明实施例2的主视剖视结构示意图；

图4为本发明实施例2的右视剖视结构示意图；

图5为本发明实施例3的主视剖视结构示意图；

图6为本发明实施例3的右视剖视结构示意图；

图7为本发明实施例4的主视剖视结构示意图；

图8为本发明实施例4的右视剖视结构示意图；

图9为本发明实施例5的主视剖视结构示意图；

图10为本发明实施例5的右视剖视结构示意图；

图11为本发明实施例6的主视剖视结构示意图；

图12为本发明实施例6的右视剖视结构示意图；

图13为本发明实施例7的主视剖视结构示意图；

图14为本发明实施例7的右视剖视结构示意图；

图15为本发明实施例8的主视剖视结构示意图；

图16为本发明实施例8的右视剖视结构示意图；

图17为本发明实施例9的结构示意图；

图18为本发明实施例10的主视剖视结构示意图；

图19为本发明实施例10的右视剖视结构示意图；

图20为本发明实施例11的主视剖视结构示意图；

图21为本发明实施例11的右视剖视结构示意图；

图22为本发明实施例12的主视剖视结构示意图；

图23为本发明实施例12的右视剖视结构示意图；

图24为本发明实施例13的结构示意图；

图25为本发明实施例13的结构示意图；

图26为本发明实施例14的结构示意图；

图27为本发明实施例15的结构示意图；

图中：

1叶栅、11环形隔离结构、12密闭流体通道、2轴向冷却流体出口、3冷却流体出口、4燃烧室、5环形冷却区、6环形工作区、7热管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步进行说明。

实施例1

如图1、图2所示的区域冷却叶轮机构，包括叶栅1和轴向冷却流体出口2，所述轴向冷却流体出口2与所述叶栅1对应设置。

本实施例中，示出了所述轴向冷却流体出口2的一种具体结构形式，实施例2至7给出了所述轴向冷却流体出口2的几种其它结构形式，但是，本发明的所述轴向冷却流体出口2并不限于这些形式。

实施例2

如图3、图4所示的区域冷却叶轮机构，包括叶栅1和轴向冷却流体出口2，所述轴向冷却流体出口2与所述叶栅1对应设置，所述轴向冷却流体出口2设为周向环型轴向流体出口。

本实施例中，所述周向环型冷却流体出口与所述叶栅1的对应区设置在了所述叶栅1的近心处。

实施例3

如图5、图6所示的区域冷却叶轮机构，包括叶栅1和轴向冷却流体出口2，所述轴向冷却流体出口2与所述叶栅1对应设置，所述轴向冷却流体出口2按圆周方向排列。

本实施例中，按圆周方向排列的所述轴向冷却流体出口2与所述叶栅1的对应区设置在了所述叶栅1的近心处。

实施例4

如图7、图8所示的区域冷却叶轮机构，其与实施例2的区别在于，将所述周向环型冷却流体出口2与所述叶栅1的对应区改为设置在了所述叶栅1的远心处。

实施例5

如图9、图10所示的区域冷却叶轮机构，其与实施例2的区别在于，将所述周向环型冷却流体出口2与所述叶栅1的对应区改为设置在了所述叶栅1的中心处。

实施例6

如图11、图12所示的区域冷却叶轮机构，其与实施例3的区别在于，将按圆周方向排列的所述轴向冷却流体出口2与所述叶栅1的对应区设置在了所述叶栅1的远心处。

作为可以变换地实施方式，还可基于实施例3参照实施例5将按圆周方向排列的所述轴向冷却流体出口2与所述叶栅1的对应区设置在了所述叶栅1的中心处。

实施例7

如图13、图14所示的区域冷却叶轮机构，其在实施例2的基础上，进一步使所述叶栅1包括环形隔离结构11，所述环形隔离结构11内的叶片具有叶片功能，所述叶栅1经所述环形隔离结构11内的通道区与所述轴向冷却流体出口2对应设置。

作为可变换的实施方式，本发明实施例2至实施例6及其变换得到的实施方式均可参照本实施例设置所述环形隔离结构11及其关联结构。

作为可变换的实施方式，本发明上述所有实施例及其变换得到的实施方式均可选择性地设置所述轴向冷却流体出口2的径向尺寸大于与所述轴向冷却流体出口2具有对应关系的叶片的半径的十分之一、十分之二、十分之三、十分之四、十分之五、十分之六、十分之七、十分之八或十分之九。

实施例8

如图15、图16所示的区域冷却叶轮机构，包括叶栅1和轴向冷却流体出口2，所述轴向冷却流体出口2与所述叶栅1对应设置，所述轴向冷却流体出口2按所述叶栅1的叶片的半径方向排列，所述轴向冷却流体出口2的径向尺寸大于与所述轴向冷却流体出口2具有对应关系的叶片的半径的十分之一、十分之二、十分之三、十分之四、十分之五、十分之六、十分之七、十分之八或十分之九。

实施例9

如图17所示的区域冷却叶轮机构，其在实施例1的基础上，进一步在所述叶栅1的叶片内设有密闭流体通道12，所述密闭流体通道12内充装有流体。

作为可变换的实施方式，本发明上述所有实施例及其变换得到的实施方式均可参照本实施例进一步在设置所述密闭流体通道12。

作为可变换的实施方式，本发明上述所有实施例及其变换得到的实施方式均可使所述轴向冷却流体出口2与压气机连通、或与有压气体源连通、或与有压液体源连通，所述压气机可以是叶轮压气机。

实施例10

如图18、图19所示的区域冷却叶轮机构，包括叶栅1和冷却流体出口3，所述冷却流体出口3与所述叶栅1对应设置，所述冷却流体出口3设为周向环型流体出口。

本实施例中，所述冷却流体出口3的出口方向和轴向之间存在一定的夹角，具体是向所述叶栅1的叶顶方向倾斜，作为可以变换的实施方式，所述冷却流体出口3可以如实施例2出口沿轴向，也可以所述冷却流体出口3的出口方向向所述叶栅1的叶根方向倾斜，也可以在所述叶栅1的圆周方向上和轴向存在夹角，例如，类似于导向静叶的出口方向，当然还可以在所述冷却流体出口3的出口方向在所述叶栅1的圆周方向上和轴向存在夹角的同时向叶顶或叶根方向倾斜，等等。

本实施例中，所述冷却流体出口3与所述叶栅1的对应区设置在了所述叶栅1的近心处，作为可以变换地实施方式，所述所述冷却流体出口3与所述叶栅1的对应区还可以设置在所述叶栅1的中心处或远心处。

作为可以变换地实施方式，还可以参照实施例3、实施例6等使所述冷却流体出口3按圆周方向排列。

作为可以变换地实施例方式，本实施例中的所述冷却流体出口3还可以参照实施例8按径向排列，或者还可以将所述冷却流体出口3设为径向气体出口，或者任何其它合适的形式。

作为可变换的实施方式，本实施例及其变换得到的实施方式均可进一步选择性地选择使所述冷却流体出口3与压气机连通、或与有压气体源连通、或与有压液体源连通，该压气机可以是叶轮压气机。

实施例11

如图20、图21所示的区域冷却叶轮机构，包括叶栅1和两个以上燃烧室4，所述燃烧室4与所述叶栅1对应设置，至少一个所述燃烧室4受控制机构控制按燃-熄交替模式工作。

具体的本实施例中，所述燃烧室4的个数设为两个。

实施例12

如图22、图23所示的区域冷却叶轮机构，其与实施例11的区别在于，将所述燃烧室4的个数改为3个。

作为可以变换的实施方式，所述燃烧室4的个数还可以设为4个、5个、6个甚至更多。

作为可变换的实施方式，实施例11、12及其变换得到的实施方式中均可选择性地使所有所述燃烧室4轮换燃-熄交替工作，并可进一步选择性地使轮换的方向与所述叶栅1的旋转方向相同，或使轮换的方向与所述叶栅1的旋转方向相反。

实施例13

如图24、图25所示的区域冷却叶轮机构，包括叶栅1和冷却流体出口3，所述冷却流体出口3与所述叶栅1对应设置，所述叶栅1中的叶片内设有密闭流体通道12，所述密闭流体通道12内封存导热流体；所述冷却流体出口3设为周向环型气体出口，所述周向环型气体出口设置在所述叶栅1的小半径区域内。

本实施例中的实施冷却流体出口3的设置方式与实施例10设置方式类同，作为可以变换地实施方式，实施例10中列举的可变换地实施方式同样适用于本实施例。

作为可以变换地实施方式，本实施例及其上述变换得到的实施方式还可以选择性地参照实施例3、实施例6改为将所述冷却流体出口2按圆周方向排列在所述叶栅的小半径区域内。

作为可以变换地实施方式，本实施例及其上述变换得到的实施方式均可进一步选择性地使所述冷却流体出口3与压气机连通、或与有压气体源连通，该压气机可以是叶轮压气机。

实施例14

如图26所示的区域冷却叶轮机构，包括叶栅1，所述叶栅1在半径方向上分为两个环形区域，离所述叶栅1旋转轴线近的所述环形区域设为环形冷却区5，离所述叶栅1旋转轴线远的所述环形区域设为环形工作区6，所述环形冷却区5内的叶形和所述环形工作区6的叶形不同。

实施例15

如图27所示的区域冷却叶轮机构，其在实施例14的基础上，进一步在所述叶栅1的叶片上设置热管7，所述热管7将热量从所述环形工作区6传递到所述环形冷却区5。

作为可以变换地实施方式，实施例14和实施例15具体均可进一步选择性地使所述环形冷却区5内的流体来源于风扇或压气机，或进一步使所述环形冷却区5内的流体入口设置为开放状态。

作为可变换的实施方式，实施例1至实施例15及其变换得到的实施方式均可进一步选择性地选择使所述区域冷却叶轮机构设为叶轮压气机或设为透平。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅(1)和轴向冷却流体出口(2)，其特征在于：所述轴向冷却流体出口(2)与所述叶栅(1)对应设置。

2.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅(1)和轴向冷却流体出口(2)，其特征在于：所述轴向冷却流体出口(2)与所述叶栅(1)对应设置，所述轴向冷却流体出口(2)设为周向环型轴向流体出口(21)。

3.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅(1)和轴向冷却流体出口(2)，其特征在于：所述轴向冷却流体出口(2)与所述叶栅(1)对应设置，所述轴向冷却流体出口(2)按圆周方向排列。

4.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅(1)和轴向冷却流体出口(2)，其特征在于：所述轴向冷却流体出口(2)与所述叶栅(1)对应设置，所述轴向冷却流体出口(2)的径向尺寸大于与所述轴向冷却流体出口(2)具有对应关系的叶片的半径的十分之一、十分之二、十分之三、十分之四、十分之五、十分之六、十分之七、十分之八或十分之九。

5.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅(1)和轴向冷却流体出口(2)，其特征在于：所述轴向冷却流体出口(2)与所述叶栅(1)对应设置，所述轴向冷却流体出口(2)按所述叶栅(1)的叶片的半径方向排列，所述轴向冷却流体出口(2)的径向尺寸大于与所述轴向冷却流体出口(2)具有对应关系的叶片的半径的十分之一、十分之二、十分之三、十分之四、十分之五、十分之六、十分之七、十分之八或十分之九。

6.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅(1)和冷却流体出口(3)，其特征在于：所述冷却流体出口(3)与所述叶栅(1)对应设置，所述冷却流体出口(4)设为周向环型流体出口或所述冷却流体出口(3)按圆周方向排列。

7.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅(1)和两个以上燃烧室(4)，其特征在于：所述燃烧室(4)与所述叶栅(1)对应设置，至少一个所述燃烧室(4)受控制机构控制按燃-熄交替模式工作。

8.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅(1)和冷却流体出口(4)，其特征在于：所述冷却流体出口(4)与所述叶栅(1)对应设置，所述叶栅(1)中的叶片内设有密闭流体通道(12)，所述密闭流体通道(12)内封存导热流体；所述冷却流体出口(4)设为周向环型气体出口，所述周向环型气体出口设置在所述叶栅(1)的小半径区域内，或所述冷却流体出口(4)按圆周方向排列在所述叶栅(1)的小半径区域内。

9.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅(1)，其特征在于：所述叶栅(1)在半径方向上分为两个环形区域，离所述叶栅(1)旋转轴线近的所述环形区域设为环形冷却区(5)，离所述叶栅(1)旋转轴线远的所述环形区域设为环形工作区(6)，所述环形冷却区(5)内的叶形和所述环形工作区(6)的叶形不同。

10.一种区域冷却叶轮机构，包括叶栅(1)和冷却流体出口(3)，其特征在于：所述冷却流体出口(3)与所述叶栅(1)对应设置。