阅读说明：本技术 一种涡轮机燃气喷水冷却装置 (Turbine gas water spray cooling device ) 是由 秦侃 王瀚伟 罗凯 黄闯 李代金 党建军 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种涡轮机燃气喷水冷却装置,包括外壳体,外壳体内同轴套接内壳体,外壳体与内壳体之间形成冷却腔,外壳体上开设多个液态水入口,液态水入口与冷却腔相通,内壳体中部开设多个射流孔,外壳体端部连接端盖,端盖上正对内壳体内腔体开设通孔,端盖通孔位置连接连通管一端,连通管的另一端连接喷管盒,喷管盒上连接喷管一端；通过液态水喷入高温燃气中发生相变,相变过程可吸收大量潜热变为水蒸气从而降低高温燃气的温度,防止高温燃气进入涡轮室使涡轮盘温度超过许用温度,保障涡轮机安全运行；提高涡轮机的输出功率和效率。(The invention discloses a turbine gas water-spraying cooling device, which comprises an outer shell, wherein an inner shell is coaxially sleeved in the outer shell, a cooling cavity is formed between the outer shell and the inner shell, a plurality of liquid water inlets are formed in the outer shell and communicated with the cooling cavity, a plurality of jet holes are formed in the middle of the inner shell, the end part of the outer shell is connected with an end cover, a through hole is formed in the end cover, the end cover is opposite to the inner cavity of the inner shell, the through hole of the end cover is connected with one end of a communicating pipe, the other end of the communicating pipe is connected with a jet pipe box, and the jet pipe box is connected with one end of a jet pipe; the liquid water is sprayed into the high-temperature fuel gas to generate phase change, a large amount of latent heat can be absorbed in the phase change process and changed into water vapor, so that the temperature of the high-temperature fuel gas is reduced, the high-temperature fuel gas is prevented from entering a turbine chamber, the temperature of a turbine disc exceeds the allowable temperature, and the safe operation of a turbine is guaranteed; the output power and efficiency of the turbine are improved.)

一种涡轮机燃气喷水冷却装置

技术领域

本发明属于燃气轮机冷却设备技术领域，具体涉及一种涡轮机燃气喷水冷却装置。

背景技术

在水下航行器高航速和航程的需求下，涡轮机需要具有更高的输出功率和效率，为提高涡轮机效率则需要进一步增加涡轮机的工作温度，此时工作温度将在1000K以上，材料在高温高压高转速下将超过应力极限，开发适用于水下航行器的高效冷却方法将保证涡轮机的运行安全，且同时增加涡轮机输出功率和效率。

传统涡轮机冷却多为空气冷却，一般为混入更多的空气以对进入喷管前的气体进行冷却，或直接对轮盘进行冲击冷却，有的在叶片钻孔以实现气膜冷却。然而针对水下航行器应用环境而言，其周围都是液态水，难以保证冷却空气的进入，使用液态水进行冷却是最为可行的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡轮机燃气喷水冷却装置，通过将水下航行器的外部液态水与高温燃气掺混，实现涡轮机冷却，在保证安全运行的情况下，进一步提高涡轮机入口燃气温度，且同时提高涡轮功率和效率。

本发明所采用的技术方案是，一种涡轮机燃气喷水冷却装置，包括外壳体，外壳体内同轴套接内壳体，外壳体与内壳体之间形成冷却腔，外壳体上开设多个液态水入口，液态水入口与冷却腔相通，内壳体中部开设多个射流孔，外壳体端部连接端盖，端盖上正对内壳体内腔体开设通孔，端盖通孔位置连接连通管一端，连通管的另一端连接喷管盒，喷管盒上连接喷管一端。

本发明的特点还在于：

多个射流孔在内壳体的同一圆周上，且多个射流孔等角度设置。

相邻两个射流孔在内壳体内的圆心角为30°。

液态水入口有两个，且在外壳体同一圆周上，两个液态水入口的圆心角为60°。

喷管另一端连接涡轮机，且端口正对涡轮机叶片。

本发明的有益效果是：

本发明的冷却装置中，通过液态水喷入高温燃气中发生相变，相变过程可吸收大量潜热变为水蒸气从而降低高温燃气的温度，防止高温燃气进入涡轮室使涡轮盘温度超过许用温度，保障涡轮机安全运行；温度降低可提高速比，并且水蒸气也可进一步提高工质流量，增加部分进气度，均有利于涡轮机提高效率，最终混合气体从喷管排出进入涡轮室推动涡轮机做功；本发明的冷却装置可在保证涡轮机安全工作的前提下，提高涡轮机的输出功率和效率。

附图说明

图1为本发明一种涡轮机燃气喷水冷却装置的立体图；

图2为本发明一种涡轮机燃气喷水冷却装置的后视图；

图3为本发明一种涡轮机燃气喷水冷却装置中内壳体的结构示意图；

图4为本发明一种涡轮机燃气喷水冷却装置的纵截面抛视图；

图5为本发明一种涡轮机燃气喷水冷却装置横截面抛视图。

图中，1.外壳体，2.内壳体，3.射流孔，4.端盖，5.喷管，6.液态水入口，7.连通管，8.喷管盒，9.冷却腔，10.掺混区域，11.高温燃气腔，12.高温燃气端口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种涡轮机燃气喷水冷却装置，如图1所示，包括外壳体1，外壳体1内同轴套接内壳体2，外壳体1与内壳体2之间形成冷却腔9，外壳体1上开设多个液态水入口6，液态水入口6与冷却腔9相通，内壳体2中部开设多个射流孔3，海水通过多个液态水入口6进入冷却腔9，再经过射流孔3进入内壳体2内部高温燃气腔11中，外壳体1端部连接端盖4，端盖4上正对内壳体2内腔体开设通孔，端盖4通孔位置连接连通管7一端，连通管7的另一端连接喷管盒8，喷管盒8上连接喷管5一端，内壳体2远离端盖4的一端为高温燃气端口12，通过高温燃气端口12向内壳体2内通入高温燃气，海水经高温燃气腔11与高温燃气一起进入连通管7内形成的掺混区域10，海水在掺混区域10内变成高温水蒸气，相变过程可吸收大量潜热从而降低高温燃气的温度，此外水蒸气也可进一步提高工质流量，最终高温水蒸气与燃气一同进入通过通孔进入喷管盒8、喷管5，喷管5用于加速掺混过后的高温燃气与水蒸气，然后排入涡轮机叶片做功。

多个射流孔3在内壳体2的同一圆周上，且多个射流孔3等角度设置，能够实现高温燃气腔11内腔体均衡降温。

相邻两个射流孔3在内壳体2内的圆心角为30°，若射流口过多，两个射流口离得太近会降低壁面强度，而射流口太少则难以保证冷却效果。

液态水入口6有两个，且在外壳体1同一圆周上，两个液态水入口6的圆心角为60°，方便海水通入冷却腔9，同时能够降低涡轮机整机的大小。

喷管5另一端连接涡轮机，且端口正对涡轮机叶片。

端盖4和连通管7之间还可以连接温度传感器和压力传感器，以测量通入喷管盒的燃气压力和温度，考虑到空间布置两个预留传感器位置的圆心角为60°，若角度过近则会使传感器相互接触，而过远则传感器易接触到其他部件，均可能干扰传感器工作。

本发明一种涡轮机燃气喷水冷却装置的工作原理为：

工作时，涡轮机工作时带动海水泵将航行器外部液态水引入航行器内部，通过管路连接到液态水入口6，液态水充满冷却腔9并从射流孔3排出，与从高温燃气入口进入的高温燃气在掺混区域10中掺混，液态水被蒸发为水蒸气，充分掺混后的混合气体进入喷管5中降压加速，然后进入涡轮室推动涡轮机做功。

通过上述方式，本发明一种涡轮机燃气喷水冷却装置，通过液态水喷入高温燃气中发生相变，相变过程可吸收大量潜热变为水蒸气从而降低高温燃气的温度，防止高温燃气进入涡轮室使涡轮盘温度超过许用温度，保障涡轮机安全运行；温度降低可提高速比，并且水蒸气也可进一步提高工质流量，增加部分进气度，均有利于涡轮机提高效率，最终混合气体从喷管排出进入涡轮室推动涡轮机做功；本发明的冷却装置可在保证涡轮机安全工作的前提下，提高涡轮机的输出功率和效率。