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燃气涡轮发动机

阅读:922发布:2020-05-13

专利汇可以提供燃气涡轮发动机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且燃气 涡轮 发动机 ,其包括用于将热燃烧气体引导到 转子 叶片 (37)上的 定子 叶瓣(31),所述定子叶瓣(31)包括平台(33),该平台被置于所述叶瓣(31)相对于所述发动机的旋 转轴 线径向向内/向外的侧面处,所述平台(33)具有相对于经过所述定子叶瓣(31)的热燃烧气体的流动处于下游的 后缘 部分(43),所述发动机还包括 支撑 和冷却装置(41)以便将冷却 流体 引导到所述平台(33)的所述后缘部分(43)的面向径向内部/外部的侧面(55)的上游端,所述支撑和冷却装置(41)还将所述冷却流体引导成沿大体轴向方向流过所述侧面(55)到达所述侧面(55)的下游端,所述冷却流体在其流过所述侧面(55)时冷却所述后缘部分(43),其中紊流器(73)被包括在所述侧面(55)上以便增加当所述冷却流体流过所述侧面(55)时从所述后缘部分(43)的热传递,所述紊流器(73)延伸成横穿所述轴向方向。,下面是燃气涡轮发动机专利的具体信息内容。

1.一种燃气涡轮发动机,包括用于将热燃烧气体引导到转子叶片(37)上的定子叶瓣(31),所述定子叶瓣(31)包括平台(33),该平台被置于所述定子叶瓣(31)相对于所述发动机的旋转轴线的径向内侧面处,所述平台(33)具有相对于经过所述定子叶瓣(31)的热燃烧气体的流动处于下游的后缘部分(43),所述发动机还包括支撑和冷却装置(41)以便将冷却流体引导到所述平台(33)的所述后缘部分(43)的侧面(55)的上游端,该侧面(55)相对于所述发动机的旋转轴线面向径向内部,所述支撑和冷却装置(41)还将所述冷却流体引导成沿大体轴向方向流过所述侧面(55)到达所述侧面(55)的下游端,所述冷却流体在其流过所述侧面(55)时冷却所述后缘部分(43),其中紊流器(73)被包括在所述侧面(55)上以便增加当所述冷却流体流过所述侧面(55)时从所述后缘部分(43)的热传递,所述紊流器(73)延伸成横穿所述发动机的旋转轴线的轴向方向,
其中所述面向径向内部的侧面(55)包括将所述侧面(55)划分为多个离散的轴向延伸的冷却通道(71)的多个轴向延伸的壁隔板(69),被包括在所述侧面(55)上的所述紊流器(73)位于所述冷却通道(71)中。
2.根据权利要求1所述的发动机,其中所述平台(33)被置于所述定子叶瓣(31)相对于所述发动机的旋转轴线径向向内的侧面处,并且所述支撑和冷却装置(41)将所述冷却流体引导到所述平台(33)的所述后缘部分(43)的面向径向内部的侧面(55)的上游端。
3.根据权利要求2所述的发动机,其中所述支撑和冷却装置(41)包括承载环(49),并且所述承载环(49)的周边的一部分相邻于所述面向径向内部的侧面(55),所述冷却流体通过行进穿过所述侧面(55)和所述承载环(49)之间的第一交界部从而沿大致轴向方向流过所述侧面(55)。
4.根据权利要求3所述的发动机,其中所述平台(33)包括在所述后缘部分(43)的上游端处的径向向内延伸的凸缘(45),并且所述承载环(49)的周边的所述一部分也相邻于所述径向向内延伸的凸缘(45)的面向下游的侧面(53),所述冷却流体通过大致径向向外行进穿过所述凸缘(45)的所述面向下游的侧面(53)和所述承载环(49)之间的第二交界部而行进到所述面向径向内部的侧面(55)的上游端。
5.根据权利要求4所述的发动机,其中用于供应冷却流体的腔体(47)被限定在所述平台(33)与所述支撑和冷却装置(41)之间,并且所述承载环(49)的周边的所述一部分也相邻于所述凸缘(45)的面向径向内部的端部(51),冷却流体通过穿过所述凸缘(45)的所述面向径向内部的端部(51)和所述承载环(49)之间的第三交界部沿大致下游方向离开所述腔体(47)从而被所述腔体(47)供应到所述第二交界部。
6.根据权利要求5所述的发动机,其中所述腔体(47)还将冷却流体供应到所述定子叶瓣(31)的内部。
7.根据权利要求1-6中任意一项权利要求所述的发动机,其中存在冷却所述后缘部分(43)的冷却流体的另一流动,该另一流动流过所述发动机的转子盘(39),所述转子叶片(37)附连于该转子盘(39)。
8.根据权利要求1-6中任意一项权利要求所述的发动机,其中所述紊流器(73)是V型紊流器(73)。
9.根据权利要求1-6中任意一项权利要求所述的发动机,其中向某些冷却通道(71)供应比另一些冷却通道更多的冷却流体。

说明书全文

燃气涡轮发动机

技术领域

[0001] 本发明涉及燃气涡轮发动机
[0002] 更具体地,本发明涉及一种燃气涡轮发动机,其包括用于将热燃烧气体引导到转子叶片上的定子叶瓣,所述定子叶瓣包括平台,该平台被置于所述叶瓣相对于发动机旋转轴线径向向内/向外的侧面处,所述平台具有相对于经过定子叶瓣的热燃烧气体的流动处于下游的后缘部分。

背景技术

[0003] 图1-3示出了一种这样的公知发动机的部分。这种公知发动机公开于US-A-5 252026。图1是贯穿该部分的纵截面。图2是沿图1的线II-II截取的视图。图3是沿图2的线III-III截取的视图。该部分包括具有径向内平台和径向外平台3和5的定子叶瓣1、转子叶片7、转子叶片7所附连的转子盘9以及支撑和冷却装置11。
[0004] 经由支撑和冷却装置11的相邻部分15、17之间的通路被供应到径向内平台3的后边缘13的空气来冷却该后边缘13。这种供应由图1中的箭头19所示。燃气涡轮发动机的转子的旋转导致被供应的空气在紧挨着后边缘13的径向内侧的区域21内周向地行进。这种周向行进由图2和图3中的箭头23所示。随着空气周向行进,其冷却后边缘13。该空气之后经由周向延伸的间隙25流动从而结合发动机的热燃烧气体。在后边缘13的面向径向内部的侧面上包括矩形条27形式的紊流器,以便增加从后边缘13的热传递。
[0005] 公知发动机中的所述冷却具有某些缺点。冷却空气被供应经过发动机的高温旋转部件,因为这些部件的温度以及与这些部件摩擦而被加热,并且因而当其开始冷却后边缘13时效率低下。区域21的形状与通过其的流动的性质的结合倾向于促进流动相对停滞的区域内的面积,从而减少冷却。如果区域21和发动机的热燃烧气体的路径之间的压差相对较大,则冷却空气将经由周向延伸的间隙25相对快速地离开区域21而不会耗费过多时间在区域21内周向行进以冷却后边缘13。

发明内容

[0006] 根据本发明,提供一种燃气涡轮发动机,其包括用于将热燃烧气体引导到转子叶片上的定子叶瓣,所述定子叶瓣包括平台,该平台被置于所述叶瓣相对于发动机旋转轴线径向向内/向外的侧面处,所述平台具有相对于经过定子叶瓣的热燃烧气体的流动处于下游的后缘部分,所述发动机还包括支撑和冷却装置以便将冷却流体引导到平台的后缘部分的面向径向内部/外部的侧面的上游端,所述支撑和冷却装置还引导冷却流体使其沿大致轴向方向流过所述侧面到达所述侧面的下游端,所述冷却流体在其流过所述侧面时冷却所述后缘部分,其中在所述侧面上包括紊流器以便增加冷却流体流过侧面时从后缘部分的热传递。
[0007] 在根据前述段落的发动机中,优选的是平台被置于所述叶瓣相对于所述发动机的旋转轴线径向向内的侧面处,并且所述支撑和冷却装置将冷却流体引导到所述平台的后缘部分的面向径向内部的侧面的上游端。
[0008] 在根据前述段落的发动机中,优选的是所述支撑和冷却装置包括承载环,并且所述承载环的周边的一部分相邻于所述面向径向内部的侧面,所述冷却流体通过行进经过所述侧面和所述承载环之间的第一交界部而沿大致轴向方向流过所述侧面。
[0009] 在根据前述段落的发动机中,优选的是平台包括在后缘部分的上游端处的径向向内延伸的凸缘,并且承载环的周边的所述一部分也相邻于凸缘的面向下游的侧面,冷却流体通过大致径向向外行进经过凸缘的面向下游的侧面和承载环之间的第二交界部而行进到面向径向内部的侧面的上游端。
[0010] 在根据前述段落的发动机中,优选的是用于供应冷却流体的腔体被限定在平台与所述支撑和冷却装置之间,并且所述承载环的周边的所述一部分也相邻于凸缘的面向径向内部的端部,冷却流体通过经由凸缘的面向径向内部的端部和承载环之间的第三交界部沿大致下游方向离开腔体从而被腔体供应到第二交界部。
[0011] 在根据前述段落的发动机中,优选的是腔体还向定子叶瓣的内部供应冷却流体。
[0012] 在根据前述五个段落中任一段落的发动机中,优选的是存在冷却后缘部分的冷却流体的另一流动,并且该另一流动行进经过转子叶片所附连的发动机的转子盘。
[0013] 在根据前述六个段落中任一段落的发动机中,优选的是面向径向内部的侧面包括多个轴向延伸的壁隔板,所述壁隔板将侧面划分为多个离散的轴向延伸的冷却通道,侧面上包括的紊流器被置于所述冷却通道内。
[0014] 在根据前述段落的发动机中,优选的是紊流器大致延伸跨过冷却通道。
[0015] 在根据前述段落的发动机中,优选的是紊流器是V型紊流器。
[0016] 在根据前述三个段落中任一段落的发动机中,优选的是向某些冷却通道供应比其他冷却通道更多的冷却流体。附图说明
[0017] 现在将参考附图通过示例方式描述本发明,附图中:
[0018] 已经被提及的图1是贯穿公知燃气涡轮发动机的一部分的纵截面;
[0019] 已经被提及的图2是沿图1的线II-II截取的视图;
[0020] 已经被提及的图3是沿图2的线III-III截取的视图;
[0021] 图4是贯穿根据本发明的燃气涡轮发动机的一部分的纵截面;
[0022] 图5更具体地示出了图4所示的冷却流体流动路径;以及
[0023] 图6示出了图4所示平台的后缘上包括的某些冷却特征。

具体实施方式

[0024] 图4所示的部分包括具有径向内平台33和径向外平台35的定子叶瓣31、转子叶片37、转子叶片37所附连的转子盘39、以及支撑和冷却装置41。径向内平台33具有后缘43以及在这个后缘43的上游端径向向内延伸的凸缘45。支撑和冷却装置41在其自身和径向内平台33之间限定了腔体47,冷却流体从该腔体47被供应以便冷却定子叶瓣31。装置41包括承载环49,所述承载环的周边的一部分相邻于(i)凸缘45的面向径向内部的端部51,(ii)凸缘45的面向下游的侧面53,以及(iii)后缘43的面向径向内部的侧面55。
图5更具体地示出了承载环49和径向内平台33的凸缘45/后缘43之间的交界部。在后缘43的下游端和转子叶片37的基座部分59之间存在周向延伸的间隙57。
[0025] 冷却流体如下按箭头61所示行进。其经由承载环49和凸缘45的面向径向内部的端部51之间的交界部沿大体下游方向离开腔体47。之后其经由承载环49和凸缘45的面向下游的侧面53之间的交界部大体径向向外行进。在此,冷却流体到达后缘43的上游端。冷却流体之后经由承载环49和后缘43的面向径向内部的侧面55之间的交界部大体向下游行进,从而到达后缘43的下游端。冷却流体在其流过面向径向内部的侧面55时冷却后缘43。最后,冷却流体流过周向延伸的间隙57从而结合燃气涡轮发动机的热燃烧气体。
[0026] 冷却后缘43的冷却流体的供应并不经过发动机的高温旋转部件,而是来自于腔体47。因此,冷却流体不因旋转部件的温度以及与旋转部件的摩擦而被加热,并且因而更有效地冷却。承载环49和径向内平台33之间的交界部精密地控制流过后缘43的面向径向内部的侧面55的冷却流体流动,使得流动基本均一地分布于侧面55,并且当其从侧面55的上游端行进到下游端时采用了基本平行于侧面55的路径。因此,基本避免了在侧面55上相对停滞的流动的面积,从而增强了对后缘43的冷却。通过承载环49和径向内平台33之间的交界部对冷却流体流动进行精密控制,确保了流动将流过侧面55而与该交界部和燃气涡轮发动机的热燃烧气体的路径之间的压差无关。因此,存在这种相对大的压差将不会显著影响对后缘43的冷却。
[0027] 在图4所示的燃气涡轮发动机的部分中,存在冷却后缘43的另一冷却流体流动。该流动由箭头63示出,并且对应于在图1中由箭头19示出的现有技术中存在的空气流动。
[0028] 腔体47还将冷却流体直接供应到定子叶瓣31的内部,如图4中箭头65所示。该冷却流体经由定子叶瓣31的主要部分的后缘离开该主要部分,参见箭头67,从而结合燃气涡轮发动机的热燃烧气体。
[0029] 参考图6,后缘43的面向径向内部的侧面55包括多个轴向延伸的壁隔板69,这些壁隔板69将侧面划分为多个离散的轴向延伸的冷却通道71。每个冷却通道71均容纳沿该通道的长度轴向间隔开的一系列V型紊流器(chevron turbulator)73。
[0030] V型紊流器73显著增强了对后缘43的冷却。V型紊流器在离散冷却通道中的设置将流动集中在紊流器上从而增强其作用。
[0031] 在由图4-6所示的后缘43和燃气涡轮发动机的另一同级定子叶瓣的对应后缘形成的后缘周围的某些周向位置处存在热点。能够通过向提供这些热点的冷却通道71供应更多冷却流体来向这些热点供应加强的冷却。可以通过在承载环49和凸缘45的面向下游的侧面53之间的交界部内形成径向延伸的沟槽来实现该更多冷却流体的供应。沟槽可以被形成以便供应提供热点的那些冷却通道71。替代沟槽,可以通过凸缘45形成从腔体47到冷却通道71的孔。相对于提供热点的那些冷却通道71来提供这些孔。因此,将面向径向内部的侧面55划分为离散的冷却通道71能够调整由后缘43和燃气涡轮发动机的另一同级定子叶瓣的对应后缘形成的后缘的冷却。
[0032] 参考图4-6的上文描述涉及被置于叶瓣的径向向内侧面处的定子叶瓣的平台。应该意识到,本发明还可以被用于被置于叶瓣的径向向外侧面处的定子叶瓣的平台。例如,位于径向向外平台的大体径向外部的、类似于支撑和冷却装置41的支撑和冷却装置(i)将冷却流体引导到平台的后缘的面向径向外部的侧面的上游端,以及(ii)将冷却流体引导成沿大体轴向方向流过这个侧面到达该侧面的下游端,并且在该侧面上包括例如壁隔板69的壁隔板以及如V型紊流器73的V型紊流器。
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