專利名稱：補(bǔ)充冷卻的渦輪噴嘴的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明總的涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地，涉及其中的渦輪噴嘴。
在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，由壓氣機(jī)對(duì)空氣加壓，這種壓縮空氣流到燃燒室與燃油相混合后燃燒而產(chǎn)生熱燃?xì)?，該熱燃?xì)馔ㄟ^(guò)相應(yīng)的渦輪向下游流去。高壓渦輪(HPT)緊接燃燒室之后，它從熱燃?xì)庵形∧芰慷?qū)動(dòng)壓氣機(jī)。高壓渦輪后面是低壓渦輪(LPT)，該LPT從熱燃?xì)庵形×硗獾哪芰慷鲚敵龉Γ糜诶珧?qū)動(dòng)渦扇式航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣風(fēng)扇。
上述的渦輪具有靜止的噴嘴或者說(shuō)靜子噴嘴，該噴嘴具有一排可導(dǎo)引燃?xì)膺M(jìn)入一排從支承轉(zhuǎn)盤沿徑向向外伸出的相應(yīng)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的噴嘴葉片，該噴嘴葉片與上述相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片相配合而從燃?xì)庵形∧芰坑謳?dòng)上述支承轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)盤又通過(guò)相應(yīng)的軸與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子或風(fēng)扇轉(zhuǎn)子相連接而帶動(dòng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
上述的發(fā)動(dòng)機(jī)部件在相應(yīng)的成排噴嘴葉片與成排轉(zhuǎn)子葉片之間構(gòu)成一條伸向下游的環(huán)形流道，由于工作時(shí)噴嘴葉片是靜止的，而轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，所以要求在它們之間有合適的密封裝置，以便將燃?xì)饩窒拊陬A(yù)定流道內(nèi)而獲得最高的發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
由于上述環(huán)形流道局限著熱燃?xì)?，故?gòu)成流道的各種部件在工作時(shí)必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s，以保證有更長(zhǎng)的工作壽命。由于HPT的第一級(jí)渦輪噴嘴承受最熱的燃?xì)猓时仨殞?duì)它專門加強(qiáng)冷卻，通常是用一部分壓氣機(jī)排出的空氣對(duì)它進(jìn)行冷卻。另外，由于在第一級(jí)噴嘴之下游設(shè)置有各級(jí)渦輪噴嘴，故燃?xì)鉁囟容^低，這些噴嘴對(duì)冷卻的要求也就低一些。
本國(guó)的已普通應(yīng)用多年的示例性渦扇式航空發(fā)動(dòng)機(jī)具有一種設(shè)置了較簡(jiǎn)單的冷卻流路的第二級(jí)HPT噴嘴，這種標(biāo)準(zhǔn)的渦輪噴嘴具有多個(gè)空心的噴嘴葉片，該葉片具有不帶孔的壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)以及沿其后緣設(shè)置的一排鉆孔。在每個(gè)葉片內(nèi)具有三通道的盤旋形流路，在葉片前緣的上方的沿徑向的外環(huán)上具有一個(gè)接受壓氣機(jī)排出的空氣以對(duì)葉片進(jìn)行內(nèi)部冷卻的入口。盤旋形流路的第一通道在葉片前緣的后面延伸至內(nèi)環(huán)，然后在延伸至外環(huán)的第二通道或者說(shuō)中弦通道內(nèi)沿徑向向外延伸，然后沿徑向向內(nèi)轉(zhuǎn)彎進(jìn)入到返回至內(nèi)環(huán)的第三通道或者說(shuō)最后通道內(nèi)。在第一與第二通道之間的氣流轉(zhuǎn)彎處，設(shè)置一個(gè)通過(guò)內(nèi)環(huán)的第一出口，在第三通道端部的內(nèi)環(huán)上也設(shè)置一個(gè)第二出口，這兩個(gè)出口將用過(guò)的冷卻空氣從每個(gè)葉片排出到第一級(jí)轉(zhuǎn)子盤與第二級(jí)噴嘴之間的吹洗腔內(nèi)以保證有效地冷卻該區(qū)域的各種部件。
由于從壓氣機(jī)分流出的任何空氣是不可用于燃燒的，而這些空氣的流出又要降低發(fā)動(dòng)機(jī)的總的效率，故必須將其減至最少。然而，為了保證適宜地冷卻，各種要求冷卻以便延長(zhǎng)其工作壽命的渦輪部件，仍然需要上述的分流出來(lái)的空氣。
因此，對(duì)壓氣機(jī)的空氣的上述對(duì)抗性的需求是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中延長(zhǎng)其工作壽命的一項(xiàng)主要設(shè)計(jì)課題。必須從壓氣機(jī)分流出冷卻空氣，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)有長(zhǎng)的工作壽命。但是，這種冷卻空氣仍必須用得最少，以便使發(fā)動(dòng)機(jī)效率的降低程度減至最小。
另一項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)是回流范圍。冷卻空氣以最大的壓力離開(kāi)壓氣機(jī)，必須使它適當(dāng)?shù)亓鬟^(guò)各種渦輪部件，這些部件在上述空氣再返回燃燒流道之前要相應(yīng)地降低空氣的壓力。這種壓力降必須最小，以保證冷卻空氣的合適的回流范圍，而上述冷卻空氣的壓力要適當(dāng)?shù)卮笥谌細(xì)獾膲毫σ苑乐乖撊細(xì)獗晃胍懦隼鋮s空氣的受冷卻的渦輪零件。
上面所述涉及的第二級(jí)渦輪噴嘴已成功地投入商用多年。上述噴嘴是進(jìn)一步延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作壽命的發(fā)展計(jì)劃的目標(biāo)。作為這項(xiàng)發(fā)展計(jì)劃的一部分，已經(jīng)從葉片前緣區(qū)改變噴嘴葉片本身的形狀，這就相應(yīng)地增大了所需冷卻空氣量以滿足較長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)目標(biāo)。然而，一個(gè)重要的問(wèn)題是，在提高前緣區(qū)的冷卻效率的同時(shí)將相應(yīng)地提高用過(guò)的冷卻空氣的溫度而降低該冷卻空氣冷卻葉片的下游區(qū)的效率，也降低由第二級(jí)噴嘴排出的清洗空氣冷卻渦輪轉(zhuǎn)子部件的冷卻效率。
所涉及的渦輪噴嘴的前緣通道是光滑的，沒(méi)有加強(qiáng)熱傳導(dǎo)的擾流子，并由此避免了與擾流子有關(guān)的冷卻空氣的壓力降而保持有效的回流范圍。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，擾流子是各種結(jié)構(gòu)和尺寸的渦輪轉(zhuǎn)子葉片和靜子葉片中常見(jiàn)的普遍存在的特征。雖然設(shè)置擾流子的主要目的是加強(qiáng)熱傳導(dǎo)，從而提高從壓氣機(jī)分流出的有限的冷卻空氣的冷卻效率，但是，對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)以及噴嘴葉片與轉(zhuǎn)子葉片之間，擾流子的性能是不同的。由于在工作時(shí)渦輪轉(zhuǎn)子葉片是轉(zhuǎn)動(dòng)的，故冷卻空氣受到離心力作用而影響其熱傳導(dǎo)性能，但在靜止的噴嘴葉片中未發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象。
在第一級(jí)渦輪噴嘴中，由于該噴嘴葉片受到最熱的燃?xì)饬鞯陌鼑?，其擾流子的性能必須最高。通常還要求對(duì)第一級(jí)噴嘴葉片進(jìn)一步冷卻，為此，通常在噴嘴葉片內(nèi)部設(shè)置撞擊擋板，在用其中的擾流子進(jìn)一步冷卻之前，先由上述撞擊擋板利用壓氣機(jī)排出空氣對(duì)葉片內(nèi)表面進(jìn)行撞擊冷卻。
但是，第二級(jí)渦輪噴嘴被包圍在溫度較低的燃?xì)庵?，不需要設(shè)置撞擊擋板來(lái)提高冷卻性能，并且不需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的擾流子進(jìn)行有效的冷卻。實(shí)際上，第二級(jí)噴嘴葉片通常具有不帶孔的且無(wú)需設(shè)置在第一級(jí)噴嘴葉片中通常所見(jiàn)的多排氣膜冷卻孔的壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)。因此，設(shè)計(jì)合適的第二級(jí)渦輪噴嘴的具體問(wèn)題在于，不是用擾流子和撞擊擋板最大范圍地提高冷卻效率，而是在使所需冷卻空氣量減至最少并保持足夠的回流范圍的同時(shí)使渦輪噴嘴的各個(gè)部位均衡地冷卻。
因此，希望提供一種改進(jìn)的第二級(jí)渦輪噴嘴以延長(zhǎng)其工作壽命。
發(fā)明概述一種渦輪噴嘴具有與帶有位于相對(duì)的壓力側(cè)與負(fù)壓側(cè)之間的三通道盤旋形流路的葉片整體地連接在一起的外環(huán)和內(nèi)環(huán)。外環(huán)具有一個(gè)用于將冷卻空氣通入上述流路的位于葉片前緣后面的第一通道內(nèi)的入口。在與盤旋形流路的第二通道相連接的第一通道底部的內(nèi)環(huán)上設(shè)置有第一出口，在與盤旋形流路的第二通道流體連通的第三通道的底部的內(nèi)環(huán)上還設(shè)置有第二出口。葉片前緣后面的第一通道是光滑的，但設(shè)有沿橫向互相隔開(kāi)的相應(yīng)的成排第一和第二擾流子。第一擾流子在緊靠葉片前緣的后面跨接壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)，第二擾流子則設(shè)置在負(fù)壓側(cè)的后面。
附圖簡(jiǎn)述在下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明中，將按照優(yōu)選的和示例性實(shí)施例并結(jié)合其他的目的和優(yōu)點(diǎn)更具體地說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1是渦輪風(fēng)扇式航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的局部軸向剖視圖，其中示出按照示例性實(shí)施例的第二級(jí)渦輪噴嘴；圖2是圖1所示第二級(jí)渦輪噴嘴中的示例性葉片的局部軸向剖視放大圖；圖3是沿圖2的3-3線噴嘴葉片的局部軸向等角圖；圖4是圖3所示并沿4-4線的葉片前緣流道的局部剖視圖，示出按本發(fā)明示例性實(shí)施例的在流道內(nèi)設(shè)置的兩排擾流子；圖5是圖2所示的并沿5-5線的噴嘴葉片前緣部分的沿徑向剖視的放大圖；圖6是圖2所示的并沿6-6線的噴嘴葉片前緣部分的沿徑向剖視的放大圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明圖1示出示例性渦輪風(fēng)扇式航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的一部分。它是相對(duì)于縱向軸線或者說(shuō)中心軸線12軸向?qū)ΨQ的。該發(fā)動(dòng)機(jī)具有多級(jí)在工作時(shí)可壓縮空氣16的軸流式壓氣機(jī)14。
上述的經(jīng)壓縮的空氣流入環(huán)形燃燒室18(圖中僅示出其后部)，在此與燃油混合并點(diǎn)燃而產(chǎn)生熱燃?xì)?0，該燃?xì)?0流過(guò)兩級(jí)高壓渦輪，該渦輪則通過(guò)傳動(dòng)軸適宜地與壓氣機(jī)相連接，以便在工作時(shí)帶動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。
上述高壓渦輪包括第一級(jí)渦輪噴嘴22，隨后是第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子葉片24、第二級(jí)渦輪噴嘴26和第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子葉片28，上述轉(zhuǎn)子葉片24、28從相應(yīng)的轉(zhuǎn)盤沿徑向向外伸出，所述的轉(zhuǎn)盤與普通傳動(dòng)軸緊緊連接在一起，工作時(shí)帶動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
第一級(jí)或者說(shuō)高壓渦輪噴嘴22的結(jié)構(gòu)可以是任何普通類型的，它通常具有一排安裝在對(duì)應(yīng)的外、內(nèi)環(huán)之間的空心的噴嘴葉片。第一級(jí)噴嘴的葉片內(nèi)通常有撞擊擋板，這些葉片的表面通常布滿多排氣膜冷卻孔(未示出)。
第二級(jí)渦輪噴嘴26同樣具有沿徑向設(shè)置的外、內(nèi)環(huán)30、32，該環(huán)與在它們之間延伸的噴嘴葉片34整體地連接或鑄造在一起。通常在一個(gè)鑄件中，有兩個(gè)葉片與相應(yīng)的外、內(nèi)環(huán)段整體地鑄在一起。而且，組合起來(lái)的環(huán)段和葉片由特制的外環(huán)件以普通的方式適宜地支承在發(fā)動(dòng)機(jī)外殼體上。
圖2和3較詳細(xì)地示出第二級(jí)渦輪噴嘴26的優(yōu)選實(shí)施例。每個(gè)葉片具有一個(gè)大致為凹形的壓力側(cè)36和一個(gè)沿圓周相對(duì)的大致為凸形的負(fù)壓側(cè)38，該壓力側(cè)36和負(fù)壓側(cè)38在沿軸向相對(duì)的并在內(nèi)、外環(huán)之間沿徑向或者說(shuō)縱長(zhǎng)方向延伸的前緣40和后緣42互相連接在一起。
壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)的壁沿圓周隔開(kāi)，其間形成一種三通道的盤旋形流路，包括按順序氣流連通的第一、第二和第三通道44、46和48，第一通道(或者說(shuō)前緣通道)44位于緊靠?jī)?nèi)、外環(huán)之間的前緣40的后面。第二通道(或者說(shuō)中弦通道)46位于與之流體連通的第一通道44的后面。
第二通道46位于第一通道44后面并由一個(gè)從外環(huán)30沿徑向向內(nèi)延伸并與內(nèi)環(huán)32有一定距離的不帶孔的前隔板50與第一通道44大部分地隔開(kāi)(圖2)。第三通道(或者說(shuō)后緣通道)48位于第二通道46后面葉片后緣的前面，并由一個(gè)從內(nèi)環(huán)32沿徑向向上延伸且與外環(huán)30有一定距離的不帶孔的后隔板52與第二通道46大部分地隔開(kāi)。前、后隔板50、52的末端可在第一、第二和第三通道之間跨越或轉(zhuǎn)彎，以便在所形成的盤旋形流路中連通冷卻空氣16(圖2)。
如圖2所示，外環(huán)30具有位于第一通道44之頂部的小孔狀的單一入口54，用于承接從圖1所示壓氣機(jī)排出的壓縮空氣16，并將此空氣供入噴嘴葉片。相應(yīng)地，內(nèi)環(huán)32具有位于第一通道44之底部的用于排出一部分冷卻空氣的第一出口56和位于第三通道48底部的用于從噴嘴葉片排出另一部分冷卻空氣的第二出口58。
如圖2和3所示，每個(gè)噴嘴葉片具有一排沿后緣42縱向隔開(kāi)的與第三通道流體連通的后緣出口孔60，用來(lái)排出其中的剩余部分的冷卻空氣，該出口孔60可具有任何的形狀。例如圖2所示的發(fā)散型孔，它們?cè)卩徑缶?2處終止于壓力側(cè)表面。
如圖2所示，第一通道44是光滑而沒(méi)有凸起部分的，但具有相應(yīng)的多排從流道內(nèi)表面向外凸起的放射狀的第一和第二擾流子62、64，該第一擾流子62在緊靠前緣40后面跨接壓力側(cè)36和負(fù)壓側(cè)38，大致與前隔板50相對(duì)，第二擾流子64在負(fù)壓側(cè)38后面與第一擾流子沿橫向或者說(shuō)沿圓周隔開(kāi)，也大致與前隔板50相對(duì)。
除了上述的兩排第一和第二擾流子62、64之外，無(wú)論是壓力側(cè)或負(fù)壓側(cè)都沒(méi)有任何凸起部分或擾流子。這樣，緊靠前緣40后面的第一通道44總體上是光滑的(除了優(yōu)先設(shè)置在前緣40后面的擾流子62、64之外)。這種結(jié)構(gòu)與噴嘴葉片上述的三通道盤旋形冷卻流路相結(jié)合均衡了通入葉片的有限的冷卻空氣16的冷卻效率，同時(shí)也在葉片中保持了合適的回流范圍。
為了延長(zhǎng)圖2所示渦輪噴嘴的工作壽命，已對(duì)上面關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)渦輪噴嘴的背景部分所述的噴嘴葉片的壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)的形狀加以改變。新的葉片形狀已比其他類似的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)提高了葉片前緣區(qū)的熱負(fù)荷。由于噴嘴葉片入口54接收的冷卻空氣16的流速和壓力有限，故要通過(guò)與上述的三通道盤旋形冷卻流路相結(jié)合的優(yōu)先設(shè)計(jì)的擾流子62、64的布局、尺寸和設(shè)置而更好地利用供給的空氣。擾流子62、64的布局要加強(qiáng)葉片前緣局部區(qū)域的冷卻，而不產(chǎn)生會(huì)降低盤旋形流路下游的回流范圍和冷卻效率的過(guò)度的冷卻或過(guò)度的壓力降。
如圖2和3所示，噴嘴葉片的壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)是不帶孔的，只是在緊靠后緣42處有一排后緣出口孔60。該葉片的壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)全沒(méi)有像第一級(jí)渦輪噴嘴葉片那樣的氣膜冷卻孔。因此，進(jìn)入葉片入口54的全部冷卻空氣都在葉片內(nèi)的通道內(nèi)流動(dòng)并優(yōu)先從3個(gè)相應(yīng)的出口孔56、58和60排出。
在第一和第三流道44、48的相應(yīng)端部設(shè)有兩個(gè)出口56、58用于均衡葉片的冷卻，并保證從這些出口排出的用過(guò)的空氣16還具有足夠的冷卻能力。如圖1和2所示，葉片內(nèi)環(huán)32具有一個(gè)在第三通道48下面沿徑向延伸的用于支承普通的蜂窩狀密封件68的大致為“T”形的整體支架66。所述的蜂窩狀密封件68與從級(jí)間轉(zhuǎn)盤伸出的迷宮式相配合可保持渦輪噴嘴26的上游側(cè)與下游側(cè)之間的軸向壓力降。
如圖2所示，內(nèi)環(huán)32中的兩個(gè)出氣口56、58位于葉片前緣40與支架66之間，以便在渦輪噴嘴26的靠近支承第一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片24的第一級(jí)轉(zhuǎn)盤的進(jìn)氣側(cè)下面排出用過(guò)的冷卻空氣16。這樣，從噴嘴葉片34排出的用過(guò)的冷卻空氣16便在第一級(jí)轉(zhuǎn)子與第二級(jí)噴嘴之間提供了吹洗作用而附加地冷卻了該區(qū)域內(nèi)的零部件。
因此，首先進(jìn)入每個(gè)噴嘴葉片內(nèi)的冷卻空氣16被多次應(yīng)用，既冷卻了葉片的各個(gè)部位，又儲(chǔ)備了的冷卻能力最后用于吹洗支承的支架66的上游側(cè)。但是，這種同一冷卻空氣的多次應(yīng)用需要仔細(xì)權(quán)衡其冷卻效率和沿冷卻流路的流體的壓力降，這一特征優(yōu)先地通過(guò)新加入多排擾流子62、64的結(jié)構(gòu)而互相補(bǔ)充。
更具體地說(shuō)，如圖2和4所示，第一和第二擾流子62、64沿第一通道44大致上彼此平行地排列，并且大致垂直于冷卻氣流的徑向方向。第一和第二擾流子62、64也在內(nèi)、外環(huán)之間沿葉片前緣40縱向地或者說(shuō)徑向地錯(cuò)開(kāi)排列或者說(shuō)隔開(kāi)排列。
如圖5和6所示，第一擾流子62在前緣40的反面上大致相等地跨接壓力側(cè)36和負(fù)壓側(cè)38的部位。前緣40是一根在工作時(shí)隔開(kāi)壓力側(cè)與負(fù)壓側(cè)并形成靜滯點(diǎn)的線或點(diǎn)的軌跡，在所述靜滯點(diǎn)上燃?xì)饬鞅谎孛總€(gè)葉片的相對(duì)兩側(cè)面劈開(kāi)。第一排的第一擾流子最好位于第一通道44內(nèi)緊靠前緣40之后面，以便在該區(qū)域加強(qiáng)葉片的內(nèi)部冷卻。
由于葉片前緣40的半徑有限，且其側(cè)壁厚度大致均勻，故前緣40后面的設(shè)置第一擾流子62的內(nèi)表面的半徑也有限且更小。因此，第一擾流子62做成弧形以便與葉片前緣后面的內(nèi)部半徑相吻合，而且第一擾流子62的相對(duì)兩端按弧的長(zhǎng)度端接在其沿相應(yīng)的壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)的內(nèi)表面。
相應(yīng)地，負(fù)壓側(cè)38及其內(nèi)表面具有比前緣本身小得多的曲率，第二擾流子64大致上是直的，曲率極小或?yàn)榱?，以便按要求與負(fù)壓側(cè)的緊接成排第一擾流子62處的內(nèi)表面相吻合。
圖5和6所示的第一和第二擾流子62、64的合適高度約為10密度(0.25mm)，其較短的長(zhǎng)度大約為高度的4～5倍。第一和第二擾流子的長(zhǎng)度最好基本上彼此相等，這些擾流子沿橫向隔開(kāi)以便在兩排擾流子之間形成窄小的間隙。
這樣，兩排擾流子只占較小的內(nèi)表面積，而留下的第一流道的絕大部分內(nèi)表面是沒(méi)有障礙物的完全光滑的，兩排擾流子62、64通過(guò)橫向隔開(kāi)排列和縱向錯(cuò)開(kāi)排列方式而彼此脫開(kāi)，以便減小可產(chǎn)生的總的壓力降。這樣，就可加強(qiáng)在葉片前緣的有限區(qū)域和相連接的負(fù)壓側(cè)部位的冷卻，而不需要在冷卻空氣中形成過(guò)度的壓力降。進(jìn)入葉片入口54的冷卻空氣可在通過(guò)第二通道并從第一出口56排出之前有效地冷卻噴嘴葉片的前緣區(qū)域。
如圖2所示，一部分來(lái)自第一通道44的冷卻空氣立即通過(guò)第一通道下面的內(nèi)環(huán)排出，以在支架66的上游處成為較冷的高壓冷卻空氣，而對(duì)轉(zhuǎn)子空腔進(jìn)行吹洗冷卻。另外，來(lái)自第一通道的冷卻空氣的剩余部分則流過(guò)盤旋形流路的第二和第三通道，對(duì)葉片的這些區(qū)域進(jìn)行冷卻。第二和第三盤旋形通道46、48的結(jié)構(gòu)可以是任何普通的結(jié)構(gòu)，通?？筛鶕?jù)需要沿其壓力側(cè)或負(fù)壓側(cè)設(shè)置全長(zhǎng)的擾流子。
一部分來(lái)自第三通道48的用過(guò)的冷卻空氣通過(guò)一排后緣孔60排出，其余部分的冷卻空氣則通過(guò)內(nèi)環(huán)32中的第二出口58排出，以對(duì)前轉(zhuǎn)子空腔內(nèi)的支架66的上游側(cè)提供附加的吹洗空氣。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，上述的第一出口56、第二出口58和成排的后緣出口孔60的大小設(shè)計(jì)成可排出從公用入口54供入空氣總流量的三分之一左右。雖然在上面的背景部分所述的標(biāo)準(zhǔn)渦輪噴嘴對(duì)于上述用過(guò)的冷卻空氣中的三分之一的分流量來(lái)說(shuō)具有類似的結(jié)構(gòu)，但是，圖2所示的結(jié)構(gòu)在重新引入兩排位于原先是光滑的前緣通道44內(nèi)的擾流子62、64的同時(shí)仍可保持上述的所需的分流量。優(yōu)先地設(shè)置的擾流子62、64由于它們有限的尺寸和位置而可保持滿意的回流范圍，又可保持噴嘴葉片的前緣通道之下游處各個(gè)部位包括支架66之上游處的前轉(zhuǎn)子空腔的補(bǔ)充冷卻性能。
在圖2所示的優(yōu)選實(shí)施例中，第一排擾流子限于或者說(shuō)具有10個(gè)在葉片前緣后面沿縱向隔開(kāi)的第一擾流子62，而第二排擾流子則限于或者說(shuō)具有9個(gè)在第一排擾流子中的相應(yīng)擾流子之間沿縱向錯(cuò)開(kāi)排列的第二擾流子64。在原先光滑的前緣通道44內(nèi)設(shè)置數(shù)目有限且頗為策略地隔開(kāi)的擾流子62，64提高了整個(gè)噴嘴葉片的性能，并提供了吹洗冷卻空氣，這與上面背景部分所述的標(biāo)準(zhǔn)噴嘴葉片相比較，可提高其耐久性和工作壽命。
圖5簡(jiǎn)單示出鑄造噴嘴葉片的優(yōu)選方法。從圖中可看出，一排第一擾流子66在一種模壓壓型72(僅部分地示出)的分模線70處與沿負(fù)壓側(cè)38的一排第二擾流子64相連接，上述的壓型72用于按普通方法壓制出形狀和尺寸與所需的流路包括其擾流子相對(duì)應(yīng)的陶瓷型芯。在壓型分模線70處將兩排擾流子62、64分開(kāi)，可提高鑄造生產(chǎn)率。
在原先光滑的前緣通道中簡(jiǎn)單設(shè)置第一和第二擾流子62、64可補(bǔ)充加強(qiáng)對(duì)渦輪噴嘴各部分的冷卻，同時(shí)又保持足夠的回流范圍。由于渦輪噴嘴的各部位通過(guò)公共的三通道盤旋形流路互相關(guān)聯(lián)，故專門設(shè)置的擾流子62、64可提高總體冷卻性能和回流范圍性能。
相反地，在前緣通道中設(shè)置其他普通形式的擾流子則可能造成會(huì)降低盤旋形流路之下游部位和冷卻性能的過(guò)分冷卻或過(guò)分的壓力損失。
在該優(yōu)選實(shí)施例中將兩排擾流子彼此分開(kāi)并將它們?cè)O(shè)置在葉片前緣之后面可加強(qiáng)具有適當(dāng)回流裕度的冷卻，這就提高了渦輪噴嘴的耐用性。通過(guò)優(yōu)先設(shè)計(jì)第二和第三流道以及成排的后緣出口孔又可進(jìn)一步提高渦輪噴嘴的耐用性，不過(guò)這已經(jīng)不是本發(fā)明的目的了。
雖然上面已經(jīng)說(shuō)明了被認(rèn)為是本發(fā)明的優(yōu)選的和示例性實(shí)施例的內(nèi)容，但是，熟悉本技術(shù)的人們將會(huì)從所述原理明白本發(fā)明的其他改型，因此，這些落在本發(fā)明的實(shí)際精神和范圍的所有改型都要在所附權(quán)利要求書中得到保護(hù)。
權(quán)利要求
1.第二級(jí)燃?xì)鉁u輪噴嘴，它具有與葉片(34)整體地連接的外、內(nèi)環(huán)(30，32)；上述葉片具有在相對(duì)的前、后緣(40、42)處連接在一起的相對(duì)的壓力側(cè)壁(36)和負(fù)壓側(cè)壁(38)；上述的負(fù)壓側(cè)和壓力側(cè)互相隔開(kāi)以形成一條三通道的盤旋的流路，該流路包括一條在上述前緣之后面延伸的第一通道(44)，一條由一不帶孔的前隔板(50)與上述第一通道(44)部分地隔開(kāi)的第二通道(46)，上述的前隔板(50)從上述外環(huán)(30)延伸到離上述內(nèi)環(huán)(32)不遠(yuǎn)處，和一條由一不帶孔的后隔板(52)與上述第二通道(46)部分地隔開(kāi)的第三通道(48)，上述的后隔板(52)從上述內(nèi)環(huán)(32)延伸到離上述外環(huán)(30)不遠(yuǎn)處。上述的外環(huán)(30)具有一個(gè)位于上述第一通道處的用于對(duì)其供給壓力冷卻空氣(16)的入口(54)，上述的內(nèi)環(huán)(32)具有一個(gè)位于上述第一通道處的用于排出一部分上述空氣的第一出口(56)，和一個(gè)位于上述第三通道處的用于排出另一部分上述空氣的第二出口(58)，上述葉片(34)沿上述后緣(42)具有一排出口孔(60)與上述第三通道成流體連通，用于從那里排出其余的空氣；和上述的第一通道是光滑的但具有第一排緊靠上述前緣的后面并跨接上述壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)且與上述前隔板相對(duì)的第一擾流子(62)，和第二排位于上述壓力側(cè)后面并與上述第一排擾流子橫向隔開(kāi)的第二擾流子(64)，上述壓力側(cè)則沒(méi)有與上述前隔板相對(duì)的擾流子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的噴嘴，其特征在于，上述的第一和第二擾流子(62，64)在上述的外、內(nèi)環(huán)(30，32)之間沿上述前緣(40)互相平行并沿縱向錯(cuò)開(kāi)排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的噴嘴，其特征在于，上述的壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)(36，38)上除了上述的段緣出口孔(60)之外是無(wú)孔的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的噴嘴，其特征在于，上述的第一和第二擾流子(62，64)的長(zhǎng)度大致相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的噴嘴，其特征在于，上述的第一擾流子(62)在上述前緣(40)的將上述的壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)(36、38)大致相等地跨接在上述前緣(40)的背面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的噴嘴，其特征在于，上述的第一擾流子(62)是弧形的，沿弧長(zhǎng)方向終止于上述壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)的相對(duì)兩端，而上述第二擾流子則基本上是直的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的噴嘴，其特征在于，上述的內(nèi)環(huán)(32)具有一個(gè)在上述第三通道(48)下方延伸的整體支架(66)，上述的第一和第二出口(56，58)都在上述前緣(40)與上述支架(66)之間穿過(guò)上述內(nèi)環(huán)(32)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的噴嘴，其特征在于，上述第一排擾流子具有10個(gè)位于上述前緣(40)后面沿縱向隔開(kāi)的第一擾流子(62)，上述第二排擾流子具有9個(gè)沿縱向錯(cuò)開(kāi)排列的第二擾流子(64)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的噴嘴，其特征在于，上述第一排擾流子(62)在用于鑄造與上述盤旋的流路相應(yīng)的陶瓷型芯(74)的壓模(72)的分模線(70)處沿上述負(fù)壓側(cè)(38)與所述第二排擾流子(64)相鄰接。
10.根據(jù)權(quán)利要求3的噴嘴，其特征在于，上述的第一出口(56)、第二出口(58)和一排后緣出口孔(60)的尺寸定得可排出經(jīng)上述入口(54)接收的各流量的約三分之一。
全文摘要
一種渦輪噴嘴具有可與帶有位于壓力側(cè)與負(fù)壓側(cè)(36、38)之間的三通道盤旋形流路的葉片(34)整體地連接的外、內(nèi)環(huán)(30、32)，上述外環(huán)具有一個(gè)用于將冷卻空氣通入位于葉片前緣之后面的上述流路的第一通道(44)內(nèi)的入口(54)，在內(nèi)環(huán)的與上述流路的第二通道(46)相連接的第一通道底部設(shè)置有第一出口(56)，在內(nèi)環(huán)的與第二通道流體連通的上述流路的第三通道(48)的底部還設(shè)置有第二出口(58)。位于葉片前緣(40)的后面的第一通道(44)是光滑的，但設(shè)置了沿橫向隔開(kāi)的相應(yīng)的成排第一和第二擾流子(62、64)。第一擾流子(62)在緊靠前緣(40)的后面跨接壓力側(cè)和負(fù)壓側(cè)，第二擾流子(64)則設(shè)置在負(fù)壓側(cè)的后面。
文檔編號(hào)F01D9/02GK1538039SQ20041003439
公開(kāi)日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者B·施, B 施, R·F·曼寧, 曼寧, R·B·賴德貝克, 賴德貝克, N·B·T·朗利, T 朗利 申請(qǐng)人:通用電氣公司