專利名稱：從密封槽供給薄膜冷卻孔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)件冷卻技術(shù)，更具體地說，涉及將冷卻空氣供給到帶有密 封槽的渦輪機(jī)構(gòu)件中的薄膜冷卻孔的方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在升高的溫度下操作，薄膜冷卻廣泛用于保護(hù)構(gòu)件不受惡劣的高 溫環(huán)境影響。通過許多不同的技術(shù)來將燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)件的金屬溫度保持在材料限制內(nèi)，這些 技術(shù)為例如薄膜冷卻、沖擊冷卻、低傳導(dǎo)性涂層和熱傳遞增強(qiáng)裝置，例如紊流器、肋、針翅組寸。薄膜冷卻廣泛用于燃?xì)廨啓C(jī)第一級(jí)構(gòu)件，在后面的級(jí)中程度較低。工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn) 慣例是從已有的制造在構(gòu)件中的腔供給這些薄膜冷卻孔。這嚴(yán)重限制了關(guān)于在不與腔對(duì)準(zhǔn) 的位置處的鉆孔方面的靈活性。因此，設(shè)計(jì)者經(jīng)常無法在高溫位置處進(jìn)行薄膜冷卻，或者必 須將冷卻孔定向在降低薄膜冷卻效果的角度。競爭者過去已經(jīng)通過將專用室和螺旋形通道 加工到構(gòu)件中來解決此問題。僅僅是出于供給這些孔的目的而制造了這些特征，而且這些 特征會(huì)對(duì)構(gòu)件增加額外的制造成本。現(xiàn)有技術(shù)中的具體實(shí)例包括從鑄造在渦輪機(jī)側(cè)壁中的腔供給的冷卻孔，如由美國 專利No. 5，344，283所示。美國專利No. 6，254，333和No. 6，210，111中公開了用于將專用 室鑄造在側(cè)壁中以供給薄膜冷卻孔的其它方法。美國專利No. 5，417，545公開了由第一級(jí) 渦輪機(jī)噴嘴的冷側(cè)中的密封板形成的腔。美國專利No. 5，062，768公開了用于加工多個(gè) 冷卻孔從而使得它們從冷側(cè)腔中的相同孔進(jìn)行供給的概念。本發(fā)明的受讓人在美國專利 No. 6，340，285中介紹了用來自冷卻腔的空氣對(duì)密封槽加壓以冷卻密封件本身的概念。

發(fā)明內(nèi)容
在第一個(gè)示例性而非限制性方面中，本發(fā)明涉及用于渦輪機(jī)構(gòu)件的冷卻布置，其 具有沿著渦輪機(jī)構(gòu)件的邊緣的槽，該槽具有形成有至少一個(gè)冷卻腔的閉合端部，以及在腔 和渦輪機(jī)構(gòu)件的外表面之間延伸的至少一個(gè)冷卻通道。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及用于渦輪機(jī)的第一構(gòu)件的冷卻布置，其具有形成于 構(gòu)件的前面中的密封槽，密封槽在所述前面中的大體長方形開口的周圍延伸，且沿著朝向 第二渦輪機(jī)構(gòu)件的方向開口，且適于容納在第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間延伸的密封件的法蘭 部分；槽具有形成有至少一個(gè)冷卻腔的閉合后端，該至少一個(gè)冷卻腔設(shè)有在腔和第一構(gòu)件 的外表面之間延伸的至少一個(gè)冷卻通道，并且其中所述至少一個(gè)冷卻通道相對(duì)于渦輪機(jī)的 轉(zhuǎn)子軸線以銳角延伸。在又一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及對(duì)形成有適于容納密封元件的至少一個(gè)密封槽的渦 輪機(jī)構(gòu)件進(jìn)行薄膜冷卻的方法，該方法包括(a)在密封槽的閉合端部處形成一個(gè)或多個(gè) 腔；(b)在一個(gè)或多個(gè)腔中的各個(gè)中形成一個(gè)或多個(gè)冷卻通道，一個(gè)或多個(gè)冷卻通道在一 個(gè)或多個(gè)腔和待冷卻的渦輪機(jī)構(gòu)件的表面之間延伸。
4
現(xiàn)在將結(jié)合下面標(biāo)識(shí)的附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。


圖1是顯示結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的示例性而非限制性實(shí)施例的薄膜冷卻布置的燃 氣輪機(jī)過渡件和第一級(jí)噴嘴構(gòu)件之間的交接處的局部側(cè)橫截面圖；以及圖2是圖1所示的第一級(jí)噴嘴構(gòu)件的局部正面透視圖。標(biāo)號(hào)列表10燃?xì)廨啓C(jī)/過渡件交接處12過渡件14第一級(jí)噴嘴16環(huán)形槽18金屬密封件20前向豎直腿部22第二腿部24水平腿部或法蘭26密封槽28環(huán)形墊片29 腔30 后壁32薄膜冷卻孔或通道34外表面36連續(xù)的環(huán)形腔或凹槽38薄膜冷卻孔42 凹槽
具體實(shí)施例方式首先參看圖1，以橫截面圖示出了燃?xì)廨啓C(jī)過渡件12和第一級(jí)噴嘴14之間的交接 處10。過渡件12形成有至少一個(gè)環(huán)形槽16，該至少一個(gè)環(huán)形槽16適于容納傳統(tǒng)的金屬密 封件18的前向的基本豎直的腿部20。密封件18的第二腿部22在過渡件周圍延伸，且后面 的基本水平的腿部或法蘭適于容納在環(huán)形密封槽26中。可使用環(huán)形墊片28來為密封件的 腿部24在密封槽26內(nèi)提供更緊密的配合。介于過渡件和第一級(jí)噴嘴之間的密封件18的 這種布置是傳統(tǒng)的，且不需要另外的描述。根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)現(xiàn)，密封槽26的后面或后部的壁形成為提供一個(gè)或多 個(gè)冷卻腔29，如在圖2中最佳地看到的。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，多個(gè)不連續(xù)的冷卻腔29 可形成于密封槽26的后壁30中，各個(gè)冷卻腔供給在噴嘴14的外表面34和相應(yīng)的腔29之 間延伸的單個(gè)薄膜冷卻孔32(圖1)。冷卻孔或通道32沿氣路流的方向且相對(duì)于渦輪機(jī)轉(zhuǎn) 子軸線以在約25至30度的范圍中的角度延伸。該范圍被認(rèn)為會(huì)提供最優(yōu)的冷卻效果。但 是，將理解，可采用更陡的角度(甚至高達(dá)90度)來冷卻處于較高溫度的其它位置。而且 注意，單獨(dú)的腔可具有小于密封槽的高度的高度。這個(gè)特征與腔之間的壁部分或間壁(即
5后壁30的剩余部分)共同排除具有或不具有墊片28的密封腿部24移動(dòng)到腔29中的可能性。在第二個(gè)示例性而非限制性實(shí)施例中，(在圖2中顯示)密封槽26的后壁30可 加工為或以別的方式形成為包括高度小于密封槽26的后壁30的高度的基本連續(xù)的環(huán)形腔 或凹槽36，多個(gè)薄膜冷卻孔38與單個(gè)環(huán)形腔36連通。在此實(shí)施例中，通過將薄膜冷卻腔的 高度限制為小于密封槽的高度，再次阻止密封件的后端進(jìn)入腔中。將理解，其它的腔布置也 在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，腔36可被分隔(即分開)成兩個(gè)或多個(gè)弓形區(qū)段。如圖1所示，顯示了在穩(wěn)態(tài)條件下的過渡件12和密封件18相對(duì)于第一級(jí)噴嘴14 的相對(duì)定位。這里，存在暢通的流徑，以便壓縮機(jī)排放冷卻空氣流到密封槽26且流到薄膜 冷卻腔29(或36)中。但是，將理解，在瞬態(tài)條件中，例如啟動(dòng)和停機(jī)，構(gòu)件中可能有相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，從而使得密封件18的密封腿部24朝密封槽26的后面的或后壁30移動(dòng)且可實(shí)際上與 其接合。如果認(rèn)為在這種瞬態(tài)條件期間的薄膜冷卻不是關(guān)鍵的，則密封件18的腿部22部 分地或完全地阻礙冷卻空氣流到薄膜冷卻腔29中是不會(huì)產(chǎn)生后果或后果很小的。在另一 方面，如果即使是在瞬態(tài)條件下也認(rèn)為冷卻是關(guān)鍵的，則一個(gè)或多個(gè)徑向(或其它)凹槽42 可形成于第一級(jí)噴嘴14的前邊緣或前面中，以確保冷卻空氣流到密封槽26且流到冷卻腔 29 (或36)中，注意，密封腿部24本身和密封槽26之間有一些間隙。上述布置提供了鉆冷卻孔或通道的容易的途徑，且允許設(shè)計(jì)者將那些冷卻孔或通 道定位在現(xiàn)有的腔以其它方式不能提供此途徑的位置處。另外，通過如圖所示的那樣使冷 卻通道32成角度，路徑本身具有更長的長度，從而增強(qiáng)噴嘴內(nèi)的傳導(dǎo)冷卻，同時(shí)促進(jìn)沿著 噴嘴的表面形成冷卻空氣薄膜。因此，該布置提供了應(yīng)用更加有效率的薄膜冷卻空氣的方 式，以便降低流量要求和泄漏，同時(shí)增加構(gòu)件壽命且改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能。而且將理解，也可在渦輪機(jī)的熱氣流徑內(nèi)的任何固定的密封槽中容易地采用上述 冷卻構(gòu)造。雖然已經(jīng)結(jié)合目前認(rèn)為是最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但將理解 的是，本發(fā)明不限于公開的實(shí)施例，相反，本發(fā)明意圖覆蓋包括在權(quán)利要求書的精神和范圍 內(nèi)的各種修改和等效布置。
權(quán)利要求
一種用于渦輪機(jī)構(gòu)件(14)的冷卻布置，所述冷卻布置具有沿著所述渦輪機(jī)構(gòu)件(14)的邊緣的密封槽(26)，所述槽具有形成有至少一個(gè)冷卻腔(29)的閉合端部，以及在所述腔和所述渦輪機(jī)構(gòu)件(14)的外表面(34)之間延伸的至少一個(gè)冷卻通道(32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻布置，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻通道(32)相對(duì)于 流的方向和所述渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸線以25°和90°之間的角度延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻布置，其特征在于，所述角度在從25°至30°的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻布置，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻腔(29)包括多個(gè) 不連續(xù)的腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻布置，其特征在于，所述渦輪機(jī)構(gòu)件(14)包括第一級(jí)噴 嘴，且所述密封槽(26)沿面向燃燒器過渡件(12)的方向開口，且適于容納在所述第一級(jí)噴 嘴和所述過渡件之間延伸的密封件(18)的法蘭部分(24)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻布置，其特征在于，所述密封槽(26)在所述第一級(jí)噴嘴 的所述邊緣中的大體長方形開口周圍延伸，并且其中，所述至少一個(gè)冷卻腔(29)包括在所 述密封槽周圍彼此隔開的多個(gè)腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷卻布置，其特征在于，所述多個(gè)冷卻腔(29)中的一些或全 部均設(shè)有一個(gè)所述冷卻通道(32)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻布置，其特征在于，所述密封槽(26)在所述第一級(jí)噴嘴 的所述邊緣中的大體長方形開口周圍延伸，并且其中，所述至少一個(gè)冷卻腔包括形成于所 述槽的所述閉合端部中的單個(gè)連續(xù)的環(huán)形凹槽(36)。
9.一種用于渦輪機(jī)的第一構(gòu)件(14)的冷卻布置，所述冷卻布置具有形成于所述構(gòu)件 的前面中的密封槽(26)，所述密封槽(26)在所述前面中的大體長方形開口的周圍延伸，且 沿朝向第二渦輪機(jī)構(gòu)件(12)的方向開口，且適于容納在所述第一構(gòu)件(14)和所述第二構(gòu) 件(12)之間延伸的密封件(18)的法蘭部分(24)；所述槽具有形成有至少一個(gè)冷卻腔(29) 的閉合后端，所述至少一個(gè)冷卻腔(29)設(shè)有在所述腔和所述第一構(gòu)件的外表面(34)之間 延伸的至少一個(gè)冷卻通道(32)，并且其中，所述至少一個(gè)冷卻通道(32)相對(duì)于所述渦輪機(jī) 的轉(zhuǎn)子軸線以銳角延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻布置，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻通道(32)沿遠(yuǎn)離 所述第二構(gòu)件的方向成角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻布置，其特征在于，所述銳角在約25°至30°之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻布置，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻腔(29)包括多個(gè) 腔，各個(gè)腔設(shè)有一個(gè)所述冷卻通道(32)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻布置，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻腔包括形成于所 述開口周圍的單個(gè)連續(xù)的環(huán)形凹槽(36)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻布置，其特征在于，所述冷卻布置還包括形成于所述第 一構(gòu)件(14)的所述前面中的一個(gè)或多個(gè)凹槽(42)，以確保冷卻空氣流到所述槽中。
15.一種對(duì)形成有適于容納密封元件的至少一個(gè)密封槽(26)的渦輪機(jī)構(gòu)件(14)進(jìn)行 薄膜冷卻的方法，所述方法包括(a)在所述密封槽的閉合端部形成一個(gè)或多個(gè)腔(29)；(b)在所述一個(gè)或多個(gè)腔的各個(gè)中形成一個(gè)或多個(gè)冷卻通道(32)，所述一個(gè)或多個(gè)冷卻通道在所述一個(gè)或多個(gè)腔和待冷卻的所述渦輪機(jī)構(gòu)件的表面(34)之間延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及從密封槽供給薄膜冷卻孔。具體而言，本發(fā)明涉及一種用于渦輪機(jī)的第一級(jí)噴嘴(14)的冷卻布置，包括形成于第一級(jí)噴嘴的前面中的槽(26)，槽(26)沿面向燃燒器過渡件(12)的方向開口，且適于容納在第一級(jí)噴嘴和過渡件之間延伸的密封件(18)的法蘭部分(24)。槽(26)具有形成有至少一個(gè)冷卻腔(29)的閉合端部，該至少一個(gè)冷卻腔(29)設(shè)有在腔和第一級(jí)噴嘴的外表面(34)之間延伸的至少一個(gè)冷卻通道(32)。
文檔編號(hào)F02C7/12GK101922353SQ20101015694
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者J·馬爾多納多 申請(qǐng)人:通用電氣公司