專利名稱：旋轉(zhuǎn)機械的定子組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃氣渦輪發(fā)動機，特別是其定子組件和對該發(fā)動機的定子組件進行冷卻的方法。盡管本發(fā)明是在燃氣渦輪發(fā)動機領(lǐng)域開發(fā)出的，但它總地說對軸流式旋轉(zhuǎn)機械都適用。
燃氣渦輪發(fā)動機型的軸流式旋轉(zhuǎn)機械包括壓縮段、燃燒段和渦輪段。工質(zhì)氣體的流道貫穿發(fā)動機的上述各段。工質(zhì)氣體在壓縮段被壓縮。被壓縮的氣體在燃燒段與燃油混合并燃燒，以給氣體增加能量。這種熱的有壓燃氣通過渦輪段時得到膨脹。
在渦輪段，發(fā)動機設(shè)有轉(zhuǎn)子組件。該轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子盤和轉(zhuǎn)子葉片，葉片向外延伸，橫穿工質(zhì)流道。當燃氣通過轉(zhuǎn)子組件時，轉(zhuǎn)子組件從燃氣中吸取能量。
定子組件繞轉(zhuǎn)子組件沿圓周方向延伸。定子組件支承著轉(zhuǎn)子組件，并提供一個壓力容器，以將燃氣工質(zhì)限定在工質(zhì)流道內(nèi)。典型地是，定子組件包括一個外殼和一個內(nèi)殼，其間是熱燃氣工質(zhì)。內(nèi)殼體支承著定子葉列和密封件，例如內(nèi)氣體密封和外氣體密封，它們非常接近轉(zhuǎn)子組件。
當燃氣流過定子組件時，燃氣在定子葉片上產(chǎn)生空氣動力載荷。這種載荷從定子葉片傳遞到內(nèi)殼上，引起內(nèi)殼的應(yīng)力。此外，外氣體密封和定子葉片因燃氣工質(zhì)流過而被加熱。熱量以傳導(dǎo)形式傳給內(nèi)殼引起內(nèi)殼不均勻加熱，并在內(nèi)殼中產(chǎn)生附加應(yīng)力，對內(nèi)殼的疲勞壽命產(chǎn)生不利影響。
冷卻空氣送到渦輪段以冷卻內(nèi)殼。冷卻內(nèi)殼可以降低內(nèi)殼的溫度梯度和由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
使內(nèi)殼得到冷卻的一種結(jié)構(gòu)型式，包括周向連續(xù)的外殼體和周向分段的內(nèi)殼體。每個弧段內(nèi)殼體上都帶一部分定子葉列和外空氣密封。這樣，由于中斷了內(nèi)殼體的周向連續(xù)性，有助于降低內(nèi)殼體的熱應(yīng)力。但是弧段結(jié)構(gòu)也有缺點，這就是要求供給壓力高于氣流通道壓力的冷卻空氣，以防燃氣工質(zhì)經(jīng)內(nèi)殼體沿徑向向外泄漏。一旦從內(nèi)殼體泄漏出去，熱燃氣工質(zhì)所具有的勢能，便引起鄰近結(jié)構(gòu)中異常高的溫度梯度，并伴隨很大的熱應(yīng)力，從而降低了熱疲勞壽命。冷卻空氣漏入流道內(nèi)，會在流道內(nèi)產(chǎn)生一個低壓區(qū)。由于高壓冷卻氣所具有的壓力必須高于與內(nèi)殼體相鄰的燃氣流道內(nèi)的最高壓力，壓縮這種冷卻氣體需消耗較多的功，這就降低了旋轉(zhuǎn)機械的效率。
另一種技術(shù)方案是形成一種具有一組周向連續(xù)的殼體的發(fā)動機。這些殼體彼此互相連接，并用來對工質(zhì)流道提供冷卻空氣。具有這類結(jié)構(gòu)的例子，由美國專利4841726號給出，其題目為“多軸雙流結(jié)構(gòu)的燃氣渦輪噴氣發(fā)動機”，該專利頒發(fā)給了Burkhardt。由于這種殼體是周向連續(xù)的，冷卻氣體可以較低壓力供給，只要其壓力高于與熱工質(zhì)流道相鄰的排氣部位的壓力即可。這種技術(shù)方案因降低了冷卻氣增壓所消耗的功而提高了發(fā)動機效率，但卻導(dǎo)致內(nèi)殼體內(nèi)較大的熱應(yīng)力，這是因為當殼體力圖膨脹時卻受到剛性聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)的限制的緣故。
為此，在申請人的受讓人的領(lǐng)導(dǎo)下工作的科學(xué)家和工程師們尋求研制一種定子組件，它具有的殼體能以低于工質(zhì)流道最高壓力的壓力供給冷卻空氣。并避免由于內(nèi)外殼體之間熱膨脹的差異而產(chǎn)生的附加應(yīng)力。
本發(fā)明的定子組件包括一個周向連續(xù)的外殼，它聯(lián)接在一個與之相鄰的殼體上，以承受結(jié)構(gòu)載荷，和一個周向連續(xù)的內(nèi)殼體，它在徑向與該外殼隔開，以在其間形成一個冷卻空氣腔;內(nèi)殼體周向延伸形成氣體工質(zhì)的流道并支承定子葉列，而外空氣密封則伸入該流道內(nèi)，內(nèi)殼體一端是密封地固定在外殼體上的，以支撐住內(nèi)殼體，并阻止氣體在它們之間流動，另一端是自由端，以補償殼體之間軸向的和徑向的相對膨脹。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，內(nèi)殼體與外殼體固定在一個第一位置上，在那里內(nèi)殼體和外殼體沐浴在冷卻空氣中。以降低內(nèi)外殼體間的溫度梯度。
本發(fā)明的另一個實施例是操作燃氣渦輪發(fā)動機的方法，它包括如下步驟對著內(nèi)殼體噴射冷卻空氣，以冷卻內(nèi)殼體并加熱冷卻空氣;通過外殼體上的多條通道和一個徑向延伸的構(gòu)件，將冷卻空氣引到發(fā)動機內(nèi)部，并用加熱了的冷卻空氣對著轉(zhuǎn)子盤噴射，以加熱轉(zhuǎn)子盤，降低轉(zhuǎn)子盤內(nèi)的溫度梯度。
本發(fā)明的主要特征在于一種定子組件，它具有周向連續(xù)的外殼體，和周向連續(xù)的內(nèi)殼體。另一個特征在于該內(nèi)殼體的上游端。該內(nèi)殼體的上游端被固定在外殼體上。另外一個特征是在這個位置是一個冷卻空氣腔它與內(nèi)殼體和外殼體以及由內(nèi)殼體向外的一下氣室相鄰。再一個特征在于內(nèi)殼體的下游端部。在非工作期間的安裝狀態(tài)，內(nèi)殼體下游端部在徑向和軸向均與外殼體隔開。在工作情況下受熱膨脹的影響，這個部位的內(nèi)殼體軸向發(fā)生位移，徑向也向外發(fā)生位移，緊靠在外殼上。還有一個特征在于內(nèi)殼體有數(shù)個厚度增大區(qū)。這些厚度增大區(qū)適于與定子葉片與外殼的固定點相銜接。最后一個特征在于有一個隔板將冷卻空氣腔分為供氣集流腔和噴氣集流腔。該隔板有可選擇取向的孔，以對著內(nèi)殼體的厚度增大區(qū)噴射冷卻空氣，該厚度增大區(qū)是支承定子葉列和外空氣密封的部位。
本發(fā)明的主要優(yōu)點與發(fā)動機效率有關(guān)。由于使用了一個內(nèi)殼體的壓力容器，便能對內(nèi)殼體使用冷卻空氣，而該冷卻空氣是以低于與之相鄰的工質(zhì)流道的最高壓力提供的。另一個優(yōu)點也與發(fā)動機效率有關(guān)。這是因為內(nèi)殼體與外空氣密封件的同軸度好。外空氣密封件是用繞轉(zhuǎn)子部件的內(nèi)殼體安裝就位的，采用了結(jié)構(gòu)式外殼體承擔彎曲載荷，而非結(jié)構(gòu)式內(nèi)殼體是經(jīng)加工的，以安裝外空氣密封件。另外一個優(yōu)點是內(nèi)殼體和外殼體的疲勞壽命高。這是因為內(nèi)殼體與外殼體的聯(lián)接點沐浴在冷卻空氣中，因而內(nèi)殼體在那一端的熱應(yīng)力得以減小，并允許內(nèi)殼體的另一端相對于外殼體在徑向和軸向可以自由膨脹，以補償內(nèi)殼體和外殼體之間熱膨脹的差異，從而減小了總的熱應(yīng)力。在一個實施例中，其優(yōu)點是發(fā)動機效率和轉(zhuǎn)子組件的疲勞壽命高，其原因在于把自內(nèi)殼體排出的經(jīng)加熱的冷卻空氣集中起來，導(dǎo)入發(fā)動機的內(nèi)部，用加熱過的冷卻空氣加熱轉(zhuǎn)子盤朝內(nèi)的部分，以降低轉(zhuǎn)子盤內(nèi)的溫度梯度和由此引起的熱應(yīng)力。
本發(fā)明的特征和優(yōu)點結(jié)合以下對最佳實施例和附圖的詳細說明，將會更加清楚。
圖1是軸流式旋轉(zhuǎn)機械的側(cè)視圖，為清楚起見，發(fā)動機作了局部剖開;
圖2是圖1所示旋轉(zhuǎn)機械的渦輪段的部分側(cè)視圖。部分剖開了，部分是完整的，以表示內(nèi)殼體與外殼體的相互關(guān)系;
圖3是圖2的局部放大剖視圖，表示出了內(nèi)殼體的下游端。
下面結(jié)合


本發(fā)明的最佳實施例。
圖1是軸流式旋轉(zhuǎn)機械10的側(cè)視圖，說明本發(fā)明的一個實施例。所示的具體發(fā)動機是一種軸流式燃氣渦輪發(fā)動機，具有工質(zhì)氣體的環(huán)形流道11。
該發(fā)動機包括壓縮段12、燃燒段14和渦輪段16。渦輪段包括一個動力渦輪18和一個為從燃氣工質(zhì)獲取能量的自由渦輪22。從發(fā)動機壓縮段引出的壓縮氣體導(dǎo)管24把壓縮段與發(fā)動機的渦輪段的流體連通。閥門26控制通過的氣體的流量，通過電子式發(fā)動機控制裝置之類的控制裝置28，對發(fā)動機的參數(shù)作出響應(yīng)。供給冷卻空氣的第二條流道32環(huán)繞燃燒室34，并穿過燃燒段。
圖2是該發(fā)動機的渦輪段18的局部放大剖視圖。該渦輪段包括一個轉(zhuǎn)子組件36，它繞發(fā)動機軸線A設(shè)置。轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子盤38和成排的轉(zhuǎn)子葉片，轉(zhuǎn)子葉片用42和44表示，它們徑向向外延伸穿過工質(zhì)流道。
定子組件46沿周向繞轉(zhuǎn)子組件36延伸，以形成工質(zhì)的流道。該定子組件包括一個結(jié)構(gòu)式外殼體48和一個非結(jié)構(gòu)式內(nèi)殼52。內(nèi)殼體支承并定位各定子葉列，定子葉片用54和56表示，它們向內(nèi)延伸穿過工質(zhì)流道，靠近轉(zhuǎn)子組件36。內(nèi)殼體也支承并定位成排的外空氣密封，外空氣密封用58和62表示，它們沿周向繞轉(zhuǎn)子葉列設(shè)置。每個外空氣密封均靠近轉(zhuǎn)子葉片，以阻止氣體工質(zhì)泄漏出外空氣密封。
結(jié)構(gòu)式外殼體48繞發(fā)動機軸線沿軸向和周向延伸。外殼體在周向是連續(xù)的。外殼體有一個上游端64和一個下游端66。每一端都適于用法蘭68、72與相鄰的定子構(gòu)件聯(lián)接。用74和76表示的若干螺栓螺母組件穿過外殼體，并將外殼體固定在相鄰的定子構(gòu)件上。外殼體是發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)件，工作期間承受著作用在發(fā)動機上的彎曲載荷。
外殼體48暴露在相對冷的空氣中。例如在發(fā)動機周圍繞流的空氣中，并用繞流空氣冷卻其外部。外殼體上還有用82表示的局部開口，它穿過外殼體向內(nèi)延伸。該局部開口適于使外殼體通過導(dǎo)管24與有壓冷卻空氣源溝通。
外殼體包括一個向內(nèi)延伸的法蘭84，它接近于外殼體的上游端64。向內(nèi)延伸的法蘭適于使外殼體與內(nèi)殼體52聯(lián)接。該法蘭軸向離開外殼體的上游端，在它們之間形成一個第一冷卻空氣腔86。第一冷卻空氣腔與冷卻空氣源溝通，該冷卻空氣源可以是例如圖1所示的穿過燃燒段14的冷卻空氣流道32。
向內(nèi)延伸的法蘭84包括一系列穿過法蘭的孔88，它適于法蘭向相鄰的定子葉列54的下游朝外排放冷卻空氣。葉片冷卻空氣的供給區(qū)92設(shè)置在葉片54和內(nèi)殼體52之間。
非結(jié)構(gòu)式內(nèi)殼體52也是定子組件的一部分。該內(nèi)殼體沿周向是連續(xù)的，并起工質(zhì)流道11的壓力容器的作用。內(nèi)殼體相對于外殼體48沿軸向延伸，并徑向離開外殼體，以在它們之間留出一個第二冷卻空氣腔94。
內(nèi)殼體有一個上游端96和一個下游端98。在安裝情況下，下游端徑向和軸向均與外殼體48離開，之間形成間隙Ga和Gr。下游端98可在徑向和軸向自由伸長，直到內(nèi)殼體接觸外殼體為止。
上游端96固定在外殼體的上游法蘭84上。在圖示的實施例中，一系列螺栓螺母組件104穿過外殼體的上游法蘭和內(nèi)殼體的上游端96。緊固件將內(nèi)殼體固定在外殼體上，防止內(nèi)殼體相對外殼體產(chǎn)生軸向和徑向移動。在安裝情況下，由于內(nèi)殼體的下游端98軸向和徑向相對外殼是自由的，內(nèi)殼體象懸臂梁那樣從外殼體伸出。
內(nèi)殼體包括一個第一表面106和一個第二表面108，它們位于內(nèi)殼體的上游端96和下游端98之間。在工作情況下由于受熱而向外膨脹，致使這些表面緊貼在外殼體48上，把冷卻空氣腔分為第一氣室112、第二氣室114和第三氣室116。第一氣室通過設(shè)在法蘭或螺栓104上的孔88，與位于外殼體上游的第一腔室86連通。第二氣室經(jīng)導(dǎo)管24與冷卻空氣源相通。第三氣室116收集對內(nèi)殼體52進行噴射后的冷卻空氣。
內(nèi)殼體52有數(shù)個與相鄰節(jié)段相比，徑向厚度增大了的節(jié)段118、120、122。這些厚度增大了的節(jié)段適于通過周向延伸的凹槽，例如槽124，與定子葉片54、56和外空氣密封59、62配合。這些節(jié)段能吸收定子葉片和外空氣密封的熱量。這些節(jié)段通過對內(nèi)殼體相應(yīng)部位噴射冷卻空氣可有選擇地進行冷卻。
隔板126設(shè)置在內(nèi)殼體52和外殼體48之間的第二氣室114內(nèi)。該隔板把第二氣室分為供氣集流腔128和噴氣集流腔132。一系列噴氣孔134對準與定子葉片和外空氣密封配合的徑向厚度增大的節(jié)段。這些噴射孔118、120、122向?qū)⒍ㄗ尤~片和外空氣密封安裝到內(nèi)殼體上的安裝點所在處的條件惡劣的部位噴射冷卻空氣。
第三氣室116經(jīng)過一系列孔136與噴氣集流腔132相通。這樣，第三氣室起到收集冷卻空氣的集氣室的作用。該冷卻空氣是徑向向內(nèi)流動吸收內(nèi)殼體的熱量后從上述噴氣集流腔排出的。
該氣室116經(jīng)過外殼體48上的一系列通道138與沿周向延伸的集流腔142聯(lián)通。一組空心構(gòu)件144徑向向內(nèi)延伸穿過工質(zhì)流道11與結(jié)構(gòu)件146靠近。該結(jié)構(gòu)件上的開孔148為向鄰近的轉(zhuǎn)子盤36內(nèi)側(cè)部分排放的冷卻空氣(通過噴射內(nèi)殼體而被加熱的空氣)提供了一個流道154。冷卻空氣使轉(zhuǎn)子盤加熱，以降低轉(zhuǎn)子盤內(nèi)徑與鄰近工質(zhì)流道11的外徑之間的轉(zhuǎn)子盤內(nèi)的溫度梯度。
圖3是圖2中的渦輪段18的局部放大剖視圖。它更詳細地表示出了內(nèi)殼體的下游端98。如圖3所示，外殼體48包括一個徑向向內(nèi)延伸并帶有槽158的法蘭156。在工作情況下，該槽適于法蘭與內(nèi)殼體48的聯(lián)接。在非工作狀態(tài)下，內(nèi)殼體的下游端與該槽的表面離開，軸向形成間隙Ga，徑向形成間隙Gr。在工作狀態(tài)下，內(nèi)殼體徑向向外膨脹，緊貼在凹槽158的表面上，以阻止冷卻空氣徑向向內(nèi)朝外空氣密封泄漏，進而流入工質(zhì)流道。
內(nèi)殼48的下游端98具有一個第一節(jié)段，它具有一個第一徑向厚度R1。第二節(jié)段在第一節(jié)段的上游端，與它軸向隔開，第二節(jié)段具有一個第二徑向厚度R2，它大于上述第一徑向厚度R1。第三節(jié)段在第一節(jié)段和第二節(jié)段間延伸。第三節(jié)段具有一個徑向厚度R3，它小于第一徑向厚度R1或第二徑向厚度R2的一半(1/2)。第三節(jié)段與相鄰節(jié)段比較，徑向有較大的柔度。在工作情況下，內(nèi)殼體向外膨脹到外殼體上時，允許在第一節(jié)段和外殼體上的槽158的表面之間產(chǎn)生一定程度的徑向順服性。
圖1所示的燃氣渦輪發(fā)動機10工作期間，氣體工質(zhì)沿工質(zhì)流道11流動。在壓縮段12中受到壓縮，提高壓力。然后流入燃燒段14，與燃油混合并燃燒，以增加能量。熱工質(zhì)燃氣在渦輪段16、18膨脹，在轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片上產(chǎn)生周向力。由于熱傳導(dǎo)，燃氣在定子葉片54、56和外空氣密封58、62上還有熱量損失。
通過定子葉片54、56和外空氣密封58、62的熱傳導(dǎo)，熱量傳到內(nèi)殼體52上。冷卻空氣經(jīng)過第一腔室86向內(nèi)流向靠近定子葉片的內(nèi)殼體部位，向外流到上述第一氣室內(nèi)的內(nèi)殼體部位。
冷卻空氣還經(jīng)過導(dǎo)管24，從壓縮段12流出。用控制閥門26和能對發(fā)動機的工作參數(shù)作出響應(yīng)的控制裝置28調(diào)節(jié)這部分冷卻空氣的流量。冷卻空氣進入供氣集流腔128，該集流腔是由隔板126向外沿周向繞發(fā)動機延伸的。冷卻空氣的壓力小于渦輪段上游端工質(zhì)流道11處的壓力，大于渦輪段下游端工質(zhì)流道的壓力。冷卻空氣從供氣集流腔流出，通過隔板穿過噴氣集流腔到達內(nèi)殼體的條件惡劣部位。
內(nèi)殼體作為一個壓力容器，起到隔絕二氣室與工質(zhì)流道的作用。結(jié)果，排出第二氣室的冷卻空氣的壓力僅需要高于鄰近內(nèi)殼體可相對外殼體自由運動的氣室116處的工質(zhì)流道內(nèi)的壓力即可。這就使得冷卻空氣的壓力可以低于渦輪段入口處的工質(zhì)流道壓力，而不需要消耗更多的功來壓縮冷卻空氣，從而提高了發(fā)動機的效率。
冷卻空氣通過第一腔室86后進入第一氣室112，將內(nèi)殼體和外殼體沐浴在冷卻空氣中。最后，導(dǎo)葉區(qū)92為內(nèi)殼體內(nèi)部提供了冷卻空氣。此外，外殼體是用與之接觸的繞流空氣冷卻的。結(jié)果在內(nèi)殼體和外殼體的聯(lián)接處的內(nèi)殼體和外殼體的溫度是很低的，大大降低了熱應(yīng)力，提高了內(nèi)殼體的疲勞壽命。
如上所述，內(nèi)殼體的下游端徑向和軸向相對外殼體是可以自由運動的，這就降低了發(fā)動機運轉(zhuǎn)由非工作狀態(tài)到工作狀態(tài)時，外殼體上的熱應(yīng)力。由于在內(nèi)殼體的第一節(jié)段R1和第二節(jié)段R2之間的第三節(jié)段R3的厚度減小，提高了該殼體端部的柔性，使熱應(yīng)力進一步減小。
最后，第二氣室114起到熱交換器的作用，把熱量從內(nèi)殼體52傳給冷卻空氣。冷卻空氣有足夠的壓力輸送到下游，并徑向向內(nèi)進入渦輪段16中，在那里空氣噴射到轉(zhuǎn)子盤的內(nèi)部，以降低轉(zhuǎn)子盤內(nèi)的溫度梯度。
上面結(jié)合詳細的實施例對本發(fā)明進行了說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離本發(fā)明的宗旨和權(quán)利要求范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)上做出各種變型。
權(quán)利要求
1.一種軸流式旋轉(zhuǎn)機械，具有一個貫穿該機械延伸的工質(zhì)氣體流道，和一個繞該流道沿周向延伸以限定工質(zhì)流道界限的定子組件，該定子組件包括數(shù)列向內(nèi)延伸的定子葉片和數(shù)列外空氣密封，該機械包括一個繞該機械軸線沿軸向和周向延伸的結(jié)構(gòu)式外殼，外殼是周向連續(xù)的，并具有一個上游端和一個下游端，它們與定子組件的相鄰構(gòu)件聯(lián)接，一個與外殼一端相鄰的向內(nèi)延伸的結(jié)構(gòu)，適于使外殼與內(nèi)殼接合，一個與該結(jié)構(gòu)相鄰的第一冷卻空氣腔，與冷卻空氣源相聯(lián)通；和一個非結(jié)構(gòu)式內(nèi)殼，它也是周向連續(xù)的，相對外殼軸向延伸，與外殼徑向向內(nèi)隔開，以在它們之間留出一個第二冷卻空氣腔，該內(nèi)殼具有一個第一端和一個第二端，該第一端固定在外殼的上述結(jié)構(gòu)上，該第二端是這樣安裝的在非工作狀態(tài)下軸向離開外殼體，并且徑向向內(nèi)離開外殼體，徑向和軸向相對外殼至少有微量的自由運動；其中，從第一腔和第二腔來的冷卻空氣冷卻著內(nèi)外殼體之間聯(lián)接處的內(nèi)殼和外殼，以降低外殼與內(nèi)殼間溫度場的不均勻性，減小二殼之間的盯對熱膨脹，從而減小熱應(yīng)力，其中內(nèi)殼下游端軸向和徑向相對外殼可自由運動，以補償由殼體周向連續(xù)性引起的熱膨脹差異和由此產(chǎn)生的應(yīng)力，并且周向連續(xù)的內(nèi)殼體是燃氣工質(zhì)的壓力容器，使得從一個冷卻空氣源來的冷卻空氣以小于與內(nèi)殼相鄰的氣體工質(zhì)的最大壓力的壓力供給成為可能，降低了用過的冷卻空氣和工質(zhì)流道之間的壓力差，同時避免以高于工質(zhì)流疲乏所有各處的壓力的壓力供給冷卻空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流式旋轉(zhuǎn)機械，它還包括從數(shù)列定子葉片向外，和從內(nèi)殼向內(nèi)，以及與外殼中的上述結(jié)構(gòu)相鄰的葉片腔室區(qū)，該葉片腔室區(qū)與冷卻空氣腔相通，以向鄰近與外殼聯(lián)接處的內(nèi)殼提供輔助冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流式旋轉(zhuǎn)機械，其中在內(nèi)殼與外殼之間的第二腔室中設(shè)置了一個隔板，以把第二腔室分成供氣集流腔和噴氣集流腔，該隔板有一系列與內(nèi)殼對準的噴氣孔;并且其中一個氣室位于該噴氣集流腔下游，以收集自噴氣集流腔排出的冷卻空氣，該冷卻空氣已經(jīng)徑向向內(nèi)流入吸收了內(nèi)殼的熱量，并且該氣室與轉(zhuǎn)子組件相聯(lián)通，以便對著轉(zhuǎn)子盤的內(nèi)側(cè)部分排放因為對著內(nèi)殼體噴射已被加熱的冷卻空氣，以加熱轉(zhuǎn)子盤，降低轉(zhuǎn)子盤內(nèi)徑與外徑之間的轉(zhuǎn)子盤溫度梯度。
4.一種軸流式旋轉(zhuǎn)機械，具有一個貫穿該機械延伸的工質(zhì)氣體流道，該旋轉(zhuǎn)機械包括一個繞發(fā)動機軸線設(shè)置的轉(zhuǎn)子組件，它有一個轉(zhuǎn)子盤和多枚轉(zhuǎn)子葉片，這些葉片徑向向外延伸穿過工質(zhì)流道，一個繞轉(zhuǎn)子組件周向延伸以限定工質(zhì)流道界限的定子組件，該定子組件包括多列定子葉片，它們向內(nèi)延伸，緊靠轉(zhuǎn)子組件，和多列外空氣密封，它們布置在轉(zhuǎn)子組件的外側(cè)，該旋轉(zhuǎn)機械還包括一個繞該旋轉(zhuǎn)機械軸線沿軸向和周向延伸的結(jié)構(gòu)式外殼，外殼沿周向是連續(xù)的，并具有一個上游端和一個下游端，它們與相鄰的定子組件構(gòu)件相聯(lián)接，至少有一個開口穿過該外殼，它適于該外殼與有壓冷卻空氣源相聯(lián)通，一個向內(nèi)延伸的法蘭，與該上游端相鄰，它適于外殼與內(nèi)殼相連接，該法蘭軸向與外殼的上游端隔開，在其間留出一個與冷卻空氣源相通的第一冷卻空氣腔，該法蘭包括一系列穿過該法蘭的通孔，以向下游方向通過冷卻空氣;和一個非結(jié)構(gòu)式內(nèi)殼，它在周向也是連續(xù)的，并相對該外殼軸向延伸，與外殼徑向向內(nèi)隔開，在它們之間留出一個第二冷卻空氣腔，該內(nèi)殼具有一個上游端和一個下游端，上游端被固定在外殼的上游法蘭上，下游端沿軸向和徑向相對外殼至少可作微量的自由運動，安裝后在非工作狀態(tài)軸向和徑向均與外殼隔開，一個第一表面位于該上游端和下游端之間，與外殼保持密封接觸，把冷卻空氣腔分為一個第一氣室和一個第二氣室，第一氣室通過法蘭上的孔與第一冷卻空氣腔相通，第二氣室與冷卻空氣源相通;和一組徑向厚度增大的節(jié)段，每個節(jié)段適于內(nèi)殼與定子葉片和外空氣密封相配合;一個位于內(nèi)殼和外殼之間的第二氣室內(nèi)的隔板將第二氣室分為供氣集流腔和噴氣集流腔，該隔板有一系列噴氣孔與各法蘭對正，各法蘭與把定子葉片和外空氣密封固定到內(nèi)殼上的固定點相結(jié)合;其中來自第一冷卻空氣腔和第一氣室以及外殼外部的冷卻空氣冷卻著內(nèi)殼和外殼上游端內(nèi)側(cè)和外側(cè)的內(nèi)殼與外殼的結(jié)合部，以降低外殼和內(nèi)殼間的溫度不均勻性，減小二者之間的相對熱膨脹和總的熱應(yīng)力，其中內(nèi)殼的下游端軸向和徑向均可相對外殼自由運動，以補償熱膨脹和由周向殼體連續(xù)性引起的應(yīng)力，而且周向連續(xù)的內(nèi)殼是燃氣工質(zhì)的壓力容器，使得從一個冷卻空氣源來的冷卻空氣可以小于與內(nèi)殼相鄰的氣體工質(zhì)的最大壓力的壓力供給成為可能，從而降低排放的冷卻空氣和氣體流道之間的壓力差，避免冷卻空氣以高于氣體流道所有各處壓力的壓力供給。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軸流式旋轉(zhuǎn)機械，其中在工作情況下，由于工作溫度的影響，內(nèi)殼有徑向向外的運動，并與外殼貼合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軸流式旋轉(zhuǎn)機械，其中所述的下游端部有一個具有第一徑向厚度R1的第一節(jié)段，一個軸向與第一節(jié)段隔開位于其上游的一個第二節(jié)段，它具有一個第二徑向高度R2，和一個在上述節(jié)段間延伸的第三節(jié)段，其徑向高度小于第一徑向高度R1和第二徑向高度R2的一半(1/2)，以在它們之間形成一個柔性節(jié)段。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軸流式旋轉(zhuǎn)機械，其中內(nèi)殼有一個第二表面，它徑向向外延伸到緊靠外殼處，以在它們之間形成一個第三氣室，用以收集徑向向內(nèi)流入吸收內(nèi)殼的熱量后自噴氣集流腔排出的冷卻空氣，其中該氣室經(jīng)過一系列外殼上的通道后，經(jīng)一個徑向延伸的構(gòu)件徑向向內(nèi)流動，穿過工質(zhì)流道，進入靠近轉(zhuǎn)子組件處，對著轉(zhuǎn)子盤排放由于對著內(nèi)殼體噴射而被加熱了的冷卻空氣，以加熱轉(zhuǎn)子盤，降低轉(zhuǎn)子盤外徑和內(nèi)徑之間的轉(zhuǎn)子盤內(nèi)的溫度梯度。
8.燃氣渦輪發(fā)動機的操作方法，包括如下步驟從發(fā)動機的壓縮區(qū)引流冷卻空氣;通過周向連續(xù)的外殼引流冷卻空氣;對著周向連續(xù)的內(nèi)殼噴射冷卻空氣，以冷卻內(nèi)殼，并加熱冷卻空氣;經(jīng)過外殼上的多條通道和一個徑向延伸的構(gòu)件，將冷卻空氣引流到發(fā)動機內(nèi)部;和對著轉(zhuǎn)子盤噴射加熱過的冷卻空氣，以加熱轉(zhuǎn)子盤，和降低轉(zhuǎn)子盤內(nèi)的溫度梯度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軸流式旋轉(zhuǎn)機械10的定子組件46。研制出了增加這種機械的效率的各種結(jié)構(gòu)細節(jié)。在一個實施例中該機械包括一個周向連續(xù)的結(jié)構(gòu)式外殼和一周向連續(xù)的內(nèi)殼，作為工質(zhì)流道的壓力容器。
文檔編號F02C7/18GK1070986SQ92103989
公開日1993年4月14日 申請日期1992年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月3日
發(fā)明者P·S·施特里皮尼斯, T·C·沃爾什 申請人:聯(lián)合工藝公司