具有出口流阻斷器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)的渦輪級(jí)(415)。渦輪級(jí)(415)包括渦輪盤(435)和渦輪導(dǎo)流盤(460)，在其間形成腔體(466)。渦輪級(jí)(415)還包括由至少兩個(gè)齒(468)組成的出口流阻斷器(464)。齒(468)可彼此徑向地分開定位，每個(gè)齒(468)包括在軸向方向延伸的長度(456)和在徑向方向延伸的寬度(457)。在齒(468)和軸向地鄰近表面(452)之間形成通道(475)。在每對齒(468)之間形成再循環(huán)區(qū)域(469)。
【專利說明】
具有出口流阻斷器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開通常涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地說涉及一種具有配置為用于維持下游部件的出口流阻斷器的渦輪。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪段。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的部分處于高溫下。具體地說，跨過渦輪的葉片的熱空氣流可排出至渦輪內(nèi)的氣腔中。此熱空氣可以提升腔體的溫度并且降低部件的壽命。
[0003]授予G.Pask的第4，218，189號(hào)美國專利公開了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的帶葉片的轉(zhuǎn)子，帶葉片的轉(zhuǎn)子包括:轉(zhuǎn)子盤，其外圍中具有多個(gè)葉片保持槽以及安裝在每個(gè)槽中的轉(zhuǎn)子葉片；以及轉(zhuǎn)子與鄰近靜止結(jié)構(gòu)之間的密封裝置，其包括來自鄰近于盤外圍且適用于與靜止結(jié)構(gòu)上的環(huán)形特征共同作用的環(huán)形凸起。
[0004]本公開涉及克服由
【發(fā)明人】發(fā)現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]公開了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪級(jí)。渦輪級(jí)包括渦輪導(dǎo)流盤和渦輪盤。渦輪導(dǎo)流盤位于渦輪盤附近。渦輪盤和渦輪導(dǎo)流盤形成其間的腔體。渦輪盤包括環(huán)形平表面。渦輪導(dǎo)流盤包括外部圓周和軸向相對表面。渦輪導(dǎo)流盤還包括位于渦輪導(dǎo)流盤的軸向相對表面附近并且與渦輪盤的環(huán)形平表面軸向分隔的出口流阻斷器。出口流阻斷器包括從渦輪導(dǎo)流盤的軸向相對表面朝向渦輪盤的環(huán)形平表面軸向延伸第一長度的環(huán)形第一齒。第一齒沿鄰近渦輪導(dǎo)流盤外部圓周的第一齒的基部徑向地延伸第一寬度。出口流阻斷器還包括從渦輪導(dǎo)流盤的軸向相對表面朝向渦輪盤的環(huán)形平表面軸向延伸第二長度的環(huán)形第二齒。第二齒沿第二齒的基部徑向地延伸第二寬度。第二齒與第一齒徑向地間隔第一距離，從而形成其間的第一再循環(huán)區(qū)域。
【附圖說明】
[0006]圖1是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
[0007]圖2是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪的一部分的橫截面圖。
[0008]圖3是圖2的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪導(dǎo)流盤的一部分的橫截面圖。
[0009]圖4是圖3的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪導(dǎo)流盤的橫截面透視圖。
[0010]圖5是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪的橫截面圖。
[0011 ]圖6是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本文公開的系統(tǒng)和方法包括用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪級(jí)的出口流阻斷器。出口流阻斷器可以位于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)渦輪導(dǎo)流盤和/或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤上。出口流阻斷器可以采用齒來阻斷空氣流。齒可以增加流過某些腔體(諸如渦輪導(dǎo)流盤與渦輪盤之間的腔體)的冷卻空氣的壓力。齒可以防止熱燃燒氣體吸入腔體中。壓力增加可以降低腔體內(nèi)的溫度并且延長燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的使用壽命。
[0013]圖1是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。為了清楚起見和便于解釋，(在此處和其它圖中)已經(jīng)省略或放大了某些表面。另外，本公開可以參考向前和向后方向。通常，除非另有規(guī)定，否則對“向前”和“向后”的所有參考均與初級(jí)空氣(即，在燃燒過程中使用的空氣)的流動(dòng)方向相關(guān)聯(lián)。例如，向前是相對于初級(jí)氣流的“上游”，且向后是相對于初級(jí)氣流的“下游”。
[0014]另外，本公開通?？梢詤⒖既?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的中心軸線95，其通?？梢杂善漭S120(由多個(gè)軸承組件150支撐)的縱向軸線限定。中心軸線95可以為各種其它發(fā)動(dòng)機(jī)同心部件所共有或共享。除非另有規(guī)定，否則對徑向、軸向和圓周方向以及測量的所有參考均是指中心軸線95，且諸如“內(nèi)部”和“外部”的術(shù)語通常指示相距的更小或更大徑向距離，其中徑向96可以在垂直于中心軸線95和從中心軸線95向外福射的任何方向上。
[0015]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100包括入口110、軸120、氣體產(chǎn)生器或“壓縮機(jī)” 200、燃燒器300、渦輪400、排氣口 500和功率輸出聯(lián)接器600。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可以具有單軸或雙軸配置。
[0016]壓縮機(jī)200包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210和壓縮機(jī)固定機(jī)葉(“定子”)250。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210機(jī)械地聯(lián)接至軸120。如圖所示，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210是軸向流轉(zhuǎn)子組件。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件210包括一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)盤組件220。每個(gè)壓縮機(jī)盤組件220包括圓周地組裝有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子盤。定子250軸向地設(shè)于每個(gè)壓縮機(jī)盤組件220前面。每個(gè)壓縮機(jī)盤組件220與設(shè)于壓縮機(jī)盤組件220前面的鄰近定子250成對設(shè)置，并視為壓縮機(jī)級(jí)。壓縮機(jī)200包括多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)。
[0017]燃燒器300包括一個(gè)或多個(gè)噴射器350和一個(gè)或多個(gè)燃燒室390。
[0018]渦輪400包括渦輪轉(zhuǎn)子組件410、渦輪噴嘴450以及一個(gè)或多個(gè)渦輪導(dǎo)流盤460。渦輪轉(zhuǎn)子組件410機(jī)械地聯(lián)接至軸120。如圖所示，渦輪轉(zhuǎn)子組件410為軸向流轉(zhuǎn)子組件。渦輪轉(zhuǎn)子組件410包括一個(gè)或多個(gè)渦輪盤組件420 ο每個(gè)渦輪盤組件420包括渦輪盤430 (如圖2所示)，渦輪盤430圓周地組裝有渦輪葉片440 (如圖2所示)ο渦輪噴嘴450軸向地設(shè)于每個(gè)渦輪盤組件420的前面。渦輪導(dǎo)流盤460可支撐渦輪噴嘴450并可位于渦輪噴嘴450徑向向內(nèi)位置處。每個(gè)渦輪盤組件420與相鄰的渦輪導(dǎo)流盤460和設(shè)于渦輪盤組件420前面的渦輪噴嘴450成對設(shè)置，并視為渦輪級(jí)。渦輪400包括多個(gè)渦輪級(jí)。排氣口 500包括排氣擴(kuò)壓器510和排氣收集器520 ο功率輸出聯(lián)接器600可位于軸120的端部。
[0019]圖2是圖1的渦輪400的一部分的橫截面圖。對徑向、軸向和圓周方向以及測量的所有參考均是指渦輪導(dǎo)流盤460的軸線，所述渦輪導(dǎo)流盤460的軸線與中心軸線95同心設(shè)置。
[0020]渦輪導(dǎo)流盤460可包括內(nèi)部圓柱形部分461、盤部分462和安裝部分463。內(nèi)部圓柱形部分461可為中空圓形圓筒的形式，所述中空圓形圓筒具有可變厚度并在其內(nèi)部限定孔。安裝部分463可為圓形片并位于內(nèi)部圓柱形部分461徑向向外的位置處。如圖2所示，安裝部分463可位于渦輪噴嘴450徑向向內(nèi)的位置處并可配置為與渦輪噴嘴450聯(lián)接。安裝部分463可包括安裝孔467 ο盤部分462可包括導(dǎo)流盤孔474。
[0021]盤部分462可在內(nèi)部圓柱形部分461和安裝部分463之間徑向延伸。當(dāng)在內(nèi)部圓柱形部分461和安裝部分463之間徑向橫跨時(shí)，盤部分462還可軸向地向前和軸向地向后延伸。盤部分462還可具有可變厚度。內(nèi)部圓柱形部分461、盤部分462和安裝部分463完全沿渦輪導(dǎo)流盤460的軸線圓周地延伸。內(nèi)部圓柱形部分461、安裝部分463以及盤部分462可配置為形成第一腔體465，所述第一腔體465位于盤部分462軸向向前位置處，并徑向地位于安裝部分463與內(nèi)部圓柱形部分461之間。
[0022]每個(gè)渦輪級(jí)可包括出口流阻斷器464。在如圖2所示的實(shí)施例中，出口流阻斷器464位于第二渦輪級(jí)416內(nèi)。在某些實(shí)施例中，向前導(dǎo)流盤470為第一級(jí)導(dǎo)流盤，第一渦輪盤430為第一級(jí)渦輪盤，渦輪導(dǎo)流盤460為第二級(jí)導(dǎo)流盤，以及第二渦輪盤435為第二級(jí)渦輪盤。
[0023]仍然參考圖2，每個(gè)渦輪噴嘴450包括外壁454、內(nèi)壁455以及噴嘴葉片451。每個(gè)外壁454具有弧形的形狀并連接至渦輪殼體(未示出)。內(nèi)壁455位于外壁454徑向向內(nèi)位置處。每個(gè)內(nèi)壁455具有弧形的形狀并可連接至安裝部分463處的渦輪導(dǎo)流盤460。一個(gè)或多個(gè)噴嘴葉片451橫跨在外壁454與內(nèi)壁455之間。
[0024]渦輪盤組件420可位于渦輪導(dǎo)流盤460軸向向前位置處，并包括具有多個(gè)渦輪葉片440的第一渦輪盤430。另一渦輪盤組件420可位于渦輪導(dǎo)流盤460軸向向后位置處，并包括具有多個(gè)渦輪葉片440的第二渦輪盤435。第一渦輪盤430和第二渦輪盤435可配置有孔(未示出)以便聯(lián)接至軸120(如圖1所示)。第一渦輪盤430可包括盤孔432。第一腔體465可由第一渦輪盤430的向后相對表面所限制。第二渦輪盤435的軸向向前相對表面和渦輪導(dǎo)流盤460可限定第二腔體466。在其它實(shí)施例中，出口流阻斷器位于渦輪盤(未示出)上。
[0025]第一渦輪盤430還可包括軸向向后或徑向向外延伸的第一迷宮式螺紋431。第二渦輪盤435可包括軸向向前和徑向向外延伸的第二迷宮式螺紋436。第二迷宮式螺紋436可位于第一迷宮式螺紋431軸向向后位置處。第一迷宮式螺紋431和第二迷宮式螺紋436都可位于渦輪導(dǎo)流盤460徑向向內(nèi)位置處?？撞畋砻?39可位于渦輪導(dǎo)流盤460徑向向內(nèi)、并軸向地與渦輪導(dǎo)流盤460相鄰的位置處，并可位于渦輪導(dǎo)流盤460的孔內(nèi)。如圖2所示的實(shí)施例中，第一迷宮式螺紋431、第二迷宮式螺紋436和孔波狀表面439形成在渦輪導(dǎo)流盤460的孔內(nèi)的迷宮式密封件。
[0026]渦輪葉片440可軸向地或圓周地安裝至第一渦輪盤430和第二渦輪盤435。渦輪400還可包括護(hù)罩445，所述護(hù)罩445可位于渦輪葉片440徑向向外的位置處，并與渦輪葉片440隔開。護(hù)罩445可附接到渦輪殼體(未示出)。
[0027]渦輪400還可包括向前導(dǎo)流盤470、向前迷宮式密封件480以及向后迷宮式密封件490。向前導(dǎo)流盤470位于第一渦輪盤430軸向向前位置處。向前導(dǎo)流盤470還可配置為與渦輪噴嘴450聯(lián)接。第三腔體473的軸向后端部可由第一渦輪盤430的軸向向前相對表面所限制。
[0028]向前迷宮式密封件480可位于向前導(dǎo)流盤470和第一渦輪盤430之間的第三腔體473內(nèi)。向前迷宮式密封件480可在第一渦輪盤430的向前軸向面處聯(lián)接至第一渦輪盤430。向前迷宮式密封件480包括向前外部迷宮式螺紋481、向前內(nèi)部迷宮式螺紋482、向前迷宮式孔483、向前外部波狀表面488以及向前內(nèi)部波狀表面489。向前外部波狀表面488可鄰近外部部分471和向前外部迷宮式螺紋481。向前外部波狀表面488可位于外部部分471徑向向內(nèi)位置處，并位于向前外部迷宮式螺紋481徑向向外位置處。向前內(nèi)部波狀表面489可鄰近內(nèi)部部分472和向前內(nèi)部迷宮式螺紋482。向前內(nèi)部波狀表面489可位于內(nèi)部部分472徑向向外位置處，并位于向前內(nèi)部迷宮式螺紋482徑向向內(nèi)位置處。
[0029]向后迷宮式密封件490可定位在渦輪導(dǎo)流盤460和第一渦輪盤430之間的第一腔體465內(nèi)。向后迷宮式密封件490可在第一渦輪盤430的向后軸向面處聯(lián)接至第一渦輪盤430。向后迷宮式密封件490包括向后外部迷宮式螺紋491、向后內(nèi)部迷宮式螺紋492、向后迷宮式孔493、向后外部波狀表面498以及向后內(nèi)部波狀表面499。向后外部波狀表面498可鄰近安裝部分463和向后外部迷宮式螺紋491。向后外部波狀表面498可位于安裝部分463徑向向內(nèi)位置處，并可位于向后外部迷宮式螺紋491徑向向外位置處。向后內(nèi)部波狀表面499可鄰近內(nèi)部圓柱形部分461和向后內(nèi)部迷宮式螺紋492。向后內(nèi)部波狀表面499可位于圓柱形部分461徑向向外位置處，并可位于向后內(nèi)部迷宮式螺紋492徑向向內(nèi)位置處。
[0030]圖3是圖2所示的渦輪的放大的橫截面圖，主要是渦輪導(dǎo)流盤460和第二渦輪盤435(在下文中一般稱為渦輪盤435)。出口流阻斷器464可位于鄰近渦輪導(dǎo)流盤460的位置處。出口流阻斷器464可包括齒468和再循環(huán)區(qū)域469。在某些實(shí)施例中，齒為環(huán)形的。出口流阻斷器464可包括兩個(gè)或多個(gè)齒468，所述兩個(gè)或多個(gè)齒468以環(huán)形圖案位于安裝部分463的向后表面459上。在某些實(shí)施例中，出口流阻斷器464包括兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或六個(gè)齒。
[0031]每個(gè)齒可具有齒高(或者有時(shí)候稱為齒的長度)456，以及齒寬457。在某些實(shí)施例中，齒高456范圍可從0.102厘米(0.04英寸)到30.48厘米(12英寸)。在某些實(shí)施例中，齒寬457的長度范圍可從0.102厘米(0.04英寸)到10.16厘米(4英寸)。在某些實(shí)施例中，可在齒的基部處測量齒寬。在某些實(shí)施例中，齒高與齒寬的縱橫比可以是2:1。在某些實(shí)施例中，所有齒的齒高是相同的。在某些實(shí)施例中，所有齒的齒寬是相同的。
[0032]在某些實(shí)施例中，每個(gè)齒468可以是具有矩形橫截面的環(huán)形形狀。在某些實(shí)施例中，每個(gè)齒468可以是具有三角形或圓形橫截面的環(huán)形形狀。在某些實(shí)施例中，每個(gè)齒468可具有沿著齒高或齒寬形成錐形的特征。在某些實(shí)施例中，每個(gè)齒468可具有沿著齒高或齒寬形成斜面或圓形的特征。向后齒表面453可具有形成圓形表面或平表面的特征。每個(gè)齒可圍繞安裝部分463的向后表面459圓周地延伸，并且圍繞安裝部分463向后表面459的后部軸向地延伸，從而在每對齒之間形成通道。在某些實(shí)施例中，齒468可朝著渦輪盤435的平的環(huán)形表面452延伸。出口流阻斷器464的齒可作為齒的環(huán)形圖案定位，開始接近于該導(dǎo)流盤460的外部表面并自該導(dǎo)流盤460的外部表面徑向地向內(nèi)延伸。在某些實(shí)施例中，成排的齒可以徑向地向內(nèi)延伸到盤部分462上(未示出)。
[0033]出口流阻斷器464可包括在所有齒468的軸向端部和渦輪盤鄰近軸向壁(在下文中稱作為盤-導(dǎo)流盤間隙475)之間的距離。在某些實(shí)施例中，盤-導(dǎo)流盤間隙475可始終貫穿所有齒。
[0034]通過齒高456和通道壁458可幾何地限定每個(gè)再循環(huán)區(qū)域469。在某些實(shí)施例中，通道壁458的長度范圍可從0.102厘米(0.04英寸)到30.48厘米(12英寸)。在某些實(shí)施例中，齒高456范圍可從0.102厘米(0.04英寸)到30.48厘米(12英寸)。在某些實(shí)施例中，齒高456與通道壁458的縱橫比范圍可從0.5到10。上述縱橫比每個(gè)可與出口流阻斷器的效率相關(guān)聯(lián)。
[0035]再循環(huán)區(qū)域469可位于出口流阻斷器464的每對齒468之間形成的通道內(nèi)。在某些實(shí)施例中，再循環(huán)區(qū)域469包括每對齒之間的通道以及向后齒表面453與渦輪盤435的向前表面之間的通道。再循環(huán)區(qū)域可產(chǎn)生緩沖空氣11以減少從燃燒階段流出的熱氣流12的進(jìn)入。
[0036]圖4是圖3示出的渦輪導(dǎo)流盤460的橫截面透視圖。如圖所示，齒從安裝部分463延伸并且圍繞安裝部分463的向后表面圓周地延伸。另外，齒可以呈均勻形狀。在某些實(shí)施例中，齒向內(nèi)延伸進(jìn)入盤部分462。在某些實(shí)施例中，位于鄰近渦輪導(dǎo)流盤460的外部圓周的第一齒可比其余的齒(未示出)長或?qū)挕?br>[0037]圖5是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。如圖所示，每個(gè)齒的向后齒表面453可以是成角度的。向后齒表面453的角度可與第二渦輪盤435的平的環(huán)形表面452是平行的。在這些實(shí)施例中，盤-導(dǎo)流盤間隙475可始終貫穿所有齒。
[0038]圖6是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪的一個(gè)可選實(shí)施例的橫截面圖。如圖所示，出口流阻斷器464可位于第二渦輪盤435的向前表面449上。在這些實(shí)施例中，齒468可自第二渦輪盤435的向前表面449朝著渦輪導(dǎo)流盤460軸向地延伸。在某些實(shí)施例中，齒468可朝著渦輪導(dǎo)流盤460的安裝部分463軸向地延伸。另外，在某些實(shí)施例中，安裝部分463是平的。如圖所示，再循環(huán)區(qū)域469可在每對齒468之間形成。在這些實(shí)施例中，齒會(huì)對渦輪盤的結(jié)構(gòu)提出結(jié)構(gòu)上的挑戰(zhàn)。
[0039]以上一個(gè)或多個(gè)部件(或它們的子部件)可以由不銹鋼和/或稱為“超合金”的耐用、高溫材料制成。超合金或高性能合金是在高溫下展現(xiàn)出優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和耐蠕變性、呈現(xiàn)良好的表面穩(wěn)定性以及耐腐蝕和抗氧化性的合金。
[0040]超合金可以包括諸如合金X、沃斯帕洛伊合金、RENE合金、合金188、合金230、耐熱鉻鎳鐵合金、MP98T、TMS合金以及CMSX單晶合金的材料。
[0041 ] 工業(yè)實(shí)用性
[0042]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以適用于任何數(shù)量的行業(yè)應(yīng)用，諸如石油天然氣行業(yè)的各個(gè)方面(包括石油天然氣的集輸、儲(chǔ)存、回收和提升)、發(fā)電行業(yè)、熱電聯(lián)產(chǎn)、航空和其它運(yùn)輸行業(yè)。
[0043]參考圖1，氣體(通?？諝?0)進(jìn)入入口110作為“工作流體”并且由壓縮機(jī)200壓縮。在壓縮機(jī)200中，工作流體是在環(huán)形流動(dòng)路徑115中由該系列壓縮機(jī)盤組件220壓縮。具體地說，空氣10是在帶編號(hào)的“級(jí)”中壓縮，該級(jí)與每個(gè)壓縮機(jī)盤組件220相關(guān)聯(lián)。例如，“第4級(jí)空氣”可以與下游或向后方向上(從入口 110朝向排氣口 500)的第4個(gè)壓縮機(jī)盤組件220相關(guān)聯(lián)。同樣地，每個(gè)渦輪盤組件420可以與帶編號(hào)的級(jí)相關(guān)聯(lián)。
[0044]一旦壓縮空氣10離開壓縮機(jī)200，其進(jìn)入燃燒器300，在燃燒器300中擴(kuò)散壓縮空氣200并且添加燃料20。空氣10和燃料20經(jīng)由噴射器350噴射至燃燒室390中并且點(diǎn)燃。在燃燒反應(yīng)之后，接著經(jīng)由渦輪400通過該系列渦輪盤組件420的每一級(jí)從已燃燒氣體中提取能量。排氣90接著可以擴(kuò)散在排氣擴(kuò)壓器510中并且經(jīng)由排氣收集器520收集、改向和離開該系統(tǒng)。排氣90還可以經(jīng)進(jìn)一步處理(例如，從而減少有害排放和/或回收來自排氣90的熱量)。
[0045]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率通常隨著燃燒溫度變高而增加。因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中具有升高溫度的趨勢。從燃燒室到達(dá)渦輪的向前級(jí)的氣體可以為1000華氏度或更高。為了在這些高溫下運(yùn)行，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的一部分壓縮空氣可以分流通過內(nèi)部通路或腔室以冷卻渦輪的各個(gè)部件，諸如渦輪導(dǎo)流盤和渦輪盤。在某些運(yùn)行中，渦輪葉片速度可以超過10，000rpm。
[0046]到達(dá)渦輪的向前級(jí)的氣體還可以處于高壓力之下。從壓縮機(jī)中分流的冷卻空氣可能需要處于壓縮機(jī)排放壓力下以有效地冷卻位于渦輪的向前級(jí)中的渦輪部件。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的部件(諸如第二渦輪盤435)可以受到升高的應(yīng)力級(jí)。
[0047]具有基本上軸向流的冷卻空氣從壓縮機(jī)排放口中分流。參考圖2，來自壓縮機(jī)排放口的冷卻空氣可以通過向前導(dǎo)流盤470行進(jìn)至冷卻空氣54的路徑。壓縮機(jī)排放空氣可以按照匹配第一渦輪盤430的角速度的切向分量離開預(yù)旋流器。冷卻空氣可以沿冷卻空氣54的路徑從第三腔體473行進(jìn)、穿過向前迷宮式密封件480的向前迷宮式孔483并且進(jìn)入第一渦輪盤430中而后行進(jìn)至冷卻空氣55的路徑。
[0048]冷卻空氣55的路徑可以沿盤孔432軸向地行進(jìn)穿過第一渦輪盤430。一部分冷卻空氣可以徑向地向外分流以冷卻圓周地包圍第一渦輪盤430的渦輪葉片440。剩余部分的冷卻空氣可以沿冷卻空氣55的路徑繼續(xù)行進(jìn)并且離開第一渦輪盤430的后側(cè)上的盤孔432而至冷卻空氣56的路徑。冷卻空氣56的路徑可以行進(jìn)穿過向后迷宮式孔493并且進(jìn)入第一腔體465中。雖然已描述了沿冷卻空氣54、55和56的路徑的特定路徑，但是也可以使用從壓縮機(jī)排放口至第一腔體465的替代路徑。
[0049]來自壓縮機(jī)排放口的冷卻空氣可以經(jīng)引導(dǎo)至第二腔體466以冷卻第二渦輪盤435。來自壓縮機(jī)排放口的進(jìn)入第一腔體465的冷卻空氣可以離開第一腔體465并且沿冷卻空氣59的路徑行進(jìn)至第二腔體466。一部分冷卻空氣還可以沿冷卻空氣57的路徑朝向第一渦輪盤430的徑向外緣與內(nèi)壁455之間的間隙徑向地向外行進(jìn)。冷卻空氣還可以從第一腔體465行進(jìn)穿過導(dǎo)流盤孔474并且沿路徑58進(jìn)入第二腔體466中。
[0050]沿著冷卻空氣59的路徑的冷卻空氣可以行進(jìn)穿過向后內(nèi)部迷宮式螺紋492與向后內(nèi)部波狀表面499之間的向后迷宮式密封件490以及由第一迷宮式螺紋431、第二迷宮式螺紋436和孔波狀表面439形成的迷宮式密封件。冷卻空氣59流入第二腔體466中以冷卻第二渦輪盤435。進(jìn)入第二腔體466中的冷卻空氣還可以來源于其它位置。
[0051]冷卻空氣的效率可以通過來自熱氣流12的熱燃燒氣體的進(jìn)入和進(jìn)入導(dǎo)流盤與鄰近盤之間的腔體(諸如第二腔體466)中而降低。如圖3中可知，熱氣流12流過渦輪葉片440和噴嘴葉片451并且可以排出至第二腔體466中。這可以降低行進(jìn)至第二腔體466中的冷卻空氣的效率。熱氣流12的吸入可以通過增加第二腔體466內(nèi)的溫度而降低某些燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的使用壽命。出口流阻斷器464可以防止或減少燃燒氣體的吸入并且可以增加燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的壽命。齒和再循環(huán)區(qū)域可以產(chǎn)生更曲折路徑，這可以將冷卻空氣的壓力增加至燃燒氣體的壓力之上。在運(yùn)行期間，此較高壓力邊界可以產(chǎn)生對抗熱氣流12的進(jìn)入的緩沖空氣11。
[0052]前述【具體實(shí)施方式】在本質(zhì)上僅僅是示例性的，并不意圖限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和用途。提供了本公開的實(shí)施例的上述實(shí)施方式以使本領(lǐng)域的任意技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，并且在此所描述的一般原理可以不脫離本發(fā)明的精神或范圍而應(yīng)用于其它實(shí)施例中。因此，可理解為本文給出的實(shí)施方式和附圖代表本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，并且從而代表由本發(fā)明廣泛預(yù)期的主題。還應(yīng)該理解為本發(fā)明的范圍完全包括對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的其它實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍相應(yīng)地僅由所附的權(quán)利要求書來限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)的渦輪(400)的渦輪導(dǎo)流盤(460)，所述渦輪(400)包括渦輪盤(435)，所述渦輪導(dǎo)流盤(460)包括: 外部圓周； 內(nèi)部圓柱形部分(461); 位于所述內(nèi)部圓柱形部分(461)徑向地向外位置處的盤部分(462); 包括軸向相對表面(459)的安裝部分(463)，所述安裝部分(463)位于所述盤部分(462)外部； 出口流阻斷器(464)包括: 第一環(huán)形齒(468)，其從所述安裝部分(463)的所述軸向相對表面(459)延伸第一長度(456)，以及沿著鄰近所述渦輪導(dǎo)流盤(460)所述外部圓周的所述第一齒(468)的第一基部延伸第一寬度(457); 第二環(huán)形齒(468)，其從所述安裝部分(463)的所述軸向相對表面(459)延伸第二長度(456)，以及沿著所述第二齒(468)的第二基部延伸第二寬度(457); 其中所述第二環(huán)形齒(468)與所述第一環(huán)形齒(468)間隔第一距離(458)，從而在其間形成再循環(huán)區(qū)域(469);以及 其中所述第一和第二長度(456)在0.04英寸到12英寸之間，所述第一寬度和第二寬度(457)在0.04英寸到4英寸之間，并且所述第一距離(458)在0.04英寸到12英寸之間。2.如權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)流盤(460)，其中所述出口流阻斷器(464)包括延伸第三長度(456)和第三寬度(457)的第三環(huán)形齒(468)，所述第三齒(468)與所述第二齒(468)徑向地間隔第二距離(458)，從而在其間形成第二再循環(huán)區(qū)域(469)。3.如權(quán)利要求2所述的渦輪導(dǎo)流盤(460)，其中所述出口流阻斷器(464)包括延伸第四長度(456)和第四寬度(457)的第四環(huán)形齒(468)，所述第四齒(468)與所述第三齒(468)徑向地間隔第三距離(458)，從而在其間形成第三再循環(huán)區(qū)域(469)。4.如權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)流盤(460)，其中所述再循環(huán)區(qū)域(469)配置為在所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)運(yùn)行期間產(chǎn)生空氣流緩沖(11)。5.如權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)流盤(460)，其中全部的所述距離(458)包括相同的長度。6.如權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)流盤(460)，其中所有所述齒(468)的所述長度(456)是相同的，以及所有所述齒(468)的所述寬度是相同的。7.如權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)流盤(460)，其中所述空氣流緩沖(11)阻止熱氣流(12)的吸入到所述腔體(466)。8.—種包括權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)流盤(460)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的渦輪級(jí)(415)，其中所述渦輪級(jí)(415)還包括具有環(huán)形平表面(452)的渦輪盤(435)。9.如權(quán)利要求8所述的渦輪級(jí)(415)，其中在所述出口流阻斷器(464)和所述渦輪盤(415)的所述環(huán)形平表面(452)之間的所述距離(475)是恒定的。10.如權(quán)利要求9所述的渦輪級(jí)(415)，其中所述出口流阻斷器(464)的每個(gè)齒(468)包括成角度的表面(453)，每個(gè)齒(468)的所述成角度的表面(453)與所述渦輪盤(415)的所述環(huán)形平表面平行。
【文檔編號(hào)】F01D9/04GK105917098SQ201480071925
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年12月12日
【發(fā)明人】Y·W·金, K·李
【申請人】索拉透平公司