燃氣渦輪機定子組件的製作方法
2023-10-07 12:58:29
專利名稱：燃氣渦輪機定子組件的製作方法
技術領域：
本發明所公開的主題涉及燃氣渦輪機。更具體地，該主題涉及燃氣渦輪機定子部件的組件。
背景技術：
在燃氣渦輪發動機中，燃燒器將燃料或空氣-燃料混合物的化學能轉化成熱能。熱能被流體(經常是來自壓縮機的空氣)傳送到渦輪機，在渦輪機處熱能被轉變成機械能。若干因素影響熱能轉變成機械能的效率。這些因素可以包括葉片通過頻率、燃料供應波動、燃料類型和反應性、燃燒器正面體積(head-on volume)、燃料噴嘴設計、空氣-燃料分布、火焰形狀、空氣-燃料混合、火焰穩定性(flame holding)、燃燒溫度、潤輪機部件設計、熱氣體路徑溫度稀釋、和排出物/排氣溫度。例如，在選定位置(例如燃燒器和在渦輪機中沿著熱氣體路徑的區域)的高燃燒溫度可以實現改進效率和性能。在某些情況下，某些渦輪機區域中的高溫會縮短壽命、並增加某些渦輪機部件的熱應力。例如，在熱氣體沿著定子流動時，圍繞渦輪機殼體沿周向鄰接(circumferentially abutting)、或連接的定子部件暴露於高溫。相應地,期望控制定子部件中的溫度以提高部件的壽命。
發明內容
根據本發明的一個方面，一種渦輪機組件包括:第一部件；沿周向與第一部件相鄰的第二部件，其中第一部件和第二部件各自具有接近熱氣體路徑的表面；和與第二部件的第二側表面鄰接的第一部件的第一側表面。該組件還包括:縱向形成於第一部件中的第一狹縫，其中第一狹縫從第一狹縫內壁延伸到第一側表面；和縱向形成於第二部件中的第二狹縫，其中第二狹縫從第二狹縫內壁延伸到第二側表面，並且其中第一狹縫和第二狹縫構造成接收密封構件。該組件還包括形成於第一狹縫的熱側表面中的第一槽，第一槽從接近第一狹縫內壁處延伸到第一側表面，其中第一槽包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。根據本發明的另一方面，一種燃氣渦輪機定子組件包括第一部件，該第一部件鄰接第二部件，第二部件沿周向與第一部件相鄰，其中第一部件和第二部件各自具有與熱氣體路徑流體連通的徑向內表面、和與冷卻流體流體連通的徑向外表面。第一部件包括:與第二部件的第二側表面鄰接的第一側表面；從第一部件的前緣延伸到後緣的第一狹縫，其中第一狹縫從第一狹縫內壁延伸到第一側表面，其中第一狹縫構造成接收密封構件的一部分；和形成於第一狹縫的熱側表面中的第一槽，第一槽構造成接收冷卻流體、並將冷卻流體沿著密封構件的熱側表面引導至第一側表面，其中第一槽包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。根據下列描述並結合附圖，這些和其他優點和特徵將變得更加顯而易見。
視為本發明的主題被具體指出並明確地在說明書結尾處的權利要求書中要求保護。從下列結合附圖進行的詳細描述，本發明的前述和其他特徵以及優點將顯而易見，其中:圖1是渦輪機定子組件的實施例的透視圖；圖2是包括第一和第二部件的來自圖1的渦輪機定子組件的一部分的詳細透視圖；圖3是來自圖2的第一部件和第二部件的一部分的俯視圖；圖4是來自圖2的第一部件和第二部件的端視圖；圖5是來自圖2的第一部件的一部分的詳細側視圖；和圖6是第一部件和第二部件的一部分的另一實施例的俯視圖。詳細的描述通過參照附圖為示例對本發明的實施例以及優點和特徵進行描述。
具體實施例方式圖1是渦輪機定子組件100的實施例的透視圖。渦輪機定子組件100包括沿周向與第二部件104相鄰的第一部件102。第一部件102和第二部件104是形成燃氣渦輪發動機的渦輪機內的護罩分段的周向延伸級的一部分的護罩分段。在實施例中，部件102和104可以是噴管分段。為了當前討論起見，詳細討論第一部件102和第二部件104的組件，儘管渦輪機內的其他定子部件(例如噴管)可以在功能上和結構上相同並應用於所討論的實施例。此外，實施例可以應用於由填隙密封件密封的相鄰定子部件。第一部件102和第二部件104在界面106處彼此鄰接。第一部件102包括帶狀件108，並且翼型110(也稱作「輪葉」或「葉片」)在帶狀件108下方、在熱氣體路徑126或流過組件的熱氣體內旋轉。第二部件104也包括帶狀件112，翼型114在帶狀件112下方、在熱氣體路徑126內旋轉。在噴管的實施例中，翼型110、114從位於組件的上部或徑向外部上的帶狀件108、112(也稱作「徑向外部構件」或「外/內」側壁)延伸到下帶狀件或徑向內部帶狀件(未示出)，其中熱氣體流過翼型110、114並在帶狀件108、112之間流動。第一部件102和第二部件104彼此鄰接、或在第一側表面116和第二側表面118處接合，其中每個表面包括縱向形成的縱向狹縫(未示出)以接收密封構件(未示出)。第一部件102的側表面120示出在側表面120中形成的狹縫128的細節。示例性狹縫128可以與在側表面116和118中形成的那些狹縫類似。狹縫128從帶狀件108的前緣122延伸到後緣124。狹縫128接收密封構件以將上部130附近的冷卻流體(例如空氣)與第一部件102的下部134分隔開，其中下部134接近熱氣體路徑126。示出的狹縫128包括形成於狹縫128中的多個槽132，以冷卻下部134和靠近熱氣體路徑126的部件的表面。在實施例中，第一部件102和第二部件104彼此相鄰且接觸、或彼此靠近。具體地，在實施例中，第一部件102和第二部件104彼此鄰接、或彼此相鄰。每個部件可以連接到更大的靜態構件，該靜態構件將這些部件相對於彼此保持在適當位置。如本說明書所使用地，「下遊」和「上遊」是表示相對於經過渦輪機的工作流體的流動的方向。如此，術語「下遊」表示通常對應於工作流體的流動方向的方向，術語「上遊」通常表示與工作流體的流動方向相反的方向。術語「徑向」表示與軸線或中心線垂直的移動或位置。相對於軸線來描述處於不同徑向位置的部件可能是有用的。在這種情況下，如果第一部件比第二部件更接近軸線，則這裡可以表示第一部件在第二部件的「徑向內部」。另一方面，如果第一部件比第二部件更遠離軸線，則這裡可以表示第一部件在第二部件的「徑向外部」或「外側」。術語「軸向」表示與軸線平行的移動或位置。最後，術語「周向」表示圍繞軸線的移動或位置。儘管下面的討論主要針對燃氣渦輪機，但是所討論的概念不限於燃氣渦輪機。圖2是第一部件102和第二部件104的一部分的詳細透視圖。如圖所示，界面106示出部件102、104之間的較大間隙或空間從而舉例說明某些細節，但是在某些情況下可以具有彼此基本接近、或接觸的側表面116和118。第一部件102的帶狀件108具有沿縱向形成於側表面116中的狹縫200。類似地，第二部件104的帶狀件112具有沿縱向形成於側表面118中的狹縫202。在實施例中，狹縫200和202基本與熱氣體路徑126和渦輪機軸線平行地延伸。狹縫200和202基本對準以形成用於接收密封構件(未示出)的腔體。如圖所示，狹縫200和202分別從接近內壁204和206處延伸到側表面116和118。在狹縫200的熱側表面210中形成多個槽208。類似地，在狹縫202的熱側表面216中形成多個槽214。熱側表面210和216還可以描述為分別位於狹縫200和202的低壓側上。此外，熱側表面210和216接近表面212和218，表面212和218是暴露於熱氣體路徑126的帶狀件108和112的徑向內表面。如下文詳細所述，槽208和214分別形成於熱側表面210和216中以冷卻帶狀件108和112的部分。此外，槽208、214構造成防止定位在熱側表面210、216上的密封構件磨損進入到槽中，這會不利地影響部件冷卻。圖3是第一部件102和第二部件104的一部分的俯視圖。狹縫200和202構造成接收密封構件300，密封構件300放置在熱側表面210和216上。槽208和214在密封構件300下方接收冷卻流體(例如空氣)以冷卻第一部件102和第二部件104。此外，在一方面，同一部件中的槽208和214可以不彼此平行。如圖所示，槽208和214基本平行、並彼此對準。在其他實施例中，槽208和214可以形成為相對於側表面116和118呈角度、並且可以沿軸向交錯，其中槽208不與槽214對準。如圖所示，槽208和214逐漸變細，或具有逐漸變細的橫截面幾何形狀。在槽208和214沒有逐漸變細的橫截面幾何形狀(例如，U形橫截面)的實施例中，密封構件300會由於熱和其他力而磨損，並因此逐漸變形進入槽208和214中。如果密封構件300被磨損進入槽208和214中，這會限制或阻擋冷卻流體的流動，因此引起部件的熱應力。相應地，圖示的槽208和214的布置提供改進的冷卻，並可延長渦輪機部件壽命。圖4是第一部件102和第二部件104的一部分的端視圖，其中密封構件300定位在縱向狹縫200和202內。側表面116和118之間的界面106接收來自帶狀件108和112的上部或徑向外部的冷卻流體流400。冷卻流體流400被引導進入槽200和202、並圍繞密封構件300、和沿著槽208和214。然後冷卻流體流402被從槽208和214引導至側表面116和118，在側表面116和118處冷卻流體流402朝向熱氣體路徑126徑向向內流動。圖5是帶狀件108的一部分的詳細側視圖。帶狀件108包括槽208，槽208具有逐漸變細的橫截面幾何形狀。該逐漸變細的橫截面幾何形狀具有窄通道506和大腔體504，窄通道506具有第一軸向尺寸502，大腔體504具有第二軸向尺寸500。在實施例中，第二軸向尺寸500與第一軸向尺寸502的比率大於I。窄通道506防止或減少密封構件300大量磨損進入槽208中。此外，與非逐漸變細的橫截面幾何形狀相比，槽208的逐漸變細的橫截面幾何形狀具有表面508的增加或更大的表面積。表面508的更大表面積經由沿著增加的表面積的流體流動來提供增強的熱傳遞和對帶狀件108的冷卻。相應地，槽208提供對帶狀件108的更有效冷卻，從而減少磨損並延長部件的壽命。在實施例中，槽208、214可以包括表面特徵部以增加槽的熱傳遞面積，例如槽中的波形特徵或凸起特徵。圖6是渦輪機定子組件600的另一實施例的一部分的俯視圖，渦輪機定子組件600包括第一部件602和第二部件604。第一部件602包括形成於熱側表面610中的多個槽606。類似地，第二部件604包括形成於熱側表面612中的多個槽608。在實施例中，與上述槽類似，槽606和608可以包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。此外，槽606和608還可以沿軸向交錯(axially staggered)，其中槽在表面620和622中具有非對準的出口。如圖所示，槽606從內表面615延伸到部件602的側表面620，並且定位成相對於側表面620呈角度616。槽608從內表面617延伸到部件604的側表面622，並且定位成相對於側表面622呈角度618。在實施例中，角度616和618小於約90度。在一個實施例中，角度616和618在從約20度到約80度的範圍內。在另一實施例中，角度616和618在從約30度到約60度的範圍內。儘管僅結合有限數量的實施例詳細描述了本發明，但是應當很容易理解本發明不限於這些公開的實施例。相反，本發明可以被修改成併入目前沒有描述但是符合本發明的精神和範圍的任意數量的改變、替換、替代或等效布置。此外，儘管描述了本發明的各種實施例，但是應當理解本發明的各個方面可以僅包括某些描述的實施例。相應地，本發明不應視為受到前文描述的限制，而是僅由所附權利要求書的範圍限制。
權利要求
1.一種渦輪機組件，其包括: 第一部件； 第二部件，其沿周向與所述第一部件相鄰，其中所述第一部件和所述第二部件各自具有接近熱氣體路徑的表面； 所述第一部件的第一側表面，其鄰接所述第二部件的第二側表面； 縱向形成於所述第一部件中的第一狹縫，其中所述第一狹縫從第一狹縫內壁延伸到所述第一側表面； 縱向形成於所述第二部件中的第二狹縫，其中所述第二狹縫從第二狹縫內壁延伸到所述第二側表面，並且其中所述第一狹縫和所述第二狹縫構造成接收密封構件；和 第一槽，其形成於所述第一狹縫的熱側表面中，其中所述第一槽包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。
2.根據權利要求1所述的渦輪機組件，其特徵在於，所述渦輪機組件包括形成於所述第二狹縫的熱側表面中的第二槽，所述第二槽延伸到所述第二側表面，其中所述第二槽包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。
3.根據權利要求1所述的渦輪機組件，其特徵在於，所述渦輪機組件包括形成於所述第一狹縫的熱側表面中的多個第一槽，所述多個第一槽從接近所述第一狹縫內壁處延伸到所述第一側表面，並且所述多個第一槽各自包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。
4.根據權利要求1所述的渦輪機組件，其特徵在於，所述第一槽相對於所述第一側表面的角度小於約90度。
5.根據權利要求1所述的渦輪機組件，其特徵在於，所述逐漸變細的橫截面幾何形狀包括在熱側表面中的窄通道，所述窄通道通向所述窄通道的徑向內部的大腔體。
6.根據權利要求1所述的渦輪機組件，其特徵在於，所述逐漸變細的橫截面幾何形狀包括在熱側表面中具有第一軸向尺寸的通道和在所述通道的徑向內部具有第二軸向尺寸的腔體，其中所述第二軸向尺寸與所述第一軸向尺寸的比率大於1，從而在所述第一槽中提供增大的表面積以進行熱傳遞。
7.根據權利要求1所述的渦輪機組件，其特徵在於，所述第一槽延伸到所述第一側表面。
8.根據權利要求1所述的渦輪機組件，其特徵在於，所述渦輪機組件包括: 形成於所述第一狹縫的熱側表面中的多個第一槽，所述多個第一槽從接近所述第一狹縫內壁處延伸到所述第一側表面，其中所述多個第一槽各自包括逐漸變細的橫截面幾何形狀；和 形成於所述第二狹縫的熱側表面中的多個第二槽，所述多個第二槽從接近所述第二狹縫內壁處延伸到所述第二側表面，其中所述多個第二槽各自包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。
9.一種燃氣渦輪機定子組件，其包括第一部件，所述第一部件鄰接第二部件，所述第二部件沿周向與所述第一部件相鄰，其中所述第一部件和所述第二部件各自具有與熱氣體路徑流體連通的徑向內表面和與冷卻流體流體連通的徑向外表面，所述第一部件包括: 第一側表面，其將與所述第二部件的第二側表面接合； 第一狹縫，其從所述第一部件的前緣延伸到所述第一部件的後緣，其中所述第一狹縫從第一狹縫內壁延伸到所述第一側表面，其中所述第一狹縫構造成接收密封構件的一部分；和 第一槽，其形成於所述第一狹縫的熱側表面中，所述第一槽構造成接收所述冷卻流體、並將所述冷卻流體沿著所述密封構件的熱側表面引導至所述第一側表面，其中所述第一槽包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。
10.根據權利要求9所述的燃氣渦輪機定子組件，其特徵在於，所述第一槽橫向地從接近所述第一狹縫內壁處延伸到所述第一側表面。
11.根據權利要求9所述的燃氣渦輪機定子組件，其特徵在於，所述燃氣渦輪機定子組件包括形成於所述第一狹縫的熱側表面中的多個第一槽，所述多個第一槽構造成接收所述冷卻流體、並將所述冷卻流體沿著所述密封構件的熱側表面引導至所述第一側表面，其中所述多個第一槽各自包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。
12.根據權利要求9所述的燃氣渦輪機定子組件，其特徵在於，所述燃氣渦輪機定子組件包括形成於所述第二部件中的第二狹縫，所述第二狹縫構造成基本與所述第一狹縫對準以接收所述密封構件的一部分。
13.根據權利要求12所述的燃氣渦輪機定子組件，其特徵在於，所述燃氣渦輪機定子組件包括形成於所述第二狹縫的熱側表面中的第二槽，所述第二槽構造成接收所述冷卻流體、並將所述冷卻流體沿著所述密封構件的熱側表面引導至所述第二側表面，其中所述第二槽包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。
14.根據權利要求9所述的燃氣渦輪機定子組件，其特徵在於，所述第一槽相對於所述第一側表面的角度小於約90度。
15.根據權利要求9所述的燃氣渦輪機定子組件，其特徵在於，所述逐漸變細的橫截面幾何形狀包括在熱 側表面中的窄通道，所述窄通道通向所述窄通道的徑向內部的大腔體。
16.根據權利要求9所述的燃氣渦輪機定子組件，其特徵在於，所述逐漸變細的橫截面幾何形狀包括在熱側表面中具有第一軸向尺寸的通道和在所述通道的徑向內部具有第二軸向尺寸的腔體，其中所述第二軸向尺寸與所述第一軸向尺寸的比率大於1，從而在所述第一槽中提供增大的表面積以進行熱傳遞。
17.一種渦輪機組件，其包括: 第一部件； 第二部件，其沿周向與所述第一部件相鄰，其中所述第一部件和所述第二部件各自具有接近熱氣體路徑的表面； 所述第一部件的第一側表面，其將與所述第二部件的第二側表面接合； 縱向形成於所述第一部件中的第一狹縫，其中所述第一狹縫從第一狹縫內壁延伸到所述第一側表面； 縱向形成於所述第二部件中的第二狹縫，其中所述第二狹縫從第二狹縫內壁延伸到所述第二側表面，並且其中所述第一狹縫和所述第二狹縫構造成接收密封構件；和 形成於所述第一狹縫的熱側表面中的多個第一槽，所述多個第一槽從接近所述第一狹縫內壁處延伸到所述第一側表面，其中所述多個第一槽各自包括在所述第一狹縫的熱側表面中的窄通道，所述窄通道通向所述窄通道的徑向內部的大腔體。
18.根據權利要求17所述的渦輪機組件，其特徵在於，所述多個第一槽各自相對於所述第一側表面的角度小於約90度。
19.根據權利要求17所述的渦輪機組件，其特徵在於，所述窄通道具有第一軸向尺寸，所述大腔體具有第二軸向尺寸，其中所述第二軸向尺寸與所述第一軸向尺寸的比率大於I，從而在所述第一槽中提供增大的表面積以進行熱傳遞。
20.根據權利要求17所述的渦輪機組件，其特徵在於，所述渦輪機組件包括形成於所述第二狹縫的熱側表面中的多個第二槽，所述多個第二槽從接近所述第二狹縫內壁處延伸到所述第二側表面，其中所述多個第二槽各自包括在所述第二狹縫的熱側表面中的窄通道，所述窄通道通向 所述窄通道的徑向內部的大腔體。
全文摘要
本發明涉及燃氣渦輪機定子組件。根據一個方面，一種渦輪機組件包括沿周向與第一部件相鄰的第二部件，其中第一部件和第二部件各自具有接近熱氣體路徑的表面，並具有與第二部件的第二側表面接合的第一部件的第一側表面。該組件還包括縱向形成於第一部件中的第一狹縫和縱向形成於第二部件中的第二狹縫，其中第一狹縫從第一狹縫內壁延伸到第一側表面，並且第二狹縫從第二狹縫內壁延伸到第二側表面。該組件還包括形成於第一狹縫的熱側表面中的第一槽，第一槽從第一狹縫內壁延伸到第一側表面，其中第一槽包括逐漸變細的橫截面幾何形狀。
文檔編號F01D9/00GK103195494SQ20131000988
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者D.W.韋伯, C.L.戈登 申請人:通用電氣公司