渦輪機的渦輪的製作方法
2023-05-22 11:23:51 2
專利名稱：渦輪機的渦輪的製作方法
技術領域：
本發明涉及渦輪機，確切地說，涉及具有喉部分布的渦輪機，所述喉部分布呈現端壁喉部不充分外傾以及節線喉部過分外傾。
背景技術：
燃氣渦輪發動機等渦輪機可包括壓縮機、燃燒室和渦輪。壓縮機對進氣進行壓縮，並且燃燒室將壓縮進氣與燃料一起燃燒以生成高溫流體。這些高溫流體被導入渦輪，在渦輪中高溫流體的能量被轉化為可用於生成能量以及/或者發電的機械能。渦輪經形成以構成供高溫流體通過的環形通路。第一級渦輪在垂直於穿過通路的主流的方向上通常經歷劇烈的二次流。這些二次流會不利地影響級效率。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供渦輪機的渦輪，並且所述渦輪包括:相對的端壁，所述相對的端壁界定通路，在所述通路中流體流可接收的流過所述通路；以及噴嘴級，在所述噴嘴級鄰近的噴嘴延伸穿過相對的端壁之間的通路從而以氣動方式與流體流相互作用。鄰近的噴嘴經配置以構成呈現端壁喉部不充分外傾以及節線喉部過分外傾的喉部分布。根據本發明的另一個方面，提供渦輪機，並且所述渦輪機包括:壓縮機，所述壓縮機經配置對進氣進行壓縮從而生成壓縮進氣；燃燒室，所述燃燒室與壓縮機流體連通並且經配置將壓縮進氣與燃料一起燃燒以生成流體流；以及渦輪，所述渦輪設有通路並且與燃燒室流體連通使得流體流可被渦輪接收以流過通路。渦輪包括相對的端壁以及噴嘴級，在所述噴嘴級鄰近的噴嘴延伸穿過相對的端壁之間的通路從而以氣動方式與流體流相互作用，並且構成呈現端壁喉部不充分外傾以及節線喉部過分外傾的喉部分布。根據本發明的又一個方面，提供渦輪機，並且所述渦輪機包括:壓縮機，所述壓縮機經配置以對進氣進行壓縮從而生成壓縮進氣；燃燒室，所述燃燒室與壓縮機流體連通並且經配置將壓縮進氣與燃料一起燃燒以生成流體流；以及渦輪，所述渦輪設有通路並且與燃燒室流體連通使得流體流可被渦輪接收以流過通路。渦輪包括相對的環形端壁以及噴嘴級，在所述噴嘴級噴嘴的環形陣列延伸穿過相對的端壁之間的通路從而以氣動方式與流體流相互作用，使得環形陣列的任何兩個鄰近的噴嘴構成呈現靠近端壁的端壁喉部不充分外傾以及遠離端壁的節線喉部過分外傾的喉部分布。通過以下結合附圖進行的說明可以更加清楚地了解這些和其他優點以及特徵。
本專利申請文件中的權利要求書特別指出並明確主張了本發明。通過以下結合附圖進行的詳細說明可以清楚地了解本發明的上述和其他特徵以及優點，在附圖中:圖1是燃氣渦輪發動機的示意圖2是圖1的燃氣渦輪發動機的第一級渦輪的噴嘴的的透視圖；圖3是鄰近的第一級噴嘴在第一級的透視圖；圖4是鄰近的第一級噴嘴在第一級的示意性徑向視圖；以及圖5是由鄰近的第一級噴嘴構成的無量綱的喉部分布的圖形示意。
具體實施方式
通過參考附圖以實例方式介紹本發明的各實施例以及優點和特徵。
具體實施例方式參考圖1到圖4，根據本發明的各個方面，將渦輪機10設置為，例如，燃氣渦輪發動機11。因此，渦輪機10可包括壓縮機12、燃燒室13以及渦輪14。壓縮機12對進氣進行壓縮，燃燒室13將壓縮進氣與燃料一起燃燒以生成高溫流體等的流體流。這些示例性高溫流體被導入渦輪14，在渦輪14中高溫流體的能量被轉化為可用於生成能量以及/或者發電的機械能。渦輪14包括第一環形端壁20以及第二環形端壁30，所述第二環形端壁30圍繞第一環形端壁20設置以構成環形通路40。環形通路40從靠近燃燒室13的上遊部分41延伸到遠離燃燒室13的下遊部分42。高溫流體從燃燒室13輸出，並從上遊部分41沿通路40通過渦輪14到達下遊部分42。第一環形端壁20以及第二環形端壁30各自相應地包括朝向面21和面31的熱氣路徑，所述面21和面31向內朝向環形通路40。渦輪14包括一個或多個軸向級140，其中設置有軸向對齊的噴嘴以及葉片的相應的環形陣列。這些軸向級140包括第一軸向級141，其設置於渦輪14的前部、燃燒室13的後部的下遊以及隨後的軸向級142的上遊。第一軸向級141包括第一級噴嘴50的環形陣列，所述陣列的設置使得每一個噴嘴50從第一端壁20和第二端壁30中的至少一者或二者可伸長的跨過通路40，從而與高溫流體流以氣動方式相互作用。每一個噴嘴50可具有翼形形狀51，所述翼形形狀51具有前緣511以及相對於前緣511的後緣512、壓力側513以及吸入側514。壓力側513在前緣511和後緣512之間延伸。吸入側514相對於壓力側513並且也在前緣511和後緣512之間延伸。在第一軸向級141每一個噴嘴50設置成使得任何一個噴嘴50的壓力側513都朝向鄰近的一個噴嘴50的吸入側514。由於具有這種配置，隨著高溫流體朝向通路40流動，高溫流體以氣動方式與噴嘴50相互作用並且迫使高溫流體與相對於渦輪14的中心線的角動量一起流動。通常，第一渦輪級，例如第一軸向級141，在垂直於穿過通路40的主流的方向上經歷劇烈的二次流。這些二次流會不利地影響級效率。然而根據各個方面，，向至少第一軸向級141的噴嘴50提供用於減少二次流的徑向渦流以及堆疊分配。如圖3和圖4所示，第一軸向級141的任何兩個鄰近的噴嘴50構成喉部分布60，所述喉部分布60測量於鄰近的噴嘴50之間的通路40的最窄的區域，所述鄰近的噴嘴50呈現靠近第一端壁20和第二端壁30的端壁喉部徑向不充分外傾以及遠離第一端壁20和第二端壁30的節線喉部徑向過分外傾。即，至少第一軸向級141的噴嘴50構成在第一端壁20和第二端壁30附近的徑向區域呈現端壁喉部不充分外傾的喉部分布60。通過對比，至少第一軸向級141的噴嘴50構成在第一端壁20和第二端壁30之間的基本上中心地(即，沿節線)設置的徑向區域呈現端壁喉部過分外傾的喉部分布60。
參考圖5，喉部分布60的無量綱的表達式近似為:y = -3_ci7x3+0.0OOlx2-0.0067x+l.0299,其中y是無量綱的喉部分布，X是相對的第一端壁20和第二端壁30之間的跨度位置，其中0%跨度表示第一端壁20以及100%跨度表示第二端壁30。該方程式以及基本上類似的方程式可通過求解y以確定在任何跨度位置(即，0%跨度位置、20%跨度位置等)由鄰近的噴嘴50所構成的無量綱的喉部分布。儘管僅結合有限數量的實施例來詳細描述本發明，但應理解，本發明並不限於所揭示的此類實施例。相反，本發明可經修改以涵蓋之前並未描述、但與本發明的精神和範圍相符合的任意數量的變化、更改、替換或等效布置。此外，儘管已描述本發明的各種實施例，但應理解，本發明的各方面可僅包括所述實施例中的一些實施例。因此，本發明不應視為受前述說明限制，而是僅受所附權利要求書的範圍限制。
權利要求
1.一種渦輪機的渦輪，包括: 相對的端壁，所述相對的端壁構成通路，所述通路中可接收流體流以使流體流流過所述通路；以及 噴嘴級，在所述噴嘴級，鄰近的噴嘴延伸跨過所述相對的端壁之間的所述通路，從而與所述流體流以氣動方式相互作用， 所述鄰近的噴嘴經配置以構成呈現端壁喉部不充分外傾以及節線喉部過分外傾的喉部分布。
2.根據權利要求1所述的渦輪，其中所述噴嘴級包括設置於隨後的噴嘴級的上遊的第一噴嘴級。
3.根據權利要求1所述的渦輪，其中所述相對的端壁是環形的。
4.根據權利要求1所述的渦輪，其中所述鄰近的噴嘴以環形陣列設置。
5.根據權利要求1所述的渦輪，其中在所述鄰近的噴嘴之間的所述通路的最窄區域測量所述喉部分布。
6.根據權利要求1所述的渦輪，其中所述喉部分布的無量綱表達式近似為: y = -3_otx3+0.0OOlx2-0.0067x+l.0299, 其中I是所述無量綱的喉部分布，X是 所述相對的端壁之間的跨度位置。
7.一種渦輪機，包括: 壓縮機，所述壓縮機經配置以對進氣進行壓縮，生成壓縮進氣； 燃燒室，所述燃燒室與所述壓縮機流體連通，並且經配置將壓縮進氣與燃料一起燃燒以生成流體流；以及 渦輪，所述渦輪設有通路並且與所述燃燒室流體連通，使得所述流體流可被所述渦輪接收從而流過所述通路， 所述渦輪包括相對的端壁以及噴嘴級，在所述噴嘴級，鄰近的噴嘴延伸穿過所述相對的端壁之間的所述通路，從而以氣動方式與所述流體流相互作用，並且構成呈現端壁喉部不充分外傾以及節線喉部過分外傾的喉部分布。
8.根據權利要求7所述的渦輪機，其中所述噴嘴級設置於所述渦輪的前部以及所述燃燒室的後部的下遊。
9.根據權利要求7所述的渦輪機，其中所述噴嘴級包括設置於隨後的噴嘴級的上遊的第一噴嘴級。
10.根據權利要求7所述的渦輪機，其中所述相對的端壁是環形的。
11.根據權利要求7所述的渦輪機，其中所述鄰近的噴嘴以環形陣列設置。
12.根據權利要求7所述的渦輪機，其中在所述鄰近的噴嘴之間的所述通路的最窄區域測量所述喉部分布。
13.根據權利要求7所述的渦輪機，其中所述喉部分布的無量綱表達式近似為: y = -3_otx3+0.0OOlx2-0.0067x+l.0299, 其中I是所述無量綱的喉部分布，X是所述相對的端壁之間的跨度位置。
14.一種渦輪機，包括: 壓縮機，所述壓縮機經配置以對進氣進行壓縮，以生成壓縮進氣； 燃燒室，所述燃燒室與所述壓縮機流體連通，並且經配置將壓縮進氣與燃料一起燃燒以生成流體流；以及 渦輪，所述渦輪設有通路並且與所述燃燒室流體連通，使得所述流體流可被所述渦輪接收從而流過所述通路， 所述渦輪包括相對的環形端壁以及噴嘴級，在所述噴嘴級噴嘴的環形陣列延伸穿過所述相對的端壁之間的所述通路從而以氣動方式與所述流體流相互作用，使得所述環形陣列的任何兩個鄰近的噴嘴構成呈現靠近所述端壁的端壁喉部不充分外傾以及遠離所述端壁的節線喉部過分外傾的喉部分布。
15.根據權利要求14所述的渦輪機，其中所述噴嘴級設置於所述渦輪的前部以及所述燃燒室的後部的下遊。
16.根據權利要求14所述的渦輪機，其中所述噴嘴級包括設置於隨後的噴嘴級的上遊的第一噴嘴級。
17.根據權利要求14所述的渦輪機，其中所述相對的端壁是環形的。
18.根據權利要求14所述的渦輪機，其中所述鄰近的噴嘴以環形陣列設置。
19.根據權利要求14所述的渦輪機，其中在所述鄰近的噴嘴之間的所述通路的最窄區域測量所述喉部分布。
20.根據權利要求14所述的渦輪機，其中所述喉部分布的無量綱表達式近似為:y = -3_otx3+0.0OOlx2-0.0067x+l.0299, 其中I是所述無量綱的喉部分布，X是所述相對的端壁之間的跨度位置。
全文摘要
本發明公開一種渦輪機的渦輪。所述渦輪包括相對的端壁，所述相對的端壁界定通路，所述通路中可接收流體流以使流體流流過所述通路；以及噴嘴級，在所述噴嘴級，鄰近的噴嘴延伸穿過所述相對的端壁之間的所述通路，從而以氣動方式與所述流體流相互作用。所述鄰近的噴嘴經配置以構成呈現端壁喉部不充分外傾以及節線喉部過分外傾的喉部分布。
文檔編號F01D25/00GK103089315SQ20121041706
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月26日 優先權日2011年10月28日
發明者A.施泰因, T.J.布倫特 申請人:通用電氣公司