複合式噴嘴冷卻的發動機的製作方法

2023-05-19 04:07:51 1

專利名稱：複合式噴嘴冷卻的發動機的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及燃氣渦輪發動機，具體涉及其中渦輪機的冷卻。
背景技術：
在燃氣渦輪發動機中，空氣在壓縮機中壓縮並在燃燒器中與燃料混 合，產生熱的燃燒氣體。在通過一驅動軸給此壓縮機提供動力的渦輪級 中，從燃燒氣體提取能量，產生另外的功，為渦輪風扇飛機發動機的上
遊風扇提供動力或是在海運業(M&I)中，用來驅動外部的驅動軸。
這種基礎的核心發動機通常包括一臺多級軸流式壓縮機，它具有數
排壓縮機葉片以及對應的導向葉片，它們對環境空氣分級加壓而相應地
升高其溫度。從壓縮機後端排出的空氣具有最高的壓力，通稱為壓縮機
輸出壓力(CDP)，和相應的高的溫度。
在典型的結構中，此種壓縮機可以具有七個級，用來由於壓縮循環
提高空氣壓力，數倍於大氣壓力還使溫度升高了好幾百度。相對於燃氣
渦輪發動機特殊設計及預定的用途，也可以採用較少或較多個數的壓縮
級
從壓縮機輸出的CDP空氣的大部分與燃燒器中的燃料混合，產生熱 的燃燒氣體。這些燃燒氣體然後在幾個渦輪級中經歷膨脹循環，從中提 取能量而相應地減小燃燒氣體的壓力極及其溫度。緊鄰此燃燒器後有一 高壓渦輪機(HPT),用來驅動核心發動機的壓縮機葉片。
在HPT之後的低壓渦輪機(LPT)驅動著第二軸，用以驅動渦輪風 扇發動機中的上遊風扇或在M&I的應用中用來驅動外部驅動軸。
這種燃氣渦輪發動機的總效率取決於空氣壓縮效率、燃燒效率以及 渦輪級中燃燒氣體膨脹效率。
由於渦輪機的部件在運行中直接暴露在熱的燃燒氣體下，這些部件 就需進行適當的冷卻以保證有較長的使用壽命。例如某些從燃燒過程轉 移出的壓縮機排出空氣，可用來冷卻燃燒器本身的襯裡以及冷卻HPT的 種種部件。
各渦輪級通常包括一上遊渦輪噴嘴或定子，後者有一排導向器葉
片，將燃燒氣體通過對應的一排渦輪轉子葉片導向下遊。這些葉片一般 安裝在在此形成的相應燕尾槽中的支承轉子輪盤的周邊上。
渦輪葉片與導向葉片通常取空心翼型。其中具有相應的內部冷卻通 道，在運行中接收壓縮機輸出空氣用於將其冷卻。這種空心葉片與導向 葉片 一般包括多排冷卻膜和其他通過壓力與吸氣側壁的排出孔，用來將 廢的內部冷卻空氣排送入相應的外部膜中以進 一 步保護這種空心翼 型。
此外，支承第一級渦輪葉片的渦輪轉子輪盤是一種較大型的部件， 它帶有其中安裝著葉片的輪輞以及從此朝內沿徑向延伸的窄的腹板，而 此腹板終結於一具有中央孔的較寬的輪轂。這種轉子輪盤在運行中受到 相當大的離心載荷與加熱兩者的影響，也必須設計成具有較長的壽命。
相反，由於在膨脹循環中降低了燃燒氣體的溫度與壓力，與HPT相 比，LPT只需較少的冷卻。於是減少了冷卻的要求而通常可以採用級間 的放氣來冷卻其中的種種部件。
渦輪的主流路設計成可在燃燒氣體流過發動機時限制燃燒氣體，同 時降低燃燒器的溫度與壓力。此渦輪機部件的各個冷卻迴路與主流路無 關，因而必須提供具有充分壓力的冷卻空氣以防運行中吸入熱燃燒氣 體。
例如在固定的渦輪噴嘴與旋轉的渦輪葉片之間設有適當的旋轉密 封件，以阻止熱的燃燒氣體吸入或回流到該冷卻流路內。由於噴嘴導向 葉片與渦輪葉片的翼型 一般包括多排冷卻空氣出口 ，冷卻空氣就必須具 有充分大於外部燃燒空氣壓力的壓力，來提供適當的回流保險係數以防 熱的燃燒空氣吸入到渦輪的翼型本身中。
因此，HPT的部件通常用全壓CPT空氣冷卻而LPT部件可用較低的 壓力級間的放氣冷卻。
這樣，用壓縮機空氣來冷卻渴4侖機部件時可以與HPT和LPT的不同 冷卻要求相匹配以減少其應用，而由此來提高發動機效率。
但是，提高發動機效率是現代燃氣渦輪發動機的持續的與最重要的 設計目的，因而希望能通過減少從壓縮機來提取加壓空氣以進一步提高 發動機效率。

發明內容
燃氣渦輪發動機包括有效結合在一起的壓縮機、燃燒器與高壓渦輪 機。此渦輪機包括一噴嘴和繼後的一排轉子葉片。在壓縮機的末級與噴
嘴導向葉片中的前方冷卻通道之間流體通連地結合有第一放氣迴路，用 來於第一壓力下將加壓的一次空氣供給這裡的第一冷卻孔。在壓縮機的
中間級與噴嘴導向葉片的後方冷卻通道之間流體通連地結合著第二放
氣迴路，用來於低於第一壓力的第二壓力下將加壓的二次空氣供給第二
冷卻孔。


根據最佳和典型的實施形式，在下面結合附圖所作的詳細說明中更
具體地描述了本發明及其進一步的目的與優點，在附圖中 圖1是渦輪風扇燃氣渦輪發動機的局部剖面軸向示意圖； 圖2是通過圖1所示核心發動機一部分的放大的軸向剖面圖； 圖3是圖2所示高壓渦輪機的放大的軸向剖面圖； 圖4是圖3所示高壓渦輪機的噴嘴導向葉片的徑向剖面圖； 圖5是依據另一實施形式的，圖4中所示噴嘴導向葉片後緣部分的
;故大剖面圖；以及
圖6是依據又一實施形式的，圖4中所示噴嘴導向葉片後緣部分的
》文大剖面圖。
具體實施例方式
圖1示意地示明一典型的風扇渦輪飛機燃氣渦輪發動機10。此發動 才幾相對於縱向或軸向中心軸線12軸對稱，且適當地安裝於飛才幾(未圖 示)的機翼或機身上，通常用來給飛行中的飛機提供動力。
此發動機串聯流動連通地包括風扇14、低壓或升壓壓縮機16、高 壓(HP)壓縮機18、環形燃燒器20、高壓渦輪機(HPT) 22以及低壓渦 輪機(LPT) 24。
環形發動機搶26環繞風扇14同時界定出一環形旁路通道28,此通 道繞升壓壓縮機16向後延伸。第一驅動軸30將HPT22連4妄到HP壓縮 機18之上，第二驅動軸32將LPT24連接到風扇14與升壓壓縮機16之
發動才幾相應才幾架內的軸承中。
運轉時，環境空氣34進入發動機的入口 ，並被風扇14部分地加壓， 經旁路通道28排出，用來提供大部分推力。通過風扇的空氣34的一部 分進入升壓壓縮機16,並在其多個軸向級中經歷又一個壓縮循環，而在 此多個軸向級中還給HP壓縮才幾18以另加的壓縮。
從此壓縮機排出的加壓空氣34與燃燒器20中的燃料36適當地混 合，產生熱的燃燒氣體38。從HPT22的燃燒氣體38中提取出的能量驅 動第一軸30並給HP壓縮機18提供功率。從LPT24的燃燒氣體中提取 另外的能量來驅動第二軸32以及給風扇14與升壓壓縮機16提供動力。
上述發動機的結構與運轉都是常規的，包括多個壓縮級與多個渦輪 級。例如此升壓壓縮才幾16可以具有四個軸向級，包4舌四排壓縮才幾葉片 和沿軸向與之交錯設置的四排入口導向葉片
此高壓壓縮才幾18可以包^l舌例如七個軸向級，具有如圖2詳示的七 排壓縮機葉片1——7以及與之沿軸向交錯設置的相應多排的入口導向 閥片40,同時通過常規的擴散器排出CDP空氣。
HPT22最好是單級渦輪機，繼之以典型的五級LPT24。
圖2更詳細地示明了這種基礎的核心發動機，它包括以串聯流動連 通方式i殳置的高壓壓縮才幾18、環形燃燒器20與HPT22。圖3更詳細地 示明了HPT22。此外，圖4示明了第一級噴嘴導向葉片的徑向剖面。
具體地說，圖2中所示HPT22包括的第一級或HP渦輪噴嘴42具有 一排定子導向葉片44,以其相對端整體地連接到外帶46與內帶48之 上。在此定子導向葉片之後有一排可卸下地安裝於第一級或HP轉子輪 盤52的周邊或輪輞上的HP渦輪葉片50。輪盤52固定地連接到第一驅 動軸30之上，軸30再固定地連接到幾個支承高壓壓縮機18的壓縮機 葉片1一一7的轉子輪盤上。
HP壓縮才幾18與基礎HPT22的結構和的運轉都屬常M^的，用來加壓 空氣34和膨脹繼後的燃燒氣體以從其中提取能量。特別是，空氣34的 壓力與溫度隨著空氣朝下遊流過壓縮機葉片的七個級1——7而沿軸向 依次升高。第七排壓縮機葉片7在此種典型結構中確定出壓縮機的末 級，而以最大壓力P7和與壓縮機輸出壓力(CDP)空氣關聯的相應高溫 T7排出加壓的空氣。
CDP空氣與燃燒器中的燃料混合產生出熱的燃燒氣體38,使之從第 一級渦輪噴嘴導向葉片44之間的出口排出。這些導向葉片沿軸向設在
燃燒器與第一級渦輪葉片50之間，並被常構造為，使燃燒器中的壓力 沿著翼弦和通過導向葉片的前緣與後緣下降或減小。
各個噴嘴導向葉片44具有典型的大致凹形壓力側54以及大致凸形 的沿圓周相對的抽吸側56，後者如圖4中清楚地表明，在上遊前緣58 與下遊後緣60之間，在寬度上沿著徑向而在翼弦上沿著軸向延伸。
噴嘴導向葉片44的輪廓可以適當地選擇，使在燃燒氣體向下遊在 渦輪噴嘴的入口端與出口端之間流動時實現顯著的壓力降。流過渦輪噴 嘴的氣體被加速與轉向，造成總壓力的稍降和靜壓力的大降。
相應地，圖3所示的第一級渦輪葉片50具有大致下凹的壓力側和 大致凸形的相對抽吸側，後者在此葉片前緣與後緣之間沿軸向延伸。渦 輪葉片50的輪廓也按傳統方式選擇，使燃燒氣體38沿葉片的翼弦並在 其前、後緣之間再作降壓或減壓。從流過渦輪轉子葉片間的氣體獲取功 或能量，導致總壓力與靜壓力兩者顯著下降。
圖3更詳細地示明了 HPT22,它包括在運行中需要由熱的燃燒氣體 進行適當冷卻的渦輪葉片50。葉片50通常是空心的，用來以通常的方 式提供內部冷卻。
上述葉片可以具有任何適當的內部冷卻結構，例如盤旋式的冷卻通 道，在其軸向入口燕尾槽的底座上則有一或多個入口。直接在上述前緣 後有一可以跨越翼型長度的衝擊通道。此內部通道用來為一或多排薄膜 冷卻出口孔62輸送冷卻空氣，這些出口孔遍及翼型側面，並在廢的冷 空氣從上述孔中以典型的方式輸出時為其提供薄膜冷卻。
與上述相對應，圖3與4所示的噴嘴導向葉片44也取其中具有適 當內部冷卻結構的空心形式。在一種實施形式中，各導向葉片44包括 與其鑄成整體而橋連上述相對側54、 56的無孔隙的橋或隔澤反64。此隔 板延伸到各導向葉片的整個徑向跨度，將導向葉片分成獨立的與離散的 前方、後方冷卻通道66、 68,後者分別直接延伸到前緣之後和在後緣的 正前方。
如圖4清楚地表明，各導向葉片44的前部包括幾排第一冷卻孔70, 沿著導向葉片的寬度延伸，同時沿著導向葉片的壓力與抽吸側圍繞前緣 沿翼弦分布開。這些第一孔70由前方通道66供氣，用來以對應的成排
的薄膜冷卻空氣形式排送出廢的冷卻空氣，以通常的方式保護導向葉片 的外表面不受前緣與後緣的影響。
各個導向葉片44的後部包括至少一排第二冷卻孔72,在空間允許 時沿導向葉片的寬度緊鄰薄的後緣60延伸。所述第二孔72由後方通道 68供氣，用來由此沿著薄的後緣排送廢的冷卻空氣。
各排冷卻孔70、 72的大小與構型可以是常規的形式，用以在運行 中由熱的燃燒氣體產生的熱載荷來適當地冷卻噴嘴導向葉片。前述的兩 個內部流動通道66、 68本身可以具有包括湍流器(未圖示)在內的任 何適當的或常規的構型，用來根據需要增強導熱，而在有需要時還可以 確定為盤i走形的冷卻迴路。
在圖3與4所示的典型實施形式中，兩個通道66、 68中的每個都 包括一相應的衝擊擋板74,後者具有相應形式的小衝擊孔，用來在開始 時以衝擊射流形式將冷卻空氣輸送到導向葉片的內表面來增強其冷 卻，且同樣是可以採取任何的傳統方式進行冷卻。然後將廢的衝擊空氣 從各排出口冷卻孔70、 72排送出。
如上所述，加壓的空氣可以從壓縮機放出，通過噴嘴導向葉片44 與渦輪葉片50的內部冷卻迴路引導，用來以任何傳統方式為其提供內 部冷卻，然後使廢的空氣通過設在翼型的壓力與抽吸側的各排出孔，從 前緣輸送到後緣。
隨著能量的增加，壓縮級將提高空氣的壓力與溫度，但渦輪級則降 低燃燒氣體的壓力與溫度以從中提取能量。
由於採用了圖3所示的單級HPT22,可首先跨過噴嘴導向葉片44然 後跨過渦輪葉片50,使燃燒氣體中發生顯著的壓力降，因而對於HPT22 可採用改進的冷卻系統來進一步提高發動機效率。
具體地說，圖2首先示明了第一放氣迴路76，它適合以流體連通方 式連接在HP壓縮機18的末級或第七級與導向葉片44的前方冷卻通道 66之間，用來在第一壓力與對應於壓縮機總的輸出壓力P7的溫度T7以 及相關的第七級溫度下，由此壓縮機釋放出加壓的一次空氣。
相應地，在壓縮才幾18的中間級或末級前的一級與上述導向葉片44 的後方冷卻通道68之間，流體通連地連接著第二或級間》文氣迴路78， 為其提供二重或複合冷卻以提高發動機的性能與效率。此第二迴路78 在對應地低於一次空氣34的第一壓力與第一溫度的第二壓力與第二溫 度下，釋放出加壓的二次空氣34b。
例如，上述的中間壓縮機級可以包括六排壓縮機葉片6的第六級，
而加壓的二次空氣34b可以於相繼的導向葉片處，在顯著低於所提取的 一次空氣相應的末級壓力P7與末級溫度T7的相應第六級壓力與第六級 溫度T6下提取。
這樣，CDP空氣與非CDP空氣兩者可以一起用於第一級導向葉片的 智厶A4R^搖；t;劣^7^r,祐產 ；S 「np 沾"太很鬥rnp .嫂^山
於它未經歷整個壓縮循環，因而此預CDP空氣的溫度顯著地低於CDP空 氣的溫度達數百度。
但是，現在被用來冷卻第一級噴嘴導向葉片的非CDP空氣必須從壓 縮機選取，用以保證這些導向葉片獲得充分的回流安全餘量。如圖3與 4所示，燃燒氣體38從燃燒器的出口端排出並立即與這排噴嘴導向葉片 44相配合，這些氣體在該導向葉片周圍沿著相對的壓力與抽吸側54、 56分開。
上述燃燒氣體38於最大壓力與最高溫度下離開燃燒器，這樣就形 成了一種嚴苛環境，因而其中的噴嘴導向葉片44本身就需進行充分地 冷卻以保證它們能有長的壽命。鑑於環繞這些導向葉片的前緣與前方冷 卻通道66的第一冷卻孔70的構型，前方通道66必須提供最大壓力的 壓縮機空氣特別是CDP —次空氣34。
依此方式，用來從前方通道66排出廢的一次空氣的所有第一孔70 可以具有適當的回流保險係數，以防運4亍中吸入熱的燃燒氣體38。
由於有上述的單級渦輪葉片50,燃燒氣體38的壓力在噴嘴導向葉 片44與渦輪葉片50兩者之上會顯著下降。因此，通過噴嘴葉片上時的 壓力降可以有助於利用非CDP空氣來冷卻環繞相應後冷卻通道68的各 噴嘴導向葉片，且仍然具有適當的回流保險係數。
圖4所示噴嘴導向葉片的空氣動力輪廓對導向葉片的壓力側54施 加較高的壓力，而對導向葉片的抽吸側56則施加較低的壓力，使導向 葉片兩相對側上相應的壓力分布在此導向葉片的前緣與後緣之間下 降。通過擇優地將第二冷卻孔72定位於導向葉片後緣60的緊鄰處，廢 的二次空氣將配合較低壓力的燃燒氣體，以相應的較低壓力的二次空氣 34b來取得合適的回流保險係數。
對於與單級HPT22協同工作的圖2中所示的典型七級壓縮才幾，可以 選4奪壓縮機的中間第六級對由此力欠出的二次空氣34b施加靜壓，而此靜 壓要適當地大於圖4所示這排導向葉片44後緣60處燃燒氣體38中的
靜壓，以在從導向葉片排出廢的二次空氣的第二孔72處提供充分的回
流保險係數。
考慮到各個噴嘴導向葉片44內一次空氣34與二次空氣34b的不同 壓力以及此導向葉片外的燃燒氣體對應的不同壓力分布，兩個冷卻通道 66、 68內的各個導向葉片就必須相互" 瓜立以防其間發生流體連通。
於是前述隔板64便橋接各個導向葉片的相對側54、 56,同時延伸 葉片的整個徑向寬度，用以沿徑向整體地連接外帶46與內帶48,如圖3 與4所示，而此隔一反在兩個通道66、 68之間是無孔隙的。
由於各導向葉片的前方冷卻通道66供給有CDP—次空氣34,因而 各排薄膜冷卻的第一孔70可以以任何傳統的圖案與構型設置於此前向
通道周圍，同時仍然為導向葉片外的燃燒氣體不定的壓力分布提供充分 的回流保險係數。
但是，後方通道68的出口第二孔72必須位於外部燃燒氣體的較低 壓力區，例如緊鄰導向葉片的薄的後緣。相應地，後方通道68沿著各 導向葉片的高壓側54最好是無孔隙的，同時沿著各導向葉片的較低壓 力的抽吸側56也最好是無孔隙的。
圖4中，界定後方冷卻通道68沿著導向葉片的壓力側與抽吸側以 及沿著隔板64都是無孔隙的，而在空間允許時，不用薄的後緣60第二 孔72向後直接通過抽吸側54。
這樣，第二孔72便儘可能地接近導向葉片壓力側的後緣60,其中 外部燃燒氣體的壓力分布便快速地遞降到後緣。於是二次空氣壓力的要 求可以最小化，而在此代表性的實施形式中允許使用第六級壓縮機排出 空氣。
如圖4所示，環繞前方通道66的第一孔70的圖案包括一排後部孔， 它們從前方通道沿著壓力側54且部分地沿後方通道68向後方延伸，將 一部分廢的一次空氣排向第二孔72的出口端。這樣，上述兩個通道66、 68便由相應的 一次與二次空氣進行內部冷卻，例如應用相應的衝擊擋板 74,使用過的冷空氣通過各排的第一與第二孔70、 72排出。
排出的空氣形成相應的膜，這些膜在其朝下遊流向後緣60時為導 向葉片的外表面提供隔熱。後排第 一孔7 0給導向葉片壓力側5 4提供了 另外的對流冷卻，此另加的對流冷卻在此限定了後方通道68,以保護膜 的形式排出其廢的冷卻空氣到後方通道68的後部之上。
於是某些廢的一次空氣便從前方通道66與第一孔70沿著導向葉片 的抽吸側排出，以保護膜的形式沿後方通道68的抽吸側朝後流向後緣。
在導向葉片相對的前緣與後緣之間，隔板64的軸向位置或弦的位 置可以結合外部燃燒氣體的具體分布與CDP —次空氣34和級間二次空 氣34b的比壓力來選擇。
圖2示明包括壓縮機18、燃燒器20與HPT22的核心發動機的基本 結構。用來給噴嘴導向葉片44提供CDP —次空氣34的第一冷卻迴路 76,可以具有適於修改成能為相同導向葉片引進第二迴路78的常規結 構。例如此發動機還包括環形外殼80，圍繞燃燒器20與噴嘴42而界定 從壓縮機18的出口端到噴嘴42的第一迴路的部分。
第二迴路78可以具有用於從壓縮機18放出預CDP空氣的任何常規 構型，它通常開始於支承導向葉片的緊接第六級壓縮機葉片之後的壓縮 機機殼。此第二迴路78包括適當的導管或管道，將二次放出空氣34b 帶到環繞著噴嘴導向葉片44的外殼。
如圖3所示，第二迴路78的出口或輸出端由許多徑向管或短管82 確定，後者沿徑向朝內通過外殼80到達噴嘴42的外帶46。
此噴嘴的外帶46與內帶48可以由第一迴路76的一次CDP空氣34 以常^見方式冷卻，第一迴路76通過短管(spooly ) 82與第二回3各78分 開。
圖2還示明了傳統的環行內殼84,它沿徑向向內設於燃燒器20, 界定出第一迴路76的另一部分。燃燒器20與渦輪噴嘴42兩者通常從 內殼84安裝，適合引導一部分CDP空氣來冷卻噴嘴內帶48。
如圖3所示，外帶46與內帶48具有相應的用於各個導向葉片44 的外、內入口 86，它們界定出第一迴路76的出口或輸出端，用以將一 次空氣,人葉片的兩端送入前方通道66。
相應地，內帶48在後方通道68之下無孔隙，通常包括一用於將噴 嘴支承到內殼84上的安裝凸緣。外帶46包括在後方通道68上方的相 應入口，其中密封地連接著對應的短管82。
於是，圖3所示的第一級渦輪噴嘴42可以進行專門的修改，從壓 縮機的不同源頭接收加壓的冷卻空氣，對其進行複合冷卻而使渦輪機與 發動機的效率最大化。CDP —次空氣34適合從壓縮機18的末級釋放到 各噴嘴導向葉片44的前方冷卻通道66中，用於各導向葉片的初始內部
冷卻，此廢的空氣則從第一冷卻孔70的結構中排出。
預CDP 二次空氣34b獨立地從壓縮機18的適當中間級排放到相同 導向葉片44的後方冷卻通道68中，內部冷卻，然後從這一排的第二孔 72中排出。二次空氣34b不僅具有比CDP—次空氣低的壓力且具有顯著 較低的溫度，用以提高其可有效地冷卻噴嘴導向葉片後部的能力。
圖3所示的單級HPT22可使燃燒氣體38的壓力在導向葉片44的前 緣58與後緣60之間顯著下降，從而得以使用雙重壓力空氣源，同時在 導向葉片不同的前部與後部具有合格的回流保險係數。二次空氣34b可 以從中間級在大於燃燒氣體38靜壓力的靜壓力下，沿著第二孔72終止 處的導向葉片後緣60釋放，此二次空氣的壓力雖然較低但在此仍然提 供了適當的回流保險係數。
如圖2所示，燃燒氣體隨後流到這排渦輪葉片50，這些葉片也是空 心的同時包^舌用於將其冷卻的適當的內部冷卻回^各。渦4侖葉片50的冷 卻與噴嘴導向葉片的冷卻獨立，且可以具有任何傳統的冷卻結構形式。
如上所述，各個噴嘴導向葉片44的空氣動力翼型控制著向下流到 此葉片相對的壓力與抽吸側上，外部燃燒氣體38的相應壓力分布。圍 繞噴嘴導向葉片的壓力分布還取決於渦輪轉子葉片本身的具體結構及 其中的級數。對於單級HPT22，在這些噴嘴導向葉片上會產生顯著的壓 力降。
圖5與6示明了圖4中所示噴嘴導向葉片的後端對應的改型，其他 則保持不變。
圖5中，第二孔72朝後延伸，在空間允許下，在沒有後緣60時直 接通過導向葉片抽吸側56。於是，後方通道68的壓力側在其整個軸向 範圍內是無孔隙的。後方通道68的抽吸側也相應為無孔隙的，而第二 孔72 /人這裡伸向後方。
由於外部燃燒氣體的壓力在導向葉片抽吸側上低於壓力側上，於是 可以用甚至更低壓力的中間級如圖2所示壓縮機18的第五級，將放出 二次空氣34c提供給這排導向葉片的後方冷卻通道68。
圖2所示的第二迴路78可加以適當的》務正來釋》文第五級壓縮機空 氣而不是釋放第六級空氣。此第五級空氣與第六級空氣相比具有相應的 較低壓力與較低的溫度，因而可以用來進一步提高導向葉片的冷卻效率 和渦4侖才幾本身的效率。與此相對應，可以用較低壓力的第五級放出空氣
在所述翼型的抽吸側上保持合適的回流保險係數。
圖6還示明了圖4所示噴嘴導向葉片44的後端的另一種改型。在 此實施形式中，第二迴路78也是在壓縮機的第五級而不是在第六級開 始，將較低壓力的二次空氣34c提供給這排導向葉片的後方冷卻通道 68。在這一實施形式中，後緣60可以適當地加厚以將第二孔72設於導 向葉片的相對的壓力側54與抽吸側56之間，用來將廢的二次空氣34c 直接在後緣60處排放，相應地，後方通道68在導向葉片的相對的壓力 側與抽吸側上是完全無孔隙的。
圖4~6所示導向葉片後緣的不同構型，可以有利地用來使導向葉 片薄的後緣上燃燒氣體的外部壓力中的特定分布最好地與壓縮機的所 選才奪的中間級的壓力相匹配，以確保第二孔72處的回流保險係數。雖 然從壓縮機的任何級間放出空氣都可以改進噴嘴導向葉片的冷卻性能 和提高發動機效率，但必須要有足夠的壓力才能保證在後方冷卻通道周 圍有充分的回流保險係數。
使用CDP —次空氣來冷卻噴嘴導向葉片的前方部分和使用非CDP 二 次空氣來冷卻此導向葉片後方部分的複合效應，可以有利地用來改進噴 嘴導向葉片本身的冷卻性能和提高高壓渦輪機與發動機的總效率。
雖然在此描述了據認為是本發明最佳與典型的實施形式，但內行人 根據這裡的原理當可認識到本發明的其他改型，因而要求如後附權利要 求書所確定的所有這類改型都應屬於本發明的實質精神與管轄範圍之 內。
於是，要求由美國特許證書所確定的是，本發明應為後附權利要求 書所確定與鑑別。
說明書各部件的編號
1——7,壓縮機葉片；10，燃氣渦輪發動才幾；12，中心軸線；14, 風扇；16，升壓壓縮機；18,高壓(HP)壓縮機；20,燃燒器；22，高 壓渦專侖機(HPT) ; 24，低壓渦輪機(LPT) ; 26,發動才幾搶；28,旁路 通道；30,第一驅動軸；32,第二驅動軸；34,空氣；34b, 二次空氣； 36，燃料；38,燃燒氣體；40,導向葉片；42,渦輪噴嘴；44，定子導 向葉片；46,內帶；48,外帶；50,渦輪葉片；52,轉子輪盤；54，壓 力側；56,抽吸側；58,前緣；60，後緣；62，出口孑L; 64,隔板；66, 前方冷卻通道；68，後方冷卻通道；70,第一冷卻孔；72,第二冷卻孑L; 74，碰撞擋板；76,第一排放迴路；78，第二排放迴路；80，外殼；82， 短管；84，內殼；86，入口。
權利要求
1.燃氣渦輪發動機(10)，它包括以串聯流動連通形式連接的風扇(14)、壓縮機(18)、燃燒器(20)、高壓xHPx渦輪機(22)與低壓渦輪機(24)；所述壓縮機(18)包括幾排壓縮機葉片(1——7)，用以在相應的各級中順序地加壓空氣(34)；所述HP渦輪機(22)包括噴嘴(42)，後者具有一排定子導向葉片(44)，緊隨其後的是一排轉子葉片(50)；各個所述導向葉片(44)具有沿周邊相對的壓力與抽吸側(54，56)，它們在相對的前與後緣(58，60)之間於徑向上沿寬度而於軸向上沿弦長延伸，並且是空心的而以無孔隙的隔板(64)橋連所述相對側(54，56)以確定出前方與後方冷卻通道(66，68)，沿所述前緣(58)供應相應第一冷卻孔(70)而沿所述後緣(60)供應相應的第二冷卻孔(72)；第一排放迴路(76)，它流體連通地連接在所述壓縮機(18)的末級與所述導向葉片前方通道(66)之間，從而於第一壓力下提供加壓的一次空氣；第二排放迴路(78)，它流體連通地連接在所述壓縮機(18)的中間級(6，5)與所述導向葉片後方通道(68)之間，從而於低於第一壓力的第二壓力下提供加壓的二次空氣(34b)。
2. 權利要求1的發動機，其中所述後方通道(68)沿所述壓力與 抽吸側都無孔隙，而所述第二孔(72)由此向後朝所述後緣(60)延伸。
3. 權利要求2的發動機，其中所述中間級構造成，於所述後緣(60) 在所述二次空氣(34b)中產生一大於燃燒氣體(38)中靜壓的靜壓， 以在所述第二孔(72)處提供回流保險係數。
4. 權利要求3的發動機，其中所述第一孔(70)包括一排後方孑L, 它們從所述前方通道(66)沿所述壓力側(54)與所述後方通道(68) 朝後延伸。
5. 權利要求4的發動機，它還包括圍繞所述燃燒器(20)與噴嘴(42)的外殼(80)，限定從所述壓 縮機到所述噴嘴(")的第一迴路06);以及多個短管(82 )，它們沿徑向通過所述外殼(80 )到所述噴嘴(40 )， 確定出所述第二迴路(78 )的出口端。
6. 權利要求5的發動機，其中所述第二孔(72)在無所述後緣(60) 時通過所述壓力側(54)朝後延伸。
7. 權利要求5的發動機，其中所述第二孔(72)在無所述後緣(60) 時通過所述抽吸側(56)朝後延伸。
8. 權利要求5的發動機，其中所述第二孔(72)在無孔隙的所述 壓力與抽吸側(54, 56 )之間通過所述後緣(60)朝後延伸。
9. 權利要求5的發動機，它還包括沿徑向設於所述燃燒器(20 )之內以進一步限定所述第一迴路(76 ) 的內殼(84);以及外與內帶(46， 48)，它們具有相應的外與內入口 (86),它 們對應於各個所述導向葉片(44),從而確定出所述第一迴路(76)的 輸出端。
10. 冷卻權利要求5所述噴嘴的導向葉片(44)的方法，它包括 從所述壓縮機(18 )的末級釋放一次空氣(34 )到所述導向葉片(44 )的所述前方冷卻通道(66)，從而從所述第一冷卻孔(70)排出；以及 從所述壓縮機(18)的所述中間級釋放二次空氣(34b)到所述導 向葉片(44)的後方冷卻通道(68)，從而從所述第二孔(72)排出。
全文摘要
燃氣渦輪發動機(10)包括有效地結合到一起的壓縮機(18)、燃燒器(20)與高壓渦輪機(22)。渦輪機(22)包括噴嘴(42)繼以一排渦輪葉片(50)。第一放氣迴路(76)流體通連地連接在壓縮機(18)的末級與渦輪噴嘴(42)的導向葉片(44)的前方冷卻通道(66)之間，在第一壓力下以加壓的一次空氣供給第一冷卻孔(70)。第二放氣迴路(78)流體通連地連接在壓縮機的中間級與噴嘴導向葉片(44)的後方冷卻通道(68)之間，在低於第一壓力的第二壓力下以加壓的二次空氣供給第二冷卻孔(72)。
文檔編號F01D5/18GK101178013SQ20071018601
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月9日 優先權日2006年11月10日
發明者R·J·奧爾蘭多, T·O·莫尼茲, 李經邦 申請人:通用電氣公司