燃燒室/輪葉界面冷卻方案的製作方法
2023-05-26 05:14:21
專利名稱:燃燒室/輪葉界面冷卻方案的製作方法
本發明有關燃氣渦輪發動機，具體有關渦輪機的燃燒室和輪葉總成。
眾所周知，傳遞到第一級渦輪的燃燒產物，在渦輪發動機中溫度最高。同樣為人所共知的是發動機的效率和這溫度直接相關，溫度越高，發動機的效率也越高。顯然，在技術上要求溫度能達到組成部件的最高容許限度，而自耐高溫的合金問世以來，這種溫度已達極高地步。
在某些發動機機型中，由於增溫，渦輪/燃燒室附近的部件經曆局部高溫，造成燒蝕，撓曲和裂縫等問題。本發明所針對要解決的問題，從附圖1a所表示的過去的總成可以很清楚地看到。圖1a所示為雙筒管軸流型渦輪動力裝置環形燃燒室的局部示意，這種型式的舉例有如(美國)Unired Technologies Corporation的Pratt & Whitney公司出口的型號JT9D，PW2037和PW4000。該公司為本發明申請案的受讓人。
如從圖1A(先有技術)可見，內導流襯片和外導流襯片(10，12)都和輪葉支架14和16適當連接，最後以熟知的方式和內套18及外套20連接。從這個結構可以明確看到，內外導流襯片在噴氣端被做成環形體，形成一個通道，把發動機的工作流體引入一列輪葉22(圖中僅示一片)去對渦輪葉片24衝擊。圖1B是圖1A的一個投影圖，這圖對結構表達很明確，圖中箭頭表示把發動機空氣壓縮機(圖中未示)通過環形腔26供給的冷卻空氣，送到輪葉總成的關鍵部件上去，保證這些部件能耐受酷劣的環境。
但是如圖1A裡的箭頭所示，和字母A所表示的過熱點，這種設計上的問題，是由輪葉前緣30排送的工作流體的高溫高速造成的，結果轉移到輪葉緣板32和34和燃燒室的後緣36上(箭頭B所指的附近)。
本發明人等發現，假使在導流片後緣上適當設置開口的通道，接受冷卻空氣，使冷卻空氣合理衝擊毗鄰輪葉的前緣，上述問題便可以消滅。衝擊點可以在輪葉的外側或內側，但一定要在輪葉前緣工作流體的駐點上。把這高速空氣直接噴射在輪葉前緣和輪葉緣板的交接處，輪葉前緣向燃氣路徑邊緣排送的熱燃氣大量減少，甚至完全消滅，這樣便可減少圖中箭頭B表示的渦流的形成。顯然邊緣層可以有低很多的燃氣溫度。此外，通道可以提供額外的熱傳遞表面，提高熱傳遞的對流係數，進一步對導流片後緣冷卻。
在實際試驗中發現，在輪葉緣板和噴嘴後緣，過熱點有相當大的減少。
其他的特點和優點，可以從說明書，權利要求
項目和附圖中得見，附圖表示的是本發明的一個實施方案。
附圖內容簡介如下
圖1A為一個渦輪式動力設備的局部剖視圖，表示燃燒室/渦輪葉總成的現有技術結構示例。
圖1B為一個輪葉和燃燒室後緣的局部投影圖，示出現有技術結構中的問題。
圖2A為與圖1A相同的局部圖，但引用了本發明。
圖2B為圖2A的局部投影圖。
圖3為圖2A中之導流襯片後緣上的通道的斜視圖。
雖然對本發明的敘述，使用的是上面提出的發動機型式的理想實施方案，但是內行人可以明顯看出，本發明也可以應用於其他類型的發動機。
明顯可見，本發明的課題，是保證燃氣渦輪發動機的關鍵部件不致發生事故，尤其是在導流片後緣附近的區域，和在第一渦輪級前面的第一列輪葉的前緣附近區域(就是基本屬於發動機溫度最高的區域)。
為了方便和簡化起見，僅對為了解本發明所必須知道的部份作說明如下，但應參看附圖1A和1B，該二圖為上述型號發動機未結合本發明前的同一結構，附於本文作參考用。
從圖2A和2B中可以看出，最後導流片40和後緣已按本發明作修改。和輪葉緣板32連接的金屬薄板安裝件44，支撐著導流片支撐件42，由支撐件42形成一個環形冷卻腔46，這冷卻腔由腔26，通過孔48(圖中僅示一個)供給空氣壓縮機排出的空氣。如已所述，導流片40的後緣和導流片支撐件42之間有距離，形成一條環形敞口通道。支撐件42的排氣端為正弦曲線形的敞口通道50。
從上文可見，敞口通道50有相對於輪葉22的適當位置(見圖2b)，因而相當高速的冷卻空氣僅指向輪葉22的前緣和緣板形成的區域。如上所述，這用於容納熱燃氣流體工質路徑邊緣的溫度，以減少，甚至有時候可以消滅先有技術設計的葉片所引起的渦流。增加通道有助於提供高「背側」對流傳熱系統，對導流襯片的後緣進一步冷卻。
應能理解本發明並不局限於本文所透露及敘述的特定實施方案，尚可作出各種變化或修改，而並不脫離下列權利要求
中設定的新穎性概念的精神和範圍。
補正 85105913
文件名稱 頁 行 補正前 補正後
說明書 3 23 邊緣的溫度，以 邊緣的溫度，可以
4 2 對流傳熱系統， 對流傳熱係數，
權利要求
1、一種燃氣渦輪發動機有一個燃燒室，一個渦輪葉輪和與上述葉輪有軸向距離但相鄰近的渦輪，上述燃燒室有導流襯片，其結構形式可以形成一條環形通道，把燃燒產物引入上述渦輪葉輪，上述渦輪葉片有一個翼形部份和上述翼形部份根部的緣板部份，一個支撐結構有一個鞘形件，和上述導流襯片有一段距離，但和導流襯片形成一條通道，把冷卻空氣引入上述渦輪葉輪，有一個放置在上述通道內的正弦線形組件，有敞口通道，把上述冷卻空氣引向渦輪輪葉前緣和上述輪葉緣板的交接處，和進入上述渦輪輪葉之間的燃燒產物駐點附近，從而把上述渦輪輪葉和上述緣板附近的界面層，保持相對的低溫度。
2、如權利要求
第1項中之燃氣渦輪發動機，特徵為上述正弦線形敞口組件包含交替阻塞的通道和交替敞口的通道。
專利摘要
把冷卻空氣合理地引向輪葉前緣(30)，輪葉翼形部分和緣板(32)交接處前方的駐點，便可以保持燃氣渦輪發動機燃燒室的直接下遊處的渦輪輪葉(22)有較低溫度。見圖2A。
文檔編號F02C7/16GK85105913SQ85105913
公開日1986年8月6日 申請日期1985年8月5日
發明者J·S·佩頓吉爾, J·S·撒克拉, D·J·沙利文, T·G·福克斯 申請人:聯合工藝公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan