[發明專利]具有橫檔構件的間隙流動控制組件

無效

• 申請號: 201210369355.9
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN103032109A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: R.K.巴布;R.仇罕;S.K.維賈延
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D17/00
• 分類號: F01D17/00;F01D25/24;F01D25/00;F01D5/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;譚祐祥

技術領域

本發明公開的主題涉及流動控制組件，更具體地涉及具有設有第一腔室和第二腔室的壁的流動控制組件，其中，第二腔室將流體路徑引導成渦流構造。

背景技術

一般地，燃氣發動機渦輪機的渦輪機級包括位于環狀渦輪機殼體中的一排固定葉片，一排固定葉片接著是一排旋轉葉片。經過渦輪機殼體的流體流在固定葉片中部分地膨脹、并且被引導朝向旋轉葉片，并且進一步膨脹以發電。在旋轉葉片的尖端和渦輪機殼體的內表面之間存在物理間隙要求，以大致避免葉片和渦輪機殼體之間的干涉。通常，渦輪機葉片具有蓋，以改進空氣動力學和機械性能（mechanical?performance）。突出到蓋之外的橫檔用來減小渦輪機殼體和旋轉葉片之間的物理間隙。間隙要求根據轉子和渦輪機殼體的動力學和熱行為而變化。

如果渦輪機殼體和旋轉葉片之間的間隙要求相對較大，則在渦輪機操作期間相對大量的高能流體流能夠在葉片的尖端和渦輪機殼體的內表面之間逃逸而不產生任何有效功率。逃逸的高能流體流構成尖端間隙損失，并且會成為渦輪機級中的主要損失源之一。例如，在某些情況下，尖端間隙損失構成渦輪機級中總損失的20-25%。

尖端間隙流的量的任何減小可以引起渦輪機級的功率和性能的直接增益。通常，通過減小轉子尖端和渦輪機殼體之間的物理間隙來實現這種減小。但是，這種減小還增加旋轉部件和固定部件之間摩擦或干涉的幾率。減小尖端間隙流的另一方法涉及通過在渦輪機殼體中采用雙渦流室來減小轉子尖端和殼體之間的有效間隙。但是，這種方法由于渦輪機中的空氣動力學問題而難以實施。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供一種流動控制組件，其包括構件和壁。所述構件具有表面、流動轉向構件和橫檔構件（rail?member）。橫檔構件位于流動轉向構件的上游。流動轉向構件和橫檔構件各自從所述構件的表面突出。流動轉向構件具有遠端。壁相對于構件設置以在流動轉向構件的遠端和壁之間產生間隙。在構件和壁之間產生流體路徑，流體路徑從上游部分流動經過間隙。第一腔室和第二腔室由壁限定，并位于間隙的上游。橫檔構件在第一腔室中使流體路徑轉向成大致彎曲構造，第二腔室將流體路徑引導成渦流構造。

所述間隙包括實際間隙區域和有效流動區域，所述實際間隙區域是所述壁與所述流動轉向構件的遠端之間的距離，并且所述流體路徑經過實際間隙的所述有效流動區域減小，以使得所述有效流動區域小于所述實際間隙。所述第一腔室設置在所述第二腔室的上游，并且在所述第一腔室和所述第二腔室之間形成突起。所述第二腔室從所述突起過渡成大致圓角構造；或者，所述第二腔室從所述突起過渡成大致成角度構造，在所述第二腔室和所述突起之間設有基本直角。所述突起定位于所述橫檔構件的上游和下游當中的一個。所述突起還可沿著下游方向和上游方向當中的一個成角度。所述突起的遠端可包括向外張開的構造。所述橫檔構件定位成與所述第一腔室的中間部分和端部當中的一個大致對準。所述橫檔構件包括沿著縱長方向定向的至少一個冷卻孔。所述構件是渦輪機葉片，并且所述壁是沿周向圍繞所述渦輪機葉片的渦輪機殼體的一部分。所述渦輪機殼體包括非對稱殼體。

本發明還提供一種具有流動控制組件的渦輪機，其包括：具有表面的渦輪機葉片；流動轉向構件和橫檔構件，所述橫檔構件位于所述流動轉向構件的上游，所述流動轉向構件和所述橫檔構件各自從所述渦輪機葉片的表面突出，所述流動轉向構件具有遠端；渦輪機殼體，其相對于所述渦輪機葉片設置以在所述流動轉向構件的遠端和所述渦輪機殼體之間形成間隙，在所述渦輪機葉片和所述渦輪機殼體之間形成流體路徑，所述流體路徑從上游部分流動經過所述間隙；和由所述渦輪機殼體限定的、并位于所述間隙的上游的第一腔室和第二腔室，所述橫檔構件在所述第一腔室中使所述流體路徑轉向成大致彎曲構造，并且所述第二腔室將所述流體路徑引導成為渦流構造，所述間隙包括實際間隙區域和有效流動區域，所述實際間隙區域是所述渦輪機殼體與所述流動轉向構件的遠端之間的距離，并且所述流體路徑經過實際間隙的所述有效流動區域被減小，以使得所述有效流動區域小于所述實際間隙。