[發(fā)明專利]渦輪機(jī)槳葉平臺前緣以及相關(guān)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210417746.3
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN103075198A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C.L.英格拉姆
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14;F01D5/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及旋轉(zhuǎn)式機(jī)器，確切地說，涉及在燃?xì)鉁u輪機(jī)槳葉上的前部天使翼(angel?wing)密封件處對前葉輪空間腔凈化流和燃燒氣體流進(jìn)行控制。

背景技術(shù)

一種典型渦輪發(fā)動機(jī)包括用于對與燃料混合的空氣進(jìn)行壓縮的壓縮機(jī)。燃料空氣混合物在燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃以產(chǎn)生在約1100℃到2000℃范圍內(nèi)的加壓熱燃燒氣體，該燃燒氣體膨脹通過渦輪機(jī)噴嘴，該噴嘴將流引導(dǎo)到高壓和低壓渦輪機(jī)級，從而提供額外的旋轉(zhuǎn)能以，例如，驅(qū)動發(fā)電機(jī)。

具體而言，燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的熱能通過使熱燃燒氣體撞擊一個或多個裝有葉片的轉(zhuǎn)子組件來轉(zhuǎn)換成渦輪機(jī)內(nèi)的機(jī)械能。每個轉(zhuǎn)子組件通常包括至少一排周向隔開的轉(zhuǎn)子葉片或槳葉。每片槳葉包括徑向向外延伸的翼型，該翼型具有壓力側(cè)和吸入側(cè)。每片槳葉還包括從柄徑向向內(nèi)延伸的鳩尾榫，其中該柄在平臺與鳩尾榫之間延伸。該鳩尾榫用于將槳葉安裝到轉(zhuǎn)子盤或葉輪。

如所屬領(lǐng)域已知，可以將轉(zhuǎn)子組件視作定子-轉(zhuǎn)子組件的一部分。轉(zhuǎn)子組件的葉輪或盤上的多排槳葉以及定子或噴嘴組件上的多排定子輪葉交替地延伸穿過燃燒氣體的軸向定向的流路。離開定子或噴嘴的輪葉的熱燃燒氣體射流作用于槳葉上，并且致使渦輪機(jī)葉輪(和轉(zhuǎn)子)在約3000到15000rpm的速度范圍內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其中速度具體取決于發(fā)動機(jī)類型。

如下文所述附圖所示，位于每級上的固定噴嘴與可旋轉(zhuǎn)槳葉之間接合處的軸向/徑向開口可以允許熱燃燒氣體排出熱氣路徑，并且進(jìn)入位于槳葉徑向向內(nèi)位置的渦輪發(fā)動機(jī)的較冷葉輪空間。為了限制這種熱氣滲漏，葉片結(jié)構(gòu)通常包括軸向突出的天使翼密封件。根據(jù)典型設(shè)計(jì)，天使翼與延伸自鄰近定子或噴嘴元件的突出段或“阻隔件”配合。天使翼與阻隔件重疊(或者，幾乎重疊)，但并不接觸彼此，因而可以限制氣流。對于限制將熱氣不當(dāng)吸入位于天使翼密封件的徑向向內(nèi)位置處的葉輪空間而言，由這些配合的特征形成的曲徑密封件(labyrinth?seal)的效果較為關(guān)鍵。

如上文提及，出于多種原因，熱氣通過這種路徑滲漏到葉輪空間是不利的。首先，來自工作氣流的熱氣的損失導(dǎo)致效率損失，從而導(dǎo)致輸出損失。其次，將熱氣吸入到渦輪機(jī)葉輪空間以及其他腔中可能損壞一些部件，這些部件并未針對長期暴露于此類溫度下而設(shè)計(jì)。

一種用于減少來自工作氣流的熱氣滲漏的公認(rèn)技術(shù)涉及使用冷卻空氣，即“凈化空氣”，如第5,224,822號美國專利(利內(nèi)翰(Lenehan)等人)所述。在典型設(shè)計(jì)中，空氣可以從壓縮機(jī)中轉(zhuǎn)移或“放出”，并且用作渦輪機(jī)冷卻回路的高壓冷卻空氣。因此，冷卻空氣是次級流回路的一部分，該次級流回路可以大體穿過葉輪空間腔以及其他內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子區(qū)域。在將這種冷卻空氣從葉輪空間區(qū)域引導(dǎo)到前述天使翼間隙中的一個間隙中時，該冷卻空氣可以產(chǎn)生額外的特定功能。進(jìn)入該間隙的冷卻空氣的產(chǎn)生的逆流提供一種額外屏障，以防熱氣的不需要的流通過間隙并且進(jìn)入葉輪空間區(qū)域。

盡管來自次級流回路的冷卻空氣出于上述原因是非常有利的，但也存在與該冷卻空氣用途關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)。例如，提取來自壓縮機(jī)的空氣以用于高壓冷卻空氣和腔凈化空氣消耗了渦輪機(jī)的功，并且就發(fā)動機(jī)性能而言，可能成本相當(dāng)大。此外，在一些發(fā)動機(jī)配置中，壓縮機(jī)系統(tǒng)在至少一些發(fā)動機(jī)功率設(shè)置過程中可能無法在足夠壓力下提供凈化空氣。因此，熱氣仍可能會被吸入葉輪空間腔中。

如上所述的天使翼用于在一排槳葉和鄰近固定噴嘴的上游側(cè)與下游側(cè)處形成密封件。具體而言，天使翼密封件旨在防止熱燃燒氣體進(jìn)入位于天使翼密封件的徑向向內(nèi)位置的較冷葉輪空間腔，并且同時防止或最小化葉輪空間腔中的冷卻空氣排出到熱氣流。因此，關(guān)于天使翼密封件接合處，人們不斷致力于了解熱燃燒氣體流和葉輪空間冷卻或凈化空氣這二者的流型。

例如，已確定的是，即使天使翼密封件較為有效并且防止熱燃燒氣體進(jìn)入葉輪空間，但燃燒氣體流渦流撞擊在密封件表面上可能損壞密封件并且縮短槳葉使用壽命。

本發(fā)明旨在提供獨(dú)特的天使翼密封件和/或槳葉平臺幾何形狀，以便在天使翼接合處更好地控制次級凈化空氣的流，從而也在該接合處控制燃燒氣體的流，使得天使翼密封件以及槳葉本身的使用壽命延長。

發(fā)明內(nèi)容

在一個示例性但非限制性實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種渦輪機(jī)槳葉，所述渦輪機(jī)槳葉包括平臺以及從所述平臺徑向向外延伸的翼型；其中所述平臺的前緣由連續(xù)曲線周向限定，從而形成至少一個軸向延伸的突起以及相鄰凹處，所述軸向延伸的突起鄰近所述翼型的前緣定位。