[發明專利]渦輪發動機以及渦輪發動機的氣動組件

有效

• 申請號: 201310224780.3
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103485846B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: S.M.斯帕克斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D25/30
• 分類號: F01D25/30
• 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

技術領域

本發明涉及渦輪機，更為具體地說，涉及渦輪發動機，所述渦輪發動機具有被配置成提供用于延遲流動分離的氣動組件。

背景技術

一種典型的渦輪機如燃氣渦輪發動機包括壓縮機、燃燒室、渦輪以及擴壓器。壓縮機壓縮入口空氣，并且燃燒室使得被壓縮的入口空氣與燃料一起燃燒。燃燒產生的高能產物被導入渦輪，在所述渦輪中，這些高能產物在發電操作中膨脹。擴壓器設置在渦輪下游，并且用于在燃燒產物排出到大氣中之前減少這些燃燒產物的剩余能量。

一般地說，擴壓器包括：外壁；中間主體，所述中間主體設置在所述外壁內以便界定環狀路徑；以及一個或多個葉片，所述葉片橫越所述環狀路徑。在基線渦輪機運行期間，燃燒產物流經擴壓器的速度足夠高，并且不會呈現出與一個或多個葉片的表面流動分離。然而，在部分負載操作如燃氣渦輪發動機啟動或消減序列(turn-down?sequences)中，燃燒產物速度減小或高攻角條件生效，并且趨于發生流動分離。這種流動分離導致擴壓器性能降低。

發明內容

根據本發明的一方面，提供一種渦輪發動機，所述渦輪發動機包括：氣動組件，所述氣動組件設置成與工作流體流氣動地相互作用；以及輪廓特征，所述輪廓特征設置在所述氣動組件上，并與所述氣動組件在至少一個維度(dimension)上對齊。所述輪廓特征彼此接近并且配置成促使反向旋轉渦流生成，這種反向旋轉渦流生成導向與沿著所述氣動組件的主流方向大致上垂直。

根據本發明的另一方面，提供一種渦輪發動機的氣動組件，所述氣動組件包括：環狀內壁，所述環狀內壁設置在環狀外壁內，從而界定環狀路徑，所述環狀內壁包括角裂縫（angular?break），所述角裂縫界定軸向位置，在所述軸向位置處，所述環狀路徑路徑沿著所述角裂縫后部的軸向尺寸(axial?dimension)上的面積增加速率大于沿著所述角裂縫前部的軸向尺寸上的面積增加速率；并且至少第一和第二輪廓特征設置在所述環狀內壁上。所述第一和第二輪廓特征在所述角裂縫附近并且沿著所述軸向位置大致上對齊。

根據本發明的又一方面，提供一種渦輪發動機的氣動組件，所述氣動組件包括：環狀內壁，所述環狀內壁設置在環狀外壁內，從而界定環狀路徑，所述環狀內壁包括角裂縫，所述角裂縫界定軸向位置，在所述軸向位置處，所述環狀路徑路徑沿著所述角裂縫后部的軸向尺寸上的面積增加速率大于沿著所述角裂縫前部的軸向尺寸上的面積增加速率；；以及排列在所述環狀內壁上的輪廓特征，每個輪廓特征接近所述角裂縫和相鄰輪廓特征。所述輪廓特征各自沿著所述軸向位置大致上對齊，以促使反向旋轉渦流生成，這種反向旋轉渦流導向與沿著所述環狀內壁的主流方向大致上垂直。

這些和其它優點和特征將從結合附圖的以下描述中更加清楚。

附圖說明

本專利申請文件中的權利要求書詳細指出并明確主張了本發明。通過以下結合附圖的詳細描述可以清楚地了解本發明的上述和其他特征以及優點，在附圖中：

圖1是包括氣動組件的渦輪發動機的一部分的側視圖；

圖2是在基線操作期間圖1所示氣動組件的徑向視圖；

圖3是在部分負載操作期間圖1所示氣動組件的徑向視圖；

圖4是圖1所示氣動組件的吸入側的放大圖；

圖5是根據進一步實施例的圖1所示氣動組件的徑向視圖；

圖6是根據替代實施例的圖1所示氣動組件的徑向視圖；以及

圖7是根據進一步實施例的包括氣動組件的渦輪發動機的擴壓器的側視圖。

具體實施方式參考附圖以實例方式介紹本發明的各項實施例以及優點和特征。

具體實施方式

根據本發明的各個方面，通過沿著例如翼型或葉片的低壓表面（即吸入側）形成反向旋轉渦流提供在渦輪機的一個或多個部分中的延遲流動分離。所述延遲流動分離在與所述渦輪機的削減(turn-down)操作相關聯的相對高的攻角條件下尤其有用。所述延遲流動分離易于通過輪廓的附加件如凹凸（bumps）、突起或刻痕對所述翼型或葉片的所述低壓表面進行，從而促使沿著相對于穿過所述渦輪機的工作流體的主流方向垂直界定的線形成切向反向旋轉渦流結構。