[發(fā)明專利]耐久渦輪靜葉、耐久燃?xì)鉁u輪靜葉和耐久渦輪噴嘴靜葉

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380022138.5
• 申請(qǐng)日: 2013-04-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104254670B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J.S.巴布尼克;R.J.巴茨;D.E.德默斯;R.A.弗里德里克;T.S.赫夫倫;S.M.莫爾森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): F01D5/18
• 分類號(hào): F01D5/18
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 嚴(yán)志軍,肖日松

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)主張對(duì)在2012年4月27日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)朜o.?61/639,303和在2013年3月15日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)朜O.?61/790,885的權(quán)益，它們都通過(guò)參照而整體并入。

背景技術(shù)

本實(shí)施例大體涉及用于改善用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴節(jié)段的耐久性的裝置、方法和/或系統(tǒng)。更具體地，不作為限制，本實(shí)施例涉及用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴的更耐久的葉片，其具有改善的冷卻能力并且在不負(fù)面影響氣動(dòng)性能的情況下允許更高溫度的操作。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪。壓縮機(jī)和渦輪通常包括分級(jí)軸向堆疊的翼形件的排。每個(gè)級(jí)包括一組周向分開(kāi)的定子靜葉和圍繞中央軸或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線旋轉(zhuǎn)的一組轉(zhuǎn)子葉片。

在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，空氣在壓縮機(jī)中加壓并且在燃燒器中與燃料混合，以用于產(chǎn)生向下游流過(guò)渦輪級(jí)的熱燃燒氣體。這些渦輪級(jí)從燃燒氣體獲取能量。高壓渦輪包括第一級(jí)噴嘴和包括盤和多個(gè)渦輪葉片的的轉(zhuǎn)子組件。高壓渦輪首先接納來(lái)自燃燒器的熱燃燒氣體并包括第一級(jí)定子噴嘴，該第一級(jí)定子噴嘴將從燃燒器離開(kāi)的燃燒氣體向下游引導(dǎo)穿過(guò)從第一轉(zhuǎn)子盤徑向向外延伸的一排高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片。對(duì)于包括兩個(gè)或更多個(gè)渦輪級(jí)的實(shí)施例，各級(jí)包括定子噴嘴和一組轉(zhuǎn)子葉片的。例如，不意圖限制，兩級(jí)渦輪的第二級(jí)定子噴嘴定位在第一級(jí)葉片的下游，該第一級(jí)葉片后面又跟著從第二轉(zhuǎn)子盤徑向向外延伸的一組第二級(jí)渦輪葉片。定子噴嘴以使相鄰的下游渦輪葉片處的獲取最大化的方式引導(dǎo)并且瞄準(zhǔn)熱燃燒氣體。

第一和第二轉(zhuǎn)子盤通過(guò)用于在操作期間對(duì)壓縮機(jī)供能的對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子軸連接至壓縮機(jī)。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括通常稱為靜葉的多級(jí)靜止翼形件，其在發(fā)動(dòng)機(jī)軸向方向上占據(jù)通常稱為葉片的旋轉(zhuǎn)翼形件之間的空間。多級(jí)低壓渦輪跟隨該兩級(jí)高壓渦輪并且典型地通過(guò)第二軸連接至風(fēng)扇，該風(fēng)扇配置為在用于在飛行中對(duì)飛行器供能的典型渦輪風(fēng)扇飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造中的壓縮機(jī)的下游。

在燃燒氣體向下游流過(guò)渦輪級(jí)時(shí)，能量從其中取出并且降低了燃燒氣體的壓力。燃燒氣體用于對(duì)壓縮機(jī)和渦輪輸出軸供能，以用于動(dòng)力和航海用途，或在航空使用中提供推力。以此方式，燃料能量變換為旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能以對(duì)壓縮機(jī)供能，并且供應(yīng)繼續(xù)該過(guò)程所需的壓縮空氣。

在現(xiàn)有技術(shù)中，用于提高渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能已知手段是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的操作溫度，這允許更熱的燃燒氣體和增加的能量獲取。因此，在操作期間并由于燃燒氣體流路的超高溫和操作參數(shù)，定子葉片可變?yōu)樵诜浅８叩臋C(jī)械和熱負(fù)載下高度應(yīng)變。但是，在本實(shí)施例的創(chuàng)造之前，現(xiàn)有技術(shù)已不能提供在降低施加在定子噴嘴節(jié)段(包括定子靜葉)上的操作應(yīng)力和/或溫度，并因此允許它們更好地經(jīng)受更高的操作溫度狀態(tài)方面與本文中的實(shí)施例一樣有效的裝置、方法和系統(tǒng)。

再次關(guān)于本文中的實(shí)施例，一些發(fā)動(dòng)機(jī)包括定子噴嘴組件(例如為由單件制成的環(huán)形圈)。其它發(fā)動(dòng)機(jī)包括渦輪定子噴嘴組件，該渦輪定子噴嘴組件通過(guò)布置成為環(huán)形陣列的多個(gè)定子噴嘴節(jié)段而形成為環(huán)帶。噴嘴節(jié)段各自包括內(nèi)部帶、外部帶和在其間延伸的靜葉。靜葉為中空的并且從壓縮機(jī)接收加壓空氣的一部分，其用于在操作的全部時(shí)間期間，但是特別是在非常高的操作溫度期間，具體而言為在一定條件(例如起飛或爬陡坡)下。此外，壓縮空氣可通過(guò)在噴嘴靜葉中的表面開(kāi)孔釋放，以形成圍繞靜葉的相對(duì)冷的空氣的熱屏蔽(也稱為冷卻膜)。

在過(guò)去，未滿足的需求為，由于靜葉前緣附近的曲率，不能充分地提供加壓空氣孔口，以允許更高溫度的操作。此外，由于該區(qū)域中的靜葉曲率，不能隨意成功地制造出加壓空氣孔，且因此，冷卻膜常常將不一定充分地“附連”至靜葉表面，從而使靜葉暴露于高溫燃燒氣體流路。

如在背景部分可看到的，存在對(duì)于提高噴嘴靜葉耐久性的需要，提高噴嘴靜葉耐久性允許提高的操作溫度并因此提高渦輪性能。還期望延長(zhǎng)噴嘴的有效使用壽命。本實(shí)施例滿足這些和更多的需要和期望。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本實(shí)施例的一些方面，教導(dǎo)有一種噴嘴，其具有用于加強(qiáng)噴嘴靜葉的冷卻的改良孔布置。

根據(jù)本實(shí)施例的一些方面，教導(dǎo)有一種噴嘴，其具有允許冷卻膜的改良附連的改良外形。

所有上述概括的特征應(yīng)理解為僅作為示范，并且可從本文公開(kāi)中收集本發(fā)明的許多更多特征和目的。因此，沒(méi)有對(duì)整個(gè)說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求以及在此包括的附圖的進(jìn)一步閱讀，就不能理解本總結(jié)的限制性闡述。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參考結(jié)合附圖進(jìn)行的本發(fā)明的實(shí)施例的下列說(shuō)明，這些示范實(shí)施例的上述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)以及獲得他們的方式將變得更顯而易見(jiàn)，并且，將更好地理解噴嘴的特征，其中：