[發明專利]用于燃氣渦輪發動機的噴嘴組件

有效

• 申請號: 201610896898.4
• 申請日: 2016-10-14
• 公開（公告）號: CN106988793B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: H.納斯爾;R.S.班克;G.M.拉斯科夫斯基;E.A.克拉默
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D9/04
• 分類號: F01D9/04;F01D25/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;胡斌

一種用于燃氣渦輪發動機(10)的噴嘴組件包括至少一對固定導葉(72)來限定成對固定導葉(72)之間的噴嘴(108)。導葉(72)可具有內室(82)，其限定具有位于內室(82)內的顆粒分離器(86)的冷卻回路。可包括有效撞擊器(120)的顆粒分離器(86)可具有用于使移動穿過有效撞擊器(120)的流體加速的加速器(126)，使得流動路徑分成移動到內室(82)中的主流(174)，以及移動到限定在有效撞擊器(120)內的顆粒收集器(130)中的副流(176)。加速器(126)使流體加速，使得流體內的顆粒由它們的動量與副流(176)一起傳送到顆粒收集器(130)中，從移動到內室(82)中的流體的主流(174)除去顆粒。

背景技術

渦輪發動機和具體是燃氣或燃燒渦輪發動機是從穿過發動機到多個渦輪葉片上的燃燒氣體流抽取能量的旋轉發動機。燃氣渦輪發動機用于陸地和海上移動和發電，但最常用于航空應用，如用于飛行器，包括直升機。在飛行器中，燃氣渦輪發動機用于飛行器的推進。在陸地應用中，渦輪發動機經常用于發電。

用于飛行器的燃氣渦輪發動機設計成在高溫下操作，以最大化發動機效率，所以某些發動機構件如高壓渦輪和低壓渦輪的冷卻可為必要的。典型地，冷卻通過將較冷的空氣從高壓和/或低壓壓縮機導送至需要冷卻的發動機構件來實現。高壓渦輪中的溫度為大約1000℃到2000℃，而來自壓縮機的冷卻空氣為大約500℃到700℃。盡管壓縮機空氣為高溫，但其相對于渦輪空氣為較冷的，并且可用于冷卻渦輪。當冷卻渦輪時，冷卻空氣可供應至各種渦輪構件，包括渦輪葉片和渦輪護罩的內部。

冷卻空氣中的顆粒如污垢、灰塵、沙、火山灰和其它環境污染物可對于飛行器環境而言引起冷卻損失和縮短的操作時間或在翼時間。該問題在全球各處的某些操作環境中加劇，其中渦輪發動機暴露于相當大量的氣載顆粒。供應至渦輪構件的顆粒可阻塞、阻礙或涂覆構件的流動通路和表面，這可縮短構件的壽命。

發明內容

一種用于具有容納在外殼內的壓縮機、燃燒器和渦輪的燃氣渦輪發動機的噴嘴組件，其中渦輪具有多個環形地布置的旋轉葉片，包括噴嘴組件以限定渦輪的一個級。噴嘴組件包括限定噴嘴的至少一個導葉，其中導葉中的至少一個具有帶冷卻回路入口通路和吹掃流出口通路的內室。噴嘴組件還包括冷卻回路，其具有聯接于冷卻回路入口通路并且將冷卻流體流通過冷卻回路入口通路供應至室的第一部分，以及流體地聯接于冷卻回路出口通路來限定吹掃流通路的第二部分。噴嘴組件還包括至少一個顆粒分離器，其位于室內并且具有帶加速器入口和截面面積小于加速器入口的加速器出口的流加速器，以及顆粒收集器，其具有收集器入口和收集器出口并且限定收集器入口與收集器出口之間的吹掃導管，其中收集器入口與加速器出口對準并且與其間隔以限定間隙，其中收集器出口流體地聯接于吹掃流通路。間隙的尺寸以及加速器出口和收集器入口的相對尺寸選擇成使得離開加速器出口的冷卻流體流的第一部分通過間隙流出，并且冷卻流體流的第二部分直接從加速器出口流動橫跨間隙并且到收集器入口中，其中顆粒攜帶在冷卻流體流中，該顆粒主要由動量約束在冷卻流體流的第二部分中，以限定吹掃流體流。

一種用于具有殼內的壓縮機、燃燒器和渦輪的渦輪發動機的構件，其中渦輪具有限定噴嘴的多個環形地布置的固定導葉，以及與固定導葉成對來限定渦輪的一個級的多個環形地布置的旋轉葉片。構件包括本體，其限定具有冷卻回路入口通路和吹掃流出口通路的內室、冷卻回路，其具有流體地聯接于冷卻回路入口通路并且將冷卻流體流通過冷卻回路入口通路供應至室的第一部分，以及流體地聯接于冷卻回路出口通路并且限定吹掃流通路的第二部分，以及有效撞擊器，其位于室內以限定流動穿過有效撞擊器的吹掃顆粒流體流，以及在有效撞擊器外且在室內流動的減少顆粒冷卻流體流。有效撞擊器與構件之間的空間的至少一部分具有減小的截面區域，以實現減少顆粒冷卻流體流的加速。