[發明專利]用于燃氣渦輪發動機的部件冷卻

在審

• 申請號: 201710076426.9
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN107084050A
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: R.S.班克;J.C.貝利
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/14
• 分類號: F02C7/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 吳俊,譚祐祥

背景技術

渦輪發動機，并且具體地燃氣渦輪發動機或燃燒渦輪發動機是從燃燒氣體流提取能量的旋轉發動機，燃燒氣體流通過發動機中的一系列包括旋轉輪葉對和固定葉片對的壓縮機級、通過燃燒器、隨后到達多個渦輪輪葉上。

用于飛行器的燃氣渦輪發動機被設計成在高溫下操作，以使發動機效率最大化，因此可能需要對某些發動機部件(例如高壓渦輪和低壓渦輪)進行冷卻。典型地，通過將較冷的空氣從高壓壓縮機和/或低壓壓縮機輸送到需要冷卻的發動機部件來實現冷卻。高壓渦輪中的溫度為大約1000℃到2000℃，來自壓縮機的冷卻空氣為大約500℃到700℃。盡管壓縮機空氣處于高溫，但是其相比渦輪空氣較冷，并且能夠用于冷卻渦輪。

位于鄰近冷卻流的表面上的凹面、凹痕、或凹入部已被用作熱冷卻特征。當冷卻流通過其中或其上時，凹面傾向于產生不穩定或漩渦氣流，從而導致沿發動機部件的灰塵積聚減少。

發明內容

在一個方面中，本發明的實施例涉及一種用于渦輪發動機的部件，該部件產生熱燃燒氣體流并且提供冷卻流。該部件包括壁，該壁將熱燃燒氣體流與冷卻流體流分開，并且具有伴隨熱燃燒氣體流的熱表面和面向冷卻流體流的冷卻表面。該部件還包括至少一個凹痕，該至少一個凹痕設置于冷卻表面中并且具有頭部和尾部，其中頭部相對于冷卻流體流的流動方向布置于尾部的上游。在一個實施例中，寬度和頭部長度的比為2：1。在另一實施例中，寬度和尾部長度的比為2：3。

在一個其他實施例中，所述頭部包括弧形輪廓，并且所述尾部具有非線性輪廓。非線性尾部輪廓相對于冷卻流體流成凸形。

在另一個方面中，本發明的實施例涉及一種用于燃氣渦輪發動機的部件，該部件具有壁和至少一個凹痕，該壁將熱燃燒氣體流與冷卻流體流分開，該至少一個凹痕設置于面向冷卻流體流的壁中并且具有頭部和尾部，其中頭部相對于冷卻流體流的方向布置于尾部的上游。

其中所述凹痕具有淚滴形狀。

其中所述頭部包括弧形輪廓，并且所述尾部具有線性輪廓。

其中沿冷卻流體流方向，所述頭部包括頭部長度并且所述尾部包括尾部長度，并且頭部長度和尾部長度的比為至少1：3。

其中所述頭部包括弧形輪廓，并且所述尾部具有非線性輪廓。

在又一個方面中，本發明的實施例涉及一種對具有冷卻表面的發動機部件進行冷卻的方法，該冷卻表面具有至少一個凹痕，該至少一個凹痕具有頭部和尾部，使頭部相對于流動方向布置于尾部的上游。該方法包括使冷卻流體流沿冷卻表面通過，并且使至少一部分冷卻流體流通入凹痕中。使冷卻流體通入凹痕中使沿冷卻表面的灰塵積聚最少。其中冷卻流體進入所述頭部并且通向所述尾部。

附圖說明

在附圖中：

圖1是用于飛行器的燃氣渦輪發動機的示意性橫截面圖。

圖2是圖1的燃氣渦輪發動機的燃燒器的側剖視圖，其中示出了多個發動機部件。

圖3是發動機部件的透視圖，該發動機部件呈具有冷卻空氣入口通道的圖2的發動機的渦輪輪葉的形式。

圖4是具有多個凹痕的圖3的發動機部件的一部分的透視圖。

圖5是具有圖4的多個凹痕的圖3的發動機部件的俯視圖。

圖6是圖4的凹痕的側視圖，其中示出了凹痕的形狀和布置。

圖7A至7C是用于圖4的凹痕的三種不同尾部形狀的俯視圖。

圖8A和圖8B是具有不同的非線性輪廓的尾部的側視圖。

具體實施方式

本發明所描述的實施例涉及布置于燃氣渦輪發動機部件的冷卻表面上的凹痕。為了說明目的，將參照用于飛行器燃氣渦輪發動機的渦輪來描述本發明。然而，應當理解，本發明并非限制性的并且可以廣泛應用于發動機(其中包括壓縮機)內以及非飛行器應用(例如其它的移動應用和非移動工業、商業、和住宅應用)中。

當在本文中使用時，術語“向前”或“上游”指的是沿朝向發動機入口的方向移動，或者相比另一個部件相對更靠近發動機入口的部件。結合“向前”或“上游”使用的術語“后部”或“下游”指的是相對于發動機中心線朝向發動機后部或出口的方向。當在本文中使用時，無論凹痕相對于發動機入口如何定向或放置，“上游”同樣指凹痕頭部和尾部的相對局部位置。

此外，當在本文中使用時，術語“徑向”或“徑向地”指的是在發動機的中心縱向軸線和發動機外圓周之間延伸的尺寸。