[發明專利]燃氣渦輪及其被冷卻結構

有效

• 申請號: 201711075120.8
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN108019240B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: D.R.伯諾斯;I.塞澤爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D9/02;F01D25/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 郭帆揚;李強

本發明提供一種燃氣渦輪及其被冷卻結構。燃氣渦輪的被冷卻結構具有主體，該主體具有前緣、后緣、第一側部分、第二側部分和腔體。第一組冷卻空氣微通道從腔體延伸并且沿著第一側部分布置。第二組冷卻空氣微通道從腔體延伸并且沿著第二側部分布置。每組冷卻空氣微通道具有至少一個過渡歧管，其與相鄰微通道流體連通，并且還與進氣端、排氣端以及它們的組合中的至少一個流體連通。上述被冷卻結構還具體化在燃氣渦輪中。

技術領域

本公開一般涉及燃氣渦輪的被冷卻結構，更具體地涉及用于冷卻通道進氣和排氣連接的過渡歧管，其最大化結構的邊緣冷卻并控制結構的邊緣冷卻。

背景技術

在大型重負荷(heavy-duty)工業燃氣渦輪發動機(gas turbine engine)中，在燃燒器中生成的熱氣流穿過渦輪以產生機械功。渦輪包括一個或多個排或級的定子靜葉和轉子葉片，定子靜葉和轉子葉片與處于逐漸降低的溫度的熱氣流相互作用。通過將較高溫度的氣流通入渦輪，可提高渦輪的效率并因此提高發動機的效率。然而，渦輪入口溫度受限于渦輪特別是第一級靜葉和葉片的材料特性，以及這些第一級翼型件的冷卻能力。

第一級轉子葉片和定子靜葉暴露于最高的氣流溫度，隨著氣流通過各渦輪級，溫度逐漸降低。必須通過以下方式來冷卻第一級和第二級翼型件(葉片和靜葉)以及護罩和其它結構：使冷卻空氣通過內部冷卻通道，并使冷卻空氣通過薄膜冷卻孔排出以提供冷卻空氣的覆蓋層，以保護被冷卻表面(the cooled surface)免受熱氣流的影響。

渦輪轉子葉片在由護罩形成的被冷卻表面內旋轉，護罩與葉片尖端形成間隙。護罩由固定在環形載體內的許多區段形成。通過間隙的熱氣流泄漏不僅降低渦輪效率，而且在護罩上產生過熱點，這會導致縮短零件壽命的侵蝕或其他熱損傷。

用于微通道進氣端和排氣端的當前制造過程需要高精度加工，以使各端部與每端用于的正確通道對準。這些制造限制妨礙了用于計量冷卻空氣流量的進氣端和排氣端的尺寸、橫截面面積(cross sectional area)和流動面積的靈活性。利用當前公差疊加，微通道不能被計量。

發明內容

本公開的方面和優點將部分地在下面的描述中提出，或者可以從該描述顯而易見，或者可以通過實施本公開來了解。

燃氣渦輪發動機的被冷卻結構的一個實施例具有主體(main body)，主體具有前緣(leading edge)、后緣(trailing edge)、第一側部分(first side portion)、第二側部分和腔體(cavity)。第一組冷卻空氣微通道(a first set of cooling air micro-channels)從腔體延伸并且沿著第一側部分布置。第二組冷卻空氣微通道從腔體延伸并且沿著第二側部分布置。每組冷卻空氣微通道具有至少一個過渡歧管(transitionmanifold)，所述至少一個過渡歧管與相鄰微通道流體連通，并且還與進氣端、排氣端以及它們的組合中的至少一個流體連通。

所述的被冷卻結構包括第三組冷卻空氣微通道，所述第三組冷卻空氣微通道從所述腔體延伸并且沿著所述前緣和后緣布置。

其中，所述過渡岐管橫截面面積大于或等于所述相鄰微通道橫截面面積。

其中，所述過渡岐管在大體上徑向地向外的方向上延伸。

其中，所述進氣端與所述腔體流體連通。

其中，所述排氣端與燃氣渦輪熱氣體路徑流體連通。

其中，所述腔體從燃燒氣體側徑向地向外定位，所述腔體進一步限定成角度的周邊壁(angled perimeter wall)。

其中，每個進氣端圍繞所述成角度的周邊壁定位并且被構造成接受來自冷卻流動路徑的壓縮冷卻空氣。

其中，每個微通道包括T形部分，所述T形部分定位成彼此相鄰并與所述至少一個過渡歧管流體連通。