[發明專利]用于燃氣渦輪發動機的護罩

在審

• 申請號: 201980034248.0
• 申請日: 2019-05-21
• 公開（公告）號: CN112204228A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 布拉德·威爾遜·萬塔塞爾;埃文·安德魯·塞沃爾;約瑟夫·安東尼·韋伯;特拉維斯·J·帕克;小約瑟夫·丹尼爾·弗雷澤;布萊恩·大衛·路易斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D11/00
• 分類號: F01D11/00;F01D11/08;F01D11/10;F01D25/12
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 馬爽;臧建明

本發明公開了一種渦輪，該渦輪具有圍繞轉子葉片(33)形成的固定式護罩環(34)。該固定式護罩環可包括內部護罩區段(35)。該內部護罩區段可包括冷卻構造，該冷卻構造包括橫流通道(60)。橫流通道(60)可在上游端(61)和下游端(62)之間縱向延伸，并且在它們之間包括接合點(65)，該接合點將橫流通道縱向分成上游部段和下游部段，其中上游部段在上游端(61)和接合點(65)之間延伸，并且下游部段在接合點和下游端(62)之間延伸。橫流通道(60)可具有縱向變化的橫截面流動面積，使得上游部段的橫截面流動面積在上游端(61)和接合點(65)之間減小，并且下游部段的橫截面流動面積在接合點和下游端(62)之間增大。

背景技術

本文所公開的主題涉及燃氣渦輪發動機的渦輪內的熱氣體路徑部件，并且更具體地但不限于，涉及圍繞渦輪轉子葉片形成的固定式護罩的內部結構和冷卻構造。

燃氣渦輪發動機包括壓縮機部段和渦輪部段，其中多排葉片軸向堆疊成級。每個級通常包括一排固定的周向間隔開的定子葉片和一排圍繞中心渦輪軸線或軸旋轉的轉子葉片。在操作中，通常，壓縮機轉子葉片圍繞軸旋轉，并且與定子葉片協同作用來壓縮空氣流。然后，壓縮空氣的這種供應物用于在燃燒器內燃燒燃料供應物。通常稱為工作流體的所產生的熱膨脹燃燒氣體流然后通過發動機的渦輪部段膨脹。在渦輪內，工作流體被定子葉片重定向到轉子葉片上，從而為旋轉提供動力。固定式護罩可圍繞轉子葉片構造以限定熱氣體路徑的交界處。轉子葉片連接到中心軸，使得轉子葉片的旋轉使軸旋轉，并且以這種方式，燃料的能量被轉換成旋轉軸的機械能，該機械能例如可以用于旋轉壓縮機的轉子葉片，從而產生燃燒所需的壓縮空氣的供應物，以及使發電機的線圈旋轉以產生電能。在操作期間，由于高溫、工作流體的速度和發動機的旋轉速度，熱氣體路徑內的許多部件處于極端機械負載和熱負載的高應力下。

許多工業應用，諸如涉及發電和航空的應用，仍然嚴重依賴燃氣渦輪發動機，并且因此，更高效的發動機的設計是持續目標。甚至在機器性能、效率或成本效益方面的增量進步在圍繞該技術發展的競爭市場中也是有意義的。雖然存在用于改善燃氣渦輪的效率的若干已知策略，例如，增加發動機的尺寸、點火溫度或旋轉速度，每個策略通常對已經處于高應力下的熱氣體路徑部件施加附加應變。因此，仍然大體需要改進的設備、方法或系統，其用于減輕此類應力，或者增強此類部件的耐用性以使該部件可以更好地承受應力。例如，熱氣體路徑的極端溫度對圍繞多排轉子葉片形成的固定式護罩施加應力，從而導致部件的劣化并縮短其使用壽命。需要新型護罩設計，其優化冷卻劑和密封效率，同時在應用中為構造成本有效、耐用和靈活的。

發明內容

本申請描述了一種渦輪，該渦輪具有圍繞轉子葉片形成的固定式護罩環。該固定式護罩環可包括內部護罩區段。內部護罩區段可包括冷卻構造，該冷卻構造包括橫流通道。橫流通道可在上游端和下游端之間縱向延伸，并且在它們之間包括接合點，該接合點將橫流通道縱向分成上游部段和下游部段，其中該上游部段在上游端和接合點之間延伸，并且該下游部段在接合點和下游端之間延伸。橫流通道可具有縱向變化的橫截面流動面積，使得上游部段的橫截面流動面積在上游端和接合點之間減小，并且下游部段的橫截面流動面積在接合點和下游端之間增大。

附圖說明

通過仔細研究以下結合附圖對本公開示例性實施方案的更詳細描述，將更全面地理解和體會本公開的這些及其他特征，其中：

圖1為燃氣渦輪發動機的框圖，其中可使用本公開的護罩；

圖2為具有轉子葉片和固定式護罩的熱氣體路徑的側視圖；

圖3為根據本公開的鄰接內部護罩區段的側剖視圖；

圖4為根據本公開的內部護罩區段的透視圖；

圖5為示出根據本公開的示例性橫流通道的內部護罩區段的橫截面；

圖6提供根據本公開的示例性橫流通道的示意性俯視圖；

圖7為示出根據本公開的具有多個橫流通道的示例性布置的內部護罩區段的透明透視圖；