用于涡轮发动机的定子边缘的制作方法

背景技术：

涡轮发动机并且特别地燃气或燃烧涡轮发动机是旋转式发动机，该旋转式发动机从经过发动机到大量旋转的涡轮叶片上的燃烧气体的流提取能量。燃气涡轮发动机已经被用于陆地的和海上的运动和发电，但是最通常被用于航空的应用例如用于航空器，包括直升机。在航空器中，燃气涡轮发动机被用于推进航空器。在陆地的应用中，涡轮发动机经常被用于发电。

用于航空器的燃气涡轮发动机包含设计成带有多个由转子旋转的叶片带和布置在叶片之间的静态的导叶带的多个压缩机级。压缩机级压缩空气，该空气然后运动到燃烧器和涡轮。压缩机导叶布置成带有密封件，限制了空气流泄漏到压缩机的上游的区域，其能够降低系统的效率。此外，吹扫流能够被引入以防止空气流吸入，该空气流吸入否则能够泄漏到上游的压缩机区域。

技术实现要素：

在第一方面，用于燃气涡轮发动机的结构包括定子，该定子具有端部壁和阻碍部，该端部壁和该阻碍部在该端部壁和该阻碍部之间限定了通道。结构还具有邻近热气体流的端部壁以及邻近吹扫流的阻碍部。具有天使翼的转子延伸到通道中，其中一个或多个供应通路布置在定子或转子内，以及孔口将供应通路与每个通道流体地联结。从供应通路供给到孔口并且供给到通道中的冷却的流形成了在热气体流和吹扫流之间的流体坝(fluidicdam)。

在另一方面，提供了方法以用于最小化在具有带有端部壁和阻碍部(该端部壁和该阻碍部在该端部壁和该阻碍部之间限定了通道)的定子的燃气涡轮发动机内的热气体吸入，其中转子天使翼布置在通道中。方法包括提供冷却空气的流通过阻碍部并且将冷却空气从在阻碍部中的孔口喷射到在端部壁和阻碍部之间的通道中。

实施方案1.一种用于燃气涡轮发动机的结构，所述结构包含：

定子，该定子具有端部壁和阻碍部，该端部壁和该阻碍部在该端部壁和该阻碍部之间限定通道，其中所述端部壁邻近热气体流并且所述阻碍部邻近吹扫流；

转子，该转子具有延伸到所述通道中的天使翼；

至少一个供应通路，该至少一个供应通路布置在所述定子或所述转子中的至少一个中；以及

至少一个孔口，该至少一个孔口将所述供应通路与所述通道流体地联结；

其中从所述供应通路供给到所述孔口并且供给到所述通道中的冷却空气的流形成了在所述热气体流和所述吹扫流之间的流体坝。

实施方案2.根据实施方案1所述的结构，其特征在于，所述冷却空气以在旋转方向上的角度被供给。

实施方案3.根据实施方案2所述的结构，其特征在于，所述冷却空气以既轴向的又在旋转方向上的角度被供给。

实施方案4.根据实施方案1所述的结构，此外包含在所述天使翼和所述阻碍部之间的最小的空隙区域。

实施方案5.根据实施方案4所述的结构，其特征在于，所述冷却空气被供给到所述最小的空隙区域中。

实施方案6.根据实施方案1所述的结构，此外包含安装到所述定子上的多个导叶，其中邻近的导叶的对限定喷嘴。

实施方案7.根据实施方案6所述的结构，具有互补于每个喷嘴的一个供应通路和一个孔口。

实施方案8.根据实施方案1所述的结构，此外包含安装到所述转子上的多个叶片，带有互补于每个叶片的一个供应通路和一个孔口。

实施方案9.根据实施方案1所述的结构，其特征在于，所述至少一个供应通路定位在所述定子内并且延伸通过所述阻碍部。

实施方案10.根据实施方案9所述的结构，其特征在于，所述冷却空气以在所述转子的旋转方向上的角度被喷射。

实施方案11.根据实施方案10所述的结构，其特征在于，所述冷却空气以既轴向的又在所述转子的旋转方向上的角度被喷射。

实施方案12.根据实施方案9所述的结构，此外包含在所述天使翼和所述阻碍部之间的最小的空隙区域。

实施方案13.根据实施方案12所述的结构，其特征在于，所述冷却空气被喷射到所述最小的空隙区域中。

实施方案14.根据实施方案9所述的结构，此外包含安装到所述定子上的多个导叶，其中邻近的导叶的对限定喷嘴。

实施方案15.根据实施方案14所述的结构，具有互补于每个喷嘴布置的一个供应通路和一个孔口。

实施方案16.根据实施方案9所述的结构，此外包含安装到所述转子的多个叶片，带有互补于每个叶片的一个供应通路和一个孔口。

实施方案17.根据实施方案1所述的结构，其特征在于，所述至少一个供应通路布置在所述转子内并且延伸通过所述天使翼。

实施方案18.根据实施方案17所述的结构，其特征在于，所述冷却空气以在所述转子的旋转方向上的角度被喷射。

实施方案19.根据实施方案18所述的结构，其特征在于，所述冷却空气以轴向的且在所述转子的旋转方向上的角度被喷射。

实施方案20.根据实施方案17所述的结构，此外包含在所述天使翼和所述阻碍部之间的最小的空隙区域。

实施方案21.根据实施方案20所述的结构，其特征在于，所述冷却空气被喷射到所述最小的空隙区域中。

实施方案22.一种最小化在燃气涡轮发动机内的热气体吸入的方法，所述发动机包含具有端部壁和阻碍部的定子，该端部壁和该阻碍部在该端部壁和该阻碍部之间限定了通道，其中在所述通道中布置有转子天使翼，所述方法包含：

将冷却空气从在所述阻碍部或所述天使翼中的至少一个中的孔口喷射到在所述端部壁和所述阻碍部之间的所述通道中。

实施方案23.根据实施方案22所述的方法，其特征在于，喷射所述冷却空气通过孔口此外包含以在所述转子的旋转方向上的角度喷射所述冷却空气。

实施方案24.根据实施方案23所述的方法，其特征在于，喷射所述冷却空气此外包含将所述冷却空气喷射到在所述阻碍部和所述天使翼之间的最小的空隙区域中。

附图说明

在图中：

图1是用于航空器的燃气涡轮发动机的示意性的横截面图。

图2是图1的燃气涡轮发动机的涡轮区段的区段图。

图3是示出了布置在上游的定子的通道中的转子天使翼的图2的区段的放大图。

图4是示出了来自定子并且到通道中的流体流的图3的视图。

图5是具有从转子经过到通道中的流体的流的备选的实施例的视图。

参考符号列表

10燃气涡轮发动机

12纵向轴线(中心线)

14前部

16尾部

18风扇区段

20风扇

22压缩机区段

24低压(lp)压缩机

26高压(hp)压缩机

28燃烧区段

30燃烧器

32涡轮区段

34hp涡轮

36lp涡轮

38排气区段

40风扇罩壳

42风扇叶片

44核心

46核心罩壳

48hp轴/hp筒管

50lp轴/lp筒管

52压缩机级

54压缩机级

56压缩机叶片

58压缩机叶片

60压缩机导叶(喷嘴)

62压缩机导叶(喷嘴)

64涡轮级

66涡轮级

68涡轮叶片

70涡轮叶片

72涡轮导叶

74涡轮导叶

78外部带形件

80内部带形件

82转子

84盘形件

86密封件

88空腔

m主流的空气流

100定子

108间隙

110端部壁

112阻碍部

114通道

116天使翼

118最小的空隙区域

120供应通路

122孔口

130热气体流

132吹扫流

134冷却空气流

136排出空气流

168叶片

172导叶

180内部带形件

182转子

188空腔

200定子

208间隙

210端部壁

212阻碍部

214通道

216天使翼

220供应通路

222孔口

230热气体流

232吹扫流

234旁路空气流

236排出空气流。

具体实施方式

本发明的描述的实施例针对高压涡轮，并且特别地针对阻止热气体吸入到在涡轮定子和转子之间的空腔中。为了说明的目的，本发明将关于用于航空器燃气涡轮发动机的涡轮被描述。然而将理解的是，本发明不是这样被限制并且能够在非航空器应用中具有一般的适应性，例如其他的可移动的应用以及非移动的工业的、商业的以及住宅的应用。

如在本文中使用的那样，措辞“轴向的”或“轴向地”意指沿发动机的纵向轴线的维度。结合“轴向的”或“轴向地”使用的措辞“前部”或“上游”意指在朝向发动机入口的方向上运动，或相比于另一构件相对更靠近发动机入口的构件。结合“轴向的”或“轴向地”使用的措辞“尾部”或“下游”意指相对于发动机中心线朝向发动机的后方或出口的方向。

如在本文中使用的那样，措辞“径向的”或“径向地”意指在发动机的中心的纵向轴线和外部发动机圆周之间延伸的维度。或者单独地使用措辞“近端的”或“近端地”或者结合措辞“径向的”或“径向地”使用措辞“近端的”或“近端地”意指在朝向中心纵向轴线的方向上运动，或相比于另一构件相对更靠近中心纵向轴线的构件。或者单独地使用措辞“远端的”或“远端地”或者结合措辞“径向的”或“径向地”使用措辞“远端的”或“远端地”意指在朝向外部发动机圆周的方向上运动，或相比于另一构件相对更靠近外部发动机圆周的构件。

所有的方向的参考(例如径向的、轴向的、近端的、远端的、上部的、下部的、向上的、向下的、左边的、右边的、侧面的、前面的、后面的、顶部的、底部的、在上面、在下面、垂直的、水平的、顺时针方向的、逆时针方向的、上游的、下游的、尾部的等等)仅仅用于识别目的以帮助读者的理解，并且不引起特别地如对位置、定向或使用的限制。连接参考(例如附接、联结、连接以及接合)应广泛地解释并且能够包括在许多元件之间的中间部件以及在元件之间的相对运动，除非另外指出。如此，连接参考未必指明两个元件直接连接并且彼此处于固定的关系中。示例性的图仅仅是用于说明的目的并且在附与此的图中反映的维度、位置、顺序以及相对尺寸能够变化。

图1是用于航空器的燃气涡轮发动机10的示意性的横截面图。发动机10具有一般纵向地延伸的轴线或从前部14延伸到尾部16的中心线12。发动机10以向下游的连续的流动的关系)包括包含风扇20的风扇区段18、包含升压机或低压(lp)压缩机24和高压(hp)压缩机26的压缩机区段22、包含燃烧器30的燃烧区段28、包括hp涡轮34和lp涡轮36的涡轮区段32、以及排气区段38。

风扇区段18包括围绕风扇20的风扇罩壳40。风扇20包括径向地环绕中心线12布置的多个风扇叶片42。hp压缩机26、燃烧器30以及hp涡轮34形成了发动机10的核心44，该核心44产生燃烧气体。核心44由核心罩壳46围绕，该核心罩壳46能够与风扇罩壳40联结。

同轴地环绕发动机10的中心线12布置的hp轴或筒管48将hp涡轮34驱动地连接到hp压缩机26。lp轴或筒管50(该lp轴或筒管50同轴地环绕发动机10的中心线12布置在更大的直径的环形的hp筒管48内)将lp涡轮36驱动地连接到lp压缩机24和风扇20。安装到筒管48,50中任一或二者上并且与筒管48,50中任一或二者一起旋转的发动机10的部分也单独地或全体地称为转子51。

lp压缩机24和hp压缩机26分别包括多个压缩机级52,54，在该多个压缩机级52,54中压缩机叶片56,58组相对于相应的静态的压缩机导叶60,62(也叫作喷嘴)组旋转以压缩或增压经过级的流体的流。在单个的压缩机级52,54中，多个压缩机叶片56,58能够成圈地被提供并且能够相对于中心线12从叶片平台径向地向外延伸到叶片尖端，而相应的静态的压缩机导叶60,62定位在旋转的叶片56,58下游并且邻近旋转的叶片56,58。注意的是在图1中示出的叶片、导叶以及压缩机级的数量仅仅为了说明的目的被选择，并且其他的数量是可能的。用于压缩机的级的叶片56,58能够安装到盘形件53上，该盘形件53安装到hp和lp筒管48,50中的相应的一个上，其中每个级具有其自己的盘形件。导叶60,62以环绕转子51的圆周的排列安装到核心罩壳46上。

hp涡轮34和lp涡轮36分别包括多个涡轮级64,66，在该多个涡轮级64,66中涡轮叶片68,70组相对于相应的静态的涡轮导叶72,74(也叫作喷嘴)组旋转以从经过级的流体的流中提取能量。在单个的涡轮级64,66中，多个涡轮叶片68,70能够成圈地被提供并且能够相对于中心线12从叶片平台径向地向外延伸到叶片尖端，而相应的静态的涡轮导叶72,74定位在旋转的叶片68,70上游并且邻近旋转的叶片68,70。注意的是在图1中示出的叶片、导叶以及涡轮级的数量仅仅用于说明性的目的被选择，并且其他的数量是可能的。

在运行中，旋转的风扇20将周围环境的空气供应到lp压缩机24，该lp压缩机24然后将增压的周围环境的空气供应到hp压缩机26，该hp压缩机26进一步增压周围环境的空气。来自hp压缩机26的增压的空气在燃烧器30中与燃料混合并且被点燃，因此产生燃烧气体。一些功从这些气体中由hp涡轮34提取，该hp涡轮34驱动hp压缩机26。燃烧气体排放到lp涡轮36中，该lp涡轮36提取附加的功以驱动lp压缩机24，并且废气最终从发动机10经由排气区段38排放。lp涡轮36的驱动驱动lp筒管50以使风扇20和lp压缩机24旋转。

由风扇20供应的周围环境的空气中的一些能够绕过发动机核心44并且被用于冷却发动机10的部分(尤其热的部分)和/或用于冷却航空器的其他的方面或向航空器的其他的方面提供功率。在涡轮发动机的背景中，发动机的热的部分通常是在燃烧器30下游，尤其涡轮区段32，其中hp涡轮34是最热的部分，因为该hp涡轮34直接在燃烧区段28下游。冷却流体的其他的来源能够是(但不限于)从lp压缩机24或hp压缩机26排放的流体。

图2示出了包含多个涡轮叶片68和涡轮导叶72的图1的hp涡轮区段34。虽然在本文中的描述关于涡轮被书写，但应认识到的是在本文中公开的概念能够具有对压缩机区段同等的应用。一圈的导叶72和一圈的叶片68的每个组合能够包含级。每个叶片68安装到用于支撑叶片68的转子82上，该转子82此外安装到盘形件84上。转子82相对于发动机10的中心线12是环形的，从而多个叶片68能够绕着转子82布置。转子82能够环绕中心线12旋转，从而叶片68径向地绕着中心线12旋转。

每个导叶72安装在径向外部带形件78和径向内部带形件80处，其中核心罩壳46包含径向外部带形件78。导叶72能够安装到径向外部带形件78上，类似于叶片68径向地绕着发动机中心线12布置。密封件86能够邻近内部带形件80安装到盘形件84，从而空气流泄漏被阻止从导叶72的下游到导叶72的上游。主流的空气流m由叶片68驱动在从前部到尾部的方向上运动。虽然密封件86阻止大部分向上游的空气流运动，但来自主流的空气流m的一些空气流能够穿过密封件在相反于主流的空气流m的方向上泄漏。

通常，吹扫流被供给到在密封件86和下游的转子82之间的空腔88中。吹扫流被喷射到空腔88中以抵抗从主流的空气流m到空腔88中的热气体吸入。吹扫流也能够冷却空腔88和邻近的构件，然而在主流的流m和吹扫流之间的相互作用能够是不稳定的，降低了涡轮的效率。

图3示出了在导叶72的内部带形件80和转子82之间的过渡处的放大图。间隙108能够限定为在主流的流m内在导叶72和邻近的叶片68之间的范围。内部带形件80和导叶72能够包含静态的定子100。定子100具有邻近导叶72的端部壁110和自端部壁110相反于导叶的阻碍部112。端部壁110和阻碍部112从内部带形件80轴向地延伸，在其之间限定了通道114。端部壁110和阻碍部112能够是环形的绕着发动机中心线，从而通道114绕着发动机中心线圆周地延伸。

天使翼116能够从转子82向上游轴向地延伸到通道114中。天使翼116能够是环形的，在转子82的旋转期间在通道114内旋转。天使翼116能够与端部壁110和阻碍部112间隔开，限定了在天使翼116和端部壁110或阻碍部112之间的最小的横截面范围处的最小的空隙区域118。虽然最小的空隙区域118示出在阻碍部112和天使翼116之间，但预期的是最小的空隙区域118能够布置在天使翼116和端部壁110之间。此外，最小的空隙区域118能够布置在天使翼116和在端部壁110和阻碍部112之间的过渡处之间。

供应通路120能够布置在定子100内，从内部带形件80轴向地延伸到阻碍部112中。包含通路的孔口122能够基本径向地从供应通路120延伸，将供应通路120流体地联结到通道114。孔口122能够布置成使得孔口122的出口在最小的空隙区域118处。

孔口122能够基本径向地相对于发动机中心线布置。此外，孔口122除径向的布置之外还能够具有切向的分量，在转子82的旋转方向上成角度。例如，如果在图3中示出的转子82旋转到页面中，孔口122能够成角度到页面中。此外，孔口122能够具有轴向的分量。因而，孔口122能够以相对于相对于发动机中心线的轴向的轴线和径向的轴线二者的角度被定向，并且切向于径向的轴线在转子82的旋转方向上定向。因此，孔口122能够在三维空间中定向，具有轴向的、径向的以及切向的分量。

用于每个圆周的定子100的多个导叶72能够利用邻近的导叶72对限定喷嘴。一个供应通路120和一个孔口122能够与定子100的每个喷嘴成对从而多个供应通路120和孔口圆周地绕着发动机中心线布置。备选地，一个供应通路120和孔口122能够与每个导叶72成对。在另外的例子中，一个供应通路120和一个孔口122能够互补于布置在转子82上的每个叶片68布置在定子100中。应理解的是能够存在比描述的更多的或更少的供应通路120和孔口122，并且不限制于导叶、喷嘴、叶片或其他的数量。

现在转向图4，在发动机内的空气流能够被认识。主流的流m在尾部方向上从越过导叶72朝向叶片68运动。主流的流m的一部分能够作为热气体流130的吸入进入到在定子100和转子82之间的通道114中。主流的流m的压力趋向作为热气体吸入将热气体流130引导到空腔88中。吹扫流132能够被供给到空腔88以进入到通道114中以防止热气体流130的吸入。在热气体流130和吹扫流132之间的相互作用或相互混合经常是不稳定的，并且能够降低效率。

能够是旁路空气的冷却空气134的流在一个例子中能够从定子100内通过供应通路120被供给。冷却空气134能够作为排出流136从定子100被排出穿过孔口122并且进入到通道114中。冷却空气134的排出流136能够形成流体坝以阻碍热气体吸入130以及在吹扫流132和热气体流130之间的相互作用。此外，将排出流136以在旋转方向上的切向的角度以及以轴向地向上游的角度排出将此外阻碍热气体吸入130进入空腔88或与吹扫流132相互混合。因而，需要的吹扫流132的数量能够被最小化。

备选地，供应通路120和孔口122能够限定冷却空气回路。冷却流134被提供到冷却空气回路并且作为排出流136从孔口122排出，并且能够形成在热气体流130和吹扫流132之间的流体坝。流体坝降低了热气体吸入并且最终与主流的流m混合。

现在转向图5，备选的实施例被示出具有布置在转子82中的供应通路220。在图5中示出的实施例能够基本类似于图4的实施例并且类似的元件将利用增加了100的数值的类似的数字被描述。供应通路220能够延伸到转子182的天使翼216中。孔口222能够将供应通路220联结到通道214。孔口222，相比于图3和4，被定向以径向地向内引导冷却空气流和排出空气流234,236。应认识到的是备选的实施例提供用于将冷却流从转子而非定子喷射到通道中，阻碍了热气体吸入并且减少了需要的吹扫流。

应认识到的是将冷却空气喷射到边缘密封件的定子部分中能够形成流体坝以限制热气体吸入并且降低在定子和转子之间需要的吹扫流。将冷却空气在最小的空隙区域处喷射到密封件中创造流体坝，其中所需要的维持有效的流体坝的冷却空气的数量最小化。此外，以在旋转方向上的角度喷射冷却空气降低了与邻近旋转的转子进入空气流的冷却空气相关的总体空阻损失(windageloss)，改善了总体涡轮效率。通过降低热气体吸入并且增加效率，工作时间(time-on-wing)也增加。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。