外壁302处因过度的外壁斜率超过预先确定轴向位置308的斜率而引起的流分离、和/或因流动通道306内存在整流罩200而引起的流分离。更确切地，在示例性实施例中，径向外壁302的斜率从上游端310到预先确定轴向位置308增大，并且从预先确定轴向位置308到下游端320减小。在示例性实施例中，位于预先确定轴向位置308下游的区域与过渡管道300内的一个区域对应，这一个区域因整流罩200使流在周向方向上扩散而可能具有高流分离可能性。
[0023]在一个实施例中，预先确定轴向位置308与整流罩200的Tmax位置204对应，T max位置204在流动通道306内定位在过渡管道300的上游端310与下游端320之间。在另一个实施例中，并且关于过渡管道400，预先确定轴向位置408位于Tmax位置404下游。由于流体基本上轴向地被导引穿过过渡管道300，流动通道306中存在整流罩200促进在流动通道306中产生流分离，特别是在前缘202处和Tmax位置204的下游。
[0024]在另一个实施例中，预先确定轴向位置308与过渡管道300内的一个轴向位置对应，在该轴向位置处，在径向外壁302的边界层处可存在流分离。更确切地，径向外壁302的边界层处的流分离是由过度的外壁斜率引起的。因此，径向外壁302的轮廓被形成为有助于防止被导引穿过具有整流罩200的过渡管道300的流体的流分离。
[0025]在示例性实施例中，通过以下方式，过渡管道300有助于提高涡轮机效率同时防止造成的流分离:使径向外壁302的斜率从上游端310到预先确定轴向位置308增大，并且使径向外壁302的斜率从预先确定轴向位置308到下游端320减小。因此，在示例性实施例中，径向外壁302在上游端310处具有约0°的斜率。径向外壁302的斜率随后增大至预先确定轴向位置308处的最大壁斜率324，或增大至预先确定轴向位置408处的最大壁斜率424。最大壁斜率324和424大于约40°，并且更确切地是约40°至约50°。径向外壁302的斜率随后从预先确定轴向位置308开始减小，以使得径向外壁302在下游端320的斜率不小于约30。ο
[0026]本说明书描述的过渡管道通过促进减少较短过渡管道内的流分离而有助于提高涡轮机组件的性能。本说明书描述的过渡管道使用过度的外壁斜率以在高压涡轮与低压涡轮之间快速地过渡。然而，快速过渡和径向延伸穿过过渡管道的气体动力学支柱的存在可能会在过渡管道中引起外壁扩散和/或流分离。因此，过渡管道的径向外壁的曲率和斜率受控制以促进减少过渡管道中的流分离，从而提高低压涡轮的效率。
[0027]本说明书使用各个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及执行所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包含的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。
【主权项】
1.一种用于涡轮发动机的过渡管道，所述过渡管道包括: 径向内壁；以及 径向外壁，所述径向外壁围绕所述径向内壁定位从而在其间限定流动通道，所述径向外壁从所述过渡管道的上游端延伸到下游端并形成轮廓，以使得所述径向外壁的斜率从所述上游端到预先确定轴向位置增大并且从所述预先确定轴向位置到所述下游端减小。
2.根据权利要求1所述的过渡管道，所述过渡管道进一步包括整流罩，所述整流罩在所述流动通道内在所述径向内壁与所述径向外壁之间径向延伸，其中所述整流罩包括气体动力学截面形状。
3.根据权利要求2所述的过渡管道，其中所述预先确定轴向位置与所述整流罩的最厚截面部分的轴向位置对应，以使得所述径向外壁的最大斜率位于所述预先确定轴向位置处。
4.根据权利要求1所述的过渡管道，其中所述径向外壁的所述斜率从所述上游端处的约0°增大至所述预先确定轴向位置处的大于约40°。
5.根据权利要求1所述的过渡管道，其中所述径向外壁在所述预先确定轴向位置处包括最大壁斜率，所述最大壁斜率为约40°至约50°。
6.根据权利要求5所述的过渡管道，其中所述径向外壁的所述斜率从所述最大壁斜率减小至所述下游端处的不小于约30°。
7.根据权利要求1所述的过渡管道，其中所述径向内壁从所述上游端延伸到所述下游端并形成轮廓，以使得所述过渡管道在所述下游端处比在所述上游端处具有更大截面面积。
8.根据权利要求7所述的过渡管道，其中所述过渡管道包括大于约1.35的面积比。
9.根据权利要求1所述的过渡管道，其中所述过渡管道包括大于约2.0的半径比。
10.一种涡轮机组件，所述涡轮机组件包括: 高压涡轮，所述高压涡轮围绕中心线轴定位在与所述中心线轴相距第一半径处； 低压涡轮，所述低压涡轮围绕所述中心线轴定位在与所述中心线轴相距第二半径处，所述第二半径大于所述第一半径；以及 过渡管道，所述过渡管道连接在所述高压涡轮与所述低压涡轮之间，所述过渡管道包括: 径向内壁；以及 径向外壁，所述径向外壁围绕所述径向内壁定位从而在其间限定流动通道，所述径向外壁从所述过渡管道的上游端延伸到下游端并形成轮廓，以使得所述径向外壁的斜率从所述上游端到预先确定轴向位置增大并且从所述预先确定轴向位置到所述下游端减小。
11.根据权利要求10所述的涡轮机组件，其中所述过渡管道有助于减少被导引穿过所述流动通道的流体的流分离。
12.根据权利要求10所述的涡轮机组件，所述径向内壁从所述上游端延伸到所述下游端并形成轮廓，以使得所述过渡管道在所述下游端处比在所述上游端处具有更大截面面积。
13.根据权利要求10所述的涡轮机组件，其中所述径向外壁的所述斜率从所述上游端处的约0°增大至所述预先确定轴向位置处的大于约40°。
14.根据权利要求10所述的涡轮机组件，其中所述径向外壁在所述预先确定轴向位置处包括最大壁斜率，所述最大壁斜率为约40°至约50°。
15.根据权利要求14所述的涡轮机组件，其中所述径向外壁的所述斜率从所述最大壁斜率减小至所述下游端处的不小于约30°。
16.根据权利要求10所述的涡轮机组件，其中所述径向内壁和所述径向外壁中的每一个围绕所述中心线轴周向地延伸，以使得在其间限定基本上环形的流动通道。
17.—种组装用于涡轮机组件的过渡管道的方法，所述过渡管道包括径向内壁和径向外壁，所述方法包括: 使所述径向外壁围绕所述径向内壁定位，以使得在其间限定流动通道； 使所述径向外壁从所述过渡管道的上游端延伸至下游端；以及 使所述径向外壁从所述上游端到所述下游端形成轮廓，以使得所述径向外壁的斜率从所述上游端到预先确定轴向位置增大并且从所述预先确定轴向位置到所述下游端减小。
18.根据权利要求17所述的方法，其中使所述径向外壁形成轮廓进一步包括:使所述径向外壁的所述斜率从所述上游端处的约0°增大至所述预先确定轴向位置处的大于约40。。
19.根据权利要求17所述的方法，其中使所述径向外壁形成轮廓进一步包括:使所述径向外壁形成轮廓，以使得最大壁斜率位于所述预先确定轴向位置处，所述最大壁斜率为约40°至约50°。
20.根据权利要求19所述的方法，其中使所述径向外壁形成轮廓进一步包括:使所述径向外壁的所述斜率从所述最大壁斜率减小至所述下游端处的不小于约30°。
【专利摘要】公开一种用于涡轮发动机(10)的过渡管道(300)。所述过渡管道(300)包括径向内壁(304)和径向外壁(208)，所述径向外壁(208)围绕所述径向内壁(304)定位从而在其间限定流动通道(306)。所述径向外壁(208)从所述过渡管道(300)的上游端(310)延伸至下游端(320)并形成轮廓。因此，所述径向外壁(208)的所述斜率从所述上游端(310)到预先确定轴向位置(308)增大，并且从所述预先确定轴向位置(308)到所述下游端(320)减小。公开一种涡轮机组件，所述涡轮机组件包括位于其高压涡轮(18)与其低压涡轮(20)之间的这种过渡管道(300)。公开一种组装用于涡轮机组件的过渡管道(300)的相应方法。
【IPC分类】F01D25-30, F01D9-02
【公开号】CN104662260
【申请号】CN201380049189
【发明人】J.麦克奈姆, B.D.基思, S.M.卡森
【申请人】通用电气公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年8月20日
【公告号】CA2883886A1, EP2917510A1, US20140086739, WO2014046832A1