具有有预旋流器的环境空气冷却布置的燃气涡轮发动机的制作方法_2

文档序号:9634905阅读:来源:国知局
。结果,当与管嘴44内的中央区域82相比时,在接近交叉72的区域80中不仅存在相对慢流动的流体而且存在相对高的静压力。由于马蹄形漩涡的强度与两个区域之间的速率梯度的幅值和两个区域之间的静压力梯度的幅值相关,所以相当强的马蹄形漩涡70可以在这里所公开的类型的管嘴44中发展。当引导翼片具有低高宽比(aspectrat1)时,与马蹄形漩涡相关联的损失被放大。翼面的较短的径向高度和较长的长度给予马蹄形漩涡更多的机会移动靠近中央区域82。结果,在具有低高宽比的引导翼片42的预旋流器18的示例性实施例中的具有波状轮廓的端壁(50,54)的益处也是显著的。
[0023]另外,在流的相对较快移动区域中的冷却流体28将趋向于随着马蹄形漩涡70的腿部84向下游流动而将腿部84朝向相对较快移动区域吸引。在旋流器的管嘴44中,由于相对较快移动区域是中央区域82,所以径向内侧的马蹄形漩涡86的腿部84可以被沿径向向外方向32吸引。与如果腿部84留在流量较低并因此该区域中的气动损失不太成问题所在的接近交叉72的区域80中时可能出现的气动损失相比,将腿部84吸引到管嘴44内的中央区域82内创建了在流中的较大量的气动损失。
[0024]在未持有特定理论的情况下,认为减小速率梯度和/或静压力梯度会降低漩涡的强度。结果,这里所公开的端壁对减小速率梯度和/或静压力梯度是有效的,这降低了马蹄形漩涡70的强度。另外,端壁几何形状有助于马蹄形漩涡70的腿部84保持靠近接近交叉72的区域80,由此减轻了管嘴44内的中央区域82内的气动损失。波状轮廓造型包括在各端壁上的毗邻引导翼片42的压力侧76的隆起100,也看作升高区。这里所公开的隆起100是与没有隆起100的端壁相比端壁更远地突出到管嘴内所在的区域。波状轮廓造型进一步包括在各端壁上的在引导翼片42之间的低谷102,或凹陷区。这里所公开的低谷102是当与没有低谷102的端壁相比时端壁从管嘴后退所在的区域。没有隆起100或低谷102的管嘴端壁的任何区域都可以被视作恒定直径区域。各端壁可以具有各自的恒定直径区域、即端壁以恒定直径存在所在的区域,或者可以仅具有限定了端壁的恒定直径部分的理论尺寸,而端壁实际上是理论尺寸的径向向内和径向向外而成形的波状轮廓。换言之,各端壁可以具有仅占据各自的端壁的一小部分的隆起100或低谷102,或者各端壁可以全部由隆起100和低谷102限定,没有留下实际的恒定尺寸(即,中性)区域。
[0025]认为隆起100—起起作用以通过减小管嘴44在接近交叉72的区域80中的横截面积而引起接近交叉72的区域80中的冷却流体28比没有隆起100时更快地流动。由于将流过的面积较小,所以冷却流体28必然加速。还认为低谷102—起起作用以归因于管嘴44的增加的横截面积而引起管嘴44内的中央区域82中的冷却流体28慢下来。增加接近交叉72的区域80中的冷却流体28的速度并且较小管嘴44内的中央区域82中的冷却流体28的速度产生了较小的速率梯度,这进而产生了较弱的马蹄形漩涡70。
[0026]在没有隆起100的情况下,接近交叉72的区域80中的静压力归因于冷却流体28的慢速率而相对高。通过增加接近交叉72的区域80中的速率,静压力减小。在没有低谷102的情况下,管嘴44内的中央区域82中的静压力归因于冷却流体28的高速率而相对低。通过减小管嘴44内的中央区域82中的速率,静压力增加。减小接近交叉72的区域80中的相对高的静压力并且增加管嘴44内的中央区域82中的相对低的静压力产生了较小的压力梯度,这进而产生的较弱的马蹄形漩涡70。
[0027]另外,因为管嘴44内的中央区域82中的冷却流体已经慢了下来,所以有着较小的径向内侧的马蹄形漩涡70的腿部84被沿径向向外方向32抽吸的趋势。随着马蹄形漩涡70越过低谷,端壁以相对的方式从马蹄形漩涡70后退,并且认为这有利于马蹄形漩涡70不被吸引远到管嘴44的中央区域82内。换句话说,马蹄形漩涡70更好地附着于端壁。通过更好地附着于端壁,与马蹄形漩涡70相关联的气动损失的扩散到管嘴44内的中央区域82中的扩散被减轻。这总体上降低了气动损失,这增加了发动机效率。
[0028]图4是在引导翼片42的径向向外部分和外罩56被去除的状态下的图3的预旋流器18的剖视图,示出了引导翼片42的径向向内部分和内罩38。示出了多个管嘴44的径向向内部分,每个均由内罩38的外端壁50、第一引导翼片46的压力侧76和周向上相邻的引导翼片48的吸入侧78部分地限定。冷却流体28在主要相对于转子盘31的纵向轴线30在轴向方向上行进的状态下进入管嘴44的入口端110,并且在具有轴向方向上的分量和周向60上的分量的行进方向上行进地从出口端112离开。
[0029]在示例性实施例中内罩38和/或外罩56可以是整块体。用于引导涡轮中的燃烧气体的翼片组件传统上由组装成翼片环的子组成部件制成。这样的配置是有必要的,归因于与这些翼片环的较大尺寸相关联的因素,包括:制造该尺寸的单块体的高成本、热生长问题以及往往需要拆卸翼片环的涡轮自身的组装和拆卸。这些组装起来的翼片环往往具有改变整个操作的子组成部件之间的接合。例如,在管嘴中在相邻的子组成部件之间可以没有周向间隙,或者可以有周向间隙。这单独提供用于改变空气动力。接合可以是或者可以不是径向地对齐的。例如,一个子组成部件可以在径向上进一步延伸出来超过另一个。因此,当行进通过管嘴的气体横穿相邻的子组成部件之间的间隙时,如当管嘴具有轴向组成部件时,气体可以遇到台阶。它可以是台阶升高或者是台阶降低,取决于第一子组成部件是在径向上更远地向外延伸超过相邻的子组成部件,还是在径向上没有延伸那么远。两种类型的台阶都在流动中创建了漩涡,并且这些漩涡创建了与马蹄形漩涡70产生的气动损失相同类型的气动损失。归因于较小的尺寸和较低的操作温度,内罩38和外罩56未遭受上述局限性并因此它们可以作为单块零件组成部件制造。具有单块零件/整块构造允许管嘴避免与组装起来的子组成部件之间的接合相关联的气动损失。这进而导致由行进通过管嘴44产生的降低的压力损失。
[0030]图5是在引导翼片42的径向向内部分和内罩38被去除的状态下的图3的预旋流器18的剖视图,示出了引导翼片42的径向向外部分和外罩56。示出了多个管嘴44的径向向外部分,每个均由外罩56的内端壁54、第一引导翼片46的压力侧76和周向上相邻的引导翼片48的吸入侧78限定。
[0031 ] 图6是示出预旋流器18的内罩38的示例性实施例的形貌的俯视图。在示出的示例性实施例中,可以看见隆起100与第一引导翼片46的压力侧76相邻,并且隆起100的峰部可以布置在从第一引导翼片的前缘74到后缘126的弦线122的下降路途的近似三分之一处。在不出的不例性实施例中,可以看见低谷102在周向方向60上在第一引导翼片46与在周向上相邻的引导翼片48之间的近似一半路途处。可以看见马蹄形漩涡70从第一引导翼片46的前缘74流出。在示出的示例性实施例中,低谷的最低点120布置在从第一引导翼片的前缘74到后缘126的弦线122的下降路途的近似三分之二处。它也可以位于马蹄形漩涡70的腿部84的下游,使得腿部84被迫使越过(如图6中看到的)低谷102行进。
[0032]图7是示出预旋流器18的外罩56的示例性实施例的形貌的图,好像是在置于外罩56下方的毂上的镜子处径向向内观看。由于外罩56更远地径向向外所以它较长,并因此在相邻的引导翼片42之间有更多空间
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