用于燃气涡轮发动机的涡轮部段的涡轮叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开一般地涉及燃气涡轮发动机(GTE)冷却，并且更具体地涉及减少热气进入GTE的涡轮转子腔。
【背景技术】
[0002]GTE通过从由压缩空气的流束中的燃料的燃烧所产生的热气流中提取能量而产生动力。通常，涡轮发动机具有连接至下游涡轮的上游空气压缩机，其中燃烧室位于所述涡轮和所述空气压缩机之间。当压缩空气和燃料的混合物在燃烧室中燃烧时释放出能量。在典型的涡轮发动机中，一个或多个燃料喷射器将液态或气态烃类燃料引入燃烧室中用于燃烧。产生的热气被引到涡轮的叶片上方以使涡轮旋转并产生机械动力。
[0003]GTE可以在高于制造发动机部件的材料的物理特性限制的温度下操作。由于当涡轮转子旋转通过定子时产生的压力变化，被引到涡轮的叶片上方的热气可以进入涡轮部段中的涡轮转子腔。因此，GTE通常设有内部空气输送系统，由此一股冷却空气流在发动机内循环，通过冷却空气的使用限制发动机部件的操作温度。发动机内部的冷却空气通道通常用于将这种冷却空气流引向必要的发动机部件，由此将发动机部件温度降低到与特定部件的材料性质相一致的水平。常规地，从压缩机部段排出的压缩空气的一部分，用来冷却GTE的热部件。然而，排出空气的量通常是有限的，使得压缩空气的主要部分被预留以用于发动机燃烧和提供有用的发动机动力。
[0004]授予Bunker的美国专利号7，967，559的专利(’ 559专利)描述了一种通过定子-转子组件的区域的热气流受到阻碍的涡轮机。具体地，冷媒空气从压缩机排出并且将其从发动机的内侧区域引入空腔或者轮形空间区域中以抵消热气流。除了冷媒空气，’ 559专利的涡轮机包括倒置湍流器的模型。当热气从燃烧室移动穿过倒置湍流器时，它们通过产生局部涡流阻碍热气流，从而限制热气流进入轮形空间区域。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种用于燃气涡轮发动机的涡轮部段的涡轮叶片，可以减少从压缩机部段排出的冷却空气的量，同时有效地阻止热气进入涡轮转子腔。
[0006]在一方面，公开了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮部段的涡轮叶片。该涡轮叶片包括翼面、从翼面的一侧延伸的平台、从平台延伸的根部，以及至少一个清除翅片。所述至少一个清除翅片连接到根部和平台的下侧，并且所述至少一个清除翅片沿着根部的壁延伸。
[0007]在另一方面，公开了一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括被配置成压缩空气流的压缩机部段、被配置成燃烧空气和燃料的混合物以产生热气流的燃烧室部段，以及被配置成使用所述热气流以产生动力的涡轮部段。涡轮部段包括至少一个定子、至少一个转子和设置在所述至少一个定子与至少一个转子之间的涡轮转子腔。多个定子翼片连接到所述至少一个定子，并且多个涡轮叶片连接到所述至少一个转子。多个涡轮叶片中的每个涡轮叶片包括翼面、从翼面的一侧延伸的平台、从平台延伸的根部和至少一个清除翅片。所述至少一个清除翅片连接到根部和平台的下侧，并且所述至少一个清除翅片沿着根部的壁延伸。
[0008]在又一方面，描述了一种冷却燃气涡轮发动机的部件的方法。该方法包括在燃气涡轮发动机的涡轮部段产生抽吸作用，其中所述抽吸作用产生阻止燃烧气体进入涡轮部段的涡轮转子腔的出气流。
[0009]本实用新型的涡轮叶片通过清除翅片产生的出气流可以减少从压缩机部段排出的冷却空气的量，同时有效地阻止热气进入涡轮转子腔。因此，本设备和方法可保留压缩空气用于产生发动机功率，同时防止由于过热GTE部件降解，从而有助于提高GTE的性能。以此方式阻止热气进入可以提高GTE的涡轮部段各级的转子和定子的工作寿命。
【附图说明】
[0010]图1是GTE的一部分的剖视图；
[0011]图2是图1的GTE的涡轮部段的环绕部分2的放大剖视图；
[0012]图3是图1的GTE的涡轮叶片的第一透视图；
[0013]图4是图1的GTE的涡轮叶片的第二透视图；
[0014]图5是图1的GTE的涡轮叶片的第三透视图；
[0015]图6是图1的GTE的涡轮叶片的第四透视图；
[0016]图7是图1的GTE的定子翼片的第一透视图；
[0017]图8是图1的GTE的定子翼片的第二透视图；
[0018]图9是图1的GTE的涡轮部段的第一级的一部分的示意图。
【具体实施方式】
[0019]图1示出了 GTE 10的一部分的剖视图。GTE包括外壳16、压缩机部段20、燃烧室部段18和将压缩机部段20流体地连接到燃烧室部段18的压缩机排放增压室22。带有压缩机转子26的压缩机部段20包括附接到纵向延伸的中心驱动轴(未示出)的多个可旋转的压缩机叶片30。多个压缩机定子翼片31从外壳16径向向内延伸并且被轴向地定位在各排可旋转的压缩机叶片30之间。尽管压缩机部段20通常是多级轴流式压缩机，但是为了简化，在图1中只示出了一级(即，最后一级)。
[0020]燃烧室部段18可以包括位于增压室22内的环形燃烧室32。燃烧室32通常由支撑结构支撑在增压室内。多个燃料注射喷嘴34也位于燃烧室32的前端或上游端的增压室22内，如图1所示。还应当认识到，也可以使用绕中心轴沿圆周间隔设置在增压室22内的多个环筒形燃烧室(未示出)。
[0021]涡轮部段14包括护罩38以及定子35，该定子35在涡轮部段14的第一级中具有多个径向延伸的定子翼片39。涡轮部段14还包括可沿方向700旋转的转子36 (图9)，该转子36在涡轮部段14的第一级中具有多个径向延伸的涡轮叶片43。涡轮叶片43可以在后缘70处包括多个孔76(图3和图6)。如图1进一步所示，涡轮部段包括定子37，该定子37在涡轮部段14的第二级中具有多个径向延伸的定子翼片45，以及多个径向延伸的涡轮叶片47。定子翼片39、45在本文也可以被称为“喷嘴”，其被配置成引导热的燃烧室气体流通过涡轮部段14。定子翼片39、45可以在后缘66处包括多个孔78(图7)。尽管图1仅示出了涡轮部段14的第一级和第二级，仅仅整体示出了第一级，但是涡轮部段14可以包括任意数量的级。在给定的涡轮级的转子和定子之间存在空间或增压室，本文中被称为涡轮转子腔。例如，在第一级定子35和第一级转子36之间的是第一涡轮转子腔46，在第一级转子36和第二级定子37之间的是第二涡轮转子腔48，以及在第二级定子37和第二级转子47之间是第三涡轮转子腔49。
[0022]图2示出了图1的GTE的涡轮部段的环绕部分2的放大剖视图。如图2所示，定子翼片39和45分别包括定子翼片翼面27和29以及定子翼片平台58和62。图2示出了包括后缘66的定子翼片39的一部分，以及包括前缘72的定子翼片45的一部分。每个涡轮叶片43都包括涡轮叶片翼面28和涡轮叶片平台60、前缘68和后缘70。涡轮叶片43还包括用于将涡轮叶片43固定到转子36的根部64。
[0023]为了阻碍热燃烧气体流入到涡轮转子腔46、48中，涡轮叶片43可任选地包括一个或多个阻止器74。如图2所示，阻止器74从涡轮叶片43的根部64凸出到涡轮转子腔46、48中。