专利名称：燃气涡轮发动机的有效间隙控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气涡轮发动机，尤其涉及燃气涡轮发动机的有效间隙控制系统。
背景技术：
在轴流式燃气涡轮发动机中，回转叶片顶部和周围的环形覆环之间的径向间隙的控制是证明发动机效率的一个已知的技术。通过减小叶片顶部至覆环的间隙，设计者可以减少旁路该叶片的涡轮工作流体的量，从而对于给定的燃料或其他发动机输入，可增加发动机的功率输出。
“有效的间隙控制”是指这种间隙控制方法；该间隙控制系统利用一定量的工作流体，调节某些发动机的结构的温度，从而控制作为冷却结构的热膨胀或收缩结果的叶片顶部至覆环的间隙。这种有效的间隙控制系统的一个特点是，在该发动机工作功率范围的这些部分期间，可以根据各种发动机、飞机或造成叶片顶部至覆环间隙减小的环境参数，可以切换或调制冷却空气流量，其中这种间隙控制是最有利的。
这种有效的间隙控制系统一般由多个零件组成。这些多个零件不但增加发动机结构的重量，而且引入在极端的工作环境下可以膨胀和收缩的附加零件。因为该附加的零件膨胀和产生作用在该覆环上的向内的径向力，可能干扰叶片的功能，因此在决定叶片顶部和覆环之间的间隙距离时，必需考虑这些附加零件的膨胀和收缩。
结果，需要一种燃气涡轮发动机的有效的间隙控制系统，包括很少的零件和不干扰燃气涡轮发动机零件的功能而达到所希望的间隙控制。
发明概述根据本发明，燃气涡轮发动机广义地包括一个压缩机，一个燃烧室和一个涡轮，其中，该涡轮包括一个整体的歧管。该歧管还包括由与一个分配器板连接，并与包括多个孔的一个屏蔽板相对的该歧管形成的一个增压室。
根据本发明，燃气涡轮发动机广义地包括一个压缩机，一个燃烧室和一个涡轮，其中该涡轮包括一个整体的歧管。该歧管还包括由与一个分配器板连接，并与包括多个孔和整体地安装在涡轮上的装置的屏蔽板相对的该歧管形成的一个增压室。
根据本发明，有效地控制在燃气涡轮发动机内的间隙的方法包括下列步骤将一定量的工作液体导入安装在燃气涡轮发动机的涡轮上的整体的歧管中，使工作流体在该整体歧管内循环和进入涡轮，和增加该涡轮的二个零件之间的间隙距离。
本发明的一个或多个实施例的详细情况在附图和下面的说明中给出。本发明的其他特点，目的和优点从该说明和附图和权利要求书中将会清楚。
附图简要说明
图1为装备有本发明的有效的整体间隙控制系统的燃气涡轮发动机的一种表示；图2为在图1的燃气涡轮发动机的高压涡轮内成一整体的有效的整体间隙控制系统的一部分的横截面图；图3为图2的放大区域3的表示；和图4为图3的放大区域4的表示。
在各个附图中，相同的符号和标志表示相同的零件。
优选实施例说明这里所述的有效间隙控制系统使用可以与燃气涡轮发动机成一整体的单一结构，以供给、分配和输送工作流体，同时使重量和成本最小。该单一结构还可屏蔽发动机零件，免受不均匀的温度和压力的苛刻的外部环境的影响。另外，该单一结构在空间利用上是经济的，并且如需要的话，可以进行额外的绝缘和/或屏蔽。为了本发明的说明目的，“工作流体”是指从大气供给和/或通过该燃气涡轮发动机的一个或多个零件，进入该有效间隙控制系统和温度在发动机工作条件以下或温度在发动机工作条件以上的流体。
这里所述的有效的间隙控制系统一般包括与整体的歧管。该歧管具有由放置在一个屏蔽板对面和在其间放置一个分配器板的该歧管构成的增压室。该屏蔽板包括多个孔、可允许工作流体进入发动机壳体。该分配器板将该有效间隙控制系统内的工作流体隔开并均匀地分配空气压力。该整体歧管包括一个或多个与燃气涡轮发动机的涡轮部分连接的整体安装装置。在另一个实施例中，该整体歧管包括整体地安装在涡轮部分上的装置。
图1和图2表示装备有本发明的有效间隙控制系统14的燃气涡轮发动机10的图。图2中表示了整体地安装在燃气涡轮发动机10的涡轮12上的有效间隙控制系统的一部分的横截面图。一般，燃气涡轮发动机10包括一个压缩机，一个燃烧室和一个涡轮。该涡轮12可以由一个部分构成，或由一个低压涡轮部分和一个高压涡轮部分构成。这里所述的有效的间隙控制系统14可以用于高压或低压应用场合。例如，该有效间隙控制系统14可以安装在工作条件(例如温度和压力)都是最极端的高压涡轮部分上。
现参见图1～图4可看出，一般，该有效间隙控制系统14包括一个整体歧管。该歧管又包括由与一个分配器板20连接，并与包括多个孔24的一个屏蔽板22相对的歧管18形成的一个增压室16。该孔24允许工作流体冲击壳体26。然后，工作流体循环，并指出，进入屏蔽板22和壳体26之间的大气中。该整体歧管还包括整体地安装在该涡轮的壳体26上的装置。例如，可以使用一个或多个整体安装装置28，将该系统14固定地与该壳体26连接。适当地整体安装装置可以包括(但不限于)支架、螺钉、螺栓、冲头、铆钉、焊接、夹子及其综合等。
在使用所述的有效间隙控制系统中，一定量的工作流体(例如作动筒的空气)，可以从大气导入或通过燃气涡轮发动机10的压缩机级导入，并进入该歧管结构18的一个孔13中。该工作流体还没有受到燃气涡轮发动机10内存在的极端的工作条件的作用，因此，工作流体的温度低于发动机10的工作温度，这样，可提供冷却作用。该工作流体流过该增压室16，并通过在该屏蔽板22上作出的多个孔24进入涡轮12中。该工作流体通过该孔24和涡轮12循环，并最后温度升高。
当工作流体的温度低于发动机的工作温度时，工作流体与其他零件一起，和燃气涡轮发动机10的一个或多个转子组件的多个叶片顶部30接触，并冷却该叶片顶部30。该叶片顶部30收缩，和该叶片径向的热增长减小。结果，叶片顶部至覆环的间隙和/或至围绕着该覆环32同心配置的磨蚀材料34的间隙增加，并消除过渡间隙的干扰。
当工作流体的温度高于发动机的工作温度时，与其它零件一起，该工作流体与燃气涡轮发动机10的覆环32接触，并使该覆环32变暖。该覆环32膨胀，和该覆环32经历的热增长增加。结果，叶片顶部至覆盖的间隙距离增加，并消除了过渡间隙的干扰。
在整个增加间隙距离和消除过渡间隙干扰的这个过程中，附加的工作流体继续供给本发明的该有效的间隙控制系统。例如，一个电子发动机控制系统可以安排工作流体进入该有效间隙控制系统。
该有效间隙控制系统可以包括任何适用于燃气涡轮发动机的工作环境的材料。适当的材料可以包括(但不限于)镍基超级合金、钴基超级合金、铁基合金(例如钢)、钛合金、铜合金及其综合。
本发明的有效间隙控制系统调节燃气涡轮发动机零件-例如叶片和叶片顶部、覆环、壳体等的温度和控制其热增长(即膨胀和/或收缩)，从而控制叶片顶部至覆环的间隙。当这种间隙控制为最有利时，可根据各种发动机、飞机或造成叶片顶部至覆环的间隙减小的环境参数，切换或调制本发明的有效间隙控制系统。另外，本发明的有效间隙控制系统设计使用较少的零件，使得该系统本身不会产生作用在覆环上的向内的径向力，和不会与叶片干扰。
应当理解，本发明不是仅限于这里所述和所示的说明，它只是表示实施本发明的最佳模式，并且允许对零件的形式、尺寸和结构与操作的细节作修改。相反本发明包括在由权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有这种修改。
权利要求
1.一种燃气涡轮发动机，包括一个压缩机；一个燃烧室；和一个涡轮，其中，所述涡轮包括一个整体的歧管，该歧管包括一个由一被配置成与分配器板连接并与包括多个孔的一屏蔽板相对的歧管限定的增压腔。
2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征为，所述整体的歧管还包括用以整体安装在所述涡轮上的装置。
3.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征为，所述整体的歧管还包括一个从由支架、螺钉、螺栓、冲头、铆钉、焊接、夹子及其组合组成的组中选择的整体安装装置。
4.一种燃气涡轮发动机，包括一个压缩机；一个燃烧室；和一个涡轮，其中，所述涡轮包括一个整体的歧管，该歧管包括一个由一被配置成与分配器板连接并与包括多个孔和用以整体地安装在所述涡轮上的装置的一屏蔽板相对的歧管限定的增压室。
5.一种有效控制在燃气涡轮发动机内的间隙的方法，包括下列步骤将一定量的工作流体导入被安装在燃气涡轮发动机的涡轮上的整体歧管中；使所述工作流体在整个所述整体歧管中循环，并进入所述涡轮中；和增加所述涡轮的二个零件之间的间隙距离。
6.如权利要求5所述的方法，其特征为，所述增加步骤包括增加在所述涡轮的一个或多个转子组件的多个叶片顶部与所述涡轮的覆环之间的间隙距离。
7.如权利要求5所述的方法，其特征为，所述增加步骤包括增加所述涡轮的一个或多个转子组件的多个叶片顶部和同心地配置在所述涡轮覆环周围的磨蚀材料之间的间隙距离。
8.如权利要求5所述的方法，其特征为，所述循环步骤包括使所述工作流体经所述整体歧管的增压室和屏蔽板的一个或多个孔循环。
9.如权利要求5所述的方法，其特征为，所述导入步骤包括导入温度比所述燃气涡轮发动机的工作温度低的一定量的工作流体。
10.如权利要求5所述的方法，其特征为，所述导入步骤包括导入温度比所述燃气涡轮发动机的工作温度高的一定量的工作流体。
11.如权利要求5所述的方法，其特征为，所述导入步骤包括从包围所述的燃气涡轮发动机的大气导入所述量的工作流体。
12.如权利要求5所述的方法，其特征为，所述导入步骤包括从所述燃气涡轮发动机内导入所述量的工作流体。
13.如权利要求5所述的方法，其特征为，所述导入步骤包括将所述量的工作流体导入所述整体歧管的一个孔中。
全文摘要
一般，燃气涡轮发动机包括一个压缩机，一个燃烧室和一个涡轮。该涡轮可以包括一个整体歧管，该歧管包括由与一个分配器板连接和与包括多个孔的一个屏蔽板相对的该歧管形成的一个增压室。该整体歧管还包括将该歧管整体地安装在该涡轮上的装置。在燃气涡轮发动机工作过程中，一定量的工作流体进入该整体歧管中，并通过该增压室和屏蔽板循环，还通过该孔进入涡轮中，以有效地控制在涡轮发动机零件之间的间隙。
文档编号F02C7/16GK1948731SQ20061013598
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月16日 优先权日2005年10月14日
发明者M·C·小佩泽蒂, D·E·凯恩, C·B·皮斯, J·T·小赖纳 申请人:联合工艺公司