用于冷卻和/或凈化燃?xì)鉁u輪部段間隙的微通道排氣的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總地涉及冷卻渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，更具體地說，涉及冷卻定子護(hù)罩，或具有相似幾何形狀的其它定子構(gòu)件，以及位于燃?xì)鉁u輪的熱氣路徑中的渦輪燃燒器下游的相關(guān)聯(lián)的密封件。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，燃?xì)鉁u輪燃燒壓縮空氣和燃料的混合物，以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。燃燒氣體可流過一個(gè)或多個(gè)渦輪區(qū)段，以產(chǎn)生功率，從而驅(qū)動(dòng)，例如發(fā)電機(jī)和/或壓縮機(jī)。在燃?xì)鉁u輪區(qū)段中，燃燒氣體通常流過一級(jí)或多級(jí)噴嘴和葉片(或動(dòng)葉)。渦輪噴嘴可包括周向的固定靜葉環(huán)，其將燃燒氣體引導(dǎo)至旋轉(zhuǎn)的葉片或動(dòng)葉，葉片或動(dòng)葉連接在渦輪轉(zhuǎn)子上。當(dāng)燃燒氣體流過動(dòng)葉時(shí)，燃燒氣體驅(qū)動(dòng)動(dòng)葉，以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其繼而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其它裝置。利用位于包圍噴嘴靜葉和/或動(dòng)葉的固定護(hù)罩的周向相鄰的弓形部段之間的密封件；位于轉(zhuǎn)子葉輪上的周向相鄰的旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉或動(dòng)葉部段的平臺(tái)之間的密封件；以及位于相同或連續(xù)的渦輪級(jí)的軸向相鄰的噴嘴和動(dòng)葉護(hù)罩之間的密封件，從而包含熱的燃燒氣體。
[0003]密封件被設(shè)計(jì)為用于防止或最大限度地減小較高壓力的壓縮機(jī)排氣或抽氣流入到較低壓力的熱氣路徑中。然而，圍繞密封件的泄漏是不可避免的，并且導(dǎo)致壓縮機(jī)性能下降，其促成了渦輪效率方面的整體下降。
[0004]同時(shí)，必須冷卻熱氣路徑構(gòu)件，包括護(hù)罩部段和密封件，以承受極高的燃燒氣體溫度。常規(guī)的冷卻機(jī)制通常涉及內(nèi)部冷卻特征和相關(guān)聯(lián)的冷卻技術(shù)的某些組合(例如沖擊、彎管冷卻、釘狀散熱片、近壁冷卻(impingment, serpentine, pin-fin bank, near-wallcooling))，其中冷卻空氣最終通過膜冷卻孔排出，其可實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件表面的額外冷卻。然而，在某些情況中，不期望以這種方式排出所有或部分的內(nèi)部冷卻流。
[0005]雖然已經(jīng)采用了各種技術(shù)來冷卻護(hù)罩和在相鄰的護(hù)罩以及其它相似的定子構(gòu)件部段之間的密封件，但是仍然需要為護(hù)罩和密封件提供增強(qiáng)的冷卻，并且將加熱的或廢棄的冷卻空氣用于至少一個(gè)其它目的，例如凈化部段間隙，即，稀釋密封件下面(即，徑向向內(nèi))的熱的燃燒氣體，因而冷卻密封件，同時(shí)還防止或最大限度地減小壓縮機(jī)抽氣流漏泄到熱氣路徑中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)示例性的但非限制性的實(shí)施例中，提供了一種用于環(huán)形旋轉(zhuǎn)機(jī)械定子構(gòu)件的部段，其包括部段本體、通道和通路，部段本體具有端面，其形成有周向朝向的密封槽，其適合于容納密封件，密封件在部段本體和相對(duì)應(yīng)的相鄰部段本體中的密封槽之間延伸；通道設(shè)于部段本體中，靠近密封槽，供應(yīng)有冷卻空氣；并且通路從通道延伸到密封槽中。
[0007]在另一示例性的方面，提供了一種環(huán)形渦輪構(gòu)件，其包括:多個(gè)弓形部段、密封件、通道和通路，其中多個(gè)弓形部段設(shè)置為用于形成完整的環(huán)形，各個(gè)部段具有端面，其設(shè)有密封槽；密封件在相鄰部段的密封槽之間延伸，從而密封了部段之間徑向定向的間隙；通道設(shè)于各個(gè)部段中，靠近至少其中一個(gè)所述密封槽，并適合于供應(yīng)有冷卻空氣；并且通路從所述通道延伸，并通向位于密封件的徑向向外的高壓側(cè)的所述至少一個(gè)密封槽。
[0008]在又一方面，提供了一種燃?xì)鉁u輪定子，其包括第一和第二軸向相鄰的環(huán)形護(hù)罩，環(huán)形護(hù)罩具有相對(duì)的端面，其設(shè)有相應(yīng)的密封槽；其中在相對(duì)的端面之間形成了周向的軸向延伸的間隙；周向密封件坐落在相應(yīng)的密封槽中，從而密封了軸向延伸的間隙，在使用過程中，密封件在其徑向外側(cè)和徑向內(nèi)側(cè)將相對(duì)較高壓力區(qū)域和相對(duì)較低壓力區(qū)域分開，所述徑向內(nèi)側(cè)暴露于熱氣路徑中；并且在第一和第二軸向相鄰的環(huán)形護(hù)罩中均提供一個(gè)或多個(gè)冷卻通道，其適合于供應(yīng)有冷卻空氣，所述一個(gè)或多個(gè)冷卻通道設(shè)置為用于將冷卻空氣引入到相應(yīng)的其中一個(gè)密封槽或軸向延伸的間隙中，該間隙位于密封件的徑向內(nèi)側(cè)上的相對(duì)較低壓力區(qū)域中。
[0009]方案1:一種用于環(huán)形旋轉(zhuǎn)機(jī)械定子構(gòu)件的部段，包括:
部段本體，其具有端面，端面形成有周向朝向的密封槽，其適合于容納密封件，密封件在部段本體和相鄰部段本體的相對(duì)應(yīng)的密封槽之間延伸；
通道，其設(shè)于部段本體中，靠近密封槽，供應(yīng)有冷卻空氣；以及通路，其從通道延伸到密封槽中。
[0010]方案2:根據(jù)方案I的部段，其特征在于，通道與冷卻空氣入口管道相連通，冷卻空氣入口管道適合于從冷卻空氣源供應(yīng)冷卻空氣。
[0011]方案3:根據(jù)方案I的部段，其特征在于，通路在密封槽的徑向內(nèi)表面上是開放的。
[0012]方案4:根據(jù)方案I的部段，其特征在于，通道包括微通道，其具有在大約50微米至大約4_之間的寬度和/或深度尺寸。
[0013]方案5:根據(jù)方案4的部段，其特征在于，微通道具有選自圓形、半圓形、方形、矩形、三角形或長斜方形的橫截面形狀。
[0014]方案6:根據(jù)方案5的部段，其特征在于，通路在密封槽的徑向內(nèi)表面上是開放的。
[0015]方案7:根據(jù)方案I的部段，其特征在于，部段本體具有弓形形狀。
[0016]方案8:根據(jù)方案4的部段，其特征在于，微通道的朝向熱氣體的側(cè)被涂層封閉。
[0017]方案9:根據(jù)方案8的部段，其特征在于，涂層包括隔熱涂層。
[0018]方案10:—種環(huán)形渦輪構(gòu)件，包括:
多個(gè)弓形部段，其設(shè)置為用于形成完整的環(huán)形環(huán)，各個(gè)部段具有端面，端面設(shè)有密封槽；密封件，其在相鄰部段的密封槽之間延伸，從而密封了部段之間的徑向定向的間隙；通道，其設(shè)于各個(gè)部段中，靠近至少其中一個(gè)密封槽，并且適合于供應(yīng)有冷卻空氣；以及
通路，其從通道延伸出來，并通向至少一個(gè)密封槽中或通向密封件的徑向內(nèi)方的低壓側(cè)的相應(yīng)的徑向定向的間隙中。
[0019]方案11:根據(jù)方案6的環(huán)形渦輪構(gòu)件，其特征在于，多個(gè)弓形部段組合，從而形成環(huán)形渦輪定子噴嘴護(hù)罩。
[0020]方案12:根據(jù)方案6的環(huán)形渦輪構(gòu)件，其特征在于，多個(gè)弓形部段組合，從而形成環(huán)形渦輪定子動(dòng)葉護(hù)罩。
[0021]方案13:根據(jù)方案10的部段，其特征在于，通道包括微通道，其具有在大約50微米至大約4_之間的寬度和/或深度尺寸。
[0022]方案14:根據(jù)方案13的部段，其特征在于，微通道具有選自圓形、半圓形、方形、矩形、三角形或長斜方形的橫截面形狀。
[0023]方案15:根據(jù)方案10的部段，其特征在于，微通道的徑向內(nèi)側(cè)被涂層封閉。
[0024]方案16:—種燃?xì)鉁u輪定子，包括:
第一和第二軸向相鄰的環(huán)形護(hù)罩，其具有相對(duì)的端面，端面設(shè)有相應(yīng)的密封槽；其中在相對(duì)的端面之間形成了周向的軸向延伸的間隙；
周向密封件，其坐落在相應(yīng)的密封槽中，從而密封了軸向延伸的間隙，在使用過程中，密封件在其徑向外側(cè)和徑向內(nèi)側(cè)將相對(duì)較高壓力區(qū)域和相對(duì)較低壓力區(qū)域分開，徑向內(nèi)側(cè)暴露于熱氣路徑中；以及
一個(gè)或多個(gè)冷卻通道，其設(shè)于各個(gè)第一和第二軸向相鄰的環(huán)形護(hù)罩中，適合于供應(yīng)有冷卻空氣，一個(gè)或多個(gè)冷卻通道設(shè)置為用于將冷卻空氣引入到相應(yīng)的其中一個(gè)密封槽或軸向延伸的間隙中，其位于密封件的徑向內(nèi)側(cè)的相對(duì)較低壓力區(qū)域中。
[0025]方案17:根據(jù)方案15的燃?xì)鉁u輪定子構(gòu)件，其特征在于，通路在端面的一端、在相比熱氣路徑更靠近密封件的位置處是開放的。
[0026]方案18:根據(jù)方案15的燃?xì)鉁u輪定子，其特征在于，通道的朝向熱氣體的側(cè)被涂層封閉。
[0027]方案19:根據(jù)方案12的燃?xì)鉁u輪構(gòu)件，其特征在于，第一環(huán)形護(hù)罩包括定子噴嘴護(hù)罩。
[0028]方案20:根據(jù)方案15的燃?xì)鉁u輪構(gòu)件，其特征在于，第二環(huán)形護(hù)罩包括定子動(dòng)葉護(hù)罩。
[0029]現(xiàn)在將結(jié)合以下標(biāo)出的附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
【附圖說明】
[0030]圖1是沿著發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線看去的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的局部截面圖；
圖2是由圖1的標(biāo)號(hào)36所指示的圓圈區(qū)域的放大的詳圖；
圖3是根據(jù)一個(gè)示例性的但非限制性的實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪護(hù)罩部段的局部正視圖；且圖4是根據(jù)第二示例性的但非限制性的實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪護(hù)罩部段的局部正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1是沿著縱向軸線12，即，渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線看去的常規(guī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的橫截面?zhèn)纫晥D。另外還參照?qǐng)D2放大的詳圖，應(yīng)該懂得，空氣通過壓縮機(jī)16的進(jìn)氣區(qū)段14而進(jìn)入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10中。離開壓縮機(jī)16的壓縮空氣被引導(dǎo)至燃燒器18 (圖中顯示了一個(gè))，以便與燃料混合，其燃燒以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。多個(gè)燃燒器18可環(huán)狀地設(shè)置在渦輪燃燒器部件20中，并且各個(gè)燃燒器18可包括過渡件22，其將熱的燃燒氣體從燃燒器18引導(dǎo)至燃?xì)鉁u輪區(qū)段24。換句話說，各個(gè)過渡件22限定了從其相應(yīng)的燃燒器18至渦輪區(qū)段24的熱氣路徑。
[0032]所示的示例性的燃?xì)鉁u輪區(qū)段24包括三個(gè)分開的級(jí)26。各個(gè)級(jí)26包括一組或一排動(dòng)葉28，其聯(lián)接在相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉輪30上，轉(zhuǎn)子葉輪可旋轉(zhuǎn)地連接在旋轉(zhuǎn)軸線12所代表的渦輪轉(zhuǎn)子或軸上。在各個(gè)葉輪30之間是一組噴嘴40，其包含周向成排的固定的靜葉或葉片42。噴嘴靜葉42支撐在分段的內(nèi)外定子護(hù)罩或側(cè)壁44，46之間，各個(gè)部段合并一個(gè)或多個(gè)靜葉，而動(dòng)葉28被固定的定子護(hù)罩部段48所包圍。噴嘴和動(dòng)葉護(hù)罩用于包含熱的燃燒氣體，并容許動(dòng)力被有效地應(yīng)用于動(dòng)葉28。熱的燃燒氣體通過排氣區(qū)段34而離開燃?xì)鉁u輪區(qū)段24。
[0033]用于本發(fā)明的申請(qǐng)涉及密封件，其跨越徑向定向的間隙，在周向相鄰的噴嘴