專(zhuān)利名稱：關(guān)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中壓縮機(jī)操作的系統(tǒng)及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)主要涉及用于改善渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和/或操作的系統(tǒng)及設(shè)備。更具體而 言，但非通過(guò)限制的方式，本申請(qǐng)涉及有關(guān)壓縮機(jī)操作、且具體而言是將泄漏流有效地再引 入到主流通路中的改進(jìn)系統(tǒng)和設(shè)備。
背景技術(shù)：
如將認(rèn)識(shí)到的那樣，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能很大程度上受到其消除或減少發(fā)生在發(fā) 動(dòng)機(jī)的渦輪段和壓縮機(jī)段兩者中的級(jí)與級(jí)之間泄漏的能力的影響。通常，發(fā)生該泄漏的 原因在于存在于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與靜止構(gòu)件之間的間隙。更具體而言，在壓縮機(jī)中，通常穿過(guò)腔 (cavity)發(fā)生泄漏，該腔由靜止的壓縮機(jī)定子葉片的護(hù)罩和與護(hù)罩相對(duì)且大致包繞護(hù)罩的 旋轉(zhuǎn)套筒所限定。從較高壓力流至較低壓力，這種泄漏導(dǎo)致與主流通路中流動(dòng)方向相反的 流動(dòng)。即是說(shuō)，流動(dòng)從護(hù)罩的下游側(cè)進(jìn)入護(hù)罩腔且沿上游方向流動(dòng)，在此情況下，泄漏從護(hù) 罩上游側(cè)排回到主流中。當(dāng)然，密封件用于限制這種流動(dòng)。然而，假定一個(gè)表面運(yùn)動(dòng)，而另一表面靜止，則常 規(guī)密封件不能防止大部分的這種泄漏流發(fā)生。期望的是減小靜止結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)之間的間 隙，但消除其由于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與靜止構(gòu)件之間不可避免的不同熱特性以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的離心特 性而通常是不切實(shí)際的。在增加對(duì)構(gòu)件制造公差以及管理熱特性和離心特性的操作條件變 化的考慮因素的情況下，常見(jiàn)的情形是在至少某些操作條件下形成泄漏間隙。當(dāng)然，泄漏通 常由存在于跨過(guò)泄漏間隙的壓力差引起。然而，盡管有可能減小跨過(guò)泄漏間隙的壓力差，但 這通常產(chǎn)生過(guò)高的成本，因?yàn)槠鋵?duì)工作流體速度構(gòu)件的空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)提出了不方便(不希 望)的限制。將應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，這種性質(zhì)的壓縮機(jī)泄漏以至少兩種明顯的方式降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效 率。第一，泄漏本身會(huì)減小經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)的主流壓力，且因此會(huì)增大在將其輸送至燃燒器之前 發(fā)動(dòng)機(jī)必須消耗以將主流壓力升高至期望水平的能量。第二，當(dāng)泄漏流離開(kāi)護(hù)罩腔且再進(jìn) 入主流通路中時(shí)會(huì)發(fā)生混合損失(或損耗)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)到的那樣，這種類(lèi)型的混合損失可能很顯著并導(dǎo) 致壓縮機(jī)效率的明顯損失?；旌蠐p失為何相對(duì)較高的一個(gè)原因是因?yàn)樵诨旌宵c(diǎn)，泄漏流和 主流沿不同的方向和/或以不同的速度流動(dòng)。更具體而言，剛經(jīng)過(guò)上一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的主流 以相對(duì)較高的速度流動(dòng)并帶有明顯的切向方向分量。相反，通過(guò)經(jīng)由護(hù)罩腔的通常曲折的 通道的泄漏流以相對(duì)較慢的速度流動(dòng)且方向主要是沿徑向方向，而且不具有主流的切向方 向分量。因此，需要的是減小當(dāng)泄漏流再進(jìn)入壓縮機(jī)主流中時(shí)發(fā)生的混合損失的改進(jìn)型系 統(tǒng)和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請(qǐng)描述了一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)包括具有護(hù)罩的定子葉片，護(hù)罩至少部分地由旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)所包繞且在該二者之間形成護(hù)罩腔，該壓縮機(jī)包括設(shè)置在 護(hù)罩腔內(nèi)的多個(gè)切向流動(dòng)引導(dǎo)件(或誘導(dǎo)件，inducer)；其中，各切向流動(dòng)引導(dǎo)件均包括設(shè) 置在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上的表面，該表面構(gòu)造成以便在旋轉(zhuǎn)時(shí)引起切向方向分量和/或增大離開(kāi)護(hù) 罩腔的泄漏流的速度。在一些示例性實(shí)施例中，切向流動(dòng)引導(dǎo)件包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上的表面，該切向 流動(dòng)引導(dǎo)件構(gòu)造成以便在旋轉(zhuǎn)時(shí)，該表面引起經(jīng)由上游間隙離開(kāi)護(hù)罩腔以便再進(jìn)入壓縮機(jī) 主流通路中的泄漏流的切向方向分量。在一些示例性實(shí)施例中，護(hù)罩腔包括含有軸向間隙的上游腔部分，該軸向間隙保 持在護(hù)罩的前面和與護(hù)罩前面相對(duì)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)表面之間。在一些示例性實(shí)施例中，切向流 動(dòng)弓I導(dǎo)件設(shè)置在上游腔部分內(nèi)。在一些示例性實(shí)施例中，上游腔部分由設(shè)置在護(hù)罩徑向外部前緣上的前緣凸緣部 分地圍?。磺邢蛄鲃?dòng)引導(dǎo)件的徑向外緣終止于前緣凸緣軸向終端的徑向位置的內(nèi)側(cè)；以及 與護(hù)罩前面相對(duì)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括梯級(jí)(Step)。在一些示例性實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括在操 作期間圍繞渦輪軸線旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件；定子葉片包括靜止構(gòu)件，該靜止構(gòu)件包括具有前緣和后 緣的翼型件(airfoil)以及位于徑向內(nèi)端的護(hù)罩；以及上游間隙包括護(hù)罩徑向外部前緣和 與護(hù)罩徑向外部前緣相對(duì)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)之間的間隙。在一些示例性實(shí)施例中，護(hù)罩腔包括中間腔部分，其包括位于護(hù)罩的內(nèi)側(cè)面和與 護(hù)罩內(nèi)側(cè)面相對(duì)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)表面之間的徑向間隙；以及下游腔部分，其包括護(hù)罩后面和與 護(hù)罩后面相對(duì)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)表面之間的軸向間隙。在一些示例性實(shí)施例中，上游腔部分、中間 腔部分和下游腔部分成流體連通；以及在壓縮機(jī)的操作狀態(tài)期間，泄漏流所包括的泄漏物 經(jīng)由下游間隙進(jìn)入護(hù)罩腔，然后沿徑向向內(nèi)流動(dòng)經(jīng)過(guò)下游腔部分，然后沿軸向上游方向流 動(dòng)經(jīng)過(guò)中間腔部分，然后沿徑向向外流動(dòng)經(jīng)過(guò)上游腔部分，然后經(jīng)由上游間隙離開(kāi)護(hù)罩腔。在一些示例性實(shí)施例中，切向流動(dòng)引導(dǎo)件包括含有面的翅片(fin)；以及翅片構(gòu) 造成使得該面大致朝向旋轉(zhuǎn)方向。在一些示例性實(shí)施例中，翅片在上游腔部分內(nèi)從旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的大致沿徑向?qū)R的表 面上沿軸向延伸。在一些示例性實(shí)施例中，上游腔部分包括梯級(jí)；以及翅片從該梯級(jí)的大致沿軸向 對(duì)齊的表面上沿徑向延伸。在一些示例性實(shí)施例中，翅片包括大致"L"的形狀；"L"形 狀的第一支腿沿大致軸向方向延伸；“L"形狀的第二支腿沿大致徑向方向延伸；以及翅 片的厚度沿大致周向方向延伸。在一些示例性實(shí)施例中，翅片的定向沿徑向方向偏移，以便翅片與沿徑向定向的 基準(zhǔn)線形成Z Θ ；以及Z Θ包括-20°至20°之間的值。在一些示例性實(shí)施例中，翅片的 定向沿軸向方向偏移，以便翅片與沿軸向定向的基準(zhǔn)線形成Z Ω ；以及Z Ω包括-20°至 20°之間的值。在一些示例性實(shí)施例中，翅片的定向沿軸向方向偏移，使得翅片朝旋轉(zhuǎn)部件 的旋轉(zhuǎn)方向傾斜。本申請(qǐng)還描述了 在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)中，該壓縮機(jī)包括具有護(hù)罩的定子葉 片，護(hù)罩至少部分地由旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)所包繞且在該二者間形成護(hù)罩腔；多個(gè)流動(dòng)引導(dǎo)件，其以規(guī) 則間距在護(hù)罩腔中設(shè)置于旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上，各流動(dòng)引導(dǎo)件均包括含有面的翅片，其中，翅片構(gòu)造 成以便該面朝向旋轉(zhuǎn)方向，以及該翅片構(gòu)造成以便在旋轉(zhuǎn)時(shí)引起離開(kāi)護(hù)罩腔流的泄漏流的切向方向分量。通過(guò)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的如下詳細(xì)描述并結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求，本申請(qǐng)的這些及 其它特征將變得明顯。


通過(guò)仔細(xì)研讀本發(fā)明示例性實(shí)施例的如下更為詳細(xì)的描述并結(jié)合附圖，將會(huì)更為 全面地理解和認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的這些及其它特征，在附圖中圖1為本申請(qǐng)的實(shí)施例可在其中使用的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)圖；圖2為圖1中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓縮機(jī)的截面視圖；圖3為圖1中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪的截面視圖；圖4為常規(guī)護(hù)罩腔的視圖；圖5為包括本申請(qǐng)的實(shí)施例的護(hù)罩腔的視圖；圖6為包括本申請(qǐng)的備選實(shí)施例的護(hù)罩腔的視圖；以及圖7為包括本申請(qǐng)備選實(shí)施例的護(hù)罩腔的視圖。零件清單50燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)52壓縮機(jī)54 渦輪56燃燒器60壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片62壓縮機(jī)定子葉片66渦輪轉(zhuǎn)子葉片68渦輪定子葉片101護(hù)罩
103旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)
105翼型件
111前緣
112后緣
109護(hù)罩腔
115上游腔部分
117中間腔部分
119下游腔部分
121前緣凸緣
125梯級(jí)
127刀刃(或刃狀)密封件
129后緣凸緣
135下游間隙
137上游間隙
141切向流動(dòng)引導(dǎo)件
151沿徑向定向的基準(zhǔn)線153沿軸向定向的基準(zhǔn)線
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參看附圖，作為背景技術(shù)，圖1至圖3示出了示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，在其中 可使用本申請(qǐng)的實(shí)施例。圖1為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)50的簡(jiǎn)圖。通常，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)從 加壓熱氣流中獲取能量來(lái)操作，該熱氣流通過(guò)燃燒壓縮空氣流中的燃料而產(chǎn)生。如圖1中 所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)50可構(gòu)造成具有通過(guò)共同軸或轉(zhuǎn)子而機(jī)械地聯(lián)接到下游的渦輪段 或渦輪M上的軸向壓縮機(jī)52，以及位于壓縮機(jī)52與渦輪M之間的燃燒器56。圖2示出了可用于圖1中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的示例性多級(jí)軸向壓縮機(jī)52的視 圖。如圖所示，壓縮機(jī)52可包括多級(jí)。各級(jí)均可包括一列壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片60，繼之以是一 列壓縮機(jī)定子葉片62。(注意，盡管圖2中未示出，但壓縮機(jī)定子葉片62可形成有護(hù)罩，圖 4中示出了其實(shí)例。)因此，第一級(jí)可包括一列壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片60，其圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)，繼之 以是一列壓縮機(jī)定子葉片62，其在操作期間保持靜止。壓縮機(jī)定子葉片62通常彼此沿周 向間隔開(kāi)，且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線固定。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片60沿周向間隔開(kāi)，且附接到軸上；當(dāng)軸在 操作期間旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片60圍繞其旋轉(zhuǎn)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的那 樣，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片60構(gòu)造成使得它們?cè)趪@軸自旋時(shí)將動(dòng)能給予流經(jīng)壓縮機(jī)52的空氣 或流體。壓縮機(jī)52可具有除圖2中所示的級(jí)之外的其它級(jí)。附加的級(jí)可包括多個(gè)沿周向 間隔開(kāi)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片60，繼之以是多個(gè)沿周向間隔開(kāi)的壓縮機(jī)定子葉片62。圖3示出了可用于圖1中燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性渦輪段或渦輪M的局部視圖。 渦輪M也可包括多個(gè)級(jí)。盡管示出了三個(gè)示例性級(jí)，但渦輪M中可存在更多或更少的級(jí)。 第一級(jí)包括多個(gè)渦輪輪葉或渦輪轉(zhuǎn)子葉片66，其在操作期間圍繞軸旋轉(zhuǎn)；以及多個(gè)噴嘴或 渦輪定子葉片68，其在操作期間保持靜止。渦輪定子葉片68通常沿周向彼此間隔開(kāi)，且圍 繞旋轉(zhuǎn)軸線固定。渦輪轉(zhuǎn)子葉片66可安裝在渦輪葉輪(未示出)上以便圍繞軸(未示出) 旋轉(zhuǎn)。還示出了渦輪M的第二級(jí)。第二級(jí)類(lèi)似地包括多個(gè)沿周向間隔開(kāi)的渦輪定子葉片 68，繼之以是多個(gè)沿周向間隔開(kāi)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片66，該渦輪轉(zhuǎn)子葉片66也安裝在渦輪葉輪 上以便旋轉(zhuǎn)。還示出了第三級(jí)，且其類(lèi)似地包括多個(gè)渦輪定子葉片68和轉(zhuǎn)子葉片66。將會(huì) 認(rèn)識(shí)到的是，渦輪定子葉片68和渦輪轉(zhuǎn)子葉片66位于渦輪M的熱氣通路中。熱氣體經(jīng)過(guò) 熱體通路的流向由箭頭示出。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的那樣，渦輪M可具有圖 3中所示級(jí)以外的其它級(jí)。各附加的級(jí)均可包括一列渦輪定子葉片68，繼之以是一列渦輪 轉(zhuǎn)子葉片66。在使用中，軸向壓縮機(jī)52內(nèi)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片60的旋轉(zhuǎn)可壓縮空氣流。在燃燒 器56中，當(dāng)壓縮空氣與燃料相混合且被點(diǎn)燃時(shí)，可釋放能量。所產(chǎn)生的源自燃燒器56的熱 氣流(可稱為工作流體)然后引導(dǎo)經(jīng)過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子葉片66，該工作流體的流動(dòng)引起渦輪轉(zhuǎn)子 葉片66圍繞軸旋轉(zhuǎn)。因此，工作流體的流動(dòng)能量轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)葉片的機(jī)械能，且由于轉(zhuǎn)子葉 片與軸之間的連接而轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能。軸的機(jī)械能然后可用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片 60旋轉(zhuǎn)，以便產(chǎn)生需要供給的壓縮空氣，以及例如還驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)以發(fā)電。將應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，為了清楚地表達(dá)本申請(qǐng)的發(fā)明，可能需要選擇表示和描述渦輪 發(fā)動(dòng)機(jī)某些機(jī)械構(gòu)件或零件的術(shù)語(yǔ)。只要有可能，則將以與其公認(rèn)含義相一致的方式使用和應(yīng)用通用的行業(yè)術(shù)語(yǔ)。然而，這意味著任一此種術(shù)語(yǔ)都給定了寬泛的含義且未狹隘地解 釋為使得本文所指含義和所附權(quán)利要求的范圍不合理地受到限制。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 將認(rèn)識(shí)到的是，通常某些構(gòu)件可稱之以若干不同的名稱。此外，本文可能描述為單個(gè)零件 的物件在另一背景下可包括和認(rèn)為是由若干組成零件構(gòu)成，或本文描述為包括多個(gè)組成零 件的物件可制成為單個(gè)零件且在一些情況下認(rèn)為是單個(gè)零件。因此，在理解文中所述的本 發(fā)明范圍時(shí)，不應(yīng)僅關(guān)注于所提供的術(shù)語(yǔ)和描述，而是還應(yīng)關(guān)注如文中所述構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、構(gòu) 造、功能和/或用途。此外，本文可使用多種描述性用語(yǔ)。這些用語(yǔ)的含義將包括以下定義。用語(yǔ)"轉(zhuǎn) 子葉片"在沒(méi)有進(jìn)一步特指的情況下表示壓縮機(jī)52或渦輪M的旋轉(zhuǎn)葉片，其包括壓縮機(jī) 轉(zhuǎn)子葉片60和渦輪轉(zhuǎn)子葉片66兩者。用語(yǔ)"定子葉片"在沒(méi)有進(jìn)一步特指的情況下表示 壓縮機(jī)52或渦輪M的靜止葉片，其包括壓縮機(jī)定子葉片62和渦輪定子葉片68兩者。用 語(yǔ)"葉片"將在文中用于表示任一類(lèi)型的葉片。因此，在沒(méi)有進(jìn)一步特指的情況下，用語(yǔ)" 葉片"包括所有類(lèi)型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片60、壓縮機(jī)定子葉片62、渦 輪轉(zhuǎn)子葉片66，以及渦輪定子葉片68。此外，如文中所用，“下游"和"上游"是指有關(guān) 流過(guò)渦輪的工作流體流的方向的用語(yǔ)。因此，用語(yǔ)"下游"意思是流動(dòng)方向，而用語(yǔ)"上 游"意思是流過(guò)渦輪的流動(dòng)相反方向。關(guān)于這些用語(yǔ)，用語(yǔ)"后"和/或"后緣"表示下 游方向、下游端和/或沿所描述的構(gòu)件的下游端的方向。而且，用語(yǔ)"前"和/或"前緣" 是指上游方向、上游端和/或沿所述構(gòu)件的上游端的方向。用語(yǔ)"徑向"是指垂直于軸線 的運(yùn)動(dòng)或位置。所述零件通常需要處于相對(duì)于軸線的不同徑向位置。在此情況下，如果第 一構(gòu)件比第二構(gòu)件更靠近軸線，則文中可認(rèn)為第一構(gòu)件處在第二構(gòu)件的"內(nèi)側(cè)"或"徑向 內(nèi)側(cè)"。另一方面，如果第一構(gòu)件比第二構(gòu)件離軸線更遠(yuǎn)，則文中可認(rèn)為第一構(gòu)件處在第二 構(gòu)件的"外側(cè)"或"徑向外側(cè)"。用語(yǔ)"軸向"是指平行于軸線的運(yùn)動(dòng)或位置。而且，用 語(yǔ)"周向"是指圍繞軸線的運(yùn)動(dòng)或位置。再參看附圖，圖4示出了具有常規(guī)護(hù)罩101的定子葉片62。如圖所示，在渦輪發(fā)動(dòng) 機(jī)操作期間旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)(本文稱為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)103)包繞護(hù)罩101。將應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，定子葉 片62為靜止的，且連接到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼(未示出)上。該連接期望的是將葉片62的 翼型件105定位在壓縮機(jī)流動(dòng)通路或主流(由箭頭106示出)內(nèi)。定子葉片62具有前緣 111和后緣112(其因此是基于主流的方向予以命名)，且定子葉片62在護(hù)罩101處終止。 出于所述原因，盡管旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)103大致包繞靜止護(hù)罩101，但通常在兩個(gè)構(gòu)件之間保持有間 隙。這些間隙大致形成本文稱為護(hù)罩腔109的部分。將應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，護(hù)罩101的功能通 常包括沿一定內(nèi)徑連接特定列內(nèi)的定子葉片62，從而提供用以限定流動(dòng)通路內(nèi)部邊界的表 面，和/或與相對(duì)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)一起形成阻止泄漏流的密封。盡管其它構(gòu)造也有可能，但在大多數(shù)情況下，護(hù)罩腔109可大致描述為具有三個(gè) 較小的互連腔，這可給定它們關(guān)于護(hù)罩101的位置而予以標(biāo)識(shí)。因此，護(hù)罩腔109可包括上 游腔部分115、中間腔部分117和下游腔部分119。護(hù)罩腔109的上游腔部分115通常是指保持在護(hù)罩101的前面和與其相對(duì)的旋轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)103表面之間的軸向間隙。護(hù)罩腔的上游部分還略微由前緣凸緣121所圍繞，如圖4 中所示，該前緣凸緣121定位在護(hù)罩101上。此外，在一些情況下，以及如圖4中所示，上游 腔部分115可包括梯級(jí)125，該梯級(jí)125形成在與護(hù)罩前面相對(duì)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)內(nèi)。
如圖所述，護(hù)罩腔109的中間腔部分117可描述為護(hù)罩101內(nèi)側(cè)面和與其相對(duì)的 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)表面之間的徑向間隙。將應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，在護(hù)罩腔的中間部分內(nèi)經(jīng)常構(gòu)造有密封 件，如所示的刀刃(或刃狀)密封件127。護(hù)罩腔109的下游腔部分119通常是指保持在護(hù)罩101后面和與其相對(duì)的旋轉(zhuǎn)結(jié) 構(gòu)103表面之間的軸向間隙。下游腔部分119可略微由后緣凸緣1 所圍繞，如圖所示，該 后緣凸緣1 通常定位在護(hù)罩101的后緣上。在操作中，如圖所示，泄漏經(jīng)由護(hù)罩腔109發(fā)生。這種泄漏通常由跨過(guò)定子葉片62 存在的壓力差引起。泄漏物通常沿著以下路徑(如箭頭133所示)泄漏物經(jīng)由下游間隙 135進(jìn)入護(hù)罩腔109，然后沿徑向向內(nèi)流經(jīng)下游腔部分119，然后沿軸向的上游方向(關(guān)于主 流方向的"上游")流動(dòng)，然后沿徑向向外的方向流動(dòng)，然后經(jīng)由上游間隙137離開(kāi)護(hù)罩腔 109。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的那樣，當(dāng)泄漏物離開(kāi)護(hù)罩腔109且再進(jìn)入主 流時(shí)，通常會(huì)發(fā)生明顯的混合損失。這些損失通常較高的一個(gè)原因是因?yàn)樵诖嘶旌宵c(diǎn)，泄漏 流和主流沿不同的方向和/或以不同的速度流動(dòng)。如上所述，剛經(jīng)過(guò)上一級(jí)的轉(zhuǎn)子葉片60 的主流以相對(duì)較高的速度流動(dòng)并帶有明顯的切向方向分量。另一方面，泄漏物通常以較慢 的速度流動(dòng)，且給定常規(guī)護(hù)罩腔109(圖4中示出了其中的一個(gè))的典型構(gòu)造的情況下，泄 漏物沿徑向向外的方向流動(dòng)，且因此通常不具有主流的切向方向分量。流動(dòng)速度和/或方 向方面的差異會(huì)增大混合損失?，F(xiàn)在參看圖5至圖7，類(lèi)似的護(hù)罩腔109示為包括根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例的切向流動(dòng) 引導(dǎo)件141的若干實(shí)例。如本文所提供的那樣，切向流動(dòng)引導(dǎo)件141包括表面，這些表面構(gòu) 造成以便在旋轉(zhuǎn)時(shí)至少引起經(jīng)由上游間隙137離開(kāi)護(hù)罩腔109的泄漏流的部分切向方向分 量和/或增大該泄漏流的速度。因此，切向流動(dòng)引導(dǎo)件141可包括多種不同形狀，其具體的 形狀將由沿護(hù)罩上游側(cè)的護(hù)罩腔形狀確定。通常，切向流動(dòng)引導(dǎo)件141形成為包括平坦面， 其平面與徑向/軸向平面(即，大致等分渦輪軸線的平面)大致對(duì)齊。如下文所述，該對(duì)齊 的變型也是可能的。即是說(shuō)，切向流動(dòng)引導(dǎo)件141的平坦面可略微偏斜或偏移，以便其與沿 徑向定向的基準(zhǔn)線和/或沿軸向定向的基準(zhǔn)線成一定角度。另外，在一些實(shí)施例中，盡管未 示出，但切向流動(dòng)引導(dǎo)件141可包括略微彎曲的面。在此種類(lèi)似的一些實(shí)施例中，該曲面表 現(xiàn)為朝旋轉(zhuǎn)方向的凹面形狀?？擅枋銮邢蛄鲃?dòng)引導(dǎo)件141的另一方式為它們保持在護(hù)罩腔109的上游腔部分 115中的位置關(guān)系。如本文所述，上游腔部分115通常是指保持在護(hù)罩101前面和與其相對(duì) 的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)103表面之間的軸向間隙。護(hù)罩腔的上游部分還略微由前緣凸緣121所圍繞， 如圖4中所示，該前緣凸緣121定位在護(hù)罩101上。如在下文提供的實(shí)例中所示，切向流動(dòng) 引導(dǎo)件141可包括翅片，這些翅片在上游腔部分115內(nèi)從旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)103沿軸向延伸。這些 翅片141定向?yàn)槭沟盟鼈兇笾麓怪庇谥芟蚍较?，即表現(xiàn)為寬廣面(其可為平的或略微彎曲 的)朝向旋轉(zhuǎn)方向。在一些情況下，如已描述的那樣，上游腔部分115可包括梯級(jí)125。在 這些情況下，切向流動(dòng)引導(dǎo)件141還可包括翅片，這些翅片從梯級(jí)表面沿徑向延伸。在一些 優(yōu)選實(shí)施例中，切向流動(dòng)引導(dǎo)件141的徑向外緣可終止于前緣凸緣121的徑向位置的內(nèi)側(cè)。 以此方式，在改變操作狀態(tài)期間，這兩個(gè)構(gòu)件之間的接觸便可避免。如圖5中所示，在一個(gè)實(shí)施例中，切向流動(dòng)引導(dǎo)件141可包括翅片141，該翅片141定位在上游腔部分115內(nèi)。如圖所示，盡管翅片141可包括許多不同的形狀，但其可具 有"L"形。該形狀在給定護(hù)罩101的形狀和包繞的護(hù)罩腔109的情況下可良好地運(yùn)行。 翅片141可定向?yàn)橐员闫淦教姑姘◤较蚱矫?軸向平面。給定圖5的透視圖，“L"的 底部支腿可沿軸向方向延伸，而頂部支腿則沿徑向方向延伸。如圖所述，翅片141相對(duì)較薄 的厚度大致沿周向方向延伸。將應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，該構(gòu)造和定向形成了軸向/徑向平面，其在作為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的部 分圍繞壓縮機(jī)軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，將在泄漏物離開(kāi)上游間隙137時(shí)將能量給予泄漏流。給定該旋 轉(zhuǎn)，將應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，該能量在泄漏物離開(kāi)和/或增大泄漏物速度時(shí)將會(huì)給予該泄漏物以 切向方向分量，這將減小流動(dòng)發(fā)生再進(jìn)入主流的混合損失。現(xiàn)在參看圖6，示出了切向流動(dòng)引導(dǎo)件141的備選實(shí)施例。圖6中所示的翅片141 類(lèi)似于圖5中的形狀，但不具有示為其它形狀的下方的沿軸向延伸的支腿。然而，圖6中翅 片141的形狀對(duì)于將期望的流動(dòng)方向和/或速度給予流出的泄漏物也是有效的，且可證明 是用于一些護(hù)罩腔109的較好形狀。圖6提供了具有面的翅片141的實(shí)例，該面從徑向/ 軸向平面略微偏斜或偏移。如圖所示，翅片141沿與徑向定向的基準(zhǔn)線151形成Z Θ的方 向延伸。在一些實(shí)施例中，翅片141定向以此方式偏移可實(shí)現(xiàn)為以便翅片朝旋轉(zhuǎn)方向"傾 斜"。在其它實(shí)施例中，翅片141定向以此方式偏移可實(shí)現(xiàn)為以便翅片遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)方向"傾 斜〃。在優(yōu)選實(shí)施例中，翅片141將定向?yàn)橐员鉠 Θ在大約-20°至20°之間。更優(yōu)選的 是，翅片141將定向?yàn)橐员鉠 θ在大約-10°至10°之間。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，該角度可〃 調(diào)節(jié)"，以便產(chǎn)生期望的流動(dòng)。現(xiàn)在參看圖7，示出了切向流動(dòng)引導(dǎo)件141的另一備選實(shí)施例。在此情況下，翅片 141包括弓形側(cè)。如本文所述，多種構(gòu)造是可能的，且圖7中的翅片141可對(duì)于將期望的切 向流動(dòng)方向和/或速度給予離開(kāi)的泄漏物是有效的，且可證明是用于特定護(hù)罩腔109形狀 的較好形狀。圖7提供了具有面的翅片141的另一實(shí)例，該面從徑向/軸向平面略微偏斜 或偏移。如圖所示，翅片141沿與軸向定向的基準(zhǔn)線153形成Z Ω的方向延伸。類(lèi)似于以 上圖6，翅片141定向以此方式偏移可實(shí)現(xiàn)為以便翅片朝旋轉(zhuǎn)方向"傾斜"，或翅片141定 向以此方式偏移可實(shí)現(xiàn)為以便翅片遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)方向"傾斜"。在優(yōu)選實(shí)施例中，翅片141將 定向?yàn)槭沟肸 Ω在大約-20°至20°之間。更優(yōu)選的是，翅片141將定向?yàn)槭沟肸 Ω在 大約-10°至10°之間。將應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，該角度可"調(diào)節(jié)"，以便產(chǎn)生期望的流動(dòng)。切向流動(dòng)引導(dǎo)件141可沿周向間隔開(kāi)，以便實(shí)現(xiàn)期望的泄漏流。通常，多個(gè)切向流 動(dòng)引導(dǎo)件141將圍繞它們所附接的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)103的圓周以規(guī)則間距間隔開(kāi)。此外，盡管切 向流動(dòng)引導(dǎo)件141形成為翅片是優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到這并非必要條件。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的那樣，上文關(guān)于若干示例性實(shí)施例描述的許 多變化的特征和構(gòu)造可進(jìn)一步有選擇地應(yīng)用以形成本發(fā)明的其它可能(可行)實(shí)施例。為 了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)和考慮到本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的能力，本文并未詳細(xì)描述各可能的重復(fù)內(nèi)容， 但認(rèn)為由所附多個(gè)權(quán)利要求包含的所有組合和可能實(shí)施例均為本申請(qǐng)的一部分。此外，本 領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的若干示例性實(shí)施例的以上描述將會(huì)想到多種改進(jìn)、變化和修 改。同樣認(rèn)為的是，處于本領(lǐng)域技術(shù)人員能力內(nèi)的這些改進(jìn)方案、變化和修改都由所附權(quán)利 要求涵蓋。此外，將應(yīng)清楚的是，上文僅涉及本申請(qǐng)所描述的實(shí)施例，以及在不脫離由所附 權(quán)利要求及其等同方案所限定的本申請(qǐng)的精神和范圍的情況下，可作出許多變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)(52)，所述壓縮機(jī)(52)包括具有護(hù)罩(101)的定子葉 片(62)，所述護(hù)罩(101)至少部分地由旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)所包繞且在該二者之間形成護(hù)罩腔 (109)，所述壓縮機(jī)(52)包括設(shè)置在所述護(hù)罩腔(109)內(nèi)的多個(gè)切向流動(dòng)引導(dǎo)件(141)；其中，各切向流動(dòng)引導(dǎo)件(141)均包括設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)上的表面，所述表面 構(gòu)造成以便在旋轉(zhuǎn)時(shí)引起離開(kāi)所述護(hù)罩腔(109)的泄漏流的切向方向分量和/或增大所述 泄漏流的速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于，各所述切向流動(dòng)引導(dǎo)件(141)均 包括設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(10 上的表面，所述表面構(gòu)造成以便在旋轉(zhuǎn)時(shí)，引起經(jīng)由上游 間隙(137)離開(kāi)所述護(hù)罩腔(109)以便再進(jìn)入所述壓縮機(jī)(52)的主流通路中的泄漏流的 切向方向分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于，所述護(hù)罩腔(109)包括上游腔部 分(115)，所述上游腔部分(115)包括保持在所述護(hù)罩(101)的前面和與所述護(hù)罩(101)的 前面相對(duì)的所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)的表面之間的軸向間隙；以及其中，所述切向流動(dòng)引導(dǎo)件(141)設(shè)置在所述上游腔部分(115)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于所述上游腔部分(115)由設(shè)置在所述護(hù)罩(101)的徑向外部前緣上的前緣凸緣部分地 圍??；所述切向流動(dòng)引導(dǎo)件(141)的徑向外緣終止于所述前緣凸緣(121)的軸向終端的徑向 位置的內(nèi)側(cè)；與所述護(hù)罩(101)的前面相對(duì)的所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)包括梯級(jí)(125)；所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)包括在操作期間圍繞所述渦輪的軸線旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件；所述定子葉片(6 包括靜止構(gòu)件，所述靜止構(gòu)件包括具有前緣和后緣的翼型件以及 位于徑向內(nèi)端的所述護(hù)罩(101)；以及所述上游間隙包括所述護(hù)罩(101)的徑向外部前緣和與所述護(hù)罩(101)的徑向外部前 緣相對(duì)的所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)之間的間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于，所述護(hù)罩腔(109)包括中間腔部分(117)，其包括所述護(hù)罩(101)的內(nèi)側(cè)面和與所述護(hù)罩(101)的內(nèi)側(cè)面相對(duì) 的所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)的表面之間的徑向間隙；以及下游腔部分(119)，其包括所述護(hù)罩(101)的后面和與所述護(hù)罩(101)的后面相對(duì)的所 述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)的表面之間的軸向間隙；其中所述上游腔部分(115)、所述中間腔部分(117)和所述下游腔部分(119)成流體連通；以及在所述壓縮機(jī)(5 的操作狀態(tài)期間，所述泄漏流包括泄漏物，所述泄漏物經(jīng)由下游間 隙(13 進(jìn)入所述護(hù)罩腔(109)，然后沿徑向向內(nèi)流經(jīng)所述下游腔部分(119)，然后沿軸向 上游方向流經(jīng)所述中間腔部分(117)，然后沿徑向向外流經(jīng)所述上游腔部分(115)，然后經(jīng) 由所述上游間隙(137)離開(kāi)所述護(hù)罩腔(109)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于，所述切向流動(dòng)引導(dǎo)件(141)包括翅片，所述翅片包括面；以及其中，所述翅片構(gòu)造成以便所述面大致朝向所述旋轉(zhuǎn)方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于，所述翅片在所述上游腔部分(115) 內(nèi)從所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)的大致沿徑向?qū)R的表面沿軸向延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于 所述上游腔部分(11 包括梯級(jí)(12 ；以及所述翅片從所述梯級(jí)(12 的大致沿軸向?qū)R的表面沿徑向延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于 所述翅片包括大致"L"的形狀；所述"L"形狀的第一支腿沿大致軸向方向延伸； 所述"L"形狀的第二支腿沿大致徑向方向延伸；以及 所述翅片的厚度沿大致周向方向延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于所述翅片的定向沿所述徑向方向偏移，使得所述翅片與沿徑向定向的基準(zhǔn)線(151)形 成Z Θ ；以及所述Z Θ包括-20°至20°之間的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于所述翅片的定向沿所述軸向方向偏移，使得所述翅片與沿軸向定向的基準(zhǔn)線(153)形 成Z Ω ；以及所述Z Ω包括-20°至20°之間的值。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)(52)，其特征在于，所述翅片的定向沿所述軸向方向 偏移，以便所述翅片朝所述旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)方向傾斜。
全文摘要
本發(fā)明涉及關(guān)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中壓縮機(jī)操作的系統(tǒng)及設(shè)備。具體而言，提供了一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)(52)，該壓縮機(jī)(52)包括具有護(hù)罩(101)的定子葉片(62)，護(hù)罩(101)至少部分地由旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)所包繞且在該二者間形成護(hù)罩腔(109)，該壓縮機(jī)(52)包括設(shè)置在護(hù)罩腔(109)內(nèi)的多個(gè)切向流動(dòng)引導(dǎo)件(141)；其中，各切向流動(dòng)引導(dǎo)件(141)均包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(103)上的表面，該切向流動(dòng)引導(dǎo)件(141)構(gòu)造成以便在旋轉(zhuǎn)時(shí)引起離開(kāi)護(hù)罩腔(109)的泄漏流的切向方向分量和/或增大該泄漏流的速度。
文檔編號(hào)F04D29/00GK102116317SQ20101062439
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者P·S·金, V·S·P·查盧瓦迪, 邱亞天 申請(qǐng)人:通用電氣公司