渦輪發(fā)動機(jī)中的渦輪噴管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動機(jī)渦輪的扇形分段噴管，包括內(nèi)扇形環(huán)形平臺（62）和外扇形環(huán)形平臺，二者通過徑向葉型（63）連接在一起，至少其中一個平臺（62）包括多個通孔（64），供空氣在上游端附近流過，孔口分布在所述平臺（62）的周緣上，并在其遠(yuǎn)離葉型（63）的端部向平臺（62）扇形體沿圓周方向環(huán)形腔室（60）打開，該腔室通過固定到平臺扇形體上并帶有通孔（68）的金屬板（66）封閉，用來輸送冷卻空氣。
【專利說明】渦輪發(fā)動機(jī)中的渦輪噴管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動機(jī)(諸如渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動機(jī))中的一種渦輪噴管。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)上，渦輪發(fā)動機(jī)包括，從上游到下游，向燃燒室供氣的壓縮機(jī)，其將熱氣體噴入到高壓渦輪。高壓渦輪帶有至少一個噴管，其后是渦輪。噴管為扇形分段設(shè)置，并包括內(nèi)外平臺，徑向葉型在兩個平臺之間大體延伸。噴管用來提供離開燃燒室向渦輪流動的熱氣體的正確導(dǎo)向。
[0003]運行時，人們會看到來自燃燒室的熱氣體的溫度沿圓周方向并不均勻，為此，引起高壓渦輪進(jìn)氣噴管上形成熱點。為了排除這種困難，已知是在進(jìn)氣噴管內(nèi)外平臺上游附近形成通孔，這些通孔沿每個平臺的圓周分布，可使在燃燒室周圍流過的空氣得以再次引入高壓渦輪。這些空氣流用來對內(nèi)外平臺上游端進(jìn)行冷卻，并可使噴管進(jìn)口溫度沿圓周方向更為均勻。
[0004]盡管如此，這種類型的技術(shù)并不令人滿意，因為空氣以較高速度流過內(nèi)外平臺，這引起空氣在徑向上需在噴管內(nèi)外平臺之間穿行一段很長的距離。結(jié)果，該冷卻空氣與來自燃燒室的熱氣體很快混合，不能再對內(nèi)外平臺提供良好冷卻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個具體目的是提供一種這個問題的解決方案，該方案簡單，有效，且成本不高。
[0006]為此，本發(fā)明提出了渦輪發(fā)動機(jī)渦輪用的扇形分段式噴管，其包括內(nèi)扇形環(huán)形平臺和外扇形環(huán)形平臺，二者之間通過大體徑向葉型連接到一起，至少其中一個平臺包括多個通孔，用來供空氣在其上游端附近流過，通孔分布在所述平臺的周緣，噴管的特征在于，供空氣在平臺每個扇形體流過的通氣孔在遠(yuǎn)離葉型的端部展開，并進(jìn)入平臺扇形體周緣環(huán)形腔室內(nèi)，該腔室閉合，并帶有冷卻空氣輸入孔，這些孔相對于平臺的孔交錯布置，并切向偏置。
[0007]在每個平臺扇形體內(nèi)構(gòu)成閉合的環(huán)形腔室，可減少離開平臺孔眼的冷卻空氣的速度。這樣，空氣就不會滲入到內(nèi)外環(huán)形平臺之間形成的環(huán)形通道的內(nèi)部，而是更靠近位于噴管內(nèi)部的平臺端面流動。
[0008]沿圓周方向設(shè)置的環(huán)形腔室內(nèi)的孔采用相對于平臺孔眼的交錯布置形式，這可使得經(jīng)由腔室孔眼進(jìn)入的空氣通過空氣作用而冷卻平臺。這樣，可以進(jìn)一步降低進(jìn)入噴管的空氣的速度，以便能夠沿噴管內(nèi)平臺表面流動。
[0009]為此，本發(fā)明的噴管的平臺得到較好冷卻，噴管周緣溫度也與現(xiàn)有技術(shù)噴管相比更為均勻。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個特性，平臺的孔眼在葉型前緣上游的葉型旁邊展開，這樣，就可以保證平臺和葉型前緣之間結(jié)合處沿周緣更均勻冷卻。
[0011]還是根據(jù)本發(fā)明的另一個特性，平臺和每個噴管環(huán)形腔室的孔眼都有規(guī)律地相互隔開，以確保內(nèi)外平臺之間的空氣再次進(jìn)入沿周向盡可能的均勻。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的具體布置，平臺和每個噴管扇形體腔室的孔眼的軸線大體上處在垂直于噴管縱軸的公共平面上。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個特性，每個噴管扇形體的平臺的孔眼數(shù)量等于噴管扇形體腔室的孔眼數(shù)量，每個噴管扇形體平臺的孔眼的直徑與扇形體腔室的孔眼的直徑相同，這樣，可以使得壓頭損失在平臺孔眼和腔室孔眼上的分布相同。
[0014]腔室可以采用環(huán)形槽構(gòu)成，所述槽沿著每個噴管扇形體平臺厚度布置，并通過金屬薄板封閉，該薄板上設(shè)有上述空氣輸送孔。
[0015]金屬薄板可通過釬焊或焊接固定在每個噴管扇形體平臺圓柱形支撐表面上，這些表面分別位于相對于腔室的上游和下游。這些圓柱形支撐表面通過機(jī)加工而形成。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，每個噴管扇形體的平臺包括用來在其上游端固定密封裝置的徑向壁，腔室位于所述徑向壁的下游。
[0017]本發(fā)明還提供一種渦輪發(fā)動機(jī)，諸如飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，其特征在于，其包括布置在環(huán)形燃燒室的出口處的上述渦輪噴管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]通過閱讀以非限定性示例并參照附圖給出的如下說明，本發(fā)明的其它優(yōu)點和特性會顯現(xiàn)出來，附圖如下:
[0019]圖1為燃燒室和現(xiàn)有技術(shù)高壓渦輪第一噴管的軸向剖面示意圖；
[0020]圖1A為圖1所示虛線方框區(qū)域內(nèi)的放大比例示意圖；
[0021]圖2是圖1所示噴管兩個扇形內(nèi)平臺的頂視透視圖；
[0022]圖3為本發(fā)明高壓渦輪噴管內(nèi)平臺上游端的軸向剖面示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明噴管內(nèi)平臺內(nèi)側(cè)透視圖；以及
[0024]圖5為透視圖和橫剖面平面上的截面圖，所示為圖4所示內(nèi)平臺的上游端?！揪唧w實施方式】
[0025]首先參照圖1，該圖示出了現(xiàn)有技術(shù)環(huán)形燃燒室10，其中，上游高壓壓縮機(jī)(圖中未示)將壓力空氣送入兩個同軸機(jī)匣(即徑向外機(jī)匣14和徑向內(nèi)機(jī)匣18)之間形成的環(huán)形空間12內(nèi)，其中，兩個機(jī)匣之間為燃燒室10。
[0026]燃燒室10帶有構(gòu)成內(nèi)外旋轉(zhuǎn)體20和22的兩個同軸壁，和帶有固定到其上的環(huán)形整流罩26并向上游延伸的上游環(huán)形燃燒室端壁24。
[0027]環(huán)形整流罩26和環(huán)形燃燒室端壁24都帶有多個開口，以便空氣流過和安裝噴射器28，噴射器28在外部固定到外機(jī)匣14上。
[0028]燃燒室10的出口通向高壓渦輪30，高壓渦輪30帶有至少一個靜葉噴管和至少一個葉片轉(zhuǎn)輪。在圖1中，僅示出了高壓渦輪的進(jìn)氣噴管32。該噴管32固定到渦輪的外機(jī)匣34上，渦輪的外機(jī)匣34在其上游端固定到燃燒室10外機(jī)匣14的下游端。噴管32帶有內(nèi)外環(huán)形平臺36和38,內(nèi)平臺在外平臺內(nèi)延伸，并通過大體徑向葉型40連接到一起。于是，這些內(nèi)外平臺36和38在其之間形成了環(huán)形通道，供來自燃燒室10的燃燒氣體流過。
[0029]噴管32被扇形化，由以燃燒室10的旋轉(zhuǎn)軸線42為中心繞周向以一個接另一個形式布置的扇形體組成。
[0030]燃燒室的內(nèi)外圓柱形壁20和22的下游端對準(zhǔn)，并通過密封裝置連接到噴管內(nèi)外平臺36和38各個扇形體的上游端。
[0031]圖1A為內(nèi)密封裝置放大比例示意圖，該密封裝置類似于外密封裝置。這些密封裝置包括葉片42，這些葉片圍繞燃燒室10回轉(zhuǎn)軸42周圍并排沿圓周方向布置，并在其上面安裝有連接蓋板(圖中未示)。每個葉片42通過平板而沿圓周方向形成，該平板向大體上游延伸并在安裝位置向內(nèi)延伸。葉片在其中間位置通過鉚釘固定到噴管扇形體上，經(jīng)由其內(nèi)部周緣44抵住內(nèi)壁20下游端處的圓柱形輪緣46的徑向面。
[0032]在其上游端，噴管扇形體內(nèi)平臺36帶有徑向壁48和多個徑向薄片50，這些薄片相對于徑向壁而在下游軸向隔開并圍繞內(nèi)平臺36周緣有規(guī)律地分布。徑向薄片50帶有各自的孔眼52，供帶有上游端的鉚釘54穿過，該上游端穿過葉片42并置于徑向壁48徑向內(nèi)周緣的缺口內(nèi)。這樣，葉片42就固定到徑向壁48上。
[0033]葉片42安裝在徑向壁和徑向薄片之間，并抵住徑向壁的下游徑向面上，通過葉片42和內(nèi)平臺36徑向薄片50上游端面之間安裝的彈簧56而頂在上游。
[0034]在葉型前緣上游，內(nèi)平臺36的每個扇形體帶有沿周向布置的一排呈大體徑向的孔口 58，這些孔口穿過平臺36 (圖2)。這些孔口 58開口于由內(nèi)外平臺36和38所形成的環(huán)形通道。在遠(yuǎn)離葉型40的內(nèi)平臺36的一側(cè)，這些孔口 58在徑向壁48和內(nèi)平臺36徑向薄片50之間軸向打開。
[0035]同樣，外平臺38的每個扇形體帶有孔口，這些孔口開口于徑向壁和徑向薄片之間的平臺36的外表面，并開口于葉型40前緣上游的外平臺38的內(nèi)表面。
[0036]工作時，在燃燒室10周圍流動的空氣(箭頭A)分別向內(nèi)外平臺36和38內(nèi)的孔口 58供氣，從而使得兩個平臺得以冷卻。然而，穿過內(nèi)外平臺36和38的氣流以較高的速度在流動，從而使得冷卻空氣穿行很長一段距離而進(jìn)入環(huán)形通道，從而未能實現(xiàn)對噴管平臺的最佳冷卻。
[0037]本發(fā)明提供了一種針對現(xiàn)有技術(shù)問題的簡單的解決方案，即在至少內(nèi)和/或外平臺扇形體上形成周向的環(huán)形腔室，每個平臺的孔口 64在葉型前緣63上游葉型旁邊一端打開，并在帶有冷卻空氣輸入孔的閉合腔室的相對一端處打開。
[0038]圖3示出了本發(fā)明噴管扇形體上游內(nèi)端，其經(jīng)由參照圖1和IA的上述類型的密封裝置而連接到外壁20的下游端。
[0039]在圖3中，在內(nèi)平臺62上游端內(nèi)徑向壁70和密封裝置內(nèi)徑向固定薄片72之間軸向形成腔室。
[0040]該腔室60是通過對內(nèi)平臺62每個扇形體厚度處加工環(huán)形槽來形成，而且，其通過金屬薄板66來封閉，后者徑向插入徑向壁70和徑向薄片72之間，以及該金屬薄板通過釬焊或焊接而固定到槽60內(nèi)開口兩側(cè)上游和下游形成的圓柱形支撐表面74上。
[0041]槽60的周向端部封閉，并在平臺62扇形體的周向端處不打開(圖4)。這樣,通過已知類型的包括葉片的裝置，就可以在兩個面對的平臺扇形體之間保持密封結(jié)合，每個葉片帶有一個半體，該半體插入噴管扇形體的平臺的周緣的狹槽76內(nèi)，另一半插入鄰近噴管扇形體平臺對面周緣的狹槽76內(nèi)。
[0042]每個金屬板66延伸的角度距離與噴管扇形體相同。板66和平臺的孔口 68，64有規(guī)律地彼此隔開，而其各自的軸線80，82都位于與噴管縱軸78相垂直的公共平面上。
[0043]如圖5所示，板66的孔口 68的軸線80均位于平面上，該平面含有噴管的縱軸78，且大體位于平臺的兩個連續(xù)孔口 64之間。薄板66孔口 68相對于平臺62孔口 64的這種交錯布置使得平臺62通過空氣作用而得以冷卻。
[0044]每個噴管扇形體平臺62的孔口數(shù)量可以等于噴管扇形體薄板66的孔口數(shù)量，而且，例如，可在20到25個范圍內(nèi)。
[0045]薄板66孔口 68的直徑可以與噴管扇形體平臺62孔口 64的直徑相同，例如，直徑在大約0.5mm至0.6mm之間。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，每個薄板66的厚度可以是大約1_。
[0047]上面參照噴管內(nèi)平臺62介紹了本發(fā)明。然而，其同樣適用于噴管扇形體外平臺。
[0048]另外，還應(yīng)理解為，可以僅在內(nèi)平臺內(nèi)，或者僅在外平臺內(nèi)，或可在噴管的內(nèi)外環(huán)形平臺內(nèi)，形成封閉的周向腔室。
[0049]如上所述，通過使用平臺62孔口 64向內(nèi)打開和由帶孔口 68的薄板66來封閉的腔室60，可以降低圍繞燃燒室流動并經(jīng)由平臺內(nèi)孔再次進(jìn)入的部分空氣的滲入速度，從而可以使再次進(jìn)入的空氣能夠更靠近面對葉型的平臺的表面流動。
[0050]此外，因為空氣圍繞燃燒室流動且再次進(jìn)入到環(huán)形通道，結(jié)果，空氣流速低于現(xiàn)有技術(shù)，該空氣與來自燃燒室的熱氣體混合的速度減慢，從而進(jìn)一步降低了周向溫度的非均勻性，進(jìn)而，實現(xiàn)了噴管周緣溫度的良好均勻性。
【權(quán)利要求】
1.一種用于渦輪發(fā)動機(jī)渦輪的扇形噴管，包括內(nèi)扇形環(huán)形平臺(62)和外扇形環(huán)形平臺，通過大體徑向葉型(63)將兩個平臺連接在一起，至少其中一個平臺(62)包括多個通孔(64)，以便在其上游端附近的空氣流過，所述孔分布在所述平臺(62)的周緣上，所述噴管的特征在于，在平臺(62)每個扇形體用于空氣流動的通孔(64)在其遠(yuǎn)離葉型(63)的端部開口于平臺(62 )扇形體周向環(huán)形腔室(60 )，所述腔室被封閉，并帶有冷卻空氣輸送通孔(68)，這些孔口相對于平臺(62)孔口(64)交錯布局，切向偏置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴管，其特征在于，平臺(62)的通孔(64)開口于在葉型(63)前緣上游的葉型(63)旁邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噴管，其特征在于，平臺(62)和每個噴管扇形體環(huán)形腔室的通孔(64，68)的軸線(80，82)大體上處在垂直于噴管縱軸(78)的公共平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項所述的噴管，其特征在于，平臺(62)和每個噴管扇形體環(huán)形腔室的通孔(64)有規(guī)律地彼此隔開。
5.根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的噴管，其特征在于，每個噴管扇形體的平臺(62)的通孔數(shù)量等于噴管扇形體環(huán)形腔室的通孔數(shù)量。
6.根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的噴管，其特征在于，每個噴管扇形體的平臺(62)的通孔(64 )直徑與扇形體腔室的通孔(68 )直徑大體相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任何一項所述的噴管，其特征在于，腔室(60)通過每個噴管扇形體平臺(62)厚度上布置的槽形成，并由金屬板(66)來封閉，金屬板帶有上述通孔(68)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴管，其特征在于，板(66)采用釬焊或焊接固定到每個噴管扇形體平臺的兩個圓柱形支`撐表面上，這些表面分別位于相對于腔室的上游和下游。
9.根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的噴管，其特征在于，每個噴管扇形體的平臺(62)包括徑向壁，用來在其上游端固定密封裝置，而且，其特征還在于，腔室(60)位于所述徑向壁的下游。
10.一種渦輪發(fā)動機(jī)，諸如飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，其特征在于，其包括了根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的渦輪噴管，所述噴管布置在環(huán)形燃燒室的出口處。
【文檔編號】F01D9/04GK103518037SQ201280022019
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月6日
【發(fā)明者】丹尼斯·吉恩·莫里斯·桑德里斯, 迪迪爾·希波呂特·赫爾南德斯 申請人:斯奈克瑪