專利名稱：渦輪機(jī)翼面冷卻氣流微粒分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于供給渦輪機(jī)葉片的冷卻空氣的慣性微粒分離器。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求越來(lái)越高的效率和性能。為了獲得此種提高的效率和性能，常常改變發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒部件以提高出口溫度。但是，由于需要耐久性，在這樣的情況下必須提高渦輪機(jī)翼面高溫性能。為了響應(yīng)這種需要，已引入各種方法來(lái)改進(jìn)渦輪機(jī)葉片上所用的冷卻工藝。這些冷卻方案利用冷卻氣流的小孔和通道。最先進(jìn)的冷卻設(shè)計(jì)利用逐漸變小的冷卻細(xì)部。不幸，這些小的細(xì)部易于被污濁微粒堵塞。此種污濁微?？赡軄?lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)外部環(huán)境、燃料污染物、不完全燃燒的燃料微粒及其它各種微粒物質(zhì)源。由于堵塞冷卻細(xì)部，這些污濁微粒導(dǎo)致翼面的燒毀和氧化。
因此需要一種分離污染微粒以改進(jìn)使用小的內(nèi)部冷卻細(xì)部的新工藝翼面冷卻方案的耐久性。還需要改進(jìn)和減少現(xiàn)有設(shè)計(jì)中存在的翼面冷卻通道的堵塞的發(fā)生。
發(fā)明概要因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于供給渦輪機(jī)葉片的冷卻空氣的慣性微粒分離器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種渦輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用的包括多個(gè)葉片的葉片組件，每個(gè)葉片包括一壓力側(cè)，其中該多個(gè)葉片的至少一個(gè)的壓力側(cè)包括至少一個(gè)孔，該孔通過(guò)該壓力側(cè)而進(jìn)入該多個(gè)葉片的該至少一個(gè)的一內(nèi)部部分。
本發(fā)明的又一目的是提供一種從發(fā)動(dòng)機(jī)氣流中除去微粒的方法，該方法包括以下步驟；制造至少一個(gè)使包含污染微粒的空氣流橫向流過(guò)該葉片壓力側(cè)的穿通葉片壓力側(cè)的孔，收集流過(guò)該至少一個(gè)孔的污染微粒。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明的彎曲葉片的示意圖；圖2是表示增大的轉(zhuǎn)彎氣流方向的本發(fā)明彎曲葉片的示意圖；圖3是圖示示例性大小微粒的路徑的本發(fā)明彎曲葉片的示意圖；圖4是圖示作為微粒粒徑函數(shù)的捕集概率的曲線圖。
詳細(xì)描述本發(fā)明的主要目的是提供一種用于供給渦輪機(jī)葉片的冷卻空氣的慣性微粒分離器。本發(fā)明的目的主要通過(guò)向現(xiàn)有的彎曲葉片加入一個(gè)或多個(gè)其尺寸和取向足以捕集和排泄存在于空氣流中的微粒的槽或孔來(lái)達(dá)到。如下面更充分地描述的，存在于空氣流中的微粒往往沿彎曲葉片的壓力側(cè)行進(jìn)。取決于空氣流中所含的微粒的粒徑和質(zhì)量，當(dāng)微粒沖擊彎曲葉片的壓力側(cè)時(shí)，可以利用微粒的慣性來(lái)捕集微粒。通過(guò)在翼面壁中包括一系列孔或槽，可以當(dāng)空氣流通過(guò)彎曲葉片移動(dòng)時(shí)捕集相當(dāng)百分率的微粒。
參照?qǐng)D1，圖中示出本發(fā)明的多個(gè)彎曲葉片10。雖然圖中參照TOBI(機(jī)上切向注入)系統(tǒng)，但并不限于本發(fā)明的彎曲葉片。相反，本發(fā)明包括任何和所有用于減小壓力損失的葉片并降低向發(fā)動(dòng)機(jī)葉片供給的冷卻空氣的溫度。如圖中所見，彎曲葉片10包括內(nèi)腔4。每個(gè)彎曲葉片10的外緣對(duì)應(yīng)于彎曲葉片的壓力側(cè)3。圖中指示氣流15通常沿相對(duì)應(yīng)于壓力側(cè)3的方向流動(dòng)。注意在壓力側(cè)3中已制成多個(gè)孔2或槽，它們開始于葉片10的轉(zhuǎn)彎區(qū)17的一個(gè)點(diǎn)或其后處。如此處所用，“轉(zhuǎn)彎區(qū)”指葉片的置于其壓力側(cè)上的區(qū)域，在葉片壓力側(cè)上最大轉(zhuǎn)彎點(diǎn)處或其附近開始，并沿氣流15的方向延伸。包圍在氣流15中的微?？梢酝ㄟ^(guò)孔2并進(jìn)入內(nèi)腔4。由于其質(zhì)量較重，污濁的微粒不太能夠與組成氣流15的空氣分子一起轉(zhuǎn)彎而聚集在氣流的壓力側(cè)3上。結(jié)果，能夠通過(guò)孔2除去微粒。在通過(guò)孔2并進(jìn)入內(nèi)腔4后，包含污濁微粒的污濁空氣通過(guò)內(nèi)腔，從而排出到不易污染的排入位置31。排泄位置31最好保持比內(nèi)腔4低的壓力，以便提供一個(gè)足以抽引需要從主氣流中引導(dǎo)污濁微粒的氣流的抽吸力。
參照?qǐng)D3，圖示相對(duì)大微粒和相對(duì)小微粒兩者的路徑。小微粒路徑21代表一種示例性小微粒所遵循的路徑。大微粒路徑23代表一種沿氣流15的總方向行進(jìn)的示例性大微粒所遵循的路徑。注意由于沿大微粒路徑23行進(jìn)的大微粒的增大的質(zhì)量和慣性，大微粒沖擊彎曲葉片10的壓力側(cè)3和當(dāng)其沿氣流15的總方向行進(jìn)時(shí)跳動(dòng)數(shù)次。相反，由于其較小的質(zhì)量和較低的慣性，沿小微粒路徑21行進(jìn)的小微粒繼續(xù)與氣流15一起經(jīng)過(guò)彎曲葉片10。顯然，由于大微粒當(dāng)其與氣流15一起移動(dòng)時(shí)跳動(dòng)數(shù)次的傾向，增加孔2的數(shù)目以形成進(jìn)入內(nèi)腔4的通道增大了捕集任何給定的大微粒的概率。為了增大捕集沿小微粒路徑21行進(jìn)的小微粒的概率，最好增大小微粒經(jīng)歷的轉(zhuǎn)彎程度。參照?qǐng)D2，圖示從轉(zhuǎn)動(dòng)該多個(gè)彎曲葉片10中每個(gè)葉片而產(chǎn)生的增大的轉(zhuǎn)彎氣流方向13，從而增大在最大轉(zhuǎn)彎區(qū)17和沿增大的轉(zhuǎn)彎氣流方向13存在的最大轉(zhuǎn)彎量。在一優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)沿氣流15方向測(cè)量時(shí)，該孔小于1.5毫米。最好是，壓力側(cè)3被這些孔2占去的總面積為1％-25％。
上述見解用圖形示于圖4。顯然，作為微粒粒徑函數(shù)的捕集概率或“POC”總體上形成一個(gè)高斯分布曲線。也就是說(shuō)，當(dāng)微粒粒徑接近于零，即使有的話也是捕集到極少微粒，而另一方面，當(dāng)微粒粒徑接近一極大粒徑，也捕集到極少大微粒。在高斯分布曲線的左側(cè)，有兩條示例性虛線例示由于如上所述地穩(wěn)定地增大轉(zhuǎn)彎氣流方向13的轉(zhuǎn)彎角而增大的捕集任何特定小粒徑微粒的概率。同樣，在曲線的右側(cè)，有兩條示例性虛線表示由于增多槽的數(shù)目而增大的捕集大微粒的概率。
顯然，本發(fā)明提供的用于提供給渦輪機(jī)葉片的冷卻空氣的慣性微粒分離器完全滿足此前提出的目的、機(jī)制和優(yōu)點(diǎn)。雖然本發(fā)明描述了其特定實(shí)施例，但閱讀了上列描述的該技術(shù)的專業(yè)人員顯然能進(jìn)行其它替代、修改和變化。因此，本發(fā)明預(yù)期包括落入附屬的權(quán)利要求書的廣泛范圍內(nèi)的所有替代、修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用的葉片組件，包括多個(gè)葉片，每個(gè)葉片包括一壓力側(cè)，其中所述多個(gè)葉片中的至少一個(gè)的所述壓力側(cè)包括至少一個(gè)孔，該孔穿過(guò)所述壓力側(cè)而進(jìn)入所述多個(gè)葉片中的所述至少一個(gè)的一內(nèi)部部分。
2.權(quán)利要求1的微粒分離器，其特征在于，所述至少一個(gè)孔的每個(gè)孔有一小于1.5毫米的直徑。
3.權(quán)利要求1的微粒分離器，其特征在于，所述壓力側(cè)的1％-25％被所述至少一個(gè)孔所覆蓋。
4.權(quán)利要求1的微粒分離器，其特征在于，所述至少一個(gè)孔的至少一個(gè)由一個(gè)槽形成。
5.權(quán)利要求1的微粒分離器，其特征在于，所述多個(gè)葉片包括渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)彎曲葉片。
6.一種用于從發(fā)動(dòng)機(jī)氣流除去微粒的方法，包括下列步驟提供至少一個(gè)通過(guò)一葉片的壓力側(cè)的孔；使包含污染微粒的氣流通過(guò)所述葉片的所述壓力側(cè)；以及收集通過(guò)所述至少一個(gè)孔的所述污染微粒。
7.權(quán)利要求6的方法，其特征在于，收集所述污染微粒包括以下步驟將所述污染微粒接收在一內(nèi)腔內(nèi)；以及使所述污染微粒從所述內(nèi)腔移動(dòng)到一個(gè)排泄位置。
全文摘要
一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)用的葉片組件，包括多個(gè)葉片，每個(gè)葉片包括一壓力側(cè)，其中該多個(gè)葉片中的至少一個(gè)的該壓力側(cè)包括至少一個(gè)孔，該孔延伸通過(guò)該壓力側(cè)而進(jìn)入該多個(gè)葉片的該至少一個(gè)的一內(nèi)部部分。
文檔編號(hào)F01D25/32GK1590709SQ20041006446
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者E·A·赫德森 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司