專利名稱：渦輪固定環(huán)扇形體及渦輪環(huán)、渦輪和渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)組領(lǐng)域，特別涉及渦輪機(jī)渦輪的固定環(huán)扇形體的冷卻。
背景技術(shù)：
航空渦輪機(jī)通常都包括壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪。渦輪的作用就是通過弓閱來(lái)自 燃燒室熱氣體的一些壓力能量，將該能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
渦輪位于燃燒室的下游方向，是渦輪機(jī)中工作環(huán)境最為惡劣的部件。特別是， 該部件要承受離開燃燒室的熱氣體所產(chǎn)生的高溫和機(jī)械應(yīng)力。
渦輪通常包括至少一個(gè)噴嘴導(dǎo)流葉輪，其由相對(duì)于渦輪機(jī)殼體固定的葉柵組 成；還包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子，其由一套可以轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片組成。
轉(zhuǎn)子的周圍是緊緊固定到殼體上的固定環(huán)。該固定環(huán)的特殊作用就是通過其內(nèi) 表面重新構(gòu)成空氣動(dòng)力氣體流通路徑的外部界線。大多數(shù)情況下，該固定環(huán)由多個(gè) 扇形體組成。由于其始終處于熱的氣體環(huán)境中，渦輪固定環(huán)的使用壽命下降。為此， 必須對(duì)該固定環(huán)進(jìn)行冷卻，這樣才能使其有效地承受高溫環(huán)境的影響。
一種己知的解決方案是向該固定環(huán)提供多孑L板，布置在所述固定環(huán)的周圍。EP 0893577， EP 1134360， EP 0516322， EP 1225309和EP 1533478號(hào)專利文,這些多孔 行了描述。多孔板一般都呈一種槽形，也就是說(shuō)，它由一個(gè)底部和幾個(gè)側(cè)壁組 成。孔口基本上成排地分布在多孔板的底部。冷卻空氣經(jīng)由這些孔口流過多 L板， 并沖擊在固定環(huán)的壁上，從而對(duì)固定環(huán)進(jìn)行冷卻。多孑L板的底部通過間隙與固定環(huán) 隔開。所有這些現(xiàn)有技術(shù)文件都描述該間隙為固定不變的。GB 1330892和US 2003/0131980號(hào)專利文獻(xiàn)介紹了這些間隙在軸向方向上是漸進(jìn)的，但就冷卻功能而 言依然始終不能令人滿意。
溫度在固定環(huán)的各個(gè)點(diǎn)上不均勻。這種情況導(dǎo)致的結(jié)果就是環(huán)的內(nèi)部會(huì)變形。 當(dāng)該環(huán)由多個(gè)扇形體組成時(shí)，每個(gè)扇形體都呈圓形的弧度，其對(duì)應(yīng)于固定環(huán)的一個(gè) 角扇形體。多 L板則對(duì)應(yīng)于每個(gè)固定環(huán)扇形體。
第一種變形的表現(xiàn)形式是沿圓周方向扇形體出現(xiàn)曲面受損現(xiàn)象，也就是說(shuō)，導(dǎo) 致扇形體的同心度丟失，進(jìn)而固定環(huán)受到影響。
第二種變形的表現(xiàn)形式是扇形體沿軸向方向呈現(xiàn)軸向傾斜，也就是說(shuō)，導(dǎo)致扇 形體的上游部件或下游部件和固定扇形體的渦輪機(jī)的軸線(X)之間在距離上出現(xiàn)過 大偏移c
這兩種變形都會(huì)因?yàn)橄鄬?duì)布置的轉(zhuǎn)子葉片摩擦嚙合而導(dǎo)致固定環(huán)機(jī)械磨損。這 種磨損會(huì)形成葉尖和渦輪固定環(huán)之間出現(xiàn)不可逆間隙。該間隙對(duì)渦輪機(jī)的功效有害。 為了減小這些變形，固定環(huán)扇形體的^it必須保持均勻。為此，人們通常采取
的做法就是改變多孑L板的各個(gè)參數(shù)，諸如孔口的直徑、每排孔口的數(shù)量或者每排之 間的距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供比現(xiàn)有解決方案更為有效的方 妹解決上述問題。因此，
本發(fā)明涉及一種渦輪固定環(huán)扇形體，包括
*形成空氣動(dòng)力氣體流通路徑的壁，氣體經(jīng)由此路徑從所述上游區(qū)域流向所述 下游區(qū)域；
多孑L板，位于相對(duì)于所述壁的所述空氣動(dòng)力氣體流通路《規(guī)面一側(cè)，所述多
孔板包括一個(gè)底部和幾個(gè)側(cè)壁。
所述固定環(huán)扇形體的所述壁和所述多孔板底部之間的距離形成了一個(gè)間隙。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)基本特性，該間隙是漸進(jìn)性的，也就是說(shuō)，不是恒定的，而 是可變的。換句話說(shuō)，不同于已有技術(shù)的帶有多孔板的固定環(huán)扇形體，根據(jù)本發(fā)明 的多孔板的底部平面與固定環(huán)扇形體的壁的平面之間相隔空間不是恒定不變的。
該間隙的這種漸進(jìn)性能夠在軸向禾口/或圓周方向產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利特性，位于所述上游區(qū)域的所述間隙的值低于位于所述 下游區(qū)域的所述間隙的值。
所述多孔板的所述底部能夠采用多種形狀。特別是，它可以在其整個(gè)范圍內(nèi)或 僅在其中部分范圍內(nèi)成線性地、曲線地或其它階梯形地漸進(jìn)。
本發(fā)明可以有效地降低作用在固定環(huán)扇形體上的熱梯度。根據(jù)推算，可以降低
40多個(gè)開氏溫度或者更多，從而可以提高渦輪固定環(huán)的使用壽命。
根據(jù)本發(fā)明的固定環(huán)扇形體不僅可以有效地裝備在未來(lái)的渦輪上，而且目前正 在使用中的已經(jīng)裝有多孑L板的固定環(huán)扇形體的渦輪也可以裝備這種固定環(huán)扇形體。 通過確定固定環(huán)扇形體需要加強(qiáng)冷卻的區(qū)域，就可以用根據(jù)本發(fā)明提出的新的多孔 板來(lái)代替老式的多孔板，以便改善渦輪的特性，延長(zhǎng)其使用壽命，而且可以降低調(diào) 整時(shí)間，且不需要對(duì)周圍部件進(jìn)行改裝變動(dòng)。


下面參照附圖，閱讀詳細(xì)說(shuō)明，可以更清楚地了解本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)， 但本發(fā)明并不僅限于所給示例，附圖如下
圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固定環(huán)扇形體的剖面圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的多孑L板的透視圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固定環(huán)扇形體的剖面圖4為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固定環(huán)扇形體的剖面圖5為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的固定環(huán)扇形體的剖面圖6為渦輪機(jī)的透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了渦輪固定環(huán)扇形體1 ，該扇形體由帶有內(nèi)表面16和外表面17的壁 11構(gòu)成，所述內(nèi)表面16形成了空氣動(dòng)力氣體流通路徑5的外部范圍。
當(dāng)固定環(huán)扇形體1安裝至鵬輪機(jī)9的渦輪8上時(shí)，它們沿圓周方向布置在轉(zhuǎn)子 的周圍，在轉(zhuǎn)子內(nèi)，葉片3的葉尖31的位置在固定環(huán)扇形體1的壁11的內(nèi)表面的 對(duì)面。葉片3的葉尖31和固定環(huán)扇形體1壁11的內(nèi)表面16之間的空間構(gòu)成了一種 間隙4。
固定環(huán)扇形體1通常采用固定件固定到渦輪8的殼體(圖中未示出)上，固定 件一諸如凸榫14和15—從固定環(huán)扇形體1壁11的外表面17處伸出。這些凸榫14 和15位于固定環(huán)扇形體1的上游12和下游13的每個(gè)端部，用來(lái)與對(duì)應(yīng)環(huán)形槽(圖 中未示出)相配合。
上游區(qū)域和下游區(qū)域相對(duì)于空氣動(dòng)力流通路徑5的氣體流動(dòng)方向而形成。在圖 l中，上游區(qū)域52位于左側(cè)，而下游區(qū)域53位于右側(cè)。
凸榫14和15以及固定環(huán)扇形體1的壁11的外表面17所形成的空間構(gòu)成了第 一 "槽"，凸榫14和15形成了所述槽的側(cè)壁，而固定環(huán)扇形體1的壁11形成了所 述槽的底部。
這個(gè)第一槽可以安裝一個(gè)多孔板2，后者形成了第二"槽"，帶有側(cè)壁22和23
以及底部21 。多孔板2的側(cè)壁22和23的端部24和25成曲線形狀，并形成邊緣， 這樣就能夠分別支撐在固定環(huán)扇形體1的凸榫14和15上。多孔板2的厚度實(shí)際上 小于固定環(huán)扇形體1的厚度。多孔板2可以沖壓成形。這種多孔板2可以通過銅焊 固定到固定環(huán)扇形體1上。固定環(huán)扇形體1的壁11和多孔板2的底部21之間形成 一個(gè)空間，構(gòu)成間隙7。
增壓的冷卻空氣由能夠提供新鮮空氣的壓縮機(jī)或任何其它類j蝶置提供，從燃 燒室端壁引出，輸送到相對(duì)于多孑L板2的固定環(huán)扇形體'1的對(duì)面一側(cè)空間6內(nèi)?？?間6的過大壓力迫使冷卻空氣經(jīng)由孔口 20流過多？L板2，如圖2所示。孔口 20可 以采用放電加工(Electro Discharge Machining, EDM)方法或激光鉆 L方S^形成。
經(jīng)由孔口 20從多孔板2流出的冷卻空氣沖擊著固定環(huán)扇形體1的壁11的夕卜表 面17。在每個(gè)孔口 20的對(duì)面的每個(gè)沖擊區(qū)域產(chǎn)生熱交換。這樣加熱的空氣然后經(jīng) M道(圖中未示)被排放到空氣動(dòng)力氣體箭iil路徑5，所述通道通常在固定環(huán)扇 形體1上形成。這些通道可以與上述文件中所描述的通道相類似，例如EP 0516322 號(hào)文件，該文件披露的固定環(huán)扇形體帶有非常狹長(zhǎng)的通道。從這些通道流出的空氣 進(jìn)入到空氣動(dòng)力氣體^il路徑5時(shí)，其流量必須足夠大，這樣就可以在固定環(huán)扇形 體1的上游區(qū)域12處形成一個(gè)空氣膜。本發(fā)明可以使上游區(qū)域12的空氣流量大于 固定環(huán)扇形體1的下游區(qū)域13的流量。
熱交換系數(shù)取決于孔口20和沖擊區(qū)域之間的距離，進(jìn)而也就取決于間隙7。 一 般來(lái)講，減小間隙7就可以提高熱交換系數(shù)。相反，增加間隙7就會(huì)降低熱交換系 數(shù)。因此，通過改變間隙7來(lái)局部控制冷卻空氣和固定環(huán)扇形體1之間的熱交換。 另外，這個(gè)參數(shù)也可以與能夠改變熱交換系數(shù)的至少其中一個(gè)其它已知參數(shù)進(jìn)行結(jié) 合，諸如孔口直徑、每排孔口的數(shù)量或每排之間的距離等。
因?yàn)闊釟怏w是從上游區(qū)域52向下游區(qū)域53漸進(jìn)的，固定環(huán)扇形體1的上游部 分12 —般都比固定環(huán)扇形體1的下游部分13更熱。為此，建議加強(qiáng)上游部分12 的冷卻。在這種情況下，多孑L板2是這樣設(shè)計(jì)的，即位于固定環(huán)扇形體1上游區(qū)域 12的間隙7要小于位于固定環(huán)扇形體1下游區(qū)域13的間隙7。
如圖1所示，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，間隙7呈線性漸進(jìn)。多 L板2的底部 21在與渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(X)相交的平面上延伸，該平面與渦輪機(jī)9的旋轉(zhuǎn)軸線(X) 相一致。多孔板2的底部21與渦輪8的旋轉(zhuǎn)軸線(X)構(gòu)成角度ct。該角度a必須大 于0°，而且可以達(dá)到45。。根據(jù)每個(gè)渦輪的工作條件，調(diào)整正確的斜度可以使固定
環(huán)扇形體1的溫度更為均勻。
如圖3所示，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，間隙7的值是成階梯性的漸進(jìn)的，多
孑L板2的底部21帶有一個(gè)"臺(tái)階"形狀。多孔板2的底部21由多個(gè)連續(xù)的"臺(tái)階" 或"階梯"121a、 121b和121c組成。
如圖4所示，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，間隙7是在多孑L板2的第一部分221a 的X寸面呈恒定不變的，而在多孑L板2的第二部分221b的對(duì)面則是漸進(jìn)的，這種漸進(jìn) 可以是線性的，也可以是曲線性的。在圖4給出的示例中，第二部分221b為線性漸 進(jìn)，與第一部分221a形成一個(gè)角度P。這個(gè)角度P必須大于0。，而且可以達(dá)到 60。。
如圖5所示，在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，間隙7沿一個(gè)曲線呈曲線形式漸進(jìn)， 例如，單調(diào)曲線，這禾中曲線從上游區(qū)域向下游區(qū)域增加。這樣，葉片2的底部321 在固定環(huán)扇形體1的壁11的對(duì)面呈凸的。
雖然上面的實(shí)施例介紹了間隙7是在軸向方向(X)上漸進(jìn)的，但還可以調(diào)節(jié)間 隙7，使其可以在圓周方向(Y)上，在與軸向方向相垂直的平面上實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)，以便 克服糾正扇形體間的泄漏弓l起的熱影響。
另外，本發(fā)明還涉及一種渦輪環(huán)，包括多個(gè)如上所述的固定環(huán)扇形體，還涉及 一種渦輪8，如圖6虛線部分所示，包括上述渦輪環(huán)。
另外，本發(fā)明還涉及一種渦輪機(jī)9，也如圖6所示，包括了上述渦輪8。
權(quán)利要求
1.一種渦輪固定環(huán)扇形體，包括●形成空氣動(dòng)力氣體流通路徑的壁，氣體經(jīng)由此路徑從上游區(qū)域流向下游區(qū)域；●多孔板，位于相對(duì)于所述壁的所述空氣動(dòng)力氣體流通路徑對(duì)面一側(cè)，所述多孔板包括一個(gè)底部和幾個(gè)側(cè)壁；所述固定環(huán)扇形體的壁和所述多孔板底部之間的空間形成了間隙，該間隙在軸向方向上是漸進(jìn)的，從所述上游區(qū)域向所述下游區(qū)域漸進(jìn)，其特征在于位于所述上游區(qū)域的所述間隙的值要低于位于所述下游區(qū)域的所述間隙的值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪固定環(huán)扇形體，其特征在于所述間隙為線性 漸進(jìn)的。
3. 根據(jù)權(quán)禾腰求1所述的渦輪固定環(huán)扇形體，其特征在于所述間隙為曲線 漸進(jìn)性的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪固定環(huán)扇形體，其特征在于所述間隙在所述 多孔板的第一部分的對(duì)面是恒定不變的，在所述多孔板的第二部分的對(duì)面是漸進(jìn)的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪固定環(huán)扇形體，其特征在于所述間隙在所述多孔板的所述第二部分的對(duì)面是線性漸進(jìn)的。
6. 根據(jù)權(quán)禾腰求4所述的渦輪固定環(huán)扇形體，其特征在于所述間隙在所述多孑L板的所述第二部分的對(duì)面呈曲線方式漸進(jìn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6戶腿的渦輪固定環(huán)扇形體，其特征在于所述間P京在所述 多孔板的所述第二部分的對(duì)面沿一個(gè)單調(diào)的遞增曲線呈曲線方式漸進(jìn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪固定環(huán)扇形體，其特征在于所述間隙的值呈 階梯形漸進(jìn)的，所述多孔板的所述底部帶有一個(gè)臺(tái)階形狀。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求所述的任一種渦輪固定環(huán)扇形體，其特征在于所述間 隙在圓周方向上是漸進(jìn)的。
10. —種渦輪環(huán)，包括多個(gè)根據(jù)上述權(quán)利要求所述的任一種固定環(huán)扇形體。
11. 一種渦輪，包括根據(jù)上面權(quán)利要求所述的渦輪環(huán)。 12. —種渦輪機(jī)，包括根據(jù)上面權(quán)利要求所述的渦輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)組領(lǐng)域，特別涉及渦輪機(jī)(9)的渦輪(8)的固定環(huán)扇形體(1)的冷卻。本發(fā)明特別涉及一種渦輪固定環(huán)扇形體(1)，包括形成空氣動(dòng)力氣體流通路徑(5)的壁(11)，氣體經(jīng)由此路徑(5)從上游區(qū)域(52)流向下游區(qū)域(53)；多孔板(2)，位于相對(duì)于所述壁(11)的所述空氣動(dòng)力氣體流通路徑(5)對(duì)面一側(cè)，所述多孔板(2)包括一個(gè)底部(21，121，221，321)和幾個(gè)側(cè)壁(22，23)。所述固定環(huán)扇形體(1)的所述壁(11)和所述多孔板(2)底部(21，121，221，321)之間的空間形成了一個(gè)間隙(7)，該間隙在軸向方向上是漸進(jìn)的，從上游區(qū)域(52)向下游區(qū)域(53)漸進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明，位于上游區(qū)域(52)的間隙的值要低于位于下游區(qū)域(53)的間隙的值。
文檔編號(hào)F01D9/04GK101173612SQ20071016436
公開日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月30日
發(fā)明者伊萬(wàn)·伯特爾, 克萊爾·多利恩·多琳 申請(qǐng)人:斯奈克瑪