專利名稱：渦輪裝置和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)特別是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪裝置。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣體(例如大氣空氣)在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)區(qū)段中被壓縮，隨后流動(dòng)到燃燒區(qū)段，在燃燒區(qū)段中，燃料被添加、混合和燃燒?，F(xiàn)在高能量的燃燒氣體于是被引導(dǎo)至渦輪區(qū)段，能量在該渦輪區(qū)段被取出并被應(yīng)用于產(chǎn)生軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。渦輪區(qū)段包括多行交替的不旋轉(zhuǎn)的定子導(dǎo)流片和可運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子葉片。每一行定子導(dǎo)流片將燃燒氣體以優(yōu)選的進(jìn)入角引導(dǎo)至下游行的轉(zhuǎn)子葉片。這些成行的轉(zhuǎn)子葉片然后將執(zhí)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而引起至少一個(gè)軸回轉(zhuǎn)，該軸可驅(qū)動(dòng)位于壓縮機(jī)區(qū)段內(nèi)的轉(zhuǎn)子和/或發(fā)電機(jī)。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪區(qū)段的已知噴嘴導(dǎo)流片組件可包括沿圓周延伸的一組成角度分隔開(kāi)的翼面。內(nèi)外平臺(tái)構(gòu)件與翼面分離，并且每個(gè)平臺(tái)構(gòu)件可包括內(nèi)外表層(skin)。表層可具有翼面成型孔口，翼面突出穿過(guò)這些孔口。內(nèi)表層用于限定穿過(guò)組件的氣體流的相應(yīng)邊界。由于在渦輪區(qū)段內(nèi)可能出現(xiàn)高溫，因而外表層可被提供有大量的沖擊冷卻孔口。通過(guò)使高壓冷卻流體流過(guò)這些孔口并沖擊內(nèi)表層，可提供內(nèi)表層的有效冷卻。與此類似的噴嘴導(dǎo)流片被限定在專利US 4，300, 868中。
進(jìn)行冷卻的原因是因?yàn)樵跍u輪流動(dòng)管道中具有非常高的溫度。暴露于熱氣體的平臺(tái)的表面承受劇烈的熱效應(yīng)。為了冷卻平臺(tái)，具有穿孔的壁元件可被布置在平臺(tái)的背離熱氣體的表面前方。冷卻空氣經(jīng)由壁元件中的孔而進(jìn)入，并沖到平臺(tái)的背離熱氣體的表面。這實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)材料的有效沖擊冷卻。
除平臺(tái)之外，一般還要冷卻翼面，例如通過(guò)將冷卻空氣注入到翼面的中空內(nèi)部來(lái)進(jìn)行冷卻。
一圈導(dǎo)流片可通過(guò)多個(gè)導(dǎo)流片節(jié)段而被布置。包括內(nèi)平臺(tái)、外平臺(tái)和至少一個(gè)翼面的節(jié)段可被鑄造成單一件。用于沖擊的板作為分離工件可隨后被裝配到鑄造節(jié)段。
替代性地，根據(jù)US 6，632，070B1，平臺(tái)也可包括若干工件。平臺(tái)可具有所謂的分離區(qū)域，其可被實(shí)現(xiàn)成分離部件。分離區(qū)域可被布置有多個(gè)冷卻凹窩，它們由具有沖擊冷卻開(kāi)口的沖擊冷卻片覆蓋，從而使得冷卻空氣的射流能夠沖到冷卻凹窩的表面。
根據(jù)美國(guó)專利US 5，743，798A，沖擊板可靠置在噴嘴節(jié)段的臺(tái)階上。對(duì)于每個(gè)翼面，似乎需要分離的噴嘴節(jié)段。對(duì)每個(gè)噴嘴節(jié)段提供多個(gè)沖擊板，以便單獨(dú)被放置在多個(gè)隔間中。隔間通過(guò)內(nèi)部橫桿被分開(kāi)，內(nèi)部橫桿具有彼此流體連通的開(kāi)口。翼面流體入口或流體出口的邊沿被升高，從而使得入口突出在沖擊板上方，并且使得小的通孔穿過(guò)邊沿，以便允許沖擊流體從隔間進(jìn)入到中空翼面。顯然，這需要裝配大量的小段沖擊板。
本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供用于渦輪噴嘴節(jié)段的冷卻特征，從而使得可靠地進(jìn)行翼面和平臺(tái)的冷卻。此外，額外的目標(biāo)是要具有易于裝配的相當(dāng)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖減少或減輕這些缺點(diǎn)。
此目標(biāo)通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的有利的改進(jìn)和修改。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種渦輪裝置:包括第一平臺(tái)、第二平臺(tái)、多個(gè)翼面以及沖擊板。所述多個(gè)翼面中的每一個(gè)在所述第一平臺(tái)或護(hù)罩與所述第二平臺(tái)或護(hù)罩之間延伸，所述第一平臺(tái)和所述第二平臺(tái)形成主流體路徑的一個(gè)區(qū)段。特別地，本發(fā)明可涉及渦輪導(dǎo)流片組件或渦輪導(dǎo)流片節(jié)段，其中形成環(huán)形管道的多個(gè)節(jié)段包括一組翼面，熱的工作流體穿過(guò)管道與平臺(tái)和翼面接觸。根據(jù)本發(fā)明，第二平臺(tái)具有與所述主流體路徑相對(duì)的表面，該表面具有多個(gè)凹部，所述凹部由凸起的邊緣或凸緣圍繞，所述邊緣對(duì)可安裝的沖擊板提供支撐。所述邊緣被形成為第一封閉環(huán)圈和第二封閉環(huán)圈，所述第一封閉環(huán)圈圍繞所述多個(gè)凹部中的第一凹部并進(jìn)一步圍繞所述多個(gè)翼面中第一翼面的第一孔口，所述第二封閉環(huán)圈圍繞所述多個(gè)凹部中的第二凹部并進(jìn)一步圍繞所述多個(gè)翼面中第二翼面的第二孔口，從而使得，所述邊緣的一部分在所述第一凹部與所述第二凹部之間限定了用于阻擋冷卻流體的連續(xù)屏障，并且使得，所述屏障形成用于所述沖擊板的中心區(qū)域的配合表面。
所述屏障可被視為是流動(dòng)阻擋器或竄流阻擋器或流體屏障，用于完全阻擋可能以其他方式沿著所述第二平臺(tái)的表面而發(fā)生的冷卻流體流。因而，所述屏障將所述第一凹部和所述第二凹部彼此分離。
“封閉環(huán)圈”指的是在邊緣中不存在孔口、通道或切口。
當(dāng)被裝配時(shí)，所述沖擊板可被安裝在所述邊緣的頂上。所述邊緣可具有平坦表面，其中所述平坦表面被定位在圓柱形面(cylindrical plane)中，以便形成用于所述沖擊板的配合表面。
因而，所述邊緣可與配合的沖擊板連續(xù)接觸。所述邊緣可以是齊平的。
所述沖擊板可被布置成使得所述多個(gè)凹部的表面在操作期間經(jīng)由沖擊冷卻而被冷卻。所述沖擊板可提供多個(gè)小孔，冷卻流體(特別是冷卻空氣)能夠穿過(guò)這多個(gè)小孔，從而使得它們將沿基本上垂直的方向來(lái)沖擊到相對(duì)的表面。
所述沖擊板可特別被設(shè)定尺寸成使得單件式?jīng)_擊板可覆蓋所述第一凹部和所述第二凹部。
如前所限定的，所述渦輪裝置可特別地為多翼面節(jié)段，例如每段上具有兩個(gè)翼面。換言之，所述第一平臺(tái)、所述第二平臺(tái)和所述多個(gè)翼面可被建造成單一件式渦輪噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段。
在這類多導(dǎo)流片節(jié)段上，尤其是當(dāng)平臺(tái)沖擊流體進(jìn)一步用于額外地從內(nèi)部冷卻翼面時(shí)，每一翼面的流動(dòng)分離通常難以控制或預(yù)測(cè)。這通過(guò)本發(fā)明的具有屏障的渦輪裝置而被改善，所述屏障限制了提供到第一凹部的沖擊流體以使其連續(xù)流動(dòng)到第一翼面的孔口中，但不允許通往第二翼面的孔口的竄流。
本發(fā)明對(duì)于下述構(gòu)造尤其有利，在這些構(gòu)造中，翼面內(nèi)的翼面沖擊管不具有獨(dú)立的冷卻流體源，和/或不存在將經(jīng)由沖擊板提供的冷卻流體在沖擊待冷卻表面之后排放到主流體路徑中的額外通道。
根據(jù)本發(fā)明，所述屏障形成了用于所述沖擊板的中心區(qū)域的配合表面。因而，所述屏障能夠用作所述沖擊板的額外支撐，由此避免所述沖擊板的塌陷。考慮到一旦裝配到所述渦輪裝置則可能隨后遵循圓柱體節(jié)段形式的所述沖擊板的基本平坦長(zhǎng)方體形狀，所述沖擊板的中心區(qū)域可以是在長(zhǎng)方體的兩個(gè)相對(duì)端之間的基本一半長(zhǎng)度距離處的區(qū)域。
應(yīng)注意，所述沖擊板可以基本上是平坦的，例如由金屬板片形成，但這不應(yīng)意味著不能存在類似肋的延伸部。其可以是局部擠壓的鋸齒部，例如使其更具剛性。剛性肋與完全平坦的沖擊板相比可能會(huì)略微改變沖擊高度。
在一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一凹部可包括用于冷卻所述第一翼面的內(nèi)部的至少一個(gè)第一孔口，和/或所述第二凹部可包括用于冷卻所述第二翼面的內(nèi)部的至少一個(gè)第二孔口。所述第一孔口可具有升高的第一邊沿，所述第一邊沿被配置成具有的高度小于所述邊緣的高度，和/或所述第二孔口可具有升高的第二邊沿，所述第二邊沿被配置成具有的高度小于所述邊緣的高度。所述高度可被定義成從相應(yīng)的凹部的表面分別距所述邊沿或邊緣的定表面的距離，所述距離沿垂直于所述凹部的表面的方向進(jìn)行測(cè)量。一旦被裝配到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述高度代表沿旋轉(zhuǎn)軸線方向得到的徑向距離。
利用此特征，沖擊的冷卻流體可持續(xù)流動(dòng)到中空翼面的內(nèi)部用于冷卻這些翼面。另外，所述沖擊板可提供與翼面的孔口相對(duì)的孔，其具有的直徑大于沖擊孔，從而進(jìn)一步，非沖擊流體也能夠被提供到翼面的內(nèi)部。因而，直接提供到翼面的冷卻流體與沖擊的冷卻流體將混合。
如前所述，所述渦輪裝置特別是環(huán)形的渦輪噴嘴導(dǎo)流片裝置。所述第一平臺(tái)可被配置成基本上是一段第一圓柱體的形式，所述第二平臺(tái)可被配置成基本上是一段第二圓柱體的形式，所述第二圓柱體與所述第一圓柱體圍繞軸線同軸布置。所述第一和第二平臺(tái)可各自具有軸向尺寸和圓周尺寸或膨脹部，即，它們沿軸向方向和圓周方向跨越。
所述第一和第二平臺(tái)甚至皆可形成多段截錐形錐體。這些錐體可被同軸地布置。
平臺(tái)甚至可以不具有平坦的表面，但兩個(gè)平臺(tái)可顯示出會(huì)聚區(qū)段然后是沿軸向方向的發(fā)散區(qū)段。在其他實(shí)施方式中，兩個(gè)平臺(tái)可沿軸向方向連續(xù)發(fā)散。所有這些實(shí)施方式可被視為落入本發(fā)明的范圍，即使在下文中或許僅僅解釋了這些構(gòu)造中最簡(jiǎn)單的一只構(gòu)造。
所述沖擊板將靠置在其上的邊緣可特別地包括沿圓周方向的第一升高部、沿圓周方向的第二升高部、沿軸向方向的第三升高部和沿軸向方向的第四升高部，所有升高部形成了用于所述沖擊板的邊界區(qū)域的配合表面。對(duì)于邊界區(qū)域，指的是所述沖擊板的最大表面上的矩形區(qū)域，其起始于所述沖擊板的窄端面并沿該表面持續(xù)一個(gè)短的距離。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述屏障可基本上指向軸向方向并形成用于所述沖擊板的中心區(qū)域的配合表面。一旦所述沖擊板被裝配到所述第二平臺(tái)，則所述屏障將阻擋從一個(gè)凹部到另一個(gè)凹部的沖擊流體流。特別地，所述屏障可包括彎曲部，所述彎曲部基本上平行于所述第一翼面和/或所述第二翼面的定向。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二平臺(tái)可包括沿所述第二平臺(tái)的第一軸向端方向的第一凸緣和沿所述第二平臺(tái)的第二軸向端方向的第二凸緣，所述屏障基本上橫跨在所述第一凸緣與所述第二凸緣之間。另外，所述沖擊板可占據(jù)兩個(gè)凸緣之間的所有空間。
如已先前所示，除了控制冷卻流體流，所述邊緣可對(duì)所述沖擊板提供支撐。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述邊緣可對(duì)所述沖擊板提供唯一支撐。在所述凹部的將與所述沖擊板接觸的區(qū)域中可不存在另外的肋。換言之，所述邊緣被配置成使得所述沖擊板一旦裝配到所述第二平臺(tái)，則相對(duì)于所述凹部被連續(xù)升高，以便除了在支撐邊緣處外，形成用于沖擊冷卻的增壓腔。
本發(fā)明還涉及一種完整的渦輪噴嘴，其包括多個(gè)本發(fā)明的渦輪裝置。此外，本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的完整的渦輪區(qū)段，其至少包括具有多個(gè)本發(fā)明渦輪裝置的渦輪噴嘴。另外，本發(fā)明還涉及一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是固定不動(dòng)的工業(yè)用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括具有如前所述的多個(gè)渦輪裝置的至少一個(gè)導(dǎo)流片環(huán)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在這種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間，由所述第一凹部和相對(duì)的沖擊板限定的第一空間或增壓腔可與所述第一翼面的中空主體流體連通，由所述第二凹部和所述相對(duì)的沖擊板限定的第二空間可與所述第二翼面的中空主體流體連通。
該流體連通將被實(shí)現(xiàn)為使得，在操作期間，經(jīng)由一個(gè)沖擊板的孔引導(dǎo)至所述第一凹部的沖擊冷卻流體連續(xù)流動(dòng)到所述第一翼面的中空主體。
所述第一空間和/或所述第二空間可基本上不具有通過(guò)所述第二平臺(tái)進(jìn)入到所述主流體路徑的通道，從而使得全部量的沖擊冷卻流體將最終進(jìn)入到所述第一翼面的中空主體。
應(yīng)再次提到的是，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，單一沖擊板將覆蓋所述第一凹部和相鄰的第二凹部。
即使是針對(duì)可能為徑向外平臺(tái)的所述第二平臺(tái)解釋了大多數(shù)特征，但各特征可替代性地或附加地適用于徑向內(nèi)平臺(tái)。
應(yīng)注意，已參照不同主題描述了本發(fā)明的實(shí)施例。特別地，參照設(shè)備類型權(quán)利要求描述了一些實(shí)施例，參照方法類型權(quán)利要求描述了其他實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上文和下文的描述應(yīng)知曉，除非另有說(shuō)明，否則，除了屬于一種類型主題的各特征的任一組合之外，與不同主題有關(guān)的各特征之間的任一組合，特別是設(shè)備類型權(quán)利要求的各特征與方法類型權(quán)利要求的各特征之間的任一組合，都應(yīng)被視為已被本申請(qǐng)公開(kāi)。
根據(jù)下文將描述的實(shí)施例，本發(fā)明上文限定的各方面以及進(jìn)一步的各方面將變得清楚明了，并且參照這些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明上文限定的各方面以及進(jìn)一步的各方面進(jìn)行解釋。


現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，這僅僅是出于示例的目的，附圖中: 圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的兩種不同類型的渦輪導(dǎo)流片組件的透視圖； 圖2示出了渦輪導(dǎo)流片組件的圓形排列； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有沖擊板的渦輪導(dǎo)流片裝置的透視圖； 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的不帶沖擊板的渦輪導(dǎo)流片裝置的透視圖。
附圖中的圖示是示意性的。要說(shuō)明的是，對(duì)于不同附圖中相似或相同的元件，將使用相同的附圖標(biāo)記。
一些特征以及特別是一些優(yōu)點(diǎn)將針對(duì)裝配好的燃?xì)鉁u輪進(jìn)行解釋，但顯而易見(jiàn)的是，各特征還能夠應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪的單個(gè)部件，但僅在裝配好時(shí)以及操作期間表現(xiàn)出所述的優(yōu)點(diǎn)。但是，當(dāng)通過(guò)處于操作期間的燃?xì)鉁u輪進(jìn)行解釋時(shí)，所有的細(xì)節(jié)都不應(yīng)被局限于操作中的燃?xì)鉁u輪。
下文將使用用語(yǔ)“內(nèi)”和“外”、“上游”和“下游”，即使這些用語(yǔ)僅在裝配好和/或正在操作的燃?xì)鉁u輪中才有意義?？紤]到具有旋轉(zhuǎn)軸線(轉(zhuǎn)子部分將圍繞旋轉(zhuǎn)軸線回轉(zhuǎn))的燃?xì)鉁u輪，“內(nèi)”指的是沿著朝向軸線的方向徑向向內(nèi)，“外”指的是沿著遠(yuǎn)離軸線的方向徑向向外?！吧嫌巍被颉扒皩?dǎo)”被用來(lái)相對(duì)于主流體流描述那些先于處于“下游”或“尾隨”位置的部分被主流體沖擊到的部分。當(dāng)談到渦輪區(qū)段時(shí)，軸向方向可與主流體流的下游方向一致。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參照?qǐng)D1A，其引自美國(guó)專利公布US 7，360，769B2，示出了一個(gè)渦輪導(dǎo)流片裝置100，該渦輪導(dǎo)流片裝置包括兩個(gè)翼面400、第一平臺(tái)200和第二平臺(tái)300。根據(jù)該圖，它們看起來(lái)可能是通過(guò)鑄造而被建造成一個(gè)單一件。
在操作期間，用于冷卻的空氣可被提供至翼面400的中空內(nèi)部。冷卻特征可存在于翼面400的內(nèi)部?？諝饪山?jīng)由多個(gè)冷卻孔402而離開(kāi)，其可對(duì)翼面400的外殼提供薄膜冷卻。一部分空氣還可在尾隨邊緣區(qū)域中從翼面排放。
圖1B示出了與US 2010/0054932 Al所公開(kāi)的不同類型的僅具有單一翼面400的渦輪導(dǎo)流片裝置100。渦輪導(dǎo)流片裝置100此外還包括第一平臺(tái)200和第二平臺(tái)300。第二平臺(tái)300具有三個(gè)孔口 401，其為冷卻空氣提供通往翼面400的中空內(nèi)部的入口。冷卻流體流由箭頭50表示。燃燒和加速的空氣氣體混合物的主流體流50由箭頭40表示。
根據(jù)圖1A和IB的渦輪裝置100被構(gòu)造成一段環(huán)形流體管道。圖2示出了從軸向位置圍繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪區(qū)段的軸線A布置的如圖1B限定的多個(gè)這些節(jié)段。軸線A將垂直于圖面。如將在圖2中可見(jiàn)，屬于徑向向內(nèi)平臺(tái)的第一平臺(tái)200和屬于徑向向外平臺(tái)的第二平臺(tái)好像是同心圓。多個(gè)渦輪裝置100形成環(huán)形通道，主流體將經(jīng)過(guò)該環(huán)形通道。
基于圖1和圖2的構(gòu)造，在圖3和圖4中以透視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的作為渦輪裝置的本發(fā)明的噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段I。所示的噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段I基于圖1所公開(kāi)的構(gòu)造，被鑄造為具有第一平臺(tái)2、第二平臺(tái)3和兩個(gè)翼面，兩個(gè)翼面為僅在圖4A中由翼面形式的孔口8A表示的第一翼面4A和第二翼面4B。如前所述，噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段I為渦輪導(dǎo)流片級(jí)的一個(gè)區(qū)段，其將被裝配到完整的環(huán)形環(huán)，該完整的環(huán)形環(huán)類似于圖2所示的環(huán)形環(huán)。
在圖3中，噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段I的構(gòu)造被顯示為具有附接的沖擊板7，如裝配好時(shí)所呈現(xiàn)的那樣。圖4示出了不具有附接的沖擊板7的完全相同的噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段I。因而，在下文中，所有描述適用于圖3和圖4。
主流體流由箭頭40表示，因而，翼面4A和4B的前導(dǎo)邊緣處于左側(cè)(在附圖中不可見(jiàn))，翼面4B、4B的尾隨邊緣處于右側(cè)(僅翼面4B的尾隨邊緣在附圖中可見(jiàn))。
在圖4中由矢量a、c、r表示坐標(biāo)。矢量a代表平行于裝配的燃?xì)鉁u輪的旋轉(zhuǎn)軸線(在圖2中由A表示)的軸向方向。代表徑向方向的矢量r根據(jù)該旋轉(zhuǎn)軸線而得到。矢量c代表正交于軸向方向和徑向方向的圓周方向。
在下文中，將聚焦于第二平臺(tái)3，其為徑向外平臺(tái)。附加地或替代性地，多數(shù)描述也可適用于屬于徑向內(nèi)平臺(tái)的第一平臺(tái)2。
第二平臺(tái)3包括第一凸緣15A和第二凸緣15B。這些凸緣15A和15B可限定用于沖擊板7的軸向空間。
如圖4所示，第二平臺(tái)3的與主流體路徑相對(duì)的表面包括第一凹部5A和第二凹部5B，凹部5A、5B由凸起的邊緣6圍繞。邊緣6為可安裝的沖擊板7提供支撐。邊緣6包括與凸緣15A、15B平行并相鄰設(shè)置的區(qū)段。邊緣6的其他部分將沿著第二平臺(tái)3的兩個(gè)圓周端。而且，屏障9將是邊緣6的一部分，其為凹部5A和5B的分割壁并基本上形成凸緣15A和15B之間的軸向連接部。
邊緣6被形成為圍繞第一凹部5A并進(jìn)一步圍繞第一翼面4A的第一孔口 8A的第一封閉環(huán)圈，第一孔口 8A為冷卻流體進(jìn)入第一翼面4A的內(nèi)部的入口。邊緣6另外被形成為圍繞第二凹部5A并進(jìn)一步圍繞第二翼面4B的第二孔口 SB的第二封閉環(huán)圈。每一個(gè)封閉環(huán)圈的一部分為凹部5A與5B之間的公共壁，即屏障9。屏障9特別不具有間隙、孔、凹部，但被構(gòu)造成第一凹部5A與第二凹部5B之間的連續(xù)屏障9，用于阻擋以其他方式沿著凹部5A、5B的表面流動(dòng)的冷卻流體。
邊緣6提供處于該邊緣頂上的平坦邊緣表面10，使得沖擊板7將靠置在此平坦表面上。屏障9與邊緣6的其他部分具有相同的徑向高度。因此，屏障9從第二凹部5B上方的一個(gè)增壓腔密封第一凹部5A上方的另一增壓腔，從而阻擋冷卻流體竄流。而且，屏障9在沖擊板7的更為中心的區(qū)域中對(duì)沖擊板7提供支撐。這提供了沖擊板7的穩(wěn)定性。
沖擊板7的將與第二平臺(tái)3直接接觸的部分在圖3中由虛線框示出，靠近沖擊板7的邊界的區(qū)段為邊界區(qū)域13。經(jīng)由屏障9的支撐區(qū)域由屏障接觸區(qū)域18表示，其同樣由虛線示出。
邊緣6的第一封閉環(huán)圈包括一部分第一升高部6A、屏障9、一部分第二升高部6B和第四升高部6D。邊緣6的第二封閉環(huán)圈包括一部分第一升高部6A、第三升高部6C、一部分第二升高部6B和屏障9。第一和第二升高部6A、6B為在圓周方向c上靠近凸緣15A和15B的脊部。第三和第四升高部6C、6D為在軸向方向a上沿著噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段的圓周端的脊部。
應(yīng)注意，從凹部5A、5B通過(guò)第二平臺(tái)3或在兩個(gè)相鄰平臺(tái)3之間進(jìn)入到主流體路徑不再存在其他通道。而且，應(yīng)考慮到，沒(méi)有冷卻流體能夠經(jīng)由第二平臺(tái)3的軸向端進(jìn)入主流體路徑。所有的沖擊冷卻流體在沖擊凹部5A、5B的表面之后將持續(xù)其流動(dòng)而進(jìn)入翼面4A、4B的孔口 8A或8B。第一孔口 8A可由第一邊沿12A構(gòu)成，第二孔口 8B可由第二邊沿12B構(gòu)成。這些邊沿12A、12B的徑向高度小于邊緣6或屏障9的徑向高度，從而沖擊板7將不再與邊沿12A、12B物理接觸。在邊沿12A、12B與沖擊板7之間將存在空間，從而沖擊冷卻流體能夠越過(guò)邊沿12A、12B而進(jìn)入到孔口 8A、8B，并進(jìn)一步進(jìn)入翼面4A、4B的中空內(nèi)部。
沖擊板7可包括多個(gè)沖擊孔16。另外，為了內(nèi)部導(dǎo)流片的冷卻，可專門設(shè)置較大的孔，如入口 17。因而，經(jīng)由入口 17提供的冷卻流體將與從凹部5A、5B的表面改變方向的沖擊冷卻流體混合。
應(yīng)注意，可存在具有公共冷卻空氣源的單一冷卻流體供應(yīng)，其將影響所有的孔16和所有的入口 17。對(duì)于孔16和入口 17可不存在獨(dú)立的冷卻流體供應(yīng)。任選地，可存在獨(dú)立的冷卻流體供應(yīng)。
由于屏障阻擋平行于凹部5A、5B的表面的所有冷卻流體，因而屏障9允許控制冷卻流體的流體流。屏障9可特別位于由虛線所示的中心區(qū)域11中。此中心區(qū)域11基本在噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段I的圓周長(zhǎng)度的一半距離處的區(qū)域。其為圓周中間部分。
屏障9可以是完全筆直的，特別是在軸向方向上。在另一實(shí)施方式中，如圖4所示，屏障9可基本為筆直區(qū)段，在下游(如從主流體流觀察)隨后是屏障9的彎曲部14。因而，屏障9可以是彎曲的，其可基本上對(duì)應(yīng)于翼面4A、4B和孔口 8A、8B的形式。
利用渦輪噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段，能夠得以解決沖擊板承受來(lái)自空氣壓力的負(fù)載以及由于高溫而導(dǎo)致的物質(zhì)特性的損失的問(wèn)題。關(guān)于“負(fù)載”，沖擊板通常在外側(cè)上使空氣處于高壓，在靠近噴嘴的一側(cè)上使空氣處于低壓。空氣壓力的不同可產(chǎn)生負(fù)載。用語(yǔ)“負(fù)載”關(guān)于來(lái)源于板的任一側(cè)的壓差而使用。由于力，在噴嘴的方向上可能出現(xiàn)板的彎曲，但此彎曲可通過(guò)本發(fā)明而被克服。關(guān)于“物質(zhì)特性的損失”，其與高溫造成的物質(zhì)強(qiáng)度的減少有關(guān)。應(yīng)注意，渦輪噴嘴和周圍的部件由于燃燒氣體而處于高溫。因此，沖擊板也處于更高的溫度。沖擊板的物質(zhì)通常由于此更高的操作溫度而更薄弱。
在沒(méi)有本發(fā)明的情況下，沖擊板當(dāng)被較差地支撐在單個(gè)增壓腔上方時(shí)可容易塌陷。在類似圖3和圖4所示的具有用于冷卻翼面的平臺(tái)沖擊空氣的多個(gè)導(dǎo)流片節(jié)段上，對(duì)每一個(gè)翼面的流動(dòng)分離可能難以控制可/或預(yù)測(cè)。在現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造中，導(dǎo)流片沖擊管可具有獨(dú)立的空氣源。來(lái)自沖擊板的冷卻空氣流動(dòng)可直接排放到主氣體流動(dòng)。這允許通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)沖擊板提供足夠支撐。
根據(jù)依據(jù)圖3和圖4的優(yōu)選實(shí)施例，作為噴嘴節(jié)段鑄造上的翼面之間的中心支撐的屏障9可被實(shí)施成用于支撐沖擊板7以及用于對(duì)各個(gè)翼面4A、4B提供供應(yīng)的更為可控的流動(dòng)分布。此設(shè)計(jì)允許更好的沖擊板支撐和更為受控的流動(dòng)分布。
即使在附圖中未顯示，本發(fā)明的實(shí)施例并不排除在第二平臺(tái)3中存在薄膜冷卻孔口，其將通過(guò)沖擊板進(jìn)入凹部5A、5B的少量空氣轉(zhuǎn)向，以便冷卻平臺(tái)3的主流體路徑。
優(yōu)選地，第一平臺(tái)2、第二平臺(tái)3和多個(gè)翼面4A、4B被建造成單一件渦輪導(dǎo)流片節(jié)段。此渦輪噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段特別地可被鑄造而成。多個(gè)這些渦輪噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段將形成燃?xì)鉁u輪流動(dòng)路徑的整個(gè)環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種渦輪裝置(I)，包括: 第一平臺(tái)(2)； 第二平臺(tái)(3)； 多個(gè)翼面(4A、4B)， 所述多個(gè)翼面(4A、4B)中的每一個(gè)在所述第一平臺(tái)(2)與所述第二平臺(tái)(3)之間延伸，所述第一平臺(tái)和所述第二平臺(tái)(3)形成主流體路徑的一個(gè)區(qū)段； 沖擊板(7); 其中所述第二平臺(tái)(3)具有與所述主流體路徑相對(duì)的表面，該表面具有多個(gè)凹部(5A、5B)，所述凹部(5A、5B)由凸起的邊緣(6)圍繞，所述邊緣(6)為可安裝的沖擊板(7)提供了支撐， 其特征在于 所述邊緣(6)被形成為: 第一封閉環(huán)圈，所述第一封閉環(huán)圈圍繞所述多個(gè)凹部(5A、5B)中的第一凹部(5A)并進(jìn)一步圍繞所述多個(gè)翼面(4A、4B)中第一翼面(4A)的第一孔口(8A)，以及 第二封閉環(huán)圈，所述第二封閉環(huán)圈圍繞所述多個(gè)凹部(5A、5B)中的第二凹部(5B)并進(jìn)一步圍繞所述多個(gè)翼面(4A、4B)中第二翼面(4B)的第二孔口(SB)， 從而使得，所述邊緣(6)的一部分在所述第一凹部(5A)與所述第二凹部(5B)之間限定了用于阻擋冷卻流體的連續(xù)屏障(9 )，并且 使得，所述屏障(9)形成用于所述沖擊板(7)的中心區(qū)域(11)的配合表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪裝置(1)，其特征在于 所述邊緣(6)具有平坦表面(10)，其中所述平坦表面(10)被定位在基本上圓柱形面中，以便形成用于所述沖擊板(7)的配合表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪裝置(I)，其特征在于 所述第一平臺(tái)(2)、所述第二平臺(tái)(3)和所述多個(gè)翼面(4A、4B)被建造成單件式渦輪噴嘴導(dǎo)流片節(jié)段。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的渦輪裝置(I)，其特征在于 所述第一凹部(5A)包括用于冷卻所述第一翼面(4A)內(nèi)部的至少一個(gè)第一孔口(8A)，和/或所述第二凹部(5B)包括用于冷卻所述第二翼面(4B)內(nèi)部的至少一個(gè)第二孔口(SB)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪裝置(I)，其特征在于 所述第一孔口(8A)具有升高的第一邊沿(12A)，所述第一邊沿(12A)被配置成具有的高度小于所述邊緣(6)的高度，和/或 所述第二孔口(8B)具有升高的第二邊沿(12B)，所述第二邊沿(12B)被配置成具有的高度小于所述邊緣(6)的高度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的渦輪裝置(I)，其特征在于 所述第一平臺(tái)(2)被配置成基本上為一段第一圓柱體的形式，并且所述第二平臺(tái)(3)被配置成基本上為一段第二圓柱體的形式，所述第二圓柱體與所述第一圓柱體圍繞軸線(A)同軸布置，所述第一和第二平臺(tái)(2、3)各自具有軸向尺寸和圓周尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪裝置(I)，其特征在于 所述邊緣(6)包括沿圓周方向(c)的第一升高部(6A)、沿圓周方向(c)的第二升高部(6B)、沿軸向方向(a)的第三升高部(6C)和沿軸向方向(a)的第四升高部(6D)，所有升高部形成了用于所述沖擊板(7)的邊界區(qū)域(13)的配合表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的渦輪裝置(I)，其特征在于 所述屏障(9)基本上指向軸向方向(a)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪裝置(I)，其特征在于 所述屏障(9)包括彎曲部(14)，所述彎曲部(14)基本上平行于所述第一翼面(4A)和/或所述第二翼面(4B)的定向。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9任一項(xiàng)所述的渦輪裝置(I)，其特征在于 所述第二平臺(tái)(3)包括沿所述第二平臺(tái)(3)的第一軸向端方向的第一凸緣(15A)和沿所述第二平臺(tái)(3)的第二軸向端方向的第二凸緣(15B)，所述屏障(9)基本上橫跨在所述第一凸緣(15A)與所述第二凸緣(15B)之間。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的渦輪裝置(I)，其特征在于 所述邊緣(6)為所述沖擊板(7)提供唯一支撐。
12.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于 所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)導(dǎo)流片環(huán)，所述導(dǎo)流片環(huán)包含多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至11任一項(xiàng)所述的渦輪裝置(1)，從而使得，所述渦輪裝置(I)共同形成主流體流(40)的環(huán)形流體路徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃?xì)?渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于 由所述第一凹部(5A)和相對(duì)的沖擊板(7)限定的第一空間與所述第一翼面(4A)的中空主體流體連通，由所述第二凹部(5B)和相對(duì)的沖擊板(7)限定的第二空間與所述第二翼面(4B)的中空主體流體連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于 所述第一空間和/或所述第二空間不具有通過(guò)所述第二平臺(tái)(3)進(jìn)入到所述主流體路徑(40)的通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及渦輪裝置(1)或包括多個(gè)渦輪裝置(1)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，所述渦輪裝置(1)包括第一平臺(tái)(2)、第二平臺(tái)(3)、多個(gè)翼面(4A、4B)和沖擊板(7)。所述多個(gè)翼面(4A、4B)中的每一個(gè)在第一平臺(tái)(2)與第二平臺(tái)(3)之間延伸，第一平臺(tái)和第二平臺(tái)(3)形成主流體路徑的一個(gè)區(qū)段。第二平臺(tái)(3)具有與主流體路徑相對(duì)的表面，該表面具有多個(gè)凹部(5A、5B)，這些凹部(5A、5B)由凸起的邊緣(6)圍繞，所述邊緣(6)為可安裝的沖擊板(7)提供支撐。根據(jù)本發(fā)明，所述邊緣(6)被形成為第一封閉環(huán)圈和第二封閉環(huán)圈，第一封閉環(huán)圈圍繞所述多個(gè)凹部(5A、5B)中的第一凹部(5A)并進(jìn)一步圍繞所述多個(gè)翼面(4A、4B)中第一翼面(4A)的第一孔口(8A)，第二封閉環(huán)圈圍繞所述多個(gè)凹部(5A、5B)中的第二凹部(5B)并進(jìn)一步圍繞所述多個(gè)翼面(4A、4B)中第二翼面(4B)的第二孔口(8B)，從而使得，所述邊緣(6)的一部分在所述第一凹部(5A)與所述第二凹部(5B)之間限定了用于阻擋冷卻流體的連續(xù)屏障(9)，并且使得，所述屏障(9)形成用于所述沖擊板(7)的中心區(qū)域(11)的配合表面。
文檔編號(hào)F01D9/04GK103154438SQ201180047489
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者S.巴特, J.穆格萊斯通 申請(qǐng)人:西門子公司