用于燃氣渦輪發動機的渦輪部段的渦輪葉片的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開一般地涉及燃氣渦輪發動機(GTE)冷卻，并且更具體地涉及減少熱氣進入GTE的渦輪轉子腔。
【背景技術】
[0002]GTE通過從由壓縮空氣的流束中的燃料的燃燒所產生的熱氣流中提取能量而產生動力。通常，渦輪發動機具有連接至下游渦輪的上游空氣壓縮機，其中燃燒室位于所述渦輪和所述空氣壓縮機之間。當壓縮空氣和燃料的混合物在燃燒室中燃燒時釋放出能量。在典型的渦輪發動機中，一個或多個燃料噴射器將液態或氣態烴類燃料引入燃燒室中用于燃燒。產生的熱氣被引到渦輪的葉片上方以使渦輪旋轉并產生機械動力。
[0003]GTE可以在高于制造發動機部件的材料的物理特性限制的溫度下操作。由于當渦輪轉子旋轉通過定子時產生的壓力變化，被引到渦輪的葉片上方的熱氣可以進入渦輪部段中的渦輪轉子腔。因此，GTE通常設有內部空氣輸送系統，由此一股冷卻空氣流在發動機內循環，通過冷卻空氣的使用限制發動機部件的操作溫度。發動機內部的冷卻空氣通道通常用于將這種冷卻空氣流引向必要的發動機部件，由此將發動機部件溫度降低到與特定部件的材料性質相一致的水平。常規地，從壓縮機部段排出的壓縮空氣的一部分，用來冷卻GTE的熱部件。然而，排出空氣的量通常是有限的，使得壓縮空氣的主要部分被預留以用于發動機燃燒和提供有用的發動機動力。
[0004]授予Bunker的美國專利號7，967，559的專利(’ 559專利)描述了一種通過定子-轉子組件的區域的熱氣流受到阻礙的渦輪機。具體地，冷媒空氣從壓縮機排出并且將其從發動機的內側區域引入空腔或者輪形空間區域中以抵消熱氣流。除了冷媒空氣，’ 559專利的渦輪機包括倒置湍流器的模型。當熱氣從燃燒室移動穿過倒置湍流器時，它們通過產生局部渦流阻礙熱氣流，從而限制熱氣流進入輪形空間區域。

【發明內容】

[0005]本實用新型的目的在于提供一種用于燃氣渦輪發動機的渦輪部段的渦輪葉片，可以減少從壓縮機部段排出的冷卻空氣的量，同時有效地阻止熱氣進入渦輪轉子腔。
[0006]在一方面，公開了一種用于燃氣渦輪發動機的渦輪部段的渦輪葉片。該渦輪葉片包括翼面、從翼面的一側延伸的平臺、從平臺延伸的根部，以及至少一個清除翅片。所述至少一個清除翅片連接到根部和平臺的下側，并且所述至少一個清除翅片沿著根部的壁延伸。
[0007]在另一方面，公開了一種燃氣渦輪發動機。該燃氣渦輪發動機包括被配置成壓縮空氣流的壓縮機部段、被配置成燃燒空氣和燃料的混合物以產生熱氣流的燃燒室部段，以及被配置成使用所述熱氣流以產生動力的渦輪部段。渦輪部段包括至少一個定子、至少一個轉子和設置在所述至少一個定子與至少一個轉子之間的渦輪轉子腔。多個定子翼片連接到所述至少一個定子，并且多個渦輪葉片連接到所述至少一個轉子。多個渦輪葉片中的每個渦輪葉片包括翼面、從翼面的一側延伸的平臺、從平臺延伸的根部和至少一個清除翅片。所述至少一個清除翅片連接到根部和平臺的下側，并且所述至少一個清除翅片沿著根部的壁延伸。
[0008]在又一方面，描述了一種冷卻燃氣渦輪發動機的部件的方法。該方法包括在燃氣渦輪發動機的渦輪部段產生抽吸作用，其中所述抽吸作用產生阻止燃燒氣體進入渦輪部段的渦輪轉子腔的出氣流。
[0009]本實用新型的渦輪葉片通過清除翅片產生的出氣流可以減少從壓縮機部段排出的冷卻空氣的量，同時有效地阻止熱氣進入渦輪轉子腔。因此，本設備和方法可保留壓縮空氣用于產生發動機功率，同時防止由于過熱GTE部件降解，從而有助于提高GTE的性能。以此方式阻止熱氣進入可以提高GTE的渦輪部段各級的轉子和定子的工作壽命。
【附圖說明】
[0010]圖1是GTE的一部分的剖視圖；
[0011]圖2是圖1的GTE的渦輪部段的環繞部分2的放大剖視圖；
[0012]圖3是圖1的GTE的渦輪葉片的第一透視圖；
[0013]圖4是圖1的GTE的渦輪葉片的第二透視圖；
[0014]圖5是圖1的GTE的渦輪葉片的第三透視圖；
[0015]圖6是圖1的GTE的渦輪葉片的第四透視圖；
[0016]圖7是圖1的GTE的定子翼片的第一透視圖；
[0017]圖8是圖1的GTE的定子翼片的第二透視圖；
[0018]圖9是圖1的GTE的渦輪部段的第一級的一部分的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1示出了 GTE 10的一部分的剖視圖。GTE包括外殼16、壓縮機部段20、燃燒室部段18和將壓縮機部段20流體地連接到燃燒室部段18的壓縮機排放增壓室22。帶有壓縮機轉子26的壓縮機部段20包括附接到縱向延伸的中心驅動軸(未示出)的多個可旋轉的壓縮機葉片30。多個壓縮機定子翼片31從外殼16徑向向內延伸并且被軸向地定位在各排可旋轉的壓縮機葉片30之間。盡管壓縮機部段20通常是多級軸流式壓縮機，但是為了簡化，在圖1中只示出了一級(即，最后一級)。
[0020]燃燒室部段18可以包括位于增壓室22內的環形燃燒室32。燃燒室32通常由支撐結構支撐在增壓室內。多個燃料注射噴嘴34也位于燃燒室32的前端或上游端的增壓室22內，如圖1所示。還應當認識到，也可以使用繞中心軸沿圓周間隔設置在增壓室22內的多個環筒形燃燒室(未示出)。
[0021]渦輪部段14包括護罩38以及定子35，該定子35在渦輪部段14的第一級中具有多個徑向延伸的定子翼片39。渦輪部段14還包括可沿方向700旋轉的轉子36 (圖9)，該轉子36在渦輪部段14的第一級中具有多個徑向延伸的渦輪葉片43。渦輪葉片43可以在后緣70處包括多個孔76(圖3和圖6)。如圖1進一步所示，渦輪部段包括定子37，該定子37在渦輪部段14的第二級中具有多個徑向延伸的定子翼片45，以及多個徑向延伸的渦輪葉片47。定子翼片39、45在本文也可以被稱為“噴嘴”，其被配置成引導熱的燃燒室氣體流通過渦輪部段14。定子翼片39、45可以在后緣66處包括多個孔78(圖7)。盡管圖1僅示出了渦輪部段14的第一級和第二級，僅僅整體示出了第一級，但是渦輪部段14可以包括任意數量的級。在給定的渦輪級的轉子和定子之間存在空間或增壓室，本文中被稱為渦輪轉子腔。例如，在第一級定子35和第一級轉子36之間的是第一渦輪轉子腔46，在第一級轉子36和第二級定子37之間的是第二渦輪轉子腔48，以及在第二級定子37和第二級轉子47之間是第三渦輪轉子腔49。
[0022]圖2示出了圖1的GTE的渦輪部段的環繞部分2的放大剖視圖。如圖2所示，定子翼片39和45分別包括定子翼片翼面27和29以及定子翼片平臺58和62。圖2示出了包括后緣66的定子翼片39的一部分，以及包括前緣72的定子翼片45的一部分。每個渦輪葉片43都包括渦輪葉片翼面28和渦輪葉片平臺60、前緣68和后緣70。渦輪葉片43還包括用于將渦輪葉片43固定到轉子36的根部64。
[0023]為了阻礙熱燃燒氣體流入到渦輪轉子腔46、48中，渦輪葉片43可任選地包括一個或多個阻止器74。如圖2所示，阻止器74從渦輪葉片43的根部64凸出到渦輪轉子腔46、48中。