[发明专利]涡轮固定环扇形体及涡轮环、涡轮和涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮机组领域，特别涉及涡轮机涡轮的固定环扇形体的冷却。

背景技术

航空涡轮机通常都包括压缩机、燃烧室和涡轮。涡轮的作用就是通过引用来自燃烧室热气体的一些压力能量，将该能量转换为机械能，从而使压缩机转动。

涡轮位于燃烧室的下游方向，是涡轮机中工作环境最为恶劣的部件。特别是，该部件要承受离开燃烧室的热气体所产生的高温和机械应力。

涡轮通常包括至少一个喷嘴导流叶轮，其由相对于涡轮机壳体固定的叶栅组成；还包括至少一个转子，其由一套可以转动的叶片组成。

转子的周围是紧紧固定到壳体上的固定环。该固定环的特殊作用就是通过其内表面重新构成空气动力气体流通路径的外部界线。大多数情况下，该固定环由多个扇形体组成。由于其始终处于热的气体环境中，涡轮固定环的使用寿命下降。为此，必须对该固定环进行冷却，这样才能使其有效地承受高温环境的影响。

一种已知的解决方案是向该固定环提供多孔板，布置在所述固定环的周围。EP0893577，EP 1134360，EP 0516322，EP 1225309和EP 1533478号专利文献对这些多孔板进行了描述。多孔板一般都呈一种槽形，也就是说，它由一个底部和几个侧壁组成。孔口基本上成排地分布在多孔板的底部。冷却空气经由这些孔口流过多孔板，并冲击在固定环的壁上，从而对固定环进行冷却。多孔板的底部通过间隙与固定环隔开。所有这些现有技术文件都描述该间隙为固定不变的。GB 1330892和US2003/0131980号专利文献介绍了这些间隙在轴向方向上是渐进的，但就冷却功能而言依然始终不能令人满意。

温度在固定环的各个点上不均匀。这种情况导致的结果就是环的内部会变形。当该环由多个扇形体组成时，每个扇形体都呈圆形的弧度，其对应于固定环的一个角扇形体。多孔板则对应于每个固定环扇形体。

第一种变形的表现形式是沿圆周方向扇形体出现曲面受损现象，也就是说，导致扇形体的同心度丢失，进而固定环受到影响。

第二种变形的表现形式是扇形体沿轴向方向呈现轴向倾斜，也就是说，导致扇形体的上游部件或下游部件和固定扇形体的涡轮机的轴线(X)之间在距离上出现过大偏移。

这两种变形都会因为相对布置的转子叶片摩擦啮合而导致固定环机械磨损。这种磨损会形成叶尖和涡轮固定环之间出现不可逆间隙。该间隙对涡轮机的功效有害。

为了减小这些变形，固定环扇形体的温度必须保持均匀。为此，人们通常采取的做法就是改变多孔板的各个参数，诸如孔口的直径、每排孔口的数量或者每排之间的距离。

发明内容

本发明的目的是提供比现有解决方案更为有效的方法来解决上述问题。因此，本发明涉及一种涡轮固定环扇形体，包括：    

●形成空气动力气体流通路径的壁，气体经由此路径从所述上游区域流向所述下游区域；

●多孔板，位于相对于所述壁的所述空气动力气体流通路径对面一侧，所述多孔板包括一个底部和几个侧壁。

所述固定环扇形体的所述壁和所述多孔板底部之间的距离形成了一个间隙。

根据本发明的一个基本特性，该间隙是渐进性的，也就是说，不是恒定的，而是可变的。换句话说，不同于已有技术的带有多孔板的固定环扇形体，根据本发明的多孔板的底部平面与固定环扇形体的壁的平面之间相隔空间不是恒定不变的。

该间隙的这种渐进性能够在轴向和/或圆周方向产生。

根据本发明的一个有利特性，位于所述上游区域的所述间隙的值低于位于所述下游区域的所述间隙的值。

所述多孔板的所述底部能够采用多种形状。特别是，它可以在其整个范围内或仅在其中部分范围内成线性地、曲线地或其它阶梯形地渐进。

本发明可以有效地降低作用在固定环扇形体上的热梯度。根据推算，可以降低40多个开氏温度或者更多，从而可以提高涡轮固定环的使用寿命。

根据本发明的固定环扇形体不仅可以有效地装备在未来的涡轮上，而且目前正在使用中的已经装有多孔板的固定环扇形体的涡轮也可以装备这种固定环扇形体。通过确定固定环扇形体需要加强冷却的区域，就可以用根据本发明提出的新的多孔板来代替老式的多孔板，以便改善涡轮的特性，延长其使用寿命，而且可以降低调整时间，且不需要对周围部件进行改装变动。

附图说明

下面参照附图，阅读详细说明，可以更清楚地了解本发明的其它特性和优点，但本发明并不仅限于所给示例，附图如下：

图1为根据本发明第一实施例的固定环扇形体的剖面图；

图2为根据本发明第一实施例的多孔板的透视图；