[发明专利]利用密封槽通道冷却燃气涡轮构件

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮的护罩和喷嘴，且更具体地涉及用于燃气涡轮的冷却护罩和喷嘴的布置。

背景技术

在燃气涡轮中所采用的护罩包围且部分地限定穿过该涡轮的热气路径。典型地，护罩的特征在于，绕热气路径布置的多个周向延伸的护罩区段，其中每个区段包括离散的内部护罩主体和外部护罩主体。常规地，对于每个外部护罩区段，存在两个或三个内部护罩区段，其中外部护罩区段固定到涡轮的固定内部壳体或罩壳上并且内部护罩区段固定到外部护罩区段。内部护罩区段直接包围涡轮的旋转部件，即携带动叶或叶片排的转子叶轮。

由于内部护罩区段暴露于热气路径中的热燃烧气体，故用于冷却内部护罩区段的系统常常需要降低区段的温度。对于在由于它们靠近涡轮燃烧器而暴露于很高温度的燃烧气体的涡轮的第一级和第二级中的内部护罩区段尤为如此。由于涡轮动叶或叶片旋转，传热系数也很高。

为了冷却护罩，典型地，来自涡轮压缩机的较冷的空气经由对流冷却孔供应以冷却区段的侧部且防止热路径气体吸入到间隙内，该典型冷却孔延伸穿过这些区段并进入区段之间的间隙。然而，由单个冷却孔清除和冷却的面积较小，这是因为离开冷却孔的冷却空气的速度较高且冷却空气扩散到热气流动路径内。

典型地，后冲击空气通过位于密封槽表面上的硬质/布质密封件而泄漏到两个内部护罩之间的气体路径内。特别地，在动叶区域上方的护罩斜面为寿命有限的区域，主要是由于氧化。这是由于动叶甩向护罩区段间的间隙的热气的持续吸入造成。传统冷却方法使用从后冲击冷却分段钻出的沿着斜面的冷却孔，或者沿着密封槽的长度加工的离散垂直通道，这在某种程度上改进了斜面冷却，但其效果是很局部的，因为它们并未覆盖低寿命斜面区域的整个长度。

包括密封槽的燃气涡轮的另一构件是喷嘴。喷嘴可由多个分段或区段和在相邻区段之间的密封件形成。在燃气涡轮中的服务运行喷嘴可具有扭曲侧壁，这是由于先前的焊接维修或由于服务期间的应力释放造成。在操作温度下由施加的负载所造成的蠕变应变也可造成扭曲。侧壁的这种移动将造成包含于侧壁中的密封槽相对于发动机中心不在适当位置。

如果不将侧壁压回到适当位置，在相邻区段之间的密封槽未彼此对准，且它可证明不能将密封件装配于适当位置。或者，能迫使密封件进入槽内但这将喷嘴区段锁定在一起使得它们不可彼此相对移动或“浮动”。在操作期间，需要这种浮动来允许热膨胀和确保区段抵靠密封面加载(钩装配和弦铰链)。如果它们锁定在一起，那么有可能它们将倾斜且不抵靠它们的密封面加载。这将导致压缩机排放空气直接泄漏到热气路径内且将减小可用于燃烧和用于冷却喷嘴的空气量。减少用于燃烧的空气的结果将是降低涡轮的性能且增加排放。可用冷却空气的减少将导致喷嘴增加的氧化，这是由于产生的较高金属温度，并且缺乏冷却也将造成喷嘴内的热梯度变化，导致部件增加的开裂。这将会增加随后的维修成本且可缩短部件寿命。

未对准的侧壁也可导致流动路径梯级。热气将不具有平滑路径，而是将由相邻喷嘴区段之间失配所牵绊，导致湍流和减少的气流能量，从而降低性能。湍流也增加到喷嘴的传热且因此将升高金属温度，导致增加的氧化和开裂。

发明内容

根据一实施例，用于燃气涡轮的构件的区段包括：前边缘；后边缘；在前边缘与后边缘之间的一对相反侧面；以及设于每个侧面中的密封槽。密封槽包括：表面，其具有在从前边缘到后边缘限定的轴向上延伸的通道；到通道的至少一个入口；以及来自通道的至少一个出口，其中至少一个出口与至少一个入口在轴向上在下游间隔开。

根据另一实施例，燃气涡轮包括内部护罩和喷嘴中的至少一个，其中内部护罩和喷嘴中的至少一个包括多个周向布置的区段，每个区段包括：前边缘；后边缘；在前边缘与后边缘之间的一对相反侧面；以及设于每个侧面中的密封槽，该密封槽包括：表面，该表面包括在从前边缘到后边缘限定的轴向上延伸的通道；到该通道的至少一个入口；以及来自该通道的至少一个出口，其中至少一个出口与至少一个入口在轴向上在下游间隔开。

根据又一实施例，提供冷却燃气涡轮的构件的方法。该构件包括多个周向布置的区段。每个区段包括：前边缘；后边缘；在前边缘与后边缘之间的一对相反侧面；以及设于每个侧面中的密封槽。该构件还包括在每个密封槽上的密封件。该方法包括：通过至少一个入口引导泄漏到密封件下方的密封槽内的冷却空气进入在密封槽的表面中形成的通道内，其中该通道在从前边缘到后边缘限定的轴向上延伸；沿着该通道引导泄漏冷却空气；以及通过至少一个出口引导泄漏冷却空气离开通道，其中至少一个出口与至少一个入口在轴向上在下游间隔开。

附图说明