[发明专利]具有泵送特征的涡轮叶片天使翼

说明书

技术领域

本发明涉及改进转子空腔净化冷却空气在进入燃烧气体流时的相互作用。特别地，本发明涉及布置在涡轮叶片天使翼(angle wing)上的泵送特征(pumping feature)，其对冷却空气流施加旋转。

背景技术

燃气轮机发动机通常包括转子轴和若干转子叶片排，每排包括关于转子轴周向分布的多个叶片。固定轮叶排位于叶片排之间。燃烧气体沿燃气轮机发动机纵向轴线在由叶片和轮叶限定的环形流路中流动。转子轴位于环形流路的径向内部，转子空腔形成在转子盘和保持固定轮叶的定子结构之间。冷却空气或转子净化空气通常引导进转子空腔中。净化空气冷却转子空腔内的支撑叶片和轮叶的部件，之后，净化空气通常经由在轮叶和叶片的径向内端上的轮叶和叶片之间的间隙离开转子空腔。

在环形流路中行进的燃烧气体趋向于在气体碰到的任何部件(比如叶片或轮叶)的直接上游形成“冲击波”。结果，在每个叶片的直接上游，压力堆积在燃烧气体内。正好在间隙的径向外部，冲击波关于燃气轮机发动机周向地分布。为了防止将燃烧气体吸入间隙和转子空腔中，流阻碍密封件通常正好形成在间隙内，稍微位于间隙出口的上游。

流阻碍密封件可经由天使翼与形成，天使翼使用从叶片基底轴向延伸的平台与从轴向平台顶端向外径向延伸的径向提升唇一起在间隙中形成限制件，以限制净化空气向外流动，燃烧气体向内流动。径向提升唇通常与相对表面(比如固定轮叶上的表面)轴向对准，这形成充当流阻碍密封件的限制件。

已知的是，净化空气对它们接触的燃烧气体流具有空气动力影响，已采取各种方法来消除该影响。例如，Bulgrin等人的美国专利8083475公开了一种天使翼压缩密封件，其将穿过天使翼的转子空气引导至相应叶片前方的区域。然而，该专利显得受限于解决冲击波。在本领域中，解决其它空气动力影响以及解决不同叶片几何形状的空气动力影响有待改进。

附图说明

参考附图在下面描述中说明本发明，附图中：

图1是燃气轮机发动机的纵向截面的示意图，示出一排叶片和相邻的轮叶。

图2是具有与图1不同的构造的燃气轮机发动机的纵向截面的示意图。

图3是具有天使翼的叶片。

图4示出组装的叶片的净化空气的未引导流的方向。

图5示出净化空气和燃烧气体混合的流线。

图6示出组装的叶片和净化空气的引导流的方向。

图7示出泵送特征的示例性实施例。

图8示出泵送特征的替代示例性实施例的侧视图。

图9示出图8的泵送特征的顶视图。

图10示出泵送特征的另一替代示例性实施例。

具体实施方式

本发明人已认识到，转子净化空气与燃烧气体汇合的空气动力影响产生旋涡。这些旋涡趋向于从前向后和从底向顶沿叶片的抽吸侧行进。这导致空气动力损失和相关的能量(可从燃烧气体中提取出)减小。在燃气轮机发动机操作期间，转子叶片绕燃气轮机发动机纵向轴线旋转。在进入燃烧气体流之前，轴向流动的转子净化空气相对于叶片前缘以负入射角流动。发明人发现，这些旋涡至少部分地由于轴向流动的冷却空气遇到绕燃气轮机发动机纵向轴线螺旋流动的燃烧气体而形成，从而产生大的相遇角。作为响应，发明人已发展了结合到天使翼的泵送特征，当净化空气穿过天使翼时，其对转子净化空气施加旋转。当对轴向行进的转子净化空气施加该旋转时，转子净化空气终止于绕燃气轮机发动机纵向轴线的螺旋式行进。当螺旋移动的转子净化空气以较小的相遇角与螺旋移动的燃烧气体汇合时，减少了旋涡。这又增加了叶片可从燃烧气体中提取能量的效率。

图1示出燃气轮机发动机的一个构造的纵向截面的示意图，示出一排叶片10、上游轮叶12和下游轮叶14，已发展了各泵送特征。燃烧气体16流过上游轮叶12，上游轮叶绕燃气轮机发动机纵向轴线18螺旋地引导燃烧气体16。燃烧气体遇到叶片10，能量被提取，然后，燃烧气体16遇到下游轮叶14，下游轮叶使燃烧气体16关于随后叶片排20恰当地取向。由压缩器(未示出)产生的一些压缩空气改变方向至转子空腔22，在转子空腔，其跟随转子空腔22和热气体路径26中的燃烧气体16之间的冷却流体路径24。