[发明专利]用于燃气涡轮发动机中的密封件的主动式旁路流量控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月1日提交的美国临时专利申请号61/771,151的优先权，该申请全部合并于此。

关于联邦资助研究或开发的声明

本发明的开发部分地得到美国能源部授予的合同号为DE-FC26-05NT42644的题为先进涡轮开发计划的支持。因此，美国政府可以具有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明大体指向于燃气涡轮发动机，并且更特别地指向于控制定子与第一级转子组件之间的一个或多个密封件周围的压缩空气的旁路以将吹扫空气提供至轮缘空腔的主动式旁路流量控制系统。

背景技术

工业燃气涡轮发动机常常具有位于燃烧器下游的具有第一级涡轮转子叶片的转子和具有第一级定子翼片的定子。密封件典型地被定位在定子与邻接的转子之间以形成用于定子与转子之间存在的轮缘空腔的密封件。吹扫空气经由旁路通道并经由经过密封件的泄漏被提供至轮缘空腔。该结构的主要问题在于密封件磨损，并因此泄漏流增加。通过旁路通道的排放是恒定的，只要供给压力保持相同。因此，随着跨越密封件的泄漏流增加，经过密封件和来自旁路通道的从两个路径进入轮缘空腔的冷却空气增加。因此存在着考虑到密封件磨损和进入轮缘空腔内的额外的泄漏流使得进入轮缘空腔的总冷却空气流不会过量的需要。

发明内容

公开了一种用于基于流经被定位在燃气涡轮发动机中的燃气涡轮的第一级的定子与转子之间的外平衡密封件的压缩空气的泄漏流来控制旁路压缩空气的主动式旁路流量控制系统。主动式旁路流量控制系统是可调节的系统，其中一个或多个计量设备可以用于：当经过的压缩空气的流动由于轮缘空腔与冷却空腔之间的外平衡密封件磨损而随时间改变时，控制旁路压缩空气的流动。在至少一个实施例中，计量设备可以包括环形圈，其具有从中延伸穿过的至少一个计量孔口。计量设备可以被定位在旁路通道的出口处，并且可以是可调节的使得计量孔口与出口的对齐可调节以改变旁路通道的出口与计量孔口的对齐部分的开口的截面面积，减小或增大对齐部分的开口改变了通过计量设备的压缩空气的流动。

在至少一个实施例中，主动式旁路流量控制系统可以包括：接近于第一级转子定位的定子组件，其中压缩空气通道被定位在定子组件的一部分与转子轴之间。一个或多个外平衡密封件可以配置成至少减少热气体的一部分使其不流入冷却空腔内。在至少一个实施例中，外平衡密封件可以是由将轮缘空腔与冷却空腔密封的与刷式密封件组合的多个齿形成的迷宫式密封件。外平衡密封件可以被定位在轮缘空腔的在轮缘空腔与冷却空腔之间的径向内侧端部上。

一个或多个旁路通道可以从在外平衡密封件的上游与压缩空气通道流体连通的入口延伸至在外平衡密封件下游与压缩空气通道流体连通的出口。主动式旁路流量控制系统还可以包括一个或多个计量设备，其可调节以调节通过旁路通道的冷却流体的流动，以适应当外平衡密封件在涡轮发动机操作期间磨损时的变化的经过外平衡密封件的压缩空气的流量。

计量设备可以由具有从中延伸穿过的一个或多个计量孔口的环形圈。计量设备可以定位在旁路通道的出口处并且可以是可调的使得计量孔口与出口的对齐可调节以改变旁路通道的出口与计量设备的计量孔口的对齐部分的开口的截面面积。在至少一个实施例中，计量设备可以包括延伸穿过至少一个计量设备的多个计量孔口。在一个实施例中，多个计量孔口可以彼此等距地定位。多个计量孔口可以被定位在计量设备中使得计量孔口中的每一个与处于打开状态的旁路通道对齐。

主动式旁路流量控制系统还可以包括位置控制系统，用于控制计量设备相对于旁路通道的出口的位置。在至少一个实施例中，位置控制系统可以包括具有用于接收将计量设备相对于旁路通道的出口保持的立柱的内部狭槽的凸轮调节器。立柱可以是能够在狭槽内移动以改变计量设备相对于旁路通道的出口的位置。在至少一个实施例中，位置控制系统还可以包括用于改变计量设备相对于旁路通道的出口的对齐的一个或多个控制杆。位置控制系统还可以包括能用来改变计量设备相对于旁路通道的出口的对齐的一个或多个马达。位置控制系统可以包括配置成测量跨计量设备发生的泄漏流的量的一个或多个传感器。在其他实施例中，一个或多个传感器可以用于测量在跨计量设备上的压力比。位置控制系统可以包括与传感器并与马达连通的控制器，使得控制器基于源自传感器的数据来控制马达的操作以控制计量设备相对于旁路通道的出口的对齐。