[发明专利]叶轮空间吹扫流混合腔室

说明书

技术领域

本申请大体涉及涡轮机上的冷却系统，并且更特别地涉及用于调整涡轮机的叶轮空间区域内的冷却流体的系统。

背景技术

诸如热燃气涡轮发动机的一些涡轮机可采用一个或多个燃烧室，在其中燃烧燃料空气混合物会产生热气供应。热气也可称为工作流体，热气从燃烧室被引导通过工作流体路径到达一个或多个涡轮叶轮，在涡轮叶轮处，使热气在涡轮轮叶或叶片之间流动，涡轮轮叶或叶片在各个涡轮叶轮上安装成周缘排。这些轮叶或叶片对冲击热气或工作流体起反作用，以将气体中的能量(诸如动能)转换成涡轮叶轮的旋转移动。在一些情况下，涡轮叶轮安装在公共轴上，然后空气压缩机和旋转涡轮叶轮还驱动压缩机，压缩机可供应空气，以使发动机中的燃料燃烧。因为发动机使用大量流过其中的非常热的气体供应，所以导致暴露于热气的许多构件和发动机结构达到非常高的温度。在一些情况下，这些部件和构件的温度达到可能有结构损伤的水平。在这样的情况下，冷却部件可减少或避免损伤。

为了冷却一些涡轮机中的这样的部件，由压缩机压缩的一部分空气可从燃烧转移，以冷却各种固定构件和旋转构件，或者吹扫燃气涡轮内的腔体。冷却空气可从压缩机中获得，且用来冷却所提到的构件和结构。转移的空气流(在下文称为“冷却流体”)可消耗由压缩机压缩的总空气流中的较大量。转移的冷却流体不在燃烧中使用，从而降低燃气涡轮的性能。调整和控制冷却流体可大大提高涡轮的性能。典型地，冷却流体从压缩机中抽出，绕过燃烧系统，并且流过冷却回路。冷却回路典型地位于各种涡轮构件(包括转子压缩机-涡轮接头(在下文称为后部“合并接头”))以及各种叶轮空间区域的附近。冷却回路的构造可影响通往所提到的涡轮构件的冷却流体流率性和/或量的充分。冷却回路可包括腔室，诸如气室，腔室可将冷却流体引导到特定的叶轮空间区域，这考虑了可使用的大量冷却剂空气，以及最终在发动机中有利地处置冷却剂空气。

发明内容

在本发明的实施例中，一种涡轮机冷却回路可包括在固定构件的导叶的径向内端处的吹扫管，导叶设置在涡轮机的工作流体流路径中，吹扫管包括导叶的冷却通道的出口。混合腔室可与吹扫管处于流体连通，并且可形成于固定构件的导流盘(diaphragm)的径向外部部分中。导流盘可基本位于工作流体流路径的外部，并且混合腔室可包括沿周向间隔开的混合腔室端壁、与混合腔室底壁沿径向间隔开的混合腔室顶壁，以及相对的前部和后部混合腔室侧壁。另外，至少一个出口通道可形成为通过混合腔室侧壁中的一个和导流盘的对应的部分，使得从吹扫管进入混合腔室的冷却流体可流到混合腔室中，并且可通过至少一个出口通道而离开，到达导流盘的基本平行于混合腔室侧壁的表面的表面。

本文公开的本发明的另一个实施例可采取涡轮机冷却系统的形式，它可包括在涡轮机的压缩机区段中的冷却流体抽取端口，冷却流体通过冷却流体抽取端口选择性地从压缩机区段中流出。冷却流体管道可与抽取端口和涡轮机的涡轮区段中的固定构件的导叶的冷却通道入口处于流体连通。导叶可安装成使得径向内端基本在导流盘的外周缘附近。形成于导流盘的外周缘中的腔体可包括基本沿导流盘的周向方向延伸的腔体内壁和基本沿径向延伸远离腔体内壁的相对的前部和后部腔体侧壁。在导叶的径向内端处的吹扫管可与冷却通道和形成于腔体中的混合腔室处于流体连通。混合腔室可包括相对的混合腔室端壁、与混合腔室底壁沿径向间隔开的混合腔室顶壁，以及相对的前部和后部混合腔室侧壁。至少一个出口通道可延伸通过混合腔室侧壁中的一个且通过腔体侧壁中对应的一个，使得从吹扫管进入混合腔室的冷却流体可流到混合腔室中，并且可通过至少一个出口通道而离开，到达导流盘的表面。