[发明专利]具有可变几何形状插入件的高压分配器叶片装置

说明书

本发明涉及一种分配器叶片装置(10)，该分配器叶片装置具有叶片(12)和插入件(20)，该叶片包括压力侧壁(16)和吸力侧壁(14)，该插入件被置于叶片(12)中并且包括：闭合的壁(22)，该闭合的壁具有在压力侧壁(16)和吸力侧壁(14)的对面延伸的外部壳(24)、一系列加强部(25)和一系列贯通开口，该外部壳(24)和面对的叶片(12)的壁由空气间隙(30)间隔开，该加强部形成在闭合的壁(22)中并且通入外部壳(24)，该贯通开口形成在加强部(25)中，所述贯通开口与压力侧壁(16)或面对的吸力侧壁(14)之间的冲击高度(h)大于空气间隙(30)。

技术领域

本发明涉及单流涡轮发动机或双流涡轮发动机的一般领域，更具体地涉及通风分配器的冷却叶片装置。

背景技术

涡轮发动机1通常包括舱室或空气入口(入口腔)，其形成允许预定空气流进入发动机的开口。通常，涡轮发动机包括一个或多个允许空气进入发动机的压缩部分4(通常是低压部分和高压部分)。如此经压缩的空气被准许进入燃烧室5并于在燃烧室进行燃烧之前与燃料混合。

于是，由该燃烧产生的热燃烧气体在不同的涡轮级6、7中膨胀。第一次膨胀在紧靠室的下游并且接收处于最高温度的气体的高压级6中进行。气体在被引导通过所谓的低压涡轮级7时再次膨胀。

高压涡轮6或低压涡轮7通常包括一个或多个级，每个级包括一排固定的涡轮叶片装置(也称为分配器8)，位于其后的是一排围绕涡轮的盘周向地间隔开的可动涡轮叶片装置。分配器8使来自燃烧室的气体流以适当的角度和速度朝向可动涡轮叶片装置偏转和加速，从而驱动该可动叶片装置和涡轮盘旋转。

分配器8包括相对于涡轮发动机的旋转轴线X径向地分布的多个叶片，该叶片连接径向内部环形元件(或内部平台)和径向外部环形元件(或外部平台)。整体形成面向可动涡轮叶片装置的环形涌流。

更确切地说，分配器8由设置在环中的固定叶片装置形成，如果需要的话，该环可以被分成围绕涡轮发动机的轴线X周向地分布的多个部段。每个部段包括一个或多个固定的相邻叶片装置，该叶片装置被固定到环扇形单元以及上游保持装置和下游保持装置。在此，上游和下游由涡轮发动机中的气体流动方向限定。

分配器8叶片装置通常通过铸造获得，并且由镍基超耐热合金或具有非常好的耐热性的单晶材料制成。

高压涡轮的分配器8是暴露于非常高的热应力下的部件。该分配器实际上被放置在燃烧室的出口处，因此具有非常热的气体通过该分配器，这使得它们承受非常强的热负荷，燃烧室出口处的气体的温度显著高于构成分配器8的材料的熔融温度。实际上，分配器8入口处的涌流温度可以局部达到2000℃，而在部件的、熔融温度低于1400℃的某些点处，观察到严重的损坏并不少见。

为了降低部件的温度并限制部件劣化，因此有必要使分配器8冷却。通常，冷却分配器8的功能由放置在分配器8叶片装置内部的一个或多个插入件提供。插入件是中空的金属片或铸造部件，其包括通常使用激光形成的圆筒形孔并且尽可能好地呈现要冷却的叶片装置的形状。在涡轮发动机的压气机处收集的“新鲜”空气通过这些孔冲击叶片装置的内部面以使叶片装置冷却。

如此，叶片装置的内部面由于这些射流冲击以及插入件与型材的壁之间的强制对流现象而被冷却。因此，插入件与叶片装置的内部面之间的距离(称为空气间隙)是恒定的。

然而，两种现象控制了叶片装置的冷却，即，射流冲击和插入件与叶片装置的内部面之间的强制对流。这两种模式的冷却效率的主要参数之一是空气间隙的值。实际上，如果希望使强制对流最大化，则空气间隙应该是最小的，但是如果希望使射流的冲击高度(其对应于孔的出口与叶片装置的内部壁之间的距离)最大化以便优化射流冲击的效率，则空气间隙一定不能太小。

当前，空气间隙是恒定的，为了不会太大程度地减小射流冲击和有效的强制对流的益处，关于空气间隙的值要作出折衷。