[发明专利]涡轮导向器及其叶片布置方法、涡轮、燃烧室以及燃气涡轮发动机

说明书

本发明涉及一种涡轮导向器及其叶片布置方法、涡轮、燃烧室以及燃气涡轮发动机。其中，涡轮导向器的叶片布置方法，包括：S1.获得涡轮导向器的每个叶片的冷却空气流量特性；S2.根据燃烧室出口温度的周向分布，以及所述S1得到的所述每个叶片的冷却空气流量特性，将叶片中冷却空气流量大的叶片布置于对应燃烧室出口温度高的周向位置，将冷却空气流量小的叶片布置于对应燃烧室出口温度低的周向位置。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，尤其涉及一种涡轮导向器及其叶片布置方法、涡轮、燃烧室以及燃气涡轮发动机。

背景技术

燃气涡轮发动机的涡轮叶片工作在非常高的温度环境下，因此通常是带冷却的空心叶片，冷却空气由压气机侧提供，通过专门的流路对叶片进行冷却。这些空心叶片的内部冷却结构设计一般都是非常复杂的，其内部的强化冷却措施通常包含冲击、扰流柱、气膜等方式。冷却效果通常与内部强化冷却的设计相关，越复杂的方式通常具有越好的冷却效果。在同样的冷却形式基础上，冷却的效果则与冷气流量直接相关，冷气流量越大，冷却效果越好。

涡轮叶片通常采用铸造方式加工形成叶型和内冷结构，而表面气膜孔则采用电火花打孔等方式。由于加工存在一定的偏差，因此不同叶片的冷却结构尺寸都存在一定的区别，导致不同叶片在发动机实际工作过程中的冷气流量存在差别，这种由加工导致的偏差通常存在所谓正态分布的特点。

由于燃烧室燃烧存在不均匀性，导致出口温度也存在不均匀性，例如周向不均匀性，这在燃气涡轮发动机中客观存在且很难避免的。这种不均匀性可以在燃烧室的试验过程中测量得到，在发动机设计中应考虑这种不均匀性。对于周向不均匀性，一般只影响涡轮导向器的导叶，因为其是静子叶片，而对于涡轮的转子叶片来说一般是没有影响的，这是因为发动机转子叶片的转动会抵消这种周向不均匀性。

现有技术中，对于燃烧室出口温度的周向不均匀性，一种技术方案是采用更多的涡轮导向器叶片，例如将涡轮导向器的叶片个数的数量设置为大于其对应的级的转子叶片的数量。

现有技术中，还有一种技术方案是改变涡轮导向器的叶片的前缘与喷嘴的相对角度，以使得导向器叶片适应燃烧室出口温度的周向不均匀性。

现有技术中，还有一种技术方案是设置成对的导向叶片，每对导向叶片设置为不同的弯曲形式，例如包括两者复合弯曲相反。

但发明人发现，现有技术中提出的方案，将改变涡轮导向器的气动特性，对涡轮的效率造成影响。

因此，本领域需要一种涡轮导向器及其叶片布置方法、涡轮、燃烧室以及燃气涡轮发动机，以克服现有技术的不足之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡轮导向器的叶片布置方法。

本发明的目的在于提供一种涡轮导向器。

本发明的目的在于提供一种涡轮。

本发明的目的在于提供一种燃烧室。

本发明的目的在于提供一种燃气涡轮发动机。

根据本发明一个方面的一种涡轮导向器的叶片布置方法，包括：S1.获得涡轮导向器的每个叶片的冷却空气流量特性；S2.根据燃烧室出口温度的周向分布，以及所述S1得到的所述每个叶片的冷却空气流量特性，将叶片中冷却空气流量大的叶片布置于对应燃烧室出口温度高的周向位置，将冷却空气流量小的叶片布置于对应燃烧室出口温度低的周向位置。

在所述叶片布置方法的一个或多个实施例中，所述涡轮导向器的各个叶片之间的气膜冷却孔的尺寸的偏差呈正态分布。

在所述叶片布置方法的一个或多个实施例中，所述燃烧室出口温度的周向分布为周期分布，在整个周向包括多个周向区域，在一周向区域中，不同周向位置的燃烧室出口温度由高到低分布。