[发明专利]形成在燃气涡轮发动机中使用的部件的多层面板外壁的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及燃气涡轮发动机，更具体地，涉及对于设定从燃气涡轮发动机的燃烧室到涡轮部段的气体流的路线有用的部件。更具体地，本发明涉及形成和组装具有复杂几何轮廓的外表面的多层面板壁的方法。

背景技术

通常，燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机、用于使压缩空气与燃料混合并点燃该混合物的燃烧室、以及用于产生动力的涡轮导叶组件。燃烧室通常在可能超过2500华氏度的高温下操作。典型的涡轮燃烧室构造使涡轮导叶组件暴露在这样的高温下。因此，涡轮导叶和涡轮导叶必须由能够耐受这样的高温的材料制成。涡轮导叶、导叶、过渡部和其他部件通常包括用于延长这些零件的寿命并减小由过高的温度所引起的故障的可能性的冷却系统。

发明内容

本发明涉及用于过渡管道的冷却系统，该过渡管道用于设定燃气涡轮发动机中的从燃烧室到第一级涡轮部段的气体流的路线。在一种实施方式中，过渡管道可具有由内面板和中间面板形成的多层面板外壁，该内面板具有限定了高温气体路径气室的至少一部分的内表面，该中间面板定外在内面板的径向外侧，使得在内面板与中间面板之间形成一个或更多个冷却腔室。在另一实施方式中，过渡管道可包括内面板、中间面板以及外面板。内面板、中间面板以及外面板可包括用于使冷却流体在冷却腔室之间穿行以冷却面板的一个或更多个计量孔。可使用联接面板的附接系统将中间面板和外面板固定至内面板，使得中间面板和外面板可在平面内移动。

冷却系统可构造为能够与任何接触涡轮发动机的高温气体路径的涡轮部件一起使用，该涡轮部件比如为限定涡轮发动机的高温气体路径的部件。一种这样的部件是过渡管道。过渡管道可构造为设定气体流在燃气涡轮子系统中的路线，该燃气涡轮子系统包括第一级叶片阵列，该第一级叶片阵列具有从转子组件沿径向方向延伸用以在周向方向上旋转的多个叶片，所述圆周方向具有切线方向的分向量，转子组件的轴线限定纵向方向，至少一个燃烧室沿纵向定位在第一级叶片阵列的上游并且定位在第一级叶片阵列的径向外侧。过渡管道可包括过渡管道本体，过渡管道本体具有在入口与出口之间延伸的内部通路。过渡管道可由管道本体形成，管道本体至少部分地由多层面板外壁形成。多层面板外壁可由内面板和中间面板形成，该内面板具有限定了高温气体路径气室的至少一部分的内表面，该中间面板定位在内面板的径向外侧，使得在内面板与中间面板之间形成至少一个冷却腔室。多层面板外壁还可包括外面板，该外面板定位在中间面板的径向外侧，使得在中间面板与外面板之间形成至少一个冷却腔室。

冷却系统可包括用于控制冷却流体进入冷却腔室的流动的一个或更多个计量孔。具体地，外面板可包括多个计量孔。中间面板可包括一个或更多个冲击孔，内面板可包括一个或更多个膜冷却孔。

本发明还涉及一种用于形成多层面板外壁的方法，所述多层面板外壁包括冲击冷却面板，所述多层面板外壁用于在高热应力条件下使用的部件并且具有复杂的外表面轮廓。所述方法包括：提供要结合在机器中且在高热应力条件的环境中执行任务的部件，所述部件包括具有外表面的内面板，互连的肋的阵列设置在所述外表面上。将中间面板放置在所述部件上以覆盖所述部件的所述外表面和所述肋的至少一部分。

所述方法还包括抵靠所述部件的所述外表面在压力下在所述中间面板的整个表面区域上施加外部力，以按照由所述肋形成的几何构造形成所述中间面板的轮廓。在进行该步骤时，在所述部件的所述外表面和所述肋与所述中间面板之间形成冷却腔室。另外，所述方法还包括在所述中间面板和所述内面板中形成一个或更多个孔，以允许空气流进入和离开所述冷却腔室。

此后可通过已知技术将中间面板固定于内面板。更具体地，在中间面板的接触内面板上的肋的第一部段处将中间面板固定至内面板。

由三层系统形成的冷却系统对于横导叶（transvane）理念是特别有益的，在横导叶理念中，高温气体流被加速至高马赫数，穿过壁的压降远高于传统过渡管道中的该压降。这种高的压降对膜冷却是不理想的，并且仅冲击面板并不足以减小冲击后的空气压力以获得理想的膜冷却效果。因此，该类型的部件中尤其需要主要起压降/流动计量设备作用的外面板。

横导叶的上游部分可受益于双层壁构造，在该上游部分中高温气体路径速度较低并且穿过壁的压力差也较小，其中双层壁构造为外壁包括计量孔或者具有冲击孔的中间面板足以为实现膜效果而使压力降低的实施方式。

下面更加详细地描述这些实施方式和其他实施方式。

附图说明