[发明专利]涡轮组件和用于减小涡轮构件之间的流体流的方法

说明书

技术领域

本文中公开的主题涉及燃气涡轮。更特别地，主题涉及减小燃气涡轮的构件之间的流体流。

背景技术

在燃气涡轮中，燃烧器将燃料或空气-燃料混合物的化学能转换为热能。热能通过流体（通常为来自压缩机的压缩空气）传送到涡轮，其中，热能转换为机械能。在一些涡轮实施例中，构件之间的流体到压缩热空气中的泄漏引起用于涡轮的减小的功率输出和较低效率。流体的泄漏可由在燃气涡轮的操作期间的某些构件的热膨胀和构件之间的相对移动引起。因此，减少构件之间的流体泄漏可提高涡轮的效率和性能。

发明内容

根据本发明的一个方面，涡轮组件包括定子和与定子相邻的转子。涡轮组件还包括通路，其形成在来自转子的突起部中，以形成在转子与定子之间的流体幕，其中，流体幕减小到热气体路径中的流体流。

根据本发明的另一个方面，用于减小涡轮构件之间的流体流的方法包括使热气体流经定子上的喷嘴、使热气体流经与定子相邻的转子上的动叶，以及使冷却空气流流动穿过定子和转子的内部部分。该方法进一步包括形成在定子与转子之间的流体幕以减少冷却空气流到热气体流中的泄漏。

这些和其他的优点和特征从结合附图进行的下列描述将变得更加显而易见。

附图说明

被认为是本发明的主题在说明书的结尾处的权利要求中被特别地指出并且清楚地要求权利。本发明的前述和其他的特征和优点从结合附图进行的下列详细描述将是显而易见的，在该附图中：

图1是包括燃烧器、燃料喷嘴、压缩机和涡轮的燃气涡轮发动机的实施例的示意图；

图2是示例性涡轮组件的部分的侧视截面图；

图3是图2中示出的涡轮组件的详细截面图；

图4是另一个示例性涡轮组件的部分的侧视截面图；以及

图5是又一个示例性涡轮组件的部分的侧视截面图。

详细描述参考附图经由实例说明本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

图1是燃气涡轮系统100的实施例的示意图。系统100包括压缩机102、燃烧器104、涡轮106、轴108和燃料喷嘴110。在实施例中，系统100可包括多个压缩机102、多个燃烧器104、多个涡轮106、多个轴108和多个燃料喷嘴110。压缩机102和涡轮106通过轴108联接。轴108可为单独轴或联接在一起以形成轴108的多个轴段。

在一个方面，燃烧器104使用诸如天然气或富氢合成气体的液体和/或气体燃料来运行发动机。例如，燃料喷嘴110与空气供应源和燃料供应源112流体连通。燃料喷嘴110产生空气-燃料混合物，并且将空气-燃料混合物排放到燃烧器104中，由此引起加热经加压的气体的燃烧。燃烧器104将热加压排出气体引导穿过过渡件到涡轮喷嘴(或“一级喷嘴”)中并且接着到涡轮动叶中，从而使涡轮106旋转。涡轮106的旋转使轴108旋转，由此在空气流动到压缩机102中时压缩空气。涡轮构件或部件构造成允许部件在热气体流动穿过涡轮106时的热膨胀和相对移动。通过减小比热气体冷的流体的流，提高涡轮效率。具体地，减少流体到热气体路径或压缩气体流中的泄漏增大沿着期望路径的热气体流的体积，从而使更多功能够从热气体提取。在下面参考图2-5详细地讨论减少诸如定子和转子的涡轮部件之间的流体泄漏的方法、系统和配置。描绘的配置提供流体幕或密封以减少到热气体流中的流体泄漏，由此增大待从热气体提取的可用功。此外，与可随着时间推移而磨损的、由橡胶和/或其它材料制成的其它密封件相比，流体幕具有显著更低的维护费。

如在本文中使用的，“下游”和“上游”为用语，其表示相对于穿过涡轮的工作流体流的方向。就这点而论，用语“下游”指的是与工作流体流的方向大体对应的方向，而用语“上游”大体指的是与工作流体流的方向相反的方向。用语“径向”指的是垂直于轴线或中心线的移动或位置。可有用的是描述位于关于轴线的不同径向位置处的部件。在该情况下，如果第一构件定位成比第二构件更接近轴线，则可在本文中阐述第一构件位于第二构件的“径向内侧”。另一方面，如果第一构件定位成比第二构件更远离轴线，则可在本文中阐述第一构件位于第二构件的“径向外侧”或“外部”。用语“轴向”指的是平行于轴线的移动或位置。最后，用语“周向”指的是围绕轴线的移动或位置。虽然下列讨论主要集中在燃气涡轮上，但是讨论的构想不受限于燃气涡轮。