[发明专利]复合式喷嘴冷却的发动机

说明书

本申请是申请号为200710186017.0，名称为“复合式喷嘴冷却的发动机”、申请日为2007年11月9日的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体涉及燃气涡轮发动机，具体涉及其中涡轮机的冷却。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中压缩并在燃烧器中与燃料混合，产生热的燃烧气体。在通过一驱动轴给此压缩机提供动力的涡轮级中，从燃烧气体提取能量，产生另外的功，为涡轮风扇飞机发动机的上游风扇提供动力或是在海运业（M&I）中，用来驱动外部的驱动轴。

这种基础的核心发动机通常包括一台多级轴流式压缩机，它具有数排压缩机叶片以及对应的导向叶片，它们对环境空气分级加压而相应地升高其温度。从压缩机后端排出的空气具有最高的压力，通称为压缩机输出压力（CDP），和相应的高的温度。

在典型的结构中，此种压缩机可以具有七个级，用来由于压缩循环提高空气压力，数倍于大气压力还使温度升高了好几百度。相对于燃气涡轮发动机特殊设计及预定的用途，也可以采用较少或较多个数的压缩级

从压缩机输出的CDP空气的大部分与燃烧器中的燃料混合，产生热的燃烧气体。这些燃烧气体然后在几个涡轮级中经历膨胀循环，从中提取能量而相应地减小燃烧气体的压力极及其温度。紧邻此燃烧器后有一高压涡轮机（HPT），用来驱动核心发动机的压缩机叶片。

在HPT之后的低压涡轮机（LPT）驱动着第二轴，用以驱动涡轮风扇发动机中的上游风扇或在M&I的应用中用来驱动外部驱动轴。

这种燃气涡轮发动机的总效率取决于空气压缩效率、燃烧效率以及涡轮级中燃烧气体膨胀效率。

由于涡轮机的部件在运行中直接暴露在热的燃烧气体下，这些部件就需进行适当的冷却以保证有较长的使用寿命。例如某些从燃烧过程转移出的压缩机排出空气，可用来冷却燃烧器本身的衬里以及冷却HPT的种种部件。

各涡轮级通常包括一上游涡轮喷嘴或定子，后者有一排导向器叶片，将燃烧气体通过对应的一排涡轮转子叶片导向下游。这些叶片一般安装在在此形成的相应燕尾槽中的支承转子轮盘的周边上。

涡轮叶片与导向叶片通常取空心翼型。其中具有相应的内部冷却通道，在运行中接收压缩机输出空气用于将其冷却。这种空心叶片与导向叶片一般包括多排冷却膜和其他通过压力与吸气侧壁的排出孔，用来将废的内部冷却空气排送入相应的外部膜中以进一步保护这种空心翼型。

此外，支承第一级涡轮叶片的涡轮转子轮盘是一种较大型的部件，它带有其中安装着叶片的轮辋以及从此朝内沿径向延伸的窄的腹板，而此腹板终结于一具有中央孔的较宽的轮毂。这种转子轮盘在运行中受到相当大的离心载荷与加热两者的影响，也必须设计成具有较长的寿命。

相反，由于在膨胀循环中降低了燃烧气体的温度与压力，与HPT相比，LPT只需较少的冷却。于是减少了冷却的要求而通常可以采用级间的放气来冷却其中的种种部件。

涡轮的主流路设计成可在燃烧气体流过发动机时限制燃烧气体，同时降低燃烧器的温度与压力。此涡轮机部件的各个冷却回路与主流路无关，因而必须提供具有充分压力的冷却空气以防运行中吸入热燃烧气体。

例如在固定的涡轮喷嘴与旋转的涡轮叶片之间设有适当的旋转密封件，以阻止热的燃烧气体吸入或回流到该冷却流路内。由于喷嘴导向叶片与涡轮叶片的翼型一般包括多排冷却空气出口，冷却空气就必须具有充分大于外部燃烧空气压力的压力，来提供适当的回流保险系数以防热的燃烧空气吸入到涡轮的翼型本身中。

因此，HPT的部件通常用全压CPT空气冷却而LPT部件可用较低的压力级间的放气冷却。

这样，用压缩机空气来冷却涡轮机部件时可以与HPT和LPT的不同冷却要求相匹配以减少其应用，而由此来提高发动机效率。

但是，提高发动机效率是现代燃气涡轮发动机的持续的与最重要的设计目的，因而希望能通过减少从压缩机来提取加压空气以进一步提高发动机效率。

发明内容

燃气涡轮发动机包括有效结合在一起的压缩机、燃烧器与高压涡轮机。此涡轮机包括一喷嘴和继后的一排转子叶片。在压缩机的末级与喷嘴导向叶片中的前方冷却通道之间流体通连地结合有第一放气回路，用来于第一压力下将加压的一次空气供给这里的第一冷却孔。在压缩机的中间级与喷嘴导向叶片的后方冷却通道之间流体通连地结合着第二放气回路，用来于低于第一压力的第二压力下将加压的二次空气供给第二冷却孔。

附图说明