[发明专利]用于燃气涡轮发动机的中框架壳体的热屏蔽歧管系统

说明书

关于联邦资助研究或开发的声明

本发明的开发部分地由美国能源部关于先进涡轮机开发计划的合同编号为DE-FC26-05NT42644-Sub011的支持。因此，美国政府可以具有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明大体指向于涡轮发动机，并且更特别地指向于涡轮发动机中的冷却流体供给系统。

背景技术

典型地，燃气涡轮发动机包括用于压缩气体的压气机、用于将压缩气体与燃料混合并将混合物点燃的燃烧器和用于产生动力的涡轮叶片组件。燃烧器经常在可超过2,500华氏度的高温下操作。典型的涡轮燃烧器配置使涡轮叶片组件暴露于这些高温中。作为结果，涡轮叶片和涡轮翼片必须由能够承受这样的高温的材料制成。涡轮叶片、翼片和其他部件经常含有用于延长这些物品的寿命并降低作为过高温度的结果而故障的可能性的冷却系统。

典型地，中框架壳体在压气机与排出壳体之间并且在一些配置中在压气机壳体与排出壳体之间延伸。中框架壳体经常将压气机泄放空气经过通道输送至涡轮转子组件。当中框架外壳空气温度超过450摄氏度时，大部分常用的钢合金变成蠕变极限。随时间推移，材料变得脆化并且在高于450摄氏度的温度时遭受永久蠕变变形。因此，当设计要求增加并且峰值压气机排放温度接近550摄氏度时，使用标准合金和传统技术来满足160,000小时且5,000起动部件寿命周期阈值变得不太可能。

发明内容

本发明涉及公开一种用于压气机与涡轮组件之间的内壳的热屏蔽歧管系统。热屏蔽歧管系统保护外壳体不受高温压气机排放空气的影响，由此使得在压气机与涡轮组件之间延伸的外壳体能够由与否则的话将要求的相比不太昂贵的材料形成。另外，热屏蔽歧管系统可以被配置成使得压气机泄放空气被从压气机传递到热屏蔽歧管系统内而没有经过易发生泄漏的传统凸缘-凸缘接头。

热屏蔽歧管系统可以被包括在涡轮发动机内并且可以包括位于转子组件上游的一个或多个燃烧器。转子组件可以包括从转子径向向外延伸的至少第一、第二排的涡轮叶片。涡轮发动机还可以包括位于燃烧器上游的压气机并可以包括径向向内延伸且终止于转子组件附近的一个或多个排的涡轮翼片。涡轮发动机还可以包括与涡轮翼型连通的涡轮翼型冷却室和从压气机的下游端部区域延伸至转子组件的上游端部区域的内壳体。涡轮发动机可以包括位于内壳体的径向向外且周向上包封内壳体的热屏蔽壁，由此在内壳体的外表面上形成热屏蔽歧管。热屏蔽壁可以与压气机排气连通使得压气机排气将冷却流体供给至热屏蔽歧管，并且与涡轮翼型冷却室连通使得热屏蔽歧管将冷却流体供给至涡轮翼型冷却室。在一个实施例中，涡轮翼型冷却室可以是将冷却流体提供至第二排涡轮翼片的涡轮翼片第二排冷却空气室。

涡轮发动机也可以包括从压气机的下游端部区域延伸至转子组件的上游端部区域且周向上包封热屏蔽壁的外壳体。在一个实施例中，热屏蔽歧管可以通过外壳体的径向向内的支撑凸缘中的至少一个孔与压气机连通，这消除了凸缘-凸缘泄漏的可能性。在另一实施例中，跨接导管可以在压气机与热屏蔽歧管之间延伸。跨接导管可以至少部分地在从压气机的下游端部区域延伸至转子组件的上游端部区域且周向上包封热屏蔽壁的外壳体的外部延伸。热屏蔽歧管系统还可以包括被配置成在冷却流体被传递到热屏蔽歧管之前使来自压气机的冷却流体变冷的热交换器。在又一实施例中，热屏蔽歧管系统可以包括在压气机与涡轮翼型冷却室之间延伸的排气导管。排气导管可以至少部分地在从压气机的下游端部区域延伸至转子组件的上游端部区域且在周向上包封热屏蔽壁的外壳体的外部延伸。

热屏蔽歧管系统可以包括被配置成使压气机泄放流体动态节流到跨接导管内的一个或多个跨接节流系统，或可以包括被配置成使压气机泄放流体动态节流到涡轮翼型冷却室内的一个或多个翼型冷却室节流系统，或者可以包括这两个系统。在一个实施例中，跨接节流系统可以由控制通过跨接导管的冷却流体的流动的至少一个阀形成。翼型冷却室节流系统可以由控制通过排气导管进入涡轮翼型冷却室内的冷却流体的流动的至少一个阀。

本发明的优点在于，发明保护从压气机的下游端部区域延伸至转子组件的上游端部并且周向上包封内屏蔽件的外壳体不受高温压气机排放空气的影响。

本发明的另一优点在于，通过使外壳体与高温压气机排放空气屏蔽使得外壳体能够由诸如但不限于低成本的钢合金等的不太昂贵的材料形成。

本发明的又一优点在于，本发明在压气机排放空气的温度接近或超过对于钢的蠕变机制(creep regime)的高端或者脆化温度的涡轮发动机中是有用的。