[发明专利]用于燃气涡轮发动机的护罩

说明书

本发明公开了一种涡轮，该涡轮具有围绕转子叶片(33)形成的固定式护罩环(34)。该固定式护罩环可包括内部护罩区段(35)。该内部护罩区段可包括冷却构造，该冷却构造包括横流通道(60)。横流通道(60)可在上游端(61)和下游端(62)之间纵向延伸，并且在它们之间包括接合点(65)，该接合点将横流通道纵向分成上游部段和下游部段，其中上游部段在上游端(61)和接合点(65)之间延伸，并且下游部段在接合点和下游端(62)之间延伸。横流通道(60)可具有纵向变化的横截面流动面积，使得上游部段的横截面流动面积在上游端(61)和接合点(65)之间减小，并且下游部段的横截面流动面积在接合点和下游端(62)之间增大。

背景技术

本文所公开的主题涉及燃气涡轮发动机的涡轮内的热气体路径部件，并且更具体地但不限于，涉及围绕涡轮转子叶片形成的固定式护罩的内部结构和冷却构造。

燃气涡轮发动机包括压缩机部段和涡轮部段，其中多排叶片轴向堆叠成级。每个级通常包括一排固定的周向间隔开的定子叶片和一排围绕中心涡轮轴线或轴旋转的转子叶片。在操作中，通常，压缩机转子叶片围绕轴旋转，并且与定子叶片协同作用来压缩空气流。然后，压缩空气的这种供应物用于在燃烧器内燃烧燃料供应物。通常称为工作流体的所产生的热膨胀燃烧气体流然后通过发动机的涡轮部段膨胀。在涡轮内，工作流体被定子叶片重定向到转子叶片上，从而为旋转提供动力。固定式护罩可围绕转子叶片构造以限定热气体路径的交界处。转子叶片连接到中心轴，使得转子叶片的旋转使轴旋转，并且以这种方式，燃料的能量被转换成旋转轴的机械能，该机械能例如可以用于旋转压缩机的转子叶片，从而产生燃烧所需的压缩空气的供应物，以及使发电机的线圈旋转以产生电能。在操作期间，由于高温、工作流体的速度和发动机的旋转速度，热气体路径内的许多部件处于极端机械负载和热负载的高应力下。

许多工业应用，诸如涉及发电和航空的应用，仍然严重依赖燃气涡轮发动机，并且因此，更高效的发动机的设计是持续目标。甚至在机器性能、效率或成本效益方面的增量进步在围绕该技术发展的竞争市场中也是有意义的。虽然存在用于改善燃气涡轮的效率的若干已知策略，例如，增加发动机的尺寸、点火温度或旋转速度，每个策略通常对已经处于高应力下的热气体路径部件施加附加应变。因此，仍然大体需要改进的设备、方法或系统，其用于减轻此类应力，或者增强此类部件的耐用性以使该部件可以更好地承受应力。例如，热气体路径的极端温度对围绕多排转子叶片形成的固定式护罩施加应力，从而导致部件的劣化并缩短其使用寿命。需要新型护罩设计，其优化冷却剂和密封效率，同时在应用中为构造成本有效、耐用和灵活的。

发明内容

本申请描述了一种涡轮，该涡轮具有围绕转子叶片形成的固定式护罩环。该固定式护罩环可包括内部护罩区段。内部护罩区段可包括冷却构造，该冷却构造包括横流通道。横流通道可在上游端和下游端之间纵向延伸，并且在它们之间包括接合点，该接合点将横流通道纵向分成上游部段和下游部段，其中该上游部段在上游端和接合点之间延伸，并且该下游部段在接合点和下游端之间延伸。横流通道可具有纵向变化的横截面流动面积，使得上游部段的横截面流动面积在上游端和接合点之间减小，并且下游部段的横截面流动面积在接合点和下游端之间增大。

附图说明

通过仔细研究以下结合附图对本公开示例性实施方案的更详细描述，将更全面地理解和体会本公开的这些及其他特征，其中：

图1为燃气涡轮发动机的框图，其中可使用本公开的护罩；

图2为具有转子叶片和固定式护罩的热气体路径的侧视图；

图3为根据本公开的邻接内部护罩区段的侧剖视图；

图4为根据本公开的内部护罩区段的透视图；

图5为示出根据本公开的示例性横流通道的内部护罩区段的横截面；

图6提供根据本公开的示例性横流通道的示意性俯视图；

图7为示出根据本公开的具有多个横流通道的示例性布置的内部护罩区段的透明透视图；