[发明专利]燃气涡轮及其被冷却结构

说明书

本发明提供一种燃气涡轮及其被冷却结构。燃气涡轮的被冷却结构具有主体，该主体具有前缘、后缘、第一侧部分、第二侧部分和腔体。第一组冷却空气微通道从腔体延伸并且沿着第一侧部分布置。第二组冷却空气微通道从腔体延伸并且沿着第二侧部分布置。每组冷却空气微通道具有至少一个过渡歧管，其与相邻微通道流体连通，并且还与进气端、排气端以及它们的组合中的至少一个流体连通。上述被冷却结构还具体化在燃气涡轮中。

技术领域

本公开一般涉及燃气涡轮的被冷却结构，更具体地涉及用于冷却通道进气和排气连接的过渡歧管，其最大化结构的边缘冷却并控制结构的边缘冷却。

背景技术

在大型重负荷(heavy-duty)工业燃气涡轮发动机(gas turbine engine)中，在燃烧器中生成的热气流穿过涡轮以产生机械功。涡轮包括一个或多个排或级的定子静叶和转子叶片，定子静叶和转子叶片与处于逐渐降低的温度的热气流相互作用。通过将较高温度的气流通入涡轮，可提高涡轮的效率并因此提高发动机的效率。然而，涡轮入口温度受限于涡轮特别是第一级静叶和叶片的材料特性，以及这些第一级翼型件的冷却能力。

第一级转子叶片和定子静叶暴露于最高的气流温度，随着气流通过各涡轮级，温度逐渐降低。必须通过以下方式来冷却第一级和第二级翼型件(叶片和静叶)以及护罩和其它结构：使冷却空气通过内部冷却通道，并使冷却空气通过薄膜冷却孔排出以提供冷却空气的覆盖层，以保护被冷却表面(the cooled surface)免受热气流的影响。

涡轮转子叶片在由护罩形成的被冷却表面内旋转，护罩与叶片尖端形成间隙。护罩由固定在环形载体内的许多区段形成。通过间隙的热气流泄漏不仅降低涡轮效率，而且在护罩上产生过热点，这会导致缩短零件寿命的侵蚀或其他热损伤。

用于微通道进气端和排气端的当前制造过程需要高精度加工，以使各端部与每端用于的正确通道对准。这些制造限制妨碍了用于计量冷却空气流量的进气端和排气端的尺寸、横截面面积(cross sectional area)和流动面积的灵活性。利用当前公差叠加，微通道不能被计量。

发明内容

本公开的方面和优点将部分地在下面的描述中提出，或者可以从该描述显而易见，或者可以通过实施本公开来了解。

燃气涡轮发动机的被冷却结构的一个实施例具有主体(main body)，主体具有前缘(leading edge)、后缘(trailing edge)、第一侧部分(first side portion)、第二侧部分和腔体(cavity)。第一组冷却空气微通道(a first set of cooling air micro-channels)从腔体延伸并且沿着第一侧部分布置。第二组冷却空气微通道从腔体延伸并且沿着第二侧部分布置。每组冷却空气微通道具有至少一个过渡歧管(transitionmanifold)，所述至少一个过渡歧管与相邻微通道流体连通，并且还与进气端、排气端以及它们的组合中的至少一个流体连通。

所述的被冷却结构包括第三组冷却空气微通道，所述第三组冷却空气微通道从所述腔体延伸并且沿着所述前缘和后缘布置。

其中，所述过渡岐管横截面面积大于或等于所述相邻微通道横截面面积。

其中，所述过渡岐管在大体上径向地向外的方向上延伸。

其中，所述进气端与所述腔体流体连通。

其中，所述排气端与燃气涡轮热气体路径流体连通。

其中，所述腔体从燃烧气体侧径向地向外定位，所述腔体进一步限定成角度的周边壁(angled perimeter wall)。

其中，每个进气端围绕所述成角度的周边壁定位并且被构造成接受来自冷却流动路径的压缩冷却空气。

其中，每个微通道包括T形部分，所述T形部分定位成彼此相邻并与所述至少一个过渡歧管流体连通。