涡轮机护罩的流动抑制器.pdf

本发明涉及涡轮机护罩的流动抑制器。公开了一种用于涡轮机(10)的护罩，该护罩包括至少一个支承结构和设置在涡轮机(10)的气路(14)处的至少一个内护罩(20)。该至少一个内护罩(20)和至少一个支承结构在它们之间具体至少一个间隙。该至少一个间隙在至少一个限制性间隙(64)和至少一个非限制性间隙(66)之间交替，且能够产生至少一个压力损失机构，以减少在至少一个间隙中的热气体(48)流。还公开了一种用于减少涡轮机(10)中的热气体(48)的吸入的涡轮机(10)和方法。

1.  一种用于涡轮机(10)的护罩，其包括：
至少一个支承结构；
设置在涡轮机(10)的气路(14)处的至少一个内护罩(20)；以及
在所述至少一个内护罩(20)和所述至少一个支承结构之间的至少一个间隙，所述至少一个间隙在至少一个限制性间隙(64)和至少一个非限制性间隙(66)之间交替，其能够产生至少一个压力损失机构，以减少所述至少一个间隙中的热气体(48)流。

2.  根据权利要求1所述的护罩，其特征在于，所述至少一个限制性间隙(64)和所述至少一个非限制性间隙(66)在所述至少一个内护罩(20)周围沿周边方向交替。

3.  根据权利要求1所述的护罩，其特征在于，所述至少一个内护罩(20)包括设置在所述至少一个间隙处的多个槽穴(50)，以限定所述至少一个限制性间隙(64)和所述至少一个非限制性间隙(66)。

4.  根据权利要求3所述的护罩，其特征在于，所述多个槽穴(50)沿周边设置在所述至少一个内护罩(20)周围。

5.  根据权利要求4所述的护罩，其特征在于，所述多个槽穴(50)能够减少所述至少一个间隙中的所述热气体(48)流的周边流。

6.  一种涡轮机(10)，其包括
设置在气路(14)中的多个喷嘴(12)；
可绕所述涡轮机(10)的中心轴线(18)旋转的多个轮叶(16)，所述多个轮叶(16)设置在所述多个喷嘴(12)下游；以及
径向地设置在所述多个轮叶(16)的外侧的至少一个护罩，所述至少一个护罩包括：
至少一个支承结构；
设置在所述气路(14)处的至少一个内护罩(20)；以及
在所述至少一个内护罩(20)和所述至少一个支承结构之间的至少一个间隙，所述至少一个间隙在至少一个限制性间隙(64)和至少一个非限制性间隙(66)之间交替，其能够产生至少一个压力损失机构，以减少所述至少一个间隙中的热气体(48)流。

7.  根据权利要求6所述的涡轮机(10)，其特征在于，所述至少一个限制性间隙(64)和所述至少一个非限制性间隙(66)在所述至少一个护罩周围沿周边方向交替。

8.  根据权利要求6所述的涡轮机(10)，其特征在于，所述至少一个内护罩(20)包括设置在所述至少一个间隙处的多个槽穴(50)，以限定所述至少一个限制性间隙(64)和所述至少一个非限制性间隙(66)。

9.  一种用于减少涡轮机(10)中的热气体吸入的方法，其包括：
使热气体(48)流入至少一个内护罩(20)和至少一个支承结构之间的间隙中；
使所述间隙中的所述热气体(48)相对于所述涡轮机(10)的中心轴线(18)沿周边方向流动；以及
通过使所述间隙在至少一个限制性间隙(64)和至少一个非限制性间隙(66)之间交替来引起所述间隙中的所述热气体(48)中的压力损失。

10.  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，引起所述热气体(48)中的压力损失包括使所述热气体(48)流过所述内护罩中的多个槽穴(50)。

涡轮机护罩的流动抑制器
技术领域
[0001]本发明大体涉及涡轮机械。更具体地，本发明涉及用于涡轮机械的流动抑制器。
背景技术
[0002]涡轮机，例如燃气轮机，通常包括由包括外护罩的至少各构件支承在涡轮机中的至少一个内护罩。内护罩位于一排涡轮机喷嘴的直接下游，且暴露于一定气体温度，该气体温度足够高以至于需要对内护罩进行主动冷却，否则将由于暴露而引起对内护罩的损伤。但是，外护罩通常不是主动冷却的，因为外护罩不是直接处在气路中的。
[0003]热气体常常由涡轮机吸入通常介于涡轮机喷嘴和内护罩之间的轴向间隙中。进入这个间隙的热气体流，如果没有被阻塞或以别的方式被减缓，则可前进到达外护罩，且对外护罩产生损伤。吸入通常部分地由周边压力梯度引起，而周边压力梯度主要是由于喷嘴的后缘和内护罩的前缘非常靠近而产生的。周边压力梯度迫使热气体进入间隙中。
[0004]用于防止对外护罩造成损伤的一种措施是将来自内护罩的辅助的冷却空气注入涡轮机喷嘴和内护罩之间的间隙中，以防止热气体达到外护罩。但是这种方法会降低涡轮机的性能，且本领域将很好地接受一种不会负面地影响发动机性能的、用来防止由于吸入热气体而对外护罩造成损伤的结构或方法。
发明内容
[0005]根据本发明的一个方面，用于涡轮机的护罩包括至少一个支承结构，以及设置在涡轮机的气路处的至少一个内护罩。该至少一个内护罩和至少一个支承结构在它们之间具有至少一个间隙。该至少一个间隙在至少一个限制性间隙和至少一个非限制性间隙之间交替，且能够产生至少一个压力损失机构，以减少该至少一个间隙中的热气体流。
[0006]根据本发明的另一个方面，涡轮机包括设置在气路中的多个喷嘴，以及设置在该多个喷嘴的下游的、可绕涡轮机的中心轴线旋转的多个轮叶。至少一个护罩径向地位于多个轮叶的外侧，且包括至少一个支承结构和设置在气路处的至少一个内护罩。该至少一个内护罩和至少一个支承结构在它们之间具有至少一个间隙。该至少一个间隙在至少一个限制性间隙和至少一个非限制性间隙之间交替，其能够产生至少一个压力损失机构，以减少该至少一个间隙中的热气体流。
[0007]根据本发明的又一个方面，一种用于减少涡轮机中的热气体的吸入的方法包括：使热气体流入至少一个内护罩和至少一个支承结构之间的间隙中，且使间隙中的热气体相对于涡轮机的中心轴线沿周边方向流动。通过使该间隙在至少一个限制性间隙和至少一个非限制性间隙之间交替来引起间隙中的热气体中的压力损失，从而减少进入间隙中的热气体的流量。
[0008]结合附图，根据以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。

附图简述
[0009]在说明书总结部分处的权利要求书中特别地指明和清楚地要求保护了被视为本发明的主题。结合附图，根据以下详细描述，本发明的上述和其它目标、特征和优点显而易见，在附图中：
[0010]图1是涡轮机的局部截面图；
[0011]图2是内护罩的透视图；以及
[0012]图3是涡轮机的局部周边截面图。
[0013]参照附图，具体实施方式以实例的方式阐明了本发明的实施例，以及优点和特征。
附件列表：
燃气轮机10
喷嘴12
热气体路径14
轮叶16
中心轴线18
内护罩20
前间隙22
前内护罩边缘24
后喷嘴边缘26
后内护罩边缘28
后间隙30
前喷嘴边缘32
辅助冷却流34
冷却通道36
外护罩38
前钩40
后钩42
前凹槽44
后凹槽46
热气体48
迷宫式槽穴50
外表面52
前平台54
后平台56
深度58
脊60
尖缘62
限制性间隙64
非限制性间隙66
具体实施方式
[0014]图1所示的是涡轮机的局部截面，该涡轮机在这个实施例中为燃气轮机10。燃气轮机10包括设置在绕燃气轮机10的中心轴线18旋转的多个轮叶16上游的热气体路径14中的多个喷嘴12。至少一个内护罩20径向地设置在多个轮叶16的外侧，且至少部分地限定热气体路径14。该至少一个内护罩20设置在多个喷嘴12的直接下游，在前内护罩边缘24和后喷嘴边缘26之间具有前间隙22。类似地，后内护罩边缘28可与前喷嘴边缘32具有后间隙30。在一些实施例中，通过将辅助的冷却流34注入至少一个内护罩20中的多个冷却通道36中来主动冷却该至少一个内护罩20。该至少一个内护罩20由至少一个外护罩38支承在燃气轮机10中。在一些实施例中，该至少一个内护罩20包括至少一个前钩40和至少一个后钩42，它们插入至少一个外护罩38中的对应的至少一个前凹槽44和至少一个后凹槽46中，以使该至少一个内护罩20固定到该至少一个外护罩38上。
[0015]在燃气轮机10运行期间，来自热气体路径14的热气体(由箭头48示出)可被吸入前间隙22和/或后间隙30中。热气体48在径向方向和周边方向上沿着前间隙22和/或后间隙30流动。如果被允许流动贯穿前间隙22和/或后间隙30，则热气体48将损坏至少一个外护罩38。如图2所示，为了防止热气体48流动贯穿前间隙22和/或后间隙30，在至少一个内护罩20中设置了多个迷宫式槽穴50。在图2的实施例中，多个迷宫式槽穴50设置在至少一个内护罩20的前平台54的外表面52处。为了简洁起见，将在本文详细描述设置在前平台54处的该多个迷宫式槽穴50，但是将理解，迷宫式槽穴50可设置在后平台56的外表面52处，以防止热气体48流动贯穿后间隙30，如以下将关于前间隙22所描述的。
[0016]该多个迷宫式槽穴50以沿周边延伸的排列设置在至少一个内护罩20周围。如图3最佳地显示，多个槽穴50自外表面52延伸至深度58，其中，脊60设置在该多个迷宫式槽穴50的相邻的迷宫式槽穴50之间，而尖缘62限定了脊60与该多个迷宫式槽穴50相遇的位置。如图3所示，在组装到燃气轮机10中时，内护罩20和外护罩38在它们之间限定了沿周边方向在各个脊60处的限制性间隙64和各个迷宫式槽穴50处的非限制性间隙66之间交替的间隙。交替的限制性间隙64和非限制性间隙66以及尖缘62在内护罩20和外护罩38之间产生一系列的压力损失机构。该压力损失由于热气体48流过尖缘62且经历限制性间隙64和非限制性间隙66之间的流动面积的突然变化(这会导致热气体48的紊流和再循环)而产生。压力损失减小了前间隙22中的热气体48的周边流动。热气体48的周边流动由周边压力梯度驱动，所以一系列的压力损失机构抑制了间隙22中的热气体48流动。
[0017]该多个迷宫式槽穴50为确实进入间隙22的热气体48进一步提供冷却机构。热气体48在各个迷宫式槽穴50内发生紊流，从而增强热气体48和主动冷却的内护罩20之间的对流热传递。另外，该多个迷宫式槽穴50增大了热气体48所暴露于的内护罩20的表面积，从而降低热气体48的温度。
[0018]虽然已经结合仅仅有限数量的实施例对本发明进行了描述，但是应当容易地理解，本发明不限于这样的公开的实施例。相反，可对本发明进行修改，以结合在此以前没有描述的但却与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替代或等效布置。另外，虽然已经对本发明的各实施例进行了描述，但是将理解，本发明的方面可仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为由前述描述限制，而是仅受所附权利要求书范围的限制。