CN101315032A - 具有增强的气流封闭表面特征的定子-转子组件和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有增强的气流封闭表面特征的定子－转子组件和方法，具体而言，本发明描述了一种定子－转子组件(21)，其包括位于定子(18)和转子(22)之间的至少一个分界区域(92)。在分界区域中的至少一个定子表面或转子表面包括反向涡流器(99，101，108)的图案。反向涡流器限制气体流穿过定子和转子之间的间隙(76)。还描述了可包括这种定子－转子组件(21)的各种涡轮机。本公开还描述了利用反向涡流器限制气体流穿过定子－转子组件中的间隙的方法。

Description

具有增强的气流封闭表面特征的定子-转子组件和方法

技术领域

本发明通常涉及涡轮机，诸如涡轮发动机。更具体地，本发明针对用于阻止气流(例如，热气)穿过涡轮机中的定子-转子组件的选择区域的方法和物件。

背景技术

在本领域中大多数涡轮发动机的典型设计是众所周知的。它们包括用于压缩与燃料相混合的空气的压缩机。燃料-空气混合物在附连的燃烧器中点燃，以产生燃烧气体。热的加压气体被允许通过涡轮喷嘴膨胀，该热的加压气体在现代发动机中可在约1100℃至2000℃的范围内，该涡轮喷嘴引导该气流转动附连的高压涡轮。该涡轮通常与转子轴联接，以驱动压缩机。然后，核心气体(core gas)离开高压涡轮，从而在下游提供能量。该能量采用由附连的低压涡轮级所提取的附加的旋转能的形式和/或采用穿过排气喷嘴的推力的形式。

更具体地，通过使热燃烧气体撞击在一个或多个装有叶片的转子组件上，将在燃烧器内产生的热能转换成在涡轮内的机械能。(本领域技术人员将理解的是，术语“叶片(blade)”通常为航空涡轮词汇的部分，而当描述用于陆上涡轮的相同类型的构件时通常使用术语“叶轮(bucket)”)。转子组件通常包括至少一排圆周地间隔开的转子叶片。各转子叶片均包括翼面(airfoil)，该翼面包括压力侧和吸入侧。各翼面均从转子叶片平台径向向外地延伸。各转子叶片还均包括从杆上径向向内地延伸的楔形榫，该杆在平台和楔形榫之间延伸。该楔形榫用于将转子组件内的转子叶片安装到转子盘或卷轴上。

如本领域所已知的，转子组件实际上可被认为是定子-转子组件的一部分。转子组件上的转子叶片排和定子组件上的定子轮叶(vane)排跨越用于使燃烧气体“工作”的轴向定向的流径交替地延伸。热燃烧气体的喷射使定子元件的轮叶对涡轮叶片产生作用，并且根据发动机的类型使涡轮的机轮(wheel)在约3,000-15,000rpm的速度范围内旋转。(再一次，根据并行的术语，定子元件也就是当涡轮高速旋转时保持固定的元件，其在本领域中也称为“喷嘴组件”)。

如下述的附图所示，在定子元件与叶片或叶轮之间的分界处的开口可允许热核心气体离开热气路径并进入涡轮发动机的机轮间隔(wheel-space)。为了限制热气的这种泄漏，叶片结构典型地包括轴向突出的翼部(angel wing)密封件。根据典型设计，翼部与从相邻的定子元件延伸的突出段或“阻碍件(discourager)”相协作，该定子元件亦即喷嘴。翼部和阻碍件相重叠(或者几乎重叠)，但是不彼此接触，从而限制气流。由这些协作特征形成的曲径密封的效果对限制将热气吸进发动机的不希望部分至关重要。翼部可具有各种形状，并且可包括其它特征，诸如径向齿。此外，一些发动机设计利用多个重叠的翼部-阻碍密封件。

当使用这种密封时，在喷嘴和涡轮叶片的相邻区域之间的分界处仍然存在间隙。例如在相邻的翼部-阻碍件突出部之间的分界处。该间隙的存在是可以理解的，也就是说，该间隙在固定构件和旋转构件的连接处是必需的。然而，该间隙仍然提供可允许热核心气体离开热气路径进入涡轮发动机的机轮间隔区域内的路径。

如上所提及，热气经由该通道的泄漏由于多种原因而是不利的。首先，来自工作气流的热气损失导致可从涡轮发动机获得的能量产生损失。其次，将热气吸入涡轮机轮间隔和其它空腔内可破坏未设计为用于持续地暴露于这种温度的构件，诸如喷嘴结构支承件和转子机轮。

用于进一步最大限度减少来自工作气流的热气泄漏的一种众所周知的技术涉及利用冷却剂空气(coolant air)，亦即“吹洗空气(purgeair)”。在典型设计中，空气可从压缩机中转出或“流出”，并且用作用于涡轮冷却回路的高压冷却剂空气。因此，冷却剂空气是辅助流动回路的一部分，该冷却剂空气可被大致引导穿过机轮间隔空腔和其它内侧区域。在一个具体示例中，冷却剂空气可排出到转子/定子分界处。

因此，冷却剂空气可起到将某些发动机构件的温度维持在容许极限以下的作用。然而，当将冷却剂空气从机轮间隔区域引导进入前述间隙中的一个间隙内时，该冷却剂空气可起附加的特殊作用。冷却剂空气进入间隙的这种反向流动为热气离开间隙并进入机轮间隔区域的不希望的流动提供了附加的障碍。

虽然来自辅助流动回路的冷却剂空气由于上述原因而非常有利，但是也存在与其应用相关联的缺点。例如，从用于高压冷却及空腔吹洗空气的压缩机中提取空气消耗来自涡轮的做功，并且在发动机性能方面可能非常昂贵。此外，在一些发动机构造中，压缩机系统在至少一些发动机功率设定期间可能不能以足够的压力提供吹洗空气。因此，热气仍然可能被吸入机轮间隔空腔内。

从此讨论应显而易见的是，在本领域内用于减少热气从热气流径泄漏进涡轮发动机或其它类型的涡轮机内的不希望区域的新技术将是受欢迎的。此外，减少冷却及空腔吹洗气流(典型地被要求用来减少热气泄漏)本身将具有其它重要的益处。例如，可能有更高的核心气流，从而增加可在热气流径中可获得的能量。

用于实现这些目标的新技术必须仍然遵循燃气涡轮发动机或其它类型的涡轮机的主要设计要求。通常，必须保持整体的发动机效率和完整性。对发动机或发动机内的具体特征做出的任何变化不能妨碍或不利地影响整体的热气和冷却剂空气的流场。此外，所设想的改进将不应涉及耗时且不经济的制造步骤或变化。此外，改进应适合于发动机结构的变不同设计，例如，不同类型的定子-转子组件。若改进适合于封闭低温气体(例如，室温)以及热气，则将非常有利。

发明内容

本发明的一个实施例指向一种定子-转子组件，其包括在定子的表面和转子的表面之间的至少一个分界区域。这些表面由至少一个间隙隔开。分界区域中的至少一个定子表面或转子表面包括多个反向涡流器(inverted turbulator)的图案(pattern)。可包括这种定子-转子组件的各种涡轮机也表现本发明概念的部分。

一种用于限制气流穿过位于涡轮发动机的定子-转子组件中的定子和转子之间间隙的方法表现了本发明的另一个实施例。该方法包括在与间隙相邻的定子或转子的至少一个表面上形成反向涡流器的图案的步骤，其中反向涡流器具有足以阻止气流的尺寸和形状。

附图说明

图1是燃气涡轮的一部分的截面示意图。

图2是图1的涡轮部分的截面放大视图。

图3是包括反向涡流器的物件表面的局部侧视图。

图4是包括反向涡流器的另一个物件表面的局部侧视图。

图5是包括一种反向涡流器的物件表面的另一个局部侧视图。

图6是包括一种反向涡流器的物件表面的局部前视图。

图7是图6的物件表面的放大图。

图8是比较流体在没有反向涡流器的情况下流过示范性的定子-转子间隙的简化视图。

图9是比较流体在具有反向涡流器的情况下流过示范性的定子-转子间隙的简化视图。

图10是显示反向涡流器的布置的图1的涡轮部分的另一个截面放大图。

图11是显示反向涡流器的另一种布置的图1的涡轮部分的另一个截面放大图。

元件列表

10  涡轮发动机部分

12  转子转轮机轮

14  隔离物

16  延伸螺栓

18  第一级喷嘴/定子

20  第二级喷嘴

21  定子-转子组件

22  第一级转子叶片

23  翼面

24  第二级转子叶片

25  杆

26  平台

27  楔形榫

33  翼部

34  翼部

36  台面(land)/阻碍件

37  箭头

38  热气路径

50  翼部

54  沟槽空腔

58  台面/阻碍件

60  径向面

62  下阻碍件面

64  阻碍件

66  径向定子面

67  阻碍件的上表面

69  阻碍件的下表面

70  翼部的上密封表面

72  翼部的下密封表面

74  翼部的顶端

76  上间隙

77  下间隙

78  轴向间隙

80  缓冲空腔

82  机轮间隔区域

90  翼部

91  翼部顶端

92  分界区域

94  分界区域的边界线

96  分界区域的边界线

98  箭头

99  反向涡流器

100 表面边缘

101 反向涡流器

102 表面边缘

104 表面边缘

106 表面边缘

108 反向涡流器

110 反向涡流器的底表面

112 反向涡流器的侧壁

114 反向涡流器

116 反向涡流器

120 定子-转子组件

122 定子-转子组件

124 板

126  板

128  热气流区域

130  箭头

132  内侧区域

134  流动箭头

136  流动箭头

137  反向涡流器

138  定子的下表面

140  转子的上表面

具体实施方式

图1是总体表示为数字10的燃气涡轮发动机的一部分的示意图。发动机包括通过多个圆周向间隔开的、轴向延伸的螺栓16彼此连接的轴向间隔开的转子转轮12和隔离物14。该涡轮包括具有喷嘴的各级，例如第一级喷嘴18和第二级喷嘴20，这些喷嘴由多个圆周间隔开的定子叶片组成。多个转子叶片或叶轮位于喷嘴之间并且与转子一起旋转，分别示出了第一级转子叶片22和第二级转子叶片24。

各转子叶片例如叶片22包括安装在杆25上的翼面23，该杆25包括平台26。转子叶片的一些其它的详细特征未在此具体地示出。杆25包括用于与形成在转子转轮12上的相应的楔形槽相连接的楔形榫27。

叶片或叶轮22包括轴向突出的翼部33，34，50和90(有时称为“翼部密封件”)，如图1所示。翼部典型地与叶片一体地铸造。如前所述，它们通常处于与分别从相邻喷嘴20和18突出的“台面”或阻碍件36和64相对的位置。作为一个示例，阻碍件64示出为处于相对于翼部90相对的重叠位置。这种类型的涡轮中的热气路径由箭头38大体表示。如上所提及，在有些情况下，翼部和阻碍件可不彼此完全地重叠，而是可彼此相对，接近对准，例如，顶端对顶端。通常，在该实例中，顶端将直接对准，虽然如图所示，它们的相对垂直位置可稍微地改变，只要维持足够的流动限制即可。

图2是图1所示的发动机的一部分的放大视图，重点为表征第一级喷嘴(定子)18和第一级转子叶片22的总体区域。(该区域可称为“定子-转子组件”，在图2中表示为元件21)。喷嘴18包括阻碍件58，亦即喷嘴结构的突出部分(端壁)，其形状设置为起到气流限制方案的一部分的作用，如前所述。阻碍件典型地以各种表面作为特征，这些表面对于本公开具有特殊益处。这些表面包括径向面60以及下阻碍件面62。喷嘴18还包括阻碍件64，在本设计中该阻碍件64定位在径向定子面66的低末端的附近。阻碍件64包括上表面67和下表面69。

继续参考图2，翼部50从转子叶片22的杆25延伸。翼部包括上密封表面70和下密封表面72。虽然该翼部在此实例中以“上翻部(upturn)”或顶端74终止，但是并不总是采用这种特征。实际上，翼部(或附连到叶片22上的任何其它类型的阻碍件段)的形状和尺寸可极大地变化。所有的这种变化在本发明的要件范围内。如上所述，图2还显示了也从杆25延伸出的下翼部90。

从图2清楚地显示喷嘴18和叶片22的一些部分在分界区域92中彼此面向。这些相对的表面由至少一个间隙(如下所述，在此显示了两个间隙)隔开。因此，上间隙76大致位于下阻碍件面62和翼部顶端74之间。下间隙77大致位于阻碍件64的下表面69和翼部90的顶端91之间。在此实例中，间隙76和77大致限定缓冲空腔80，并且提供位于轴向间隙78和涡轮发动机的“内侧”区域之间的通道，该“内侧”区域为例如机轮间隔区域82。

术语“分界区域”在此用于描述包括间隙76和77的具有受限尺寸的总体区域，以及喷嘴18和叶片22的环绕部分。为了总体地表示，图2中的分界区域92显示为由虚边界线94和96所界限。对于分界区域的精确边界将部分地随定子-转子组件的具体设计而变化。限定典型的分界区域的一种示范性方式将取决于转子叶片22的长度(在图2中显示为“高度”)。因此，如果热气路径38内的叶片22的高度表示为“H”，则分界面区域(上边界线94)可估计为从平台26延伸出多达高度H的约10％。在定子-转子组件的“内侧”区域(亦即，下边界线96)方面，分界区域可估计为在最内侧的阻碍件(即下翼部90)的最低部分下方延伸相同的长度(H的约10％)。(边界线96因此也将始终横跨机轮间隔区域82延伸，以包括定子上的最低的阻碍件，亦即图2中的阻碍件64)。分界区域可经常称为“流动限制”区域。

根据正常的发动机运行，沿热气路径38引导至发动机内的燃烧气体向后流过定子-转子组件21，并且继续地流过发动机中的其它定子-转子组件。(在技术方面，燃烧气体在该阶段应称为“后燃烧”。此外，应了解的是，“热气”通常为气体混合物。虽然该混合物通常主要为后燃烧气体，但是该混合物也可包括例如来自喷嘴18和/或冷却气流98的各种冷却剂喷射和冷却剂流，如下所述)。当热气流进入轴向间隙78时，一部分气流(虚线箭头37)可通过上间隙76逸出并流入缓冲空腔80内。(在一些非常异常的极端情况下，热气可继续移动经过下间隙77并进入机轮间隔区域82)。如上所述，由箭头98表示的冷却剂空气通常从压缩机(未显示)中流出，并且从发动机的内侧区域(例如，机轮间隔82)引导至缓冲空腔80内，以阻碍热气的泄漏。上文已描述了有时存在于这种气体流径系统中的缺陷。

根据一个实施例，在分界区域92内的定子表面或转子表面中的至少一个表面具有反向涡流器的图案。当热气(例如，后燃烧气体)流过反向涡流器时，气流被阻碍。虽然发明人不希望局限于用于此现象的任何具体理论，但是当流体流通过反向涡流器之上时，每个反向涡流器似乎都产生局部的涡流。此外，对于交叉的反向涡流器，通过单个反向涡流器的流的相互作用，形成了附加的涡流。当将涡流排进流体流内时，它们限制了气流。以这种方式，进一步限制了已经部分地由阻碍件-翼部结构所阻碍的热气从主要流径进入机轮间隔区域的泄漏。

如在此所使用的，术语“反向涡流器”意味着包括非常多的短的或长的连续状特征。例如，“反向涡流器”可为直线或非直线(或拱形)连续地形成的特征，诸如凹槽、凹陷、缺口、凹痕、凹坑等。在非直线的反向涡流器的一个示例中，反向涡流器可为连续形成的具有Z字形形状的半球状凹槽。

图3和图4是分别对于反向涡流器99，101可能的各种半球形的形状的非限制性截面视图。在图3中，显示了全半球，亦即，该半球具有等于整个半径R的深度。图4显示了浅得多的反向涡流器。此外，反向涡流器的表面边缘也可发生变化。在图3中，表面边缘100和102显示为稍微倒圆，而在图4中，表面边缘104和106显示为相对尖锐。(此外，例如根据反向涡流器如何相对于具体的气流进行定位，用于特定反向涡流器的表面边缘的不同部分的形状也将发生变化)。

如示范性的图3和图4所清楚地显示，反向涡流器的深度可显著地变化。与选择最佳深度相关的因素包括流过反向涡流器的气流的类型和速度(在一种或多种气流中)；气流应被限制的程度；反向涡流器位于其上的定子表面和/或转子表面的形状和尺寸；反向涡流器的形成方式；和局部的定子-转子间隙区域的尺寸。通常，用于商用涡轮机中的典型的定子-转子组件的反向涡流器的深度将在约0.5mm至约6mm之间变化。在半球形或局部半球形的反向涡流器的情况下，该深度典型地将在约0.5mm至约6mm的范围内，并且更通常在约0.5mm至约2.5mm的范围内。基于上述因素以及流体流动研究、流量系数测试、计算流体力学预测及类似因素，本领域技术人员将能够选择用于特定情况的最合适的反向涡流器深度。

如上所述，具有其它形状的反向涡流器也是可能的。作为一个非限制性示例，反向涡流器108(图5)可具有相对平坦的底表面110以及倾斜侧壁112，以便反向涡流器的开口具有大于其底部110的面积。侧壁的倾斜度可根据在此提出的多种其它因素显著地变化。

反向涡流器可以以多种不同的图案布置。所选择的具体图案将部分地取决于关于反向涡流器的形状和尺寸的上文列出的多种因素。通常地，但并非始终地，该反向涡流器彼此均匀地间隔开。

在图6和图7所示的一个示例中，反向涡流器114沿表面的长度在一个方向上成角度，而相似的反向涡流器116在相反方向上成角度，从而形成间隔开的反向涡流器的十字交叉图案或阵列，以限制热气134泄漏至内侧区域132内(图8)。十字交叉的反向涡流器114，116可具有统一的截面(如图所示)，或可具有不统一的截面。在所述的实施例中，该十字交叉图案由反向涡流器的多个平行排形成，从而具有小于90度的相对角度118和在排之间的基本相等的间隔。然而，反向涡流器的排之间的间隔不必为等距离的。此外，角度118可在相邻排之间变化，并且可在约0度(亦即，多个基本不交叉的平行水平排)和约90度(亦即，多个基本交叉的垂直排)之间的范围内。

反向涡流器114，116之间的距离在某种程度上也可变化。(该距离在此表示为中心至中心间隔除以反向涡流器的表面宽度的比值)。在典型的涡轮发动机的定子-转子组件的情况下，相邻排之间的中心至中心间隔可为反向涡流器的表面宽度的约1倍至约6倍，更优选地，为反向涡流器的表面宽度的约2倍至约4倍。类似于上述研究的流体流动研究可用于容易地确定用于特定情况的反向涡流器的最合适的图案。还将注意的是，图案本身可沿定子和/或转子的不同的表面部分变化。

反向涡流器可通过各种方法形成。非限制性示例包括诸如各种磨削技术的加工方法。可能的其它加工工艺包括放电加工(EDM)和电化学加工(ECM)。在一些情况下，反向涡流器可在具体构件的铸造期间形成，例如涡轮转子或喷嘴的熔模铸造(investment-casting)。作为一个示例，熔模铸型表面可具有所选择的正特征(positive feature)图案，例如，倒圆条、斜面条、或者任何其它类型的突出或涡流形(turbulation)。正特征的形状将由与正特征相反的反向涡流器的期望形状所确定。因此，在移除模具之后，该部件将包括所选择的反向涡流器图案。本领域技术人员将能够容易地确定用于在特定表面上形成反向涡流器的最合适的技术(或技术组合)。

图8和图9是根据一些实施例的简化视图，其显示在涡轮机的定子-转子组件中提供反向涡流器的益处。对于组件120和122，定子和转子的部分分别由单块板124和126表示。热气流区域128内的热气流由箭头130表示。热气流从流动区域128流入内侧区域132(例如，机轮间隔区域)由流箭头134表示。阻碍热气流的冷却剂流由流动箭头136表示。在图8所示的组件120的情况下，没有反向涡流器存在于任何定子表面或转子表面上。热气流134基本上延伸进入涡轮机的内侧区域132，在此处热气流有时可破坏叶轮、盘和其它对温度敏感的构件。

参考图9，定子-转子组件122包括在定子124的下表面138上的和在转子126的上表面140上的反向涡流器137。反向涡流器的实际形状和尺寸未在该视图中示出。作为替代，它们由“漩涡(swirl)”形状表示。(如上所述，一种理论包括如下定理，即当气体流过反向涡流器时，涡流(vortex)形成在每个反向涡流器内)。如组件122所示，反向涡流器的存在可极大地限制热气134泄漏至内侧区域132内。因此，可有效地将热气“返回”至热气区域128内，而不吸入涡轮发动机的敏感区域内。作为另一个后果，冷却剂流136不必与组件120的情况一样地多，从而导致在此描述的其它益处。

反向涡流器可形成在定子、转子、或定子和转子两者的各种表面上。(在一些情况下，反向涡流器仅需要形成在那些表面的部分上)。作为示例，它们可置于延伸至分界区域中的一个间隙内的一个或多个定子阻碍密封件的各种表面上。如前所述，它们还可形成在延伸至一个间隙内的一个或多个翼部(在转子上)的各种表面上。

在一些类型的定子-转子组件中，通过将反向涡流器结合进阻碍件的表面内而获得极大的益处，而通过将反向涡流器结合至转子叶片的表面内将不会获得显著的益处。然而，反向涡流器的有效性水平将取决于在此描述的多种因素，包括尺寸、形状和特征的精确位置，以及定子-转子组件的具体设计。因此，在一些类型的定子-转子组件中，可预期的是，反向涡流器转子的各种部分上的存在也将提供在此描述的显著的益处。

本申请的附图大致根据二维投影绘制，以便简化对本公开的理解。然而，应了解的是，在此描述的分界区域典型地为旋转装置的一部分。因此，通常重要的是，反向涡流器以大致围绕具体构件的整个圆周的图案应用，该具体构件亦即转子或定子。

图10是放大到大得多的程度的图1和图2的涡轮发动机部分的另一个视图。在图10中，提供了反向涡流器在定子(喷嘴)18和/或转子叶片(叶轮)22的各种部分上的具体布置的非限制性示例。反向涡流器的可能位置由各种箭头符号表示。从图10可清楚地看出，反向涡流器可结合至定子的各种径向内侧的部分内，例如包括径向面60(面向沟槽空腔54)、下阻碍件面62(面向上间隙76)和定子面66。反向涡流器还可结合至与下间隙77相关联的各种定子区域内，诸如阻碍件64的各种表面。图10还显示了反向涡流器在翼部50和90上的布置。每个翼部50，90的多个不同区域均可包括反向涡流器，例如翼部50的上密封表面70以及其顶端74。反向涡流器在这些区域中的应用实际上允许在某种程度上增大上间隙76、下间隙77和缓冲空腔80，并且同时仍然保持有效的流动阻力。物理间隙的尺寸的增加可缓解对加工公差和组件配合的其它限制，从而提供附加的制造优点。(这在上间隙区域的情况下也是有益的)。

例如，图11中显示了反向涡流器在定子-转子组件的分界区域92中的一种可能位置。在图11中，反向涡流器具体布置的非限制性示例位于定子(喷嘴)18和/或转子叶片(叶轮)22的各种部分上。反向涡流器的可能位置由各种箭头符号表示。类似于图10中的布置，反向涡流器置于定子的径向内侧的部分上，例如包括径向面60(面向沟槽空腔54)、下阻碍件面62(面向上间隙76)和定子面66。反向涡流器还可结合至与下间隙77有关的各种定子区域内，诸如阻碍件64的上表面67和下表面69。不同于图10所示的布置，图11中的反向涡流器不用于翼部50，90上。在图11中，反向涡流器位于分别由翼部50，90和阻碍件58，64形成的上间隙76和下间隙77的各侧面上。具体地，反向涡流器位于在间隙76，77的每侧上延伸特定长度的表面上，该特定长度大致等于阻碍件58，64本身的表面长度。换句话说，反向涡流器在间隙76，77的每侧上仅延伸到阻碍件58，64的表面长度的程度。反向涡流器仅在这些区域中的应用实际上可允许在某种程度上增大上间隙76、下间隙77和缓冲空腔80，并且同时仍然保持有效的流动阻力。

本公开已经举例说明了涡轮机的涡轮部分中的定子-转子组件。然而，还应强调的是，这种机器的其它部分中的定子-转子组件也受益于本发明。作为非限制性示例，多种涡轮机中的压缩机部分也包括可结合翼部-阻碍件布置的定子-转子组件。与涡轮的情况相似，此结构为密封机构(例如，通过不同的压缩机级)，但是气体通常处于较低的温度。因此，在压缩机的定子-转子组件中应用反向涡流器也将非常有利于限制气流。(通常，应该很明显的是本发明适合于封闭处于任何温度的气体，例如室温或更高温度)。

本发明的另一个实施例指向涡轮机，该涡轮机包括至少一个定子-转子组件，诸如上述的定子-转子组件。燃气涡轮发动机(例如，涡轮喷气发动机、涡轮螺桨发动机、陆上发电涡轮和船用推进涡轮发动机)代表涡轮机的示例。其它类型的涡轮机也在本领域中已知。非限制性示例包括各种泵和压缩机，其也恰好结合流体(气体或液体)所流过的定子-转子组件。在这些其它的涡轮机设计的许多设计中，用于减少流体从流径泄漏至机器的其它区域内的新技术将具有显著的益处。因此，在这些涡轮机的任何涡轮机中的定子-转子组件可包括本公开所述的反向涡流器的图案。

本发明的又一个实施例指向一种用于限制气体(例如热气)流穿过涡轮机中的定子和转子之间的间隙的方法。如前所述，该方法包括如下步骤，即在与间隙相邻的定子或转子的至少一个表面上形成反向涡流器的图案。亦如上所述，反向涡流器具有足以阻碍气流的尺寸和形状。形成反向涡流器的示范性方法也提供在本公开中。

虽然已经通过具体的实施例和示例描述本发明，但是应了解的是，在不脱离所要求的发明构思的精神和范围的情况下，本领域技术人员可想到各种变型、改进和备选行驶。上述的所有专利、文章和文本均通过引用而结合于本发明中。

Claims (10)

1.一种定子-转子组件(21)，其包括位于定子(18)的表面和转子(22)的表面之间的至少一个分界区域(92)，所述表面由至少一个间隙(76)隔开，其中所述分界区域(92)中的所述定子表面或转子表面中的至少一个表面包括反向涡流器(99，101，108)的图案。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于所述定子(18)为喷嘴，其包括具有延伸至所述间隙(76)内的段的至少一个阻碍密封件(64)，并且反向涡流器(99，101，108)的所述图案布置在所述段的至少一个表面上。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于所述转子(22)是涡轮叶片或叶轮。

4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于所述涡轮叶片或叶轮(22)包括延伸至所述间隙内的至少一个翼部(50，90)，并且反向涡流器(99，101，108)的图案布置在所述翼部(50，90)的至少一个表面上。

5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于所述图案包括均匀间隔开的反向涡流器(99，101，108)的阵列。

6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于所述图案包括十字交叉图案。

7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于位于所述定子表面和转子表面之间的分界区域(92)为流限制区域，其限制气体流从所述涡轮发动机的热流路径(38)穿过所述间隙(76)流向所述定子-转子组件(21)的机轮间隔区域(82)。

8.一种组件(21)，其包括定子(18)和转子(22)的相对表面，其中反向涡流器(99，101，108)的十字交叉图案布置在所述相对表面的至少一个表面上。

9.一种涡轮机，其包括至少一个定子-转子组件(21)，其中所述定子-转子组件包括位于所述定子(18)的表面和所述转子(22)的表面之间的至少一个分界区域(92)，所述表面由至少一个间隙(76)隔开，其中所述分界区域中的所述定子表面或转子表面中的至少一个表面包括反向涡流器(99，101，108)的图案。

10.一种用于限制气体流穿过位于涡轮机的定子-转子组件中的定子(18)和转子(22)之间的间隙(76)的方法，其包括在与所述间隙相邻的所述定子或转子的至少一个表面上形成反向涡流器(99，101，108)的图案的步骤，其中所述反向涡流器具有阻碍所述气体流的尺寸和形状。

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