CN102042045B - 具有阻挡件的护罩组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有阻挡件的护罩组件。具体而言，公开了一种涡轮(10)护罩组件，该护罩组件包括外部护罩、附接到外部护罩上的至少一个内部护罩(104，204)，以及围在内部护罩内的至少一个阻挡件(106)。阻挡件(106)防止涡轮中的热气体或蒸汽直线通向外部护罩。在一个实施例中，对于护罩组件提供一个内部护罩，而一个阻挡件围在该内部护罩内，该阻挡件定位成与内部护罩偏置，以便延伸超过内部护罩，且进入相邻护罩组件的内部护罩中。在另一实施例中，提供了多个内部护罩，各内部护罩均围住阻挡件，该阻挡件在内部护罩内彼此邻近，且定位成与内部护罩偏置，以便覆盖内部护罩之间的间隙(205)。

Description

具有阻挡件的护罩组件
技术领域
本发明主要涉及涡轮护罩组件，并且更具体地涉及一种在涡轮护罩组件中使用的阻挡件(discourager)。
背景技术
护罩在涡轮和发动机中用作旋转叶片与壳体结构之间的对接装置(interface)。护罩相对于叶片提供紧密的末梢空隙，以及为喷嘴提供基座(或座架)。通常，此类护罩由金属材料制成。然而，工业用燃气涡轮的护罩和航空发动机的护罩在高温环境中操作，且因此需要冷却以获得可用的设计寿命周期。一种结合冷却空气使用金属护罩的备选方案，是对于护罩采用陶瓷基复合(CMC)材料，从而由于CMC优于金属的超温能力而消除了对护罩冷却的需要。CMC护罩通常包括密封件，用以防止最接近气体/蒸汽通路的护罩端部处的较高热量到达最接近金属外部壳体的端部。通常，密封件必须进行冷却，以便有效地密封护罩端部间隙来保持密封件的设计寿命。
发明内容
公开了一种涡轮护罩组件，该护罩组件包括外部护罩、附接到外部护罩上的至少一个中空管形内部护罩，以及围在内部护罩内的至少一个阻挡件。阻挡件防止涡轮中的热气体或蒸汽直线通向外部护罩。在一个实施例中，一个内部护罩提供成用于护罩组件，而一个阻挡件围在内部护罩内，该阻挡件定位成与内部护罩偏置，以便延伸超过内部护罩且进入相邻护罩组件的内部护罩中。在另一实施例中，提供了多个内部护罩，各内部护罩围住阻挡件，该阻挡件在内部护罩内彼此邻近，且定位成与内部护罩偏置，以便覆盖内部护罩之间的间隙。
本发明的第一方面提供了一种在涡轮中使用的护罩组件，该护罩组件包括：外部护罩，其具有构造成用以与涡轮外部壳体对接的第一侧，以及接近涡轮的工作流体流的第二侧；内部护罩，其定位在外部护罩的第二侧与涡轮的工作流体流之间；以及围在内部护罩内的阻挡件，该阻挡件定位成与内部护罩偏置，以便延伸超过内部护罩且进入相邻护罩组件的内部护罩中。
本发明的第二方面提供了一种在涡轮中使用的护罩组件，该护罩组件包括：外部护罩，其具有构造成用以与涡轮外部壳体对接的第一侧，以及接近涡轮的工作流体流的第二侧；彼此邻近的定位成在其之间形成膨胀空间的至少两个内部护罩，该至少两个内部护罩定位在外部护罩的第二侧与涡轮的工作流体流之间；以及围在内部护罩内的彼此邻近的至少两个阻挡件，该阻挡件定位成与内部护罩偏置，以便覆盖膨胀空间。
本发明的第三方面提供了一种涡轮，该涡轮包括：外部壳体；至少一个旋转叶片；以及定位在涡轮的外部壳体与该至少一个旋转叶片之间的护罩组件，该护罩组件包括：外部护罩，其具有构造成用以与外部壳体对接的第一侧，以及构造成用以与接近涡轮工作流体流的至少一个旋转叶片对接的第二侧；定位在外部护罩的第二侧与涡轮的工作流体流之间的至少一个内部护罩；以及围在内部护罩内的至少一个阻挡件，该阻挡件定位成与内部护罩偏置。
附图说明
图1为根据本发明实施例的涡轮内的护罩组件的截面视图。
图2为根据本发明实施例的涡轮护罩组件的等距视图。
图3和图4为根据本发明实施例的涡轮护罩组件的等距视图。
图5为根据本发明实施例的涡轮护罩组件和相邻涡轮护罩组件的等距视图。
图6为根据本发明实施例的其中具有以虚线示出的阻挡件的涡轮护罩组件的底视图。
图7为根据本发明实施例的在涡轮护罩组件中使用的阻挡件的等距视图。
注意的是，附图并未按比例。附图仅意图描绘本发明的典型方面，且因此不应认作是对本发明的范围进行限制。在附图中，相似的标号代表附图之间相似的元件。
零件清单
10        涡轮
12        旋转叶片
14        外部壳体
100，200  护罩组件
102       外部护罩
101       第一侧
103       第二侧
104，204  内部护罩
105       空间
106       阻挡件
107，108，110斜切边缘
205       间隙
具体实施方式
转到附图，图1示出了根据本发明实施例的在涡轮10(图1中部分地示出)内的涡轮护罩组件100。涡轮10包括至少一个旋转叶片12以及外部壳体14。根据本发明的实施例，至少一个护罩组件100定位在旋转叶片12与外部壳体14之间。而且如本领域中公知的那样，工作流体(例如，燃烧气体或蒸汽)流过涡轮，冲击旋转叶片12。应当注意的是，如本领域的普通技术人员所认识到的那样，涡轮10可为任何类型的涡轮，如蒸汽涡轮、燃气涡轮、联合式燃气和蒸汽涡轮、低压(LP)涡轮、中压(IP)涡轮、单流蒸汽涡轮、联合循环涡轮、对流涡轮和/或高压(HP)涡轮。
图2中示出了根据本发明实施例的护罩组件100。涡轮护罩组件100包括外部护罩102，该外部护罩具有构造成用以与涡轮10的外部壳体14对接的第一侧101。外部护罩102还包括第二侧103，该第二侧103接近旋转叶片12，且因此接近涡轮的工作流体通路。如本文所述，使用本发明的实施例，外部护罩102不必由高耐热性材料构成，且可使用任何期望的材料，如金属。
此外如图2中所示，且如图3中更为详细示出的那样，涡轮护罩组件100还包括至少一个内部护罩104，该内部护罩104附接到外部护罩102的第二侧103上，处在外部护罩102与涡轮10的工作流体通路之间。由于接近工作流体通路，故内部护罩104经受高温。因此，在图4中所示的另一实施例中，可提供彼此邻近的多个内部护罩104(例如，如图4中所示，两个内部护罩104)，而在它们之间具有膨胀空间105，以便容许由涡轮10的燃烧气体或蒸汽通路所发出的较高热量而引起的膨胀。内部护罩104可为中空的管形，或任何其它适合的形状或一致性。此外，内部护罩可包括陶瓷基复合材料(CMC)，或能够经受高温的任何其它适合的材料，如陶瓷材料、整体型陶瓷或涡轮级超级合金(如Ni超级合金)。
不管提供多少内部护罩104，各内部护罩104均围住至少一个阻挡件106。例如，在图4中所示的实施例中，两个内部护罩104围住两个阻挡件106，且阻挡件106定位成在内部护罩104内彼此邻近。在图3中，一个内部护罩104围住一个阻挡件106。
阻挡件106可构成中空或实心的管形，或构造成配合在内部护罩104内的任何其它期望的形状。为了最佳地阻挡热量到达外部护罩102，阻挡件106或最接近外部护罩102的第二侧103的至少一部分阻挡件106优选为大致不可渗透且无孔的，也即没有可容许热工作流体穿过阻挡件106的开孔。
阻挡件106定位在内部护罩104内，以便覆盖内部护罩104之间的任何间隙。例如，如图5中所示，阻挡件106偏置，以便其延伸超过内部护罩104，且进入邻近的相邻护罩组件200的内部护罩204中。因此，阻挡件106定位成覆盖内部护罩104与邻近的内部护罩204之间的间隙205。尽管在图5中这种将阻挡件106延伸到相邻内部护罩204中示为具有单个内部护罩104的实施例，但应当理解的是，对于包括多个内部护罩104的实施例而言，类似的布置也将是可能的。例如，如果提供了多个内部护罩104(且因此多个阻挡件106)，则最接近内部护罩104端部的阻挡件106可延伸到邻近的内部护罩204中。如图4和图6中所示，如果多个阻挡件106提供在多个内部护罩104内，则阻挡件106可定位成与内部护罩104偏置，以便覆盖内部护罩104之间的膨胀空间105(图4和图6中的虚线最佳地示出)。
因此，阻挡件106防止热的工作流体直线通向外部护罩102，以及提供了从工作流体通路到外部护罩102的曲折通路。这样，较少的热工作流体到达外部护罩102，使得在外部护罩102中能够使用常规的金属密封件和构件。此外，根据本发明实施例的阻挡件106布置在没有附加冷却的情况下有效地密封内部护罩104中的膨胀空间105，以及相邻组件的内部护罩之间的间隙205，从而容许阻挡件106具有与内部护罩104相同或相似的能力，消除了如果使用常规金属密封件或复杂组件而需要的对阻挡件106的附加冷却。
阻挡件106可包括任何适合的材料，如陶瓷材料、CMC材料、整体型陶瓷、涡轮级超级合金(如Ni超级合金)等。为了使安装容易，阻挡件106可具有如图7中最佳示出的至少一个斜切边缘108，110。此外，如图2中最佳示出的那样，内部护罩104还可包括至少一个斜切边缘107。阻挡件106不必连结到内部护罩104上；然而，在一个实施例中，阻挡件106可机械地附接到内部护罩104上。
用语″第一″、″第二″等在此并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开，而用语″一″和″一个″在此并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的物件。结合数量使用的修饰语″大约″包括声称值且具有上下文所指出的意义，(例如，包括与具体数量的测量结果相关的误差范围)。
尽管本文描述了各种实施例，但根据说明书可认识到，这里的元件、变型或改进方案的各种组合可由本领域的技术人员作出，且处在本发明的范围内。此外，在不脱离本发明基本范围的情况下，可做出许多修改以使特定的情势或材料适应本发明所教导的内容。因此，期望的是使本发明并不限于作为为执行本发明而构思的最佳方式所公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种在涡轮中使用的护罩组件，所述护罩组件包括：
外部护罩，其具有构造成用以与所述涡轮的外部壳体对接的第一侧，以及接近所述涡轮的工作流体流的第二侧；
中空的内部护罩，其定位在所述外部护罩的第二侧与所述涡轮的工作流体流之间，其中，所述中空的内部护罩具有贯穿经过的通道；以及
实心的阻挡件，其定形为大致对应于所述中空的内部护罩中的所述通道的周向和轴向的形状和尺寸，其中，所述阻挡件位于所述中空的内部护罩内并且定位成至少部分地延伸到相邻护罩组件的中空内部护罩中。
2.根据权利要求1所述的护罩组件，其特征在于，所述中空的内部护罩由陶瓷材料、陶瓷基复合材料或Ni超级合金构成。
3.根据权利要求1所述的护罩组件，其特征在于，所述实心的阻挡件具有至少一个斜切边缘。
4.根据权利要求1所述的护罩组件，其特征在于，所述中空的内部护罩具有至少一个斜切边缘。
5.根据权利要求1所述的护罩组件，其特征在于，所述实心的阻挡件由陶瓷材料、陶瓷基复合材料或Ni超级合金构成。
6.一种在涡轮中使用的护罩组件，所述护罩组件包括：
外部护罩，其具有构造成用以与所述涡轮的外部壳体对接的第一侧，以及接近所述涡轮的工作流体流的第二侧；
定位成在其间形成膨胀空间的彼此邻近的至少两个中空的内部护罩，所述至少两个中空的内部护罩定位在所述外部护罩的第二侧与所述涡轮的工作流体流之间，其中，每个中空的内部护罩均具有贯穿经过的通道；以及
彼此邻近的至少两个实心的阻挡件，每个实心的阻挡件均定形为大致对应于相应的中空内部护罩中的通道的周向和轴向的形状和尺寸，其中，所述至少两个阻挡件位于所述中空的内部护罩内并且定位成与所述至少两个中空的内部护罩偏置以便覆盖所述膨胀空间。
7.根据权利要求6所述的护罩组件，其特征在于，所述至少两个中空的内部护罩和所述至少两个实心的阻挡件中的至少一者由陶瓷材料、陶瓷基复合材料或Ni超级合金构成。
8.根据权利要求6所述的护罩组件，其特征在于，所述至少两个实心的阻挡件定位成使得至少一个实心的阻挡件的端部延伸超过所述至少一个实心的阻挡件位于其中的、所述中空的内部护罩的端部。
9.根据权利要求8所述的护罩组件，其特征在于，延伸超过所述中空的内部护罩的所述至少一个实心的阻挡件的端部延伸到相邻护罩组件的中空内部护罩中。
10.根据权利要求6所述的护罩组件，其特征在于，所述至少两个实心的阻挡件分别具有至少一个斜切边缘，并且其中，所述至少两个中空的内部护罩分别具有至少一个斜切边缘。
11.根据权利要求6所述的护罩组件，其特征在于，所述护罩组件还包括位于所述至少两个实心的阻挡件之间的间隙。
12.一种涡轮，包括：
外部壳体；
至少一个旋转叶片；以及
定位在所述涡轮的外部壳体与所述至少一个旋转叶片之间的护罩组件，所述护罩组件包括：
     外部护罩，其具有构造成用以与所述外部壳体对接的第一侧，以及构造成接近所述至少一个旋转叶片的第二侧；
     定位在所述外部护罩的第二侧与所述涡轮的工作流体流之间的至少一个中空的内部护罩，其中，所述至少一个中空的内部护罩具有贯穿经过的通道；以及
     至少一个实心的阻挡件，其定形为大致对应于所述中空的内部护罩中的所述通道的周向和轴向的形状和尺寸，其中，所述阻挡件位于所述至少一个中空的内部护罩内并且定位成与所述至少一个中空的内部护罩偏置。
13.根据权利要求12所述的涡轮，其特征在于，所述至少一个中空的内部护罩由陶瓷材料、陶瓷基复合材料或Ni超级合金构成。
14.根据权利要求12所述的涡轮，其特征在于，所述至少一个实心的阻挡件由陶瓷材料、陶瓷基复合材料或Ni超级合金构成。
15.根据权利要求12所述的涡轮，其特征在于，所述至少一个中空的内部护罩包括定位成在其间形成膨胀空间的彼此邻近的两个中空的内部护罩，并且其中，所述至少一个实心的阻挡件包括定位在所述中空的内部护罩内的彼此邻近的两个实心的阻挡件，所述实心的阻挡件定位成与所述中空的内部护罩偏置以便覆盖所述膨胀空间。
16.根据权利要求15所述的涡轮，其特征在于，所述涡轮还包括位于所述两个实心的阻挡件之间的间隙。
17.根据权利要求12所述的涡轮，其特征在于，至少一个实心的阻挡件定位成使得所述至少一个实心的阻挡件的端部延伸超过所述至少一个实心的阻挡件位于其中的、所述至少一个中空的内部护罩的端部。
18.根据权利要求17所述的涡轮，其特征在于，延伸超过所述至少一个中空的内部护罩的所述至少一个实心的阻挡件的端部延伸到相邻护罩组件的中空内部护罩中。
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