CN102200030A - 涡轮机转子轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涡轮机转子轮，提供一种转子轮(10)且其包括主体(20)，主体(20)具有第一和第二相对的面(21，22)及多个部分，所述多个部分从第一面(21)的平面凹陷以在其中限定环形凹槽(30)和多个支流凹槽(40)，该环形凹槽(50)从外部源接收流体(50)且被形成为引导流体(50)沿着环形流动路径(60)流动，且多个支流凹槽(40)从环形凹槽接收流体(50)且分别被形成为引导流体沿着径向和轴向支流流动路径循序流动，同时防止支流凹槽间流体连通。

Description

涡轮机转子轮
技术领域
本文所公开的主题涉及涡轮机转子轮。
背景技术
在涡轮发动机中，例如燃气轮机中，用于旋转涡轮机叶片的冷却流动是从压缩机部段的轮毂内的空气提取的。一旦这些空气被拉离轮毂且进入旋转机械域内，典型做法是设计通路来允许空气在径向更深地流向旋转中心线。这种通路设计的目的是为了确保空气流动以与机械部件类似的速度旋转，因而可在流动方向改变时降低损失。
考虑到这些目的，通路设计通常形成回路，其中相对较短的径向内流通路的端部特征在于全360度连续腔室和在轴向朝向涡轮机延伸的给定数量的长“枪孔”。以此方式，通路设计导致通路上更少的压力损失且向机械设计师提供在相对较高的半径放置枪孔入口的自由，因此他们可追求优良的稳固性和可靠性。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种转子轮且其包括主体，主体具有第一和第二相对的面及多个部分，多个部分从第一面的平面凹陷以在其中限定一环形凹槽和多个支流凹槽，该环形凹槽从外部源接收流体且被形成为引导流体沿着环形流动路径流动，且多个支流凹槽从环形凹槽接收流体且分别被形成为引导流体沿着径向和轴向支流流动路径循序流动，同时防止支流凹槽间流体连通。
根据本发明的另一方面，提供一种转子轮且其包括主体，该主体可绕旋转中心线旋转且具有第一和第二相对的面，主体的多个部分从第一面的平面凹陷以在其中限定外部环形凹槽和内部环形凹槽及多个支流凹槽，该外部环形凹槽从外部源接收流体且被形成为引导流体绕旋转中心线流动，多个支流凹槽从环形凹槽接收流体且分别被形成为引导流体在径向向内流动，且内部环形凹槽从支流凹槽接收流体且被形成为引导流体在径向和轴向循序流动，同时基本上防止流体绕旋转中心线流动。
根据本发明的再一方面，提供一种涡轮发动机且其包括：压缩机轮毂，其具有旋转中心线；主体，其可绕旋转中心线旋转且具有第一和第二相对的面，主体的多个部分从第一面的平面凹陷以在其中限定环形凹槽和多个支流凹槽，该环形凹槽接收压缩机轮毂流体且引导流体绕旋转中心线流动，且多个支流凹槽从环形凹槽接收流体且分别引导流体在径向且然后在轴向流动，同时防止支流凹槽间流体连通；以及，下游部段，其在第一面后方且与第一面相邻，下游部段被形成为限定孔，这些孔从沿着轴向延伸的支流凹槽接收流体。
通过下文的描述，结合附图理解，这些和其它优点和特点将变得更显然。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书所附权利要求中特别地指出且明确地主张。通过结合附图来理解下文的详细的描述，本发明的前述和其它特点和优点将变得明显，其中：
图1是涡轮发动机转子轮的透视图；
图2是图1的涡轮发动机转子轮的放大透视图；
图3是涡轮发动机转子轮的侧视截面图；
详细描述参看附图以举例说明的方式解释本发明的实施例，以及优点和特点。
部件列表
转子轮10
旋转中心线12
主体20
第一面21
第二面22
孔口23
中心部分24
外径向部25
中部26
环形凹槽30
环形凸缘31
顶端32
支流凹槽40
内径向部41
外径向部42
内部环形凹槽45
流动阻挡构件46
流体50
外部源51
环形流动路径60
径向支流流动路径70
径向71
轴向支流流动路径80
轴向81
涡轮发动机100
压缩机轮毂110
RSR组件111
下游部段120
枪孔121
径向分量122
具体实施方式
在采用相对较短的径向向内的内流通路的情况下，且当能量更高的流动进入到径向通路与轴向枪孔之间的自由涡流连接区内时，流动可绕自由涡流区前进而不是直接朝向最靠近其刚离开的通路的枪孔前进。如果在驱动压力中有任何扰动，在流动绕自由涡流区继续以找到合适枪孔时出现不稳定性。这可阻挡流动进入涡轮机且可造成回流向外穿过径向通道中的一个或多个。
可移除自由涡流区以排除流动不稳定性的风险且允许短径向内流通路设计，这种短径向内流通路设计改进涡轮发动机的性能、稳固性和可靠性。参看图1至图3，提供一种转子轮10，其包括主体20，主体20基本上是圆盘形且具有彼此相对的第一面21和第二面22。孔口23形成于主体20的中心部分24，其对应于旋转中心线12，转子轮10可围绕旋转中心线12旋转。孔口23在第一面21与第二面22之间延伸。转子轮10的多个部分从第一面21的平面凹陷且在主体20内限定环形凹槽30和多个支流凹槽40。
环形凹槽30从外部源51接收流体50且引导流体50沿着环形流动路径60流动，环形流动路径60绕旋转中心线12安置于周边。环形凹槽30限定于主体20的外径向部25。支流凹槽40从外径向部25延伸且朝向中部26，中部26在径向介于外径向部25与中心部分24之间。
环形凹槽30的外部范围由环形凸缘31界定。环形凸缘31从主体20突伸且具有顶端(summit)32。顶端32以预先限定的凹陷距离RDIS从第一面21的平面凹陷。流体50可从外部源51提取，例如压缩机轮毂的转子-定子-转子组件，且在沿顶端32限定的向内径向方向进入环形凹槽30。
多个支流凹槽40各与环形凹槽30流体连通从而接收流体50。支流凹槽40的每一个也分别地被形成为引导流体50以沿着径向支流流动路径70且然后沿着轴向支流流动路径80循序地分别在径向71和轴向81流动。支流凹槽40还被形成为基本上防止支流凹槽间流体连通。即，防止流体50沿着一支流凹槽40在径向向内且然后在周向流到另一支流凹槽40。替代地，迫使流体50沿着支流凹槽40中的每一个在径向向内且然后在轴向后方向远离主体20流动。
如图1和2所示，支流凹槽40可从主体20的外径向部向内且朝向中部26螺旋，使得流体50可通过在类似于其在环形凹槽30中的流动方向的方向流动而进入支流凹槽40。支流凹槽40的每一个具有内径向部41和外径向部42。环形凹槽30的凹陷深度RDEP1类似于外径向部42的凹陷深度(RDEP2)。比较而言，内径向部41的凹陷深度RDEP3逐渐减小。同时，内径向部41的宽度W1大于外径向部42的宽度W2。
轴向81相对于旋转中心线12成角度倾斜且允许支流凹槽40止于中部26。轴向81在后方向中进一步引导且远离主体20前进使得流体50可在下游朝向如涡轮机流动。
根据本发明的另一方面，支流凹槽40的内径向部41可被限定为内部环形凹槽45。此处，内部环形凹槽45从支流凹槽40接收流体50且引导流体在径向71和轴向81循序流动。同时，内部环形凹槽45基本上防止流体50绕旋转中心线12流动。这种流动防止可通过安置于内部环形凹槽45内的流动阻挡构件46而达成。流动阻挡构件46位于内部环形凹槽45内且不透流体50，从而阻碍其绕旋转中心线12流动，
根据本发明的另一方面，提供一种涡轮发动机100，例如燃气轮机。该涡轮发动机100包括具有旋转中心线12的压缩机轮毂110、如上文所述的主体20、和下游部段120。下游部段120安置于第一面后方且与第一面相邻，且被形成为限定枪孔121，枪孔121沿着轴向81延伸。压缩机轮毂110可包括外部源51，外部源51可体现为转子-定子-转子组件111。在此情况下，流体50可为从转子-定子-转子组件111提取的冷却剂。枪孔121基本上直的且在一定方向中延伸，该方向具有从支流凹槽40朝向旋转中心线12的径向分量122。
虽然仅关于有限的几个实施例描述了本发明，但应易于了解本发明并不限于这些公开的实施例。而是，可修改本发明以合并之前未描述的任意多个变型、更改、替代或等效布置，但这些仍与本发明的实质和范围相符。此外，虽然描述了本发明的各种实施例，应了解本发明的方面可仅包括所描述实施例中的某些。因此，本发明不应视作受前文的描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (10)

1.一种转子轮(10)，包括：
主体(20)，其具有第一和第二相对的面(21，22)及多个部分，所述多个部分从第一面(21)的平面凹陷以在其中限定环形凹槽(30)和多个支流凹槽(40)，
所述环形凹槽(30)从外部源(51)接收流体(50)且被形成为引导流体(50)以沿着环形流动路径(60)流动，以及
所述多个支流凹槽(40)从所述环形凹槽(30)接收流体(50)且分别被形成为引导所述流体(50)沿着径向和轴向支流流动路径(70，80)循序流动，同时防止支流凹槽间流体连通。
2.根据权利要求1所述的转子轮(10)，其特征在于，所述主体(20)基本上是圆盘形，具有在第一面与第二面(21，22)之间延伸的孔口(23)。
3.根据权利要求1所述的转子轮(10)，其特征在于，所述流体(50)从压缩机转子-定子-转子组件(111)提取。
4.根据权利要求1所述的转子轮(10)，其特征在于，所述轴向支流流动路径(80)被引导为轴向分量相对于旋转中心线(12)倾斜，所述主体(20)可围绕旋转中心线(12)旋转。
5.一种转子轮(10)，包括：
主体(20)，其可绕旋转中心线(12)旋转且具有第一和第二相对的面(21，22)，主体(20)的多个部分从第一面(21)的平面凹陷以在其中限定外部环形凹槽和内部环形凹槽(30，45)及多个支流凹槽(40)，
所述外部环形凹槽(30)从外部源(51)接收流体(50)，且被形成为引导所述流体(50)绕所述旋转中心线(12)流动，
所述多个支流凹槽(40)从所述环形凹槽(30)接收流体(50)，且分别被形成为引导所述流体(50)径向向内流动，以及
所述内部环形凹槽(45)从所述支流凹槽(40)接收流体，且被形成为引导所述流体在径向和轴向循序流动，同时基本上防止所述流体绕所述旋转中心线流动。
6.根据权利要求5所述的转子轮(10)，其特征在于，所述内部环形凹槽(45)由流动阻挡构件(46)限定以阻挡绕所述旋转中心线(12)的流动。
7.一种涡轮发动机(100)，包括：
压缩机轮毂(110)，其具有旋转中心线(12)；
主体(20)，其可绕所述旋转中心线(12)旋转且具有第一和第二相对的面(21，22)，主体(20)的多个部分从所述第一面的平面凹陷以在其中限定环形凹槽(30)和多个支流凹槽(40)，所述环形凹槽(30)接收压缩机轮毂流体(50)且引导流体(50)绕所述旋转中心线(12)流动，且所述多个支流凹槽(40)从环形凹槽(30)接收流体(50)且分别引导所述流体(50)在径向且然后在轴向流动，同时防止支流凹槽(40)间流体连通；以及，
下游部段(120)，其在第一面(21)后方且与第一面(21)相邻，所述下游部段被形成为限定孔(121)，所述孔从沿着轴向延伸的支流凹槽(40)接收流体(50)。
8.根据权利要求7所述的涡轮发动机(100)，其特征在于，所述压缩机轮毂(110)包括转子-定子-转子组件(111)。
9.根据权利要求8所述的涡轮发动机(100)，其特征在于，压缩机轮毂(110)流体包括从所述转子-定子-转子组件(111)提取的冷却剂。
10.根据权利要求7所述的涡轮发动机(100)，其特征在于，所述孔(121)基本上是直的。
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