CN104126065B - 燃气涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

在具有与涡轮动叶(8a)的末端对置地配置的护罩(8c)的燃气涡轮发动机中，为了防止所述护罩(8c)所具备的多个薄膜冷却孔(21)闭塞，将该薄膜冷却孔(21)构成为在槽部(20)的底部开口，该槽部(20)设于所述护罩(8c)的与所述涡轮动叶(8a)的末端对置的面。

Description

燃气涡轮发动机
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机。
本申请基于2012年2月29日在日本申请的日本特愿2012-043133号而主张优先权，将其内容引用于此。
背景技术
在涡轮风扇发动机等燃气涡轮发动机中，与涡轮动叶对置而设有护罩(shroud)。该护罩配置于涡轮动叶的末端(tip)侧，构成从燃烧器向着涡轮流动的燃烧气体的流路的一部分。
涡轮动叶和护罩暴露于从燃烧器排出的高温的燃烧气体，因而一般具备冷却机构。例如，在专利文献1中，提出了在叶面具备使冷却空气流动的薄膜冷却孔的涡轮叶片。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2002-227604号公报。
发明内容
发明要解决的课题
在冷却护罩的情况下，还考虑采用像专利文献1那样针对护罩而设置薄膜冷却孔并将冷却空气从前述薄膜冷却孔供给至护罩的表面的构造。
然而，有时候由于热变形而导致涡轮动叶和护罩膨胀，涡轮动叶的末端在护罩的表面稍微摩擦(以下，摩擦(rubbing))。如果这样涡轮动叶的末端在护罩的表面摩擦，则有时候由于摩擦热等而导致涡轮动叶前端或护罩的表层熔融、长期地堵塞薄膜冷却孔。
本发明是鉴于上述的情况而作出的。在本发明中，其目的在于，在具备与涡轮动叶对置地配置的护罩的燃气涡轮发动机中，防止设于护罩的薄膜冷却孔闭塞。
用于解决课题的方案
本发明的第1方式，是具备与涡轮动叶的末端对置地配置的护罩的燃气涡轮发动机，上述护罩具备设在与上述涡轮动叶对置的面的槽部、和在槽部的底部开口的多个薄膜冷却孔。
本发明的第2方式，在上述第1方式中，上述槽部沿相对于上述涡轮动叶的泄漏流而垂直的方向延伸，沿泄漏流的方向排列多个。
本发明的第3方式，在上述第1或第2方式中，上述薄膜冷却孔以上述槽部的底部侧的开口部相对于冷却空气供给侧的开口部而成为泄漏流的下游侧的方式倾斜。
发明的效果
依据本发明，在护罩的表层设有槽部，在槽部的底部开口有薄膜冷却孔。因此，即使在摩擦的情况下，也能够防止涡轮动叶的末端与薄膜冷却孔的开口部分接触。结果，即使在当摩擦时发生动叶前端或护罩的熔融的情况下，也能够防止该熔融物将薄膜冷却孔闭塞。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式中的涡轮风扇发动机的概略构成的截面图。
图2A是示出本发明的一个实施方式中的涡轮风扇发动机所具备的护罩的一部分的立体图。
图2B是图2A的A-A线截面图。
图2C是图2A的B-B线截面图。
图3是示出本发明的一个实施方式中的涡轮风扇发动机所具备的涡轮动叶与槽部的关系的示意图。
图4A是示出本发明的一个实施方式中的涡轮风扇发动机所具备的护罩的变形例的概略图。
图4B是示出本发明的一个实施方式中的涡轮风扇发动机所具备的护罩的变形例的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明所涉及的燃气涡轮发动机的一个实施方式进行说明。此外，在以下的附图中，为了使各部件为能够识别的大小，适当变更各部件的比例尺。另外，在以下的实施方式中，提出作为燃气涡轮发动机的一个示例的涡轮风扇发动机而进行说明。但是，本发明不限定于涡轮风扇发动机，只要是燃气涡轮发动机，就能够适用。
图1是示出本实施方式的涡轮风扇发动机1的概略构成的截面图。如该图所示，本实施方式的涡轮风扇发动机1具备风扇罩2、芯罩3、风扇4、低压压缩机5、高压压缩机6、燃烧器7、高压涡轮8、低压涡轮9、轴10以及主喷嘴11。
风扇罩2是配置于涡轮风扇发动机1中最上游侧的圆筒形部件，空气的流动方向的上游端和下游端成为开口端，上游端作为空气摄入口而起作用。另外，风扇罩2，如图1所示，在其内部容纳有芯罩3的上游侧和风扇4。
芯罩3是直径比风扇罩2更小的圆筒形部件，与风扇罩2同样地，空气的流动方向的上游端和下游端成为开口端。该芯罩3在内部容纳有作为涡轮风扇发动机1的主要部分的低压压缩机5、高压压缩机6、燃烧器7、高压涡轮8、低压涡轮9、轴10以及主喷嘴11等。
而且，在本实施方式中，在轴方向(图1的左右方向)上不存在芯罩3的区域中的风扇罩2的内部空间、在轴方向上存在芯罩3的区域中的被风扇罩2和芯罩3夹着的空间，作为空气流流动的导管12而起作用。
此外，芯罩3的内部成为摄入风扇罩2的空气的一部分和由燃烧器7生成的燃烧气体所通过的流路(以下，称为芯流路)。另外，如图1所示，风扇罩2和芯罩3从空气的流动方向观看时以同心圆状配置，隔开间隙而配置。而且，风扇罩2和芯罩3的间隙成为将摄入风扇罩2内的空气中的未流入芯流路的剩余部分排出至外部的旁通流路。另外，风扇罩2和芯罩3通过未图示的支架而安装于航空器的机体或翼。
风扇4具备形成流入风扇罩2内的空气流并固定于轴10的多个风扇动叶4a和配置于旁通流路的多个风扇静叶4b。此外，后面详细说明的轴10从空气的流动方向观看时沿半径方向分割为2个。更详细而言，轴10由作为芯部的实心的第1轴10a和包围第1轴10a而配置于外侧的空心的第2轴10b构成。而且，风扇动叶4a固定于轴10的第1轴10a。
低压压缩机5，如图1所示，比高压压缩机6更配置于上游侧，压缩由风扇4送入芯流路的空气。该低压压缩机5具备固定于轴10的第1轴10a的动叶5a和固定于芯罩3的内壁的静叶5b。此外，由以环状配置的多个静叶5b和在其轴方向下游侧以环状配置的多个动叶5a形成1级叶栅。而且，低压压缩机5由沿轴方向配置的多级叶栅构成。
高压压缩机6，如图1所示，比低压压缩机5更配置于下游侧，将从低压压缩机5送入的空气进一步压缩成高压。前述高压压缩机6具备固定于轴10的第2轴10b的动叶6a和固定于芯罩3的内壁的静叶6b。此外，与低压压缩机5同样地，由以环状配置的多个静叶6b和在其轴方向下游侧以环状配置的多个动叶6a形成1级叶栅。而且，高压压缩机6由沿轴方向配置的多级叶栅构成。
燃烧器7配置于高压压缩机6的下游侧，通过将从高压压缩机6送入的压缩空气与从未图示的喷射器供给的燃料的混合气燃烧而生成燃烧气体。
高压涡轮8配置于燃烧器7的下游侧，从自燃烧器7排出的燃烧气体回收旋转动力，驱动高压压缩机6。该高压涡轮8具备固定于轴10的第2轴10b的多个涡轮动叶8a、固定于芯流路的多个涡轮静叶8b以及护罩8c，由涡轮动叶8a接受被涡轮静叶8b整流的燃烧气体而使第2轴10b旋转。护罩8c与涡轮动叶8a的末端对置地设置，形成从燃烧器7排出的燃烧气体的流路的一部分。后面对该护罩8c详细地进行说明。
低压涡轮9，配置于高压涡轮8的下游侧，从通过高压涡轮8的燃烧气体进一步回收旋转动力，驱动风扇4、低压压缩机5。该低压涡轮9具备固定于轴10的第1轴10a的多个涡轮动叶9a、固定于芯流路的多个涡轮静叶9b以及护罩9c，由涡轮动叶9a接受被涡轮静叶9b整流的燃烧气体而使第1轴10a旋转。护罩9c形成从燃烧器7排出的燃烧气体的流路的一部分。低压涡轮的护罩9c，与高压涡轮的护罩8c同样地，如果有时候也与涡轮动叶9a的末端对置地设置，则有时候也在涡轮动叶9a的末端部与涡轮动叶9a成为一体而形成。
轴10是向着空气的流动方向配置的棒状部件，将由涡轮(高压涡轮8和低压涡轮9)回收的旋转动力传递至风扇4和压缩机(低压压缩机5和高压压缩机6)。该轴10，如上所述，沿半径方向分割为2个，由第1轴10a和第2轴10b构成。而且，第1轴10a在上游侧安装有低压压缩机5的动叶5a和风扇4的风扇动叶4a，在下游侧安装有低压涡轮9的涡轮动叶9a。另外，第2轴10b在上游侧安装有高压压缩机6的动叶6a，在下游侧安装有高压涡轮8的涡轮动叶8a。
主喷嘴11设在低压涡轮9的更下游侧，并且，向着涡轮风扇发动机1的后方喷射通过低压涡轮9的燃烧气体。然后，通过从该主喷嘴11喷射燃烧气体时的反作用而得到涡轮风扇发动机1的推力。
接下来，参照图2A~图2C以及图3，对护罩8c更详细地进行说明。此外，在低压涡轮的护罩9c是高压涡轮的护罩8c那样的方式的情况下，低压涡轮的护罩9c设置在与高压涡轮的护罩8c不同的位置，但成为类似的构成。因此，在以下的说明中，参照附图，同时，对高压涡轮的护罩8c进行说明，省略低压涡轮的护罩9c的说明。
以下，将高压涡轮的护罩8c和低压涡轮的护罩9c简单地标记为护罩8c、护罩9c。
图2A是示出护罩8c的一部分的立体图。图2B是图2A的A-A线截面图，图2C是图2A的B-B线截面图。如这些图所示，护罩8c具备设在与涡轮动叶8a对置的面(燃烧气体流路面)的槽部20和在槽部20的底部开口的多个薄膜冷却孔21。
槽部20在护罩8c的燃烧气体流路面的表层以从燃烧气体流路面起一定的深度以直线状设置，以等间隔设置多个。图3是示出涡轮动叶8a与槽部20的关系的示意图。如该图所示，多个槽部20大概沿从涡轮动叶8a的腹侧8a2向着背侧8a1的方向等间隔地排列。
薄膜冷却孔21是从护罩8c的冷却空气供给侧贯通至槽部20的底部的贯通孔，沿槽部20的长度方向以等间隔设置多个。冷却空气从未图示的冷却空气供给部供给至各薄膜冷却孔21。此外，冷却空气供给部例如从高压压缩机6抽出压缩空气，将该压缩空气作为冷却空气而供给至薄膜冷却孔21。
供给至薄膜冷却孔21的冷却空气穿过薄膜冷却孔21而沿着护罩8c的燃烧气体流路面流动。由此，将护罩8c冷却。
在如以上那样的本实施方式的涡轮风扇发动机1中，在护罩8c的表层设有槽部20，薄膜冷却孔21在槽部20的底部开口。因此，即使在由于热变形而导致涡轮动叶8a和护罩8c膨胀且涡轮动叶8a的末端与护罩8c的燃烧气体流路面摩擦的情况下，也能够防止涡轮动叶8a的末端与薄膜冷却孔21的开口部分接触。结果，即使在当摩擦时在涡轮动叶8a的前端部或护罩8c的燃烧气体流路面发生熔融的情况下，也能够防止该熔融物将薄膜冷却孔21闭塞。
另外，在本实施方式的涡轮风扇发动机1中，槽部20沿从涡轮动叶8a的腹侧8a2向着背侧8a1的方向等间隔地排列多个。在涡轮动叶8a的末端与护罩8c之间，从高压的腹侧8a2向着背侧8a1产生泄漏流R(参照图3)。与此相对的是，槽部20沿从涡轮动叶8a的腹侧8a2向着背侧8a1的方向等间隔地排列多个，由此，产生迷宫式密封效果，能够减小泄漏流R的流量。即，在本实施方式的涡轮风扇发动机1中，槽部20沿相对于涡轮动叶8a的泄漏流R而垂直的方向延伸，沿泄漏流R的方向排列多个。
此外，多个槽部20可以以等间隔配置，也可以不以等间隔配置。
以上，参照附图，同时，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。在上述的实施方式中示出的各构成部件的各形状或组合等是一个示例，在不从本发明的要旨脱离的范围内，能够基于设计要求等而任意地进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，对薄膜冷却孔21在槽部20以一列排列的构成进行了说明。然而，本发明不限定于此，如图4A所示，还能够采用针对1个槽部20而排列多列(在图4A中为3列)薄膜冷却孔21的构成。
另外，如图4B所示，薄膜冷却孔22也可以以槽部20的底部侧的开口部相对于冷却空气供给侧的开口部而成为泄漏流R的下游侧的方式倾斜。薄膜冷却孔22的倾斜，相对于槽部20的底部，越是接近平行，从薄膜冷却孔22喷出的冷却空气就越是沿着泄漏流R流动，因而优选。例如，优选，相对于槽部20的底部，薄膜冷却孔22在0~90°左右的范围内倾斜。更优选的是，相对于槽部20的底部，薄膜冷却孔22优选在0~75°左右的范围内倾斜。进一步优选的是，优选在0~45°左右的范围内倾斜。通过采用这样的薄膜冷却孔22的构成，从而将冷却空气从薄膜冷却孔22沿着泄漏流R喷出，因而能够使冷却空气相对于护罩8c(9c)的表面的密合性提高，使冷却效率提高。
产业上的可利用性
依据本发明的具备护罩的燃气涡轮发动机，在护罩的表层设有槽部，薄膜冷却孔在槽部的底部开口。因此，即使在摩擦的情况下，也能够防止涡轮动叶的末端与薄膜冷却孔的开口部分接触。结果，即使在当摩擦时发生动叶前端或护罩的熔融的情况下，也能够防止该熔融物将薄膜冷却孔闭塞。
符号说明
1涡轮风扇发动机(燃气涡轮发动机)
2风扇罩
3芯罩
4风扇
4a风扇动叶
4b风扇静叶
5低压压缩机
5a动叶
5b静叶
6高压压缩机
6a动叶
6b静叶
7燃烧器
8高压涡轮
8a涡轮动叶
8a1背侧
8a2腹侧
8b涡轮静叶
8c护罩
9低压涡轮
9a涡轮动叶
9b涡轮静叶
9c护罩
10轴
10a第1轴
10b第2轴
11主喷嘴
12导管
20槽部
21薄膜冷却孔
22薄膜冷却孔
R泄漏流

Claims (4)

1.一种燃气涡轮发动机，具备与涡轮动叶的末端对置地配置的护罩，其特征在于，
所述护罩具备设在与所述涡轮动叶对置的面的槽部、和在槽部的底部开口的多个薄膜冷却孔，
针对一个所述槽部排列多列所述薄膜冷却孔。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述槽部沿相对于所述涡轮动叶的泄漏流而垂直的方向延伸，沿泄漏流的方向排列多个。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述薄膜冷却孔以所述槽部的底部侧的开口部相对于冷却空气供给侧的开口部而成为泄漏流的下游侧的方式倾斜。
4.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述薄膜冷却孔以所述槽部的底部侧的开口部相对于冷却空气供给侧的开口部而成为泄漏流的下游侧的方式倾斜。
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