CN107131013B - 用于涡轮护罩的包封冷却 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于涡轮护罩的包封冷却。提供了用于燃气涡轮(10)的护罩(100)。护罩(100)能够包括外箱(102)，外箱(102)具有第一壁(186)和与第一壁(186)沿周向间隔开的第二壁(180)。内箱(110)定位于外箱(102)内。内箱(110)限定了延伸穿过内箱(110)的一个或更多个出入口(136)和第一室(112)。内箱(110)和外箱(102)共同地限定了第二室(114)。由内箱(110)限定的一个或更多个出入口(136)将第一室(112)和第二室(114)流体地联接。外箱(102)的第一壁(186)限定了第一凸台(198)和第一缺口(210)，并且，外箱(102)的第二壁(180)限定了第二凸台(196)和缺口(212)。还提供能够包括多个这样的涡轮护罩(100)的燃气涡轮(10)。

Description

用于涡轮护罩的包封冷却
技术领域
本公开大致涉及燃气涡轮发动机，且更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机的护罩。
背景技术
燃气涡轮发动机成串流顺序地大致包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段以及排气区段。在运行中，空气进入压缩机区段的入口，其中，一个或更多个轴向压缩机逐步地使空气压缩，直到空气到达燃烧区段为止。燃料与压缩后的空气混合且在燃烧区段内燃烧，从而造成燃气。燃气从燃烧区段流过限定于涡轮区段内的热气路径，且然后，经由排气区段而退出涡轮区段。
在具体的配置中，涡轮区段成串流顺序地包括高压涡轮(“HP涡轮”)和低压涡轮(“LP涡轮”)。HP涡轮和LP涡轮包括一个或更多个沿轴向间隔开的多排沿周向间隔开的转子叶片，这些转子叶片从燃气提取动能和/或热能。一个或更多个护罩组件可以从转子叶片沿径向向外定位且沿周向将转子叶片包围。
在某些配置中，护罩组件中的每个包括多个护罩或护罩段，这些护罩或护罩段环状地布置成沿周向将多排转子叶片之一包围。护罩或护罩段中的每个典型地利用悬挂器来安装至燃气涡轮发动机的主体或壳体。然而，该安装布置造成相邻的每对护罩或护罩段之间的间隙。提供以使护罩冷却的空气可以作为替代而通过这些间隙而泄漏至燃气路径中。该泄漏能够降低燃气涡轮的效率，并且，增加其特定的燃料消耗。
通常，一个或更多个花键密封件可以用于使其间的燃气泄漏最小化。一个或更多个花键密封件是插入相邻的每对护罩或护罩段之间的带状元件。不过，花键密封件会增加燃气涡轮发动机的复杂性、组装时间以及成本。因此，具有使燃气自热气路径的泄漏最小化的一个或更多个特征，而不需要花键密封件的用于燃气涡轮发动机的护罩，将在技术中受欢迎。
发明内容
在以下的描述中，将部分地陈述本发明的方面和优点，或可以从描述显而易见本发明的方面和优点，或可以通过实践本发明而学习本发明的方面和优点。
在一个方面，本公开针对用于燃气涡轮的护罩。护罩包括外箱，外箱具有第一壁和与第一壁沿周向间隔开的第二壁。内箱定位于外箱内。内箱限定了延伸穿过内箱的一个或更多个出入口和第一室。内箱和外箱共同地限定第二室。由内箱限定的一个或更多个出入口将第一室和第二室流体地联接。外箱的第一壁限定第一凸台和第一缺口，并且，外箱的第二壁限定第二凸台和缺口。
本公开的又一方面针对燃气涡轮，燃气涡轮具有压缩机区段、燃烧区段以及涡轮区段。涡轮区段包括与定子联接的多个沿轴向对准且沿周向间隔开的涡轮护罩。多个涡轮护罩中的每个包括外箱，外箱具有第一壁和与第一壁沿周向间隔开的第二壁。内箱定位于外箱内。内箱限定了延伸穿过内箱的一个或更多个出入口和第一室。内箱和外箱共同地限定第二室。由内箱限定的一个或更多个出入口将第一室和第二室流体地联接。外箱的第一壁限定第一凸台和第一缺口，并且，外箱的第二壁限定第二凸台和第二缺口。
本发明还提供了以下技术方案。
技术方案1．一种用于燃气涡轮的护罩，包括：
外箱，包括第一壁和与所述第一壁沿周向间隔开的第二壁；和
内箱，定位于所述外箱内，所述内箱限定了延伸穿过所述内箱的一个或更多个出入口和第一室；
其中，所述内箱和所述外箱共同地限定第二室，由所述内箱限定的所述一个或更多个出入口将所述第一室和所述第二室流体地联接；并且，
其中，所述外箱的所述第一壁限定第一凸台和第一缺口，并且，所述外箱的所述第二壁限定第二凸台和缺口。
技术方案2．根据技术方案1所述的护罩，进一步包括：
从所述外箱向外延伸的杆，所述杆限定与所述第一室处于流体连通的入口端口。
技术方案3．根据技术方案2所述的护罩，其中，所述杆接纳将所述护罩与燃气涡轮的定子联接的紧固件。
技术方案4．根据技术方案1所述的护罩，进一步包括：
环形系带，将所述内箱和所述外箱联接。
技术方案5．根据技术方案4所述的护罩，其中，所述环形系带包括半径。
技术方案6．根据技术方案4所述的护罩，其中，所述内箱包括与所述环形系带整体地联接的径向外壁，并且，其中，所述环形系带和所述径向外壁允许所述内箱和所述外箱独立地热膨胀和热收缩。
技术方案7．根据技术方案1所述的护罩，其中，所述第一壁限定第一出口端口，并且，所述第二壁限定第二出口端口，并且，其中，所述第一出口端口和所述第二出口端口与所述第二室处于流体连通。
技术方案8．根据技术方案1所述的护罩，其中，所述第二室包括从所述第一室沿径向向内定位的第一部分和从所述第一室沿径向向外定位的第二部分。
技术方案9．根据技术方案1所述的护罩，其中，所述接头是搭叠接头。
技术方案10．根据技术方案1所述的护罩，其中，所述外箱将所述内箱的至少百分之五十包封。
技术方案11．根据技术方案1所述的护罩，其中，所述外箱将所述内箱的至少百分之七十包封。
技术方案12．根据技术方案1所述的护罩，其中，所述外箱将从所述内箱沿轴向且沿周向向外定位的所述内箱的一部分包封。
技术方案13．一种燃气涡轮，包括：
压缩机区段；
燃烧区段；以及
涡轮区段，包括联接至定子的多个沿轴向对准且沿周向间隔开的涡轮护罩，所述多个涡轮护罩中的每个包括：
外箱，包括第一壁和与所述第一壁沿周向间隔开的第二壁；和
定位于所述外箱内的内箱，所述内箱限定了延伸穿过所述内箱的一个或更多个出入口和第一室；
其中，所述内箱和所述外箱共同地限定第二室，由所述内箱限定的所述一个或更多个出入口将所述第一室和所述第二室流体地联接；并且，
其中，所述外箱的所述第一壁限定第一凸台和第一缺口，并且，所述外箱的所述第二壁限定第二凸台和第二缺口。
技术方案14．根据技术方案13所述的燃气涡轮，进一步包括：
环形系带，其将所述内箱和所述外箱联接，所述环形系带包括半径。
技术方案15．根据技术方案13所述的燃气涡轮，其中，所述多个涡轮护罩中的每个包括定位于所述涡轮护罩与所述壳体之间的一个或更多个密封件。
技术方案16．根据技术方案15所述的燃气涡轮，其中，所述一个或更多个密封件被压缩在所述涡轮护罩与所述壳体之间。
技术方案17．根据技术方案13所述的燃气涡轮，其中，所述多个涡轮护罩包括第一护罩和与所述第一护罩相邻的第二护罩，并且，其中，所述第一护罩的所述第二凸台定位于所述第二护罩的所述第一缺口中，并且，所述第二护罩的所述第一凸台定位于所述第一护罩的所述第二缺口中，以在所述第一护罩与所述第二护罩之间形成接头。
技术方案18．根据技术方案17所述的燃气涡轮，其中，所述接头是搭叠接头。
技术方案19．根据技术方案17所述的燃气涡轮，其中，所述第一护罩和所述第二护罩之间限定了通道，并且，其中，所述第一护罩的所述第二壁限定了与所述第一护罩的所述第二室和所述通道处于流体连通的出口端口，并且，所述第二护罩的所述第一壁限定了与所述第二护罩的所述第二室和所述通道处于流体连通的出口端口。
技术方案20．根据技术方案19所述的燃气涡轮，其中，来自所述第一护罩的所述第二室的冷却空气和来自所述第二护罩的所述第二室的冷却空气流入至所述第一护罩与所述第二护罩之间的所述通道中，以与存在于所述通道中的热废气相混合，从而降低存在于所述通道中的所述热废气的温度。
参考下文的描述和所附权利要求，将更清楚地理解本发明的这些及其他特征、方面以及优点。结合于本说明书中且组成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并且，附图连同描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
参考附图而在说明书中陈述针对本领域普通技术人员的本发明的包括最佳模式的全面的能够实现的公开，在附图中：
图1是根据本文中所公开的实施例的示范性的高旁通涡扇类型的燃气涡轮发动机的示意截面图；
图2是图示两个护罩组件在其中的定位的图1中所显示的涡扇喷气发动机的高压涡轮部分的截面侧视图；
图3是图示护罩在其中的环形布置的图2中所显示的护罩组件之一的透视图；
图4是图示护罩的内部特征的图3中所显示的护罩组件的截面图；
图5是根据本文中所公开的实施例的图4中所显示的护罩组件中的护罩之一的截面图；
图6是进一步图示特征的图5中所显示的护罩的放大截面图；并且，
图7是图4中所显示的护罩组件中的护罩中的两个的放大截面图，图示用于两个护罩之间的密封的搭叠接头。
本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
构件列表
参考字符 构件
10 涡扇喷气发动机
12 纵向或轴向中心线
14 风扇区段
16 核心/燃气涡轮发动机
18 外壳
20 入口
22 低压压缩机
24 高压压缩机
26 燃烧区段
28 高压涡轮
30 低压涡轮
32 喷气排气区段
34 高压轴/卷轴
36 低压轴/卷轴
38 风扇卷轴/轴
40 风扇叶片
42 风扇壳体或短舱
44 出口引导导叶
46 下游区段
48 旁通空气流通路
50 第一级
52 一排
54 涡轮喷嘴
56 一排
58 涡轮转子叶片
60 第二级
62 一排
64 涡轮喷嘴
66 一排
68 涡轮转子叶片
70 热气路径
72 涡轮护罩组件
72(a) 第一涡轮护罩组件
72(b) 第二涡轮护罩组件
74(a) 护罩密封件
74(b) 护罩密封件
76 叶片尖端
78 叶片尖端
80 密封表面
82 壳体
84 未使用
86 第三级
88 一排
90 涡轮喷嘴
92 360度定子
94 涡轮喷嘴安装件
96 未使用
98 未使用
100 护罩
102 外箱
104 杆
106 入口通路
108 螺纹
110 内箱
112 内腔
114 外腔
116 密封件
118 紧固件
120 外箱的径向内壁
122 外箱的径向外壁
124 外箱的第一轴向壁
126 外箱的第二轴向壁
128 内箱的径向内壁
130 内箱的径向外壁
132 内箱的第一轴向壁
134 内箱的第二轴向壁
136 冲击孔
138 外箱的径向内壁的径向内表面
140 外箱的径向内壁的径向外表面
142 外箱的径向外壁的径向内表面
144 外箱的径向外壁的径向外表面
146 外箱的第一轴向壁的外表面
148 外箱的第一轴向壁的内表面
150 外箱的第二轴向壁的外表面
152 外箱的第二轴向壁的内表面
154 内箱的径向内壁的径向内表面
156 内箱的径向内壁的径向外表面
158 内箱的径向外壁的径向内表面
160 内箱的径向外壁的径向外表面
162 内箱的第一轴向壁的外表面
164 内箱的第一轴向壁的内表面
166 内箱的第二轴向壁的外表面
168 内箱的第二轴向壁的内表面
170 外腔的径向内部部分
172 外腔的径向中心部分
174 外腔的径向外部部分
176 外腔的扩大部分
178 系带
180 第一周向壁
182 第一周向壁的外表面
184 第一周向壁的内表面
186 第二周向壁
188 第二周向壁的外表面
190 第二周向壁的内表面
192 径向内部间隙
194 径向外部间隙
196 第一周向壁凸台
198 第二周向壁凸台
200 搭叠接头
202 第二周向壁出口端口
204 第一周向壁出口端口
206 系带上的半径
208 360度定子中的孔
210 第一缺口
212 第二缺口
213-299 未使用
300 空气
302 入口部分
304 空气的第一部分
306 空气的第二部分
308 压缩后的空气
310 燃气
312 LP涡轮导叶
314 HP涡轮导叶
具体实施方式
现在，将对本发明的本实施例详细地作出参考，在附图中，图示本发明的一个或更多个示例。详述使用数字标示和字母标示来指附图中的特征。附图和描述中的相同或类似的标示用于指本发明的相同或类似的零件。如本文中所使用的，用语“第一”、“第二”以及“第三”可以能互换地用于将构件彼此区分开，并且，不旨在表明个别的构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流的相对流动方向。例如，“上游”是指流体流自的流动方向，并且，“下游”是指流体流向的流动方向。
每个示例都经由对本发明的解释而提供，而不是经由对本发明的限制而提供。实际上，将对本领域技术人员显而易见，在不背离本发明的范围或实质的情况下，能够在本发明中作出修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征可以用于另一实施例上而产生又一实施例。因而，预期到，由于这样的修改和变型属于所附权利要求及其等同物的范围内，因而本发明涵盖这样的修改和变型。虽然出于图示的目的，通常，将在结合至涡扇喷气发动机中的涡轮护罩的背景下描述本发明的示范性的实施例，但本领域普通技术人员将容易地意识到，除非在权利要求中明确地叙述，否则本发明的实施例可以应用于结合至任何涡轮机中的任何涡轮，而不限于燃气涡扇喷气发动机。
本文中所公开的护罩包括定位成与第一缺口相邻的整体的第一凸台和定位成与第二缺口相邻的整体的第二凸台。第一凸台定位于相邻的护罩的第二缺口中，以形成搭叠接头。类似地，第二凸台定位于相邻的护罩的第一缺口中，以形成另一搭叠接头。搭叠接头使冷却流流动至热气路径中的泄漏最小化，同时阻止燃气流动至护罩与定子之间的空间中的回流。由于第一凸台和第二凸台与护罩整体地形成，因而护罩不要求花键密封件或其他类似的构件。在这点上，本文中所公开的护罩降低燃气涡轮的复杂性、组装时间以及成本，而不需要花键密封件。
现在，参考附图，其中，在所有的附图中，同一标号指示相同的元件，图1是如可以结合本文中所公开的各种实施例的示范性的高旁通涡扇类型的燃气涡轮发动机10(“涡扇10”)的示意截面图。如图1中所显示的，涡扇10限定了延伸穿过涡扇10的纵向或轴向中心线轴线12，以供参考。通常，涡扇10可以包括设置于风扇区段16下游的核心涡轮或燃气涡轮发动机14。
核心涡轮发动机14可以大致包括大体上管状的外壳18，外壳18限定环形入口20。外壳18可以由单个壳体或多个壳体形成。外壳18将具有增压或低压压缩机22(“LP压缩机22”)和高压压缩机24(“HP压缩机24”)的压缩机区段、燃烧区段26、具有高压涡轮28(“HP涡轮28”)和低压涡轮30(“LP涡轮30”)的涡轮区段以及排气区段32成串流关系包围。高压轴或卷轴(spool)34(“HP轴34”)将HP涡轮28和HP压缩机24以驱动式联接。低压轴或卷轴36(“LP轴36”)将LP涡轮30和LP压缩机22以驱动式联接。LP轴36还可以与风扇区段16的风扇卷轴或轴38联接。在一些实施例中，比如，在直接驱动配置中，LP轴36可以与风扇卷轴38直接地联接。在备选的配置中，比如，在间接驱动或齿轮驱动配置中，LP轴36可以经由减速齿轮39而与风扇卷轴38联接。
如图1中所显示的，风扇区段16包括多个风扇叶片40，这些风扇叶片40与风扇卷轴38联接，并且，从风扇卷轴38沿径向向外延伸。环形风扇壳体或短舱42沿周向将风扇区段16和/或至少一部分的核心涡轮14包围。短舱42可以相对于核心涡轮14而由多个沿周向间隔开的出口引导导叶44支撑。此外，短舱42的下游区段46可以将核心涡轮14的外部部分包围，以在其间限定旁通空气流通路48。
图2是可以结合本文中所公开的各种实施例的图1中所显示的核心涡轮14的HP涡轮28的部分的截面图。如图2中所显示的，HP涡轮28包括成串流关系的第一级50，第一级50具有与一排56的一个或更多个涡轮转子叶片58(仅显示一个)沿轴向间隔开的一排52的一个或更多个涡轮喷嘴54(仅显示一个)。HP涡轮28进一步包括第二级60，第二级60具有与一排66的一个或更多个涡轮转子叶片68(仅显示一个)沿轴向间隔开的一排62的一个或更多个涡轮喷嘴64(仅显示一个)。HP涡轮28可以包括第三级86，第三级86具有一排88的一个或更多个涡轮喷嘴90(仅显示一个)。虽然未在图2中显示，但第三级86还可以包括一排的涡轮转子叶片。
涡轮转子叶片58、68从HP轴34沿径向向外延伸，并且，与HP轴34联接(图1)。如图2中所显示的，涡轮喷嘴54、64、90和涡轮转子叶片58、68至少部分地限定热气路径70，热气路径70用于将燃气从燃烧区段26(图1)导引通过HP涡轮28。如图1中所显示的，多排52、62、88的涡轮喷嘴54、64、90围绕HP轴34环状地布置，并且，多排56、66的涡轮转子叶片58、68环绕HP轴34沿周向隔开。
如图2中所显示的，HP涡轮28的各种实施例包括至少一个涡轮护罩组件72。例如，HP涡轮28可以包括第一护罩组件72(a)和第二涡轮护罩组件72(b)。第一及第二护罩组件72(a)、72(b)中的每个大致形成环绕或沿周向将对应的一排56、66的涡轮转子叶片58、68包围的环。第一及第二护罩组件72(a)、72(b)中的每个包括与涡轮转子叶片58、68的对应的叶片尖端76、78沿径向隔开的涡轮护罩或护罩密封件74(a)、74(b)。该布置在叶片尖端76、78与密封表面或热侧表面80(a)、80(b)之间形成空隙间隙。通常为理想的是，具体地，在涡扇10的巡航运行的期间，使叶片尖端76、78与涡轮护罩密封件74(a)、74(b)之间的空隙间隙最小化，以减少从热气路径70溢出于叶片尖端76、78之上且通过空隙间隙的泄漏。
在具体的实施例中，如将在下文中更详细地讨论的，第一及第二护罩组件72(a)、72(b)中的至少一个由多个环状地布置的护罩100(图3和图4)形成。第一及第二护罩组件72(a)、72(b)中的每个可以与比如第一定子92(a)和第二定子92(b)之类的对应的静态结构连接。在备选的实施例中，第一及第二护罩组件72(a)、72(b)中的每个可以与核心涡轮14的主体或壳体82连接。
如图1中所图示的，在运行期间，空气300进入涡扇10的入口部分302。空气300的第一部分304流动至旁通流通路48中，并且，空气300的第二部分306进入LP压缩机22的入口20。LP压缩机22逐步地使流过LP压缩机22的第二部分的空气306压缩而导引至HP压缩机24。HP压缩机24进一步使流过HP压缩机24的空气300的第二部分306压缩，从而将压缩后的空气308提供给燃烧区段26，在燃烧区段26中，压缩后的空气308与燃料混合而燃烧，以提供燃气310。
燃气310流过HP涡轮28，在HP涡轮28中，涡轮喷嘴54、64、90和涡轮转子叶片58、68从燃气310提取第一部分的动能和/或热能。该能量提取支持HP压缩机24的运行。然后，燃气310流过LP涡轮30，其中，与LP轴36联接的相继的多级LP涡轮喷嘴312和LP涡轮转子叶片314从燃气310提取第二部分的热能和/或动能。该能量提取导致LP轴36旋转，从而支持LP压缩机22的运行和/或风扇卷轴或轴38的旋转。然后，燃气310通过核心涡轮14的排气区段32而退出。
核心涡轮14与涡扇10一起用于类似的目的，并且，在陆基燃气涡轮中，在其中空气300的第一部分304对空气300的第二部分306之比率小于涡扇之对应比率的涡轮喷气发动机中，以及在其中风扇区段16不具有短舱42的非导管式涡扇风扇发动机中，可见到类似的环境。在涡扇、涡轮喷气发动机以及非导管式发动机中的每一者中，可以在任何轴与卷轴之间包括减速装置(例如，减速齿轮箱39)。例如，减速齿轮箱39可以设置于LP轴36与风扇区段16的风扇卷轴38之间。
图3-7图示可以结合至第一和/或第二护罩组件72(a)、72(b)中的护罩100的一个实施例。更具体地，图3是图示护罩100的环形布置的第一护罩组件72(a)的一部分的透视图。图4是图示护罩100的一些内部特征的第一护罩组件72(a)的截面图。图5是第一护罩组件72(a)中的护罩100之一的截面图，并且，图6是护罩100的放大截面图。图7是图示用于将两个护罩100沿周向联接的搭叠接头200的第一护罩组件72(a)中的两个护罩100的放大截面图。
如图3-7中所图示的，护罩100限定轴向方向A、径向方向R以及周向方向C。通常，轴向方向A沿着纵向轴线12延伸，径向方向R从纵向轴线12正交地向外延伸，并且，周向方向C环绕纵向轴线12同中心地延伸。
如图3和图4中所图示的，第一护罩组件72(a)包括多个护罩100，这些护罩100环状地布置，以沿周向将HP涡轮28中的一排56的涡轮转子叶片58包围。因此，护罩100中的每个沿轴向对准，并且，定位成沿周向彼此相邻。为了清楚起见，图3和图4仅显示形成第一护罩组件72(a)的护罩100中的三个。不过，第一护罩组件72(a)可以包括完全地沿周向将一排56的涡轮转子叶片58包围的另外的护罩100。在这点上，第一护罩组件72(a)可以包括与必要或期望一样多或少的护罩100。
如图3-5中所图示的，护罩100包括外箱102和定位于外箱102内的内箱110。内箱110限定内室112，并且，外箱102和内箱110共同地限定外室114。内室112经由一个或更多个冲击孔136而与外室114处于流体连通。从外箱102沿径向向外延伸的杆104限定与内室处于流体连通的入口通路106。
现在，参考图5和图6，外箱102包括与径向外壁122沿径向间隔开的径向内壁120。径向内壁120定位成最接近于一排56的涡轮转子叶片58，并且，包括径向内表面138和径向外表面140。径向内表面138与热侧表面80(a)相对应。类似地，径向外壁122包括径向内表面142和径向外表面144。外箱102还包括与第二轴向壁126沿轴向间隔开的第一轴向壁124。第一轴向壁124包括外表面146和内表面148，并且，第二轴向壁124包括外表面150和内表面152。如图7中所显示的，外箱102进一步包括与第二周向壁186沿周向间隔开的第一周向壁180。第一周向壁180包括外表面182和内表面184，并且，第二周向壁186包括外表面188和内表面190。在这点上，图3-7中所显示的外箱102的实施例具有大致立方体状或长方体状形状。然而，在其他实施例中，外箱102可以具有不同的形状(例如，梯形、三角形、半球形、圆形等)。
再次参考图5和图6，内箱110包括与径向外壁130沿径向间隔开的径向内壁128。径向内壁128包括径向内表面154和径向外表面156。类似地，径向外壁130包括径向内表面158和径向外表面160。外箱102还包括与第二轴向壁134沿轴向间隔开的第一轴向壁132。第一轴向壁132包括外表面162和内表面164，并且，第二轴向壁134包括外表面166和内表面168。内箱110进一步包括与第二周向壁沿周向间隔开的第一周向壁。内箱110的形状可以大致与外箱102的形状相对应。在如图3-7中所显示的实施例中，例如，内箱110具有如外箱102那样的大致立方体状或长方体状形状。然而，在其他实施例中，内箱102可以具有与外箱102不同的形状(例如，梯形、三角形、半球形、圆形等)。
环形系带178与内箱110和外箱102整体地联接。具体地，如将在下文中更详细地讨论的，环形系带178以间隔开的关系将内箱110悬挂于外箱102内，从而限定外室114。外室114的径向外部部分174沿轴向且沿周向将环形系带178包围。在这点上，环形系带178沿轴向且沿周向定位于外室114的径向外部部分174与入口通路106之间。此外，环形系带178定位于入口通路106与内室112之间的过渡处。在图6中所显示的实施例中，环形系带包括半径206。
如在图6中最清楚地图示的，外室114包括径向内部部分170，径向内部部分170以径向中心部分172与径向外部部分174沿径向隔开。径向内部部分170和径向外部部分174大致沿轴向且沿周向对准。在这点上，如将在下文中更详细地讨论的，径向内部部分170可以具有立方体或长方体形状，并且，径向外部部分174可以具有环形形状，以适应入口通路106。径向中心部分172沿轴向且沿周向环绕内箱110，从而同样地对径向中心部分172赋予大致环形形状。在图6中所显示的实施例中，径向外部部分174包括径向扩大部分176，径向扩大部分176定位成最接近于入口通路106。然而，同样地，在其他实施例中，径向外部部分174可以具有恒定的径向厚度。径向内部部分170、径向外部部分174以及径向中心部分172是外室114的连续部分，并且，可以具有除了上述的形状之外的其他形状。
如上文中所提到的，内箱110定位于外箱102内，并且，外室114限定于其间。更具体地，外室114的径向内部部分170沿径向定位于外箱102的径向内壁120的径向外表面140与内箱110的径向内壁128的径向内表面154之间。类似地，外室114的径向外部部分174沿径向定位于内箱110的径向外壁130的径向外表面160与外箱102的径向外壁122的径向内表面142之间。外室114的径向中心部分172沿轴向定位于外箱102的第一轴向壁124的内表面148与内箱110的第一轴向壁132的外表面164之间。外室114的径向中心部分172还沿轴向定位于外箱102的第二轴向壁126的内表面152与内箱110的第二轴向壁134的外表面168之间。此外，径向中心部分172还定位于外箱102的第一周向壁180与内箱110的第一周向壁之间和外箱102的第二周向壁186与内箱110的第二周向壁之间。
因此，外箱102将一部分的内箱110包封(encapsulates)或包围。具体地，外箱102将从杆104沿轴向且沿周向向外定位的内箱110的部分包围。在这点上，外箱102未将与杆104和入口通路106沿径向对准的内箱110的部分包封。在一些实施例中，外箱102将内箱110的至少百分之五十包封。在其他实施例中，外箱102将内箱110的至少百分之七十包封。在更多的实施例中，外箱102将内箱110的至少百分之九十包封。
如先前所提到的，内箱110限定内室112。更具体地，内室112沿径向定位于径向内壁132的径向外表面156与内箱110的径向外壁130的径向内表面158之间。内室110还沿轴向定位于第一轴向壁132的内表面164与内箱110的第二轴向壁134的内表面168之间。此外，内室110沿周向定位于内箱110的第一及第二周向壁之间。在这点上，图6中所显示的实施例中的内室112大致具有立方体状或长方体状形状。然而，内室112可以具有任何合适的形状。
如上文中所提到的，一个或更多个冲击孔136促进内室112与外室114之间的流体连通。更具体地，内箱110的径向内壁128限定一个或更多个冲击孔136。在这点上，一个或更多个冲击孔136在径向内壁128的径向内表面154和径向外表面156之间延伸。因此，一个或更多个冲击孔136允许流体(例如，冷却空气)流动于内腔112和外腔114之间。具体地，一个或更多个冲击孔136将流体流指引至外箱102的径向内壁120的径向外表面140上。虽然图6中所显示的实施例包括五个冲击孔136，但内箱110的径向内壁128可以根据需要或期望而限定更多或更少的冲击孔136。冲击孔136可以(例如，以多排和/或多列)均匀地分布于径向内壁128上，或不均匀地分布于径向内壁128上。此外，冲击孔136可以具有圆形横截面或任何其他合适的横截面(例如，矩形等)。在一些实施例中，内箱110可以包括一个或更多个紊流器(未显示)，从而造成流过冲击孔136的流体中的紊流。
再次参考图5，杆104从外箱102的径向外壁122沿径向向外延伸。在这点上，杆104限定入口通路106，入口通路106与内室112处于流体连通。如将在下文中更详细地讨论的，杆104优选地包括一个或更多个螺纹108，螺纹108以螺纹式接纳紧固件118，紧固件118用于将护罩100与定子92联接。
现在，参考图7，第一周向壁180和第二周向壁186可以分别限定第一出口端口204和第二出口端口202。更具体地，第一出口端口204在第一周向壁180的外表面182和内表面184之间延伸。类似地，第二出口端口202在第二周向壁186的外表面188和内表面190之间延伸。在这点上，第一出口端口202和第二出口端口204促进外室114与护罩100的外部之间的流体连通。在图7中所显示的实施例中，第一出口端口202和第二出口端口204沿径向对准。在图7中所显示的实施例中，第一出口端口204包括变化的直径，并且，第二出口端口202包括恒定的直径。不过，第一出口端口204可以具有恒定的直径，并且，第二出口端口202可以具有变化的直径。在备选的实施例中，第一出口端口204和第二出口端口202可以由第一轴向壁124和第二轴向壁126限定。
外箱102的第一周向壁180和第二周向壁186分别包括与第一缺口210相邻的第一凸台198和与第二缺口212相邻的第二凸台196。在图7中所显示的实施例中，第一凸台198从第二凸台198沿径向向外定位。然而，同样地，在一些实施例中，第一凸台198可以从第二凸台196沿径向向内地定位。在其他实施例中，第一凸台196和第二凸台198可以沿径向对准。在这点上，一个护罩100(即，中间护罩100)上的第一凸台196和第二凸台198可以从如图4中所显示的相邻的护罩100上的第一凸台196和第二凸台198沿径向向外定位。如在图7中最清楚地图示的，第一护罩100(a)上的第二凸台196定位于第一狭槽210中，并且，接合第二护罩100(b)上的第一凸台198，以形成搭叠接头200。类似地，第一凸台198定位于第二狭槽212中。在这点上，第一凸台196和第二凸台198的最外的表面沿周向延伸经过彼此，造成其相邻的径向侧表面之间的接触。虽然未显示，但第一护罩100(a)上的第一凸台接合相邻的护罩上的第二凸台，以形成另一搭叠接头，并且，第二护罩100(b)的第二凸台接合相邻的护罩的第一凸台，以形成又一搭叠接头。在这点上，护罩组件72(a)中的各个护罩100与各个相邻的护罩100一起形成搭叠接头200，从而使流动于其间的燃气310的量最小化。在备选的实施例中，第一护罩组件72(a)中的每对相邻的护罩100可以与榫槽连接件(未显示)或任何其他合适的类型的连接件联接。
护罩100可以由合适的镍基或钴基超合金(例如，由美国纽约斯克内克塔迪的通用电气公司生产的Rene N5®合金)构造。在一些实施例中，护罩100可以包括热障涂层(未显示)。
在图4和图5中所显示的实施例中，护罩100安装至涡扇10的定子92。具体地，定子92限定一个或更多个孔208，杆104延伸穿过孔208。紧固件118接合设置于杆104上的一个或更多个螺纹108。在这点上，紧固件118将护罩100紧固至定子92。在图4-7中所显示的实施例中，一个或更多个密封件116定位于外箱的径向外壁122与定子92之间。紧固件118使一个或更多个密封件116压缩，以在外箱与定子92之间密封。然而，其他实施例可能不包括密封件116。然而，护罩100可以按相同或不同的方式安装至涡扇10的不同的构件或部分，比如主体或壳体82。
如图4中所显示的，第一护罩组件72(a)包括多个环状地布置的护罩100，护罩100安装至如在上文中更详细地描述的定子92或其他固定构件。在这点上，如在图7中最清楚地图示的，相邻的每对护罩100在其间形成径向内部间隙192和径向外部间隙194。护罩100中的每个相对于相邻的护罩100而定位，以在其间形成搭叠接头200。第一出口端口202和第二出口端口204提供外室114与径向外部间隙194之间的流体连通。径向内部间隙192和径向外部间隙194通过搭叠接头200而分离。
在涡扇10的运行的期间，冷却空气(例如，来自LP和/或HP压缩机22、24的排出空气)流过各个护罩100，从而使各个护罩100冷却。更具体地，冷却空气通过入口通路106而进入护罩100。冷却空气从入口通路106流动至内室112中。然后，冷却空气通过限定于内箱110的径向内壁128中的一个或更多个冲击孔136而流动至外室114的径向内部部分170中。具体地，一个或更多个冲击孔136将冷却空气指引至外箱102的径向内壁120的径向外表面140上。这在涡扇10的运行的期间由于涡扇接近于热气路径70而促进外箱102的径向内壁120、护罩100的最热的部分的冷却。如果存在紊流器，则紊流器造成冷却空气中的紊流，从而进一步促进传热。冷却空气流遍外室114的径向内部部分 170、径向中心部分172以及径向外部部分 174。然后，冷却空气通过第一出口端口202和第二出口端口204而退出护罩100，并且，流动至径向外部间隙194中。
环形系带178和内箱110的径向外壁130允许内箱110和外箱102独立地热膨胀和热收缩。更具体地，外箱102定位成比内箱110更靠近于热气路径70。因此，外箱102经历比内箱110更大的温度，且因此，比内箱110更大程度地热膨胀。内箱102与外箱110之间的不同的热膨胀量可以将应力施加于护罩100上。该应力逐渐通过环形系带178的半径206且沿着内箱110的径向外壁130的长度分布。在这点上，使护罩100中的应力最小化，从而允许内箱110和外箱102独立地热膨胀和热收缩。
相邻的每对护罩100之间的搭叠接头200使在其间从热气路径70逸出至热气路径70中的冷却空气的量最小化。此外，搭叠接头200阻止燃气310沿径向向外流过搭叠接头200。即，在上文中更详细地讨论的搭叠接头200造成一对相邻的护罩100之间的密封。不过，一些少量的燃气31可以流过搭叠接头200(即，从径向内部间隙192至径向外部间隙194)。在这点上，通过第一出口端口202和第二出口端口204而离开相邻护罩100的冷却空气与存在于径向外部间隙194中的燃气310相混合。即使在从护罩100对流地吸收热之后，冷却空气也大体上比燃气310更冷。因此，冷却空气降低了径向外部间隙194中的燃气310的温度。
优选地，经由加成制造而形成护罩100。用语“加成制造”是指导致有用的三维对象且包括一次一层地相继地形成对象的形状的步骤的任何工艺。加成制造工艺包括三维打印(3DP)工艺、激光净成形制造、直接金属激光烧结(DMLS)、直接金属激光熔融(DMLM)、等离子转移弧、自由成形制备等。加成制造工艺的具体的类型使用能量束，例如，电子束或比如激光束之类的电磁辐射，以烧结或熔融粉末材料。加成制造工艺往往采用相对昂贵的金属粉末材料或线材，以作为原料。在备选的实施例中，然而，护罩100可以经由铸造、机械加工以及/或任何合适的制造工艺而形成。
护罩100在上文中被描述为定位于HP涡轮28中的第一护罩组件72(a)。不过，护罩100的各种实施例可以定位成与HP涡轮28中的任何一排的涡轮转子叶片相邻。此外，护罩100的各种实施例还可以定位于LP涡轮30、LP压缩机22和/或HP压缩机24。
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Claims (19)

1.一种用于燃气涡轮的护罩，包括：
外箱，包括第一壁和与所述第一壁沿周向间隔开的第二壁；和
内箱，定位于所述外箱内，所述内箱限定了延伸穿过所述内箱的一个或更多个出入口和第一室；
其中，所述内箱和所述外箱共同地限定第二室，由所述内箱限定的所述一个或更多个出入口将所述第一室和所述第二室流体地联接；并且，
其中，所述外箱的所述第一壁限定第一凸台和第一缺口，并且，所述外箱的所述第二壁限定第二凸台和缺口，所述外箱的第一壁或所述外箱的第二壁中的至少其中之一限定出口端口，所述出口端口构造成将冷却空气供应到相应的第一壁或者第二壁与相邻护罩的壁之间周向限定的通道。
2.根据权利要求1所述的护罩，进一步包括：
从所述外箱向外延伸的杆，所述杆限定与所述第一室处于流体连通的入口端口。
3.根据权利要求2所述的护罩，其中，所述杆接纳将所述护罩与燃气涡轮的定子联接的紧固件。
4.根据权利要求1所述的护罩，进一步包括：
环形系带，将所述内箱和所述外箱联接。
5.根据权利要求4所述的护罩，其中，所述环形系带包括半径。
6.根据权利要求4所述的护罩，其中，所述内箱包括与所述环形系带整体地联接的径向外壁，并且，其中，所述环形系带和所述径向外壁允许所述内箱和所述外箱独立地热膨胀和热收缩。
7.根据权利要求1所述的护罩，其中，所述出口端口与所述第二室流体连通。
8.根据权利要求1所述的护罩，其中，所述第二室包括从所述第一室沿径向向内定位的第一部分和从所述第一室沿径向向外定位的第二部分。
9.根据权利要求1所述的护罩，其中，所述外箱将所述内箱的至少百分之五十包封。
10.根据权利要求1所述的护罩，其中，所述外箱将所述内箱的至少百分之七十包封。
11.根据权利要求1所述的护罩，其中，所述外箱将从所述内箱沿轴向且沿周向向外定位的所述内箱的一部分包封。
12.一种燃气涡轮，包括：
压缩机区段；
燃烧区段；以及
涡轮区段，包括联接至定子的多个沿轴向对准且沿周向间隔开的涡轮护罩，所述多个涡轮护罩中的每个包括：
外箱，包括第一壁和与所述第一壁沿周向间隔开的第二壁；和
定位于所述外箱内的内箱，所述内箱限定了延伸穿过所述内箱的一个或更多个出入口和第一室；
其中，所述内箱和所述外箱共同地限定第二室，由所述内箱限定的所述一个或更多个出入口将所述第一室和所述第二室流体地联接；并且，
其中，所述外箱的所述第一壁限定第一凸台和第一缺口，并且，所述外箱的所述第二壁限定第二凸台和第二缺口，所述外箱的第一壁或所述外箱的第二壁中的至少其中之一限定出口端口，所述出口端口构造成将冷却空气供应到相应的第一壁或者第二壁与相邻护罩的壁之间周向限定的通道。
13.根据权利要求12所述的燃气涡轮，进一步包括：
环形系带，其将所述内箱和所述外箱联接，所述环形系带包括半径。
14.根据权利要求12所述的燃气涡轮，其中，所述多个涡轮护罩中的每个包括定位于所述涡轮护罩与壳体之间的一个或更多个密封件。
15.根据权利要求14所述的燃气涡轮，其中，所述一个或更多个密封件被压缩在所述涡轮护罩与所述壳体之间。
16.根据权利要求12所述的燃气涡轮，其中，所述多个涡轮护罩包括第一护罩和与所述第一护罩相邻的第二护罩，并且，其中，所述第一护罩的所述第二凸台定位于所述第二护罩的所述第一缺口中，并且，所述第二护罩的所述第一凸台定位于所述第一护罩的所述第二缺口中，以在所述第一护罩与所述第二护罩之间形成接头。
17.根据权利要求16所述的燃气涡轮，其中，所述接头是搭叠接头。
18.根据权利要求16所述的燃气涡轮，其中，所述第一护罩和所述第二护罩之间限定了通道，并且，其中，所述第一护罩的所述第二壁限定了与所述第一护罩的所述第二室和所述通道处于流体连通的出口端口，并且，所述第二护罩的所述第一壁限定了与所述第二护罩的所述第二室和所述通道处于流体连通的出口端口。
19.根据权利要求18所述的燃气涡轮，其中，来自所述第一护罩的所述第二室的冷却空气和来自所述第二护罩的所述第二室的冷却空气流入至所述第一护罩与所述第二护罩之间的所述通道中，以与存在于所述通道中的热废气相混合，从而降低存在于所述通道中的所述热废气的温度。
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