CN108869047A - 具有冷却压缩机的燃气涡轮发动机 - Google Patents

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M.L.谢尔顿
A.罗代
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Abstract

本申请提供了一种燃气涡轮发动机，其包括具有高压压缩机的压缩机区段，所述高压压缩机包括最后部压缩机级。燃气涡轮发动机还包括具有排放喷嘴级的燃烧区段，排放喷嘴级位于最后部压缩机级的下游和扩散器腔的上游。燃气涡轮发动机还包括驱动地连接到高压压缩机的高压滑阀，高压滑阀部分地形成压缩机排放压力密封件并且包括前部滑阀部段。前部滑阀部段在压缩机排放压力密封件和最后部压缩机级之间延伸，前部滑阀部段限定气流腔，用于提供从扩散器腔到最后部压缩机级的冷却气流。本申请还提供了一种冷却燃气涡轮发动机的压缩机的方法。

Description

具有冷却压缩机的燃气涡轮发动机
技术领域
本申请大体上涉及一种燃气涡轮发动机，或者更具体地涉及具有冷却压缩机的燃气涡轮发动机。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括布置成彼此流体连通的风扇和芯部。另外，燃气涡轮发动机的核心大体上包括呈串流次序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇提供到压缩机区段的入口，在所述压缩机区段，一个或多个轴向压缩机渐进地压缩空气，直到空气到达燃烧区段为止。燃料与压缩空气混合并在燃烧区段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被传送到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，且接着被导引通过排气区段，例如到大气环境。
在燃气涡轮发动机的操作期间，芯部的核心空气流动路径内的某些部件可能暴露于相对升高的温度。例如，压缩机区段可以包括多个级，每个级包括联接到相应转子的多个压缩机转子叶片。转子通常可以包括多个压缩机转子叶片连接到其上的边缘和从边缘径向向内延伸的孔。在操作过程中，由于其暴露于或者接近于核心空气流动路径，所以边缘的温度可能相对于孔增加。转子两端的这种温差可能在转子内产生不期望的热应力。因此，具有用于降低压缩机区段内的转子的温差的一个或多个特征的燃气涡轮发动机将是有用的。
发明内容
本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实践而得知。
在本申请的一个示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机，其限定径向方向。燃气涡轮发动机包括具有高压压缩机的压缩机区段，高压压缩机包括最后部压缩机级。燃气涡轮发动机还包括限定扩散器腔并且包括排放喷嘴级的燃烧区段，排放喷嘴级位于最后部压缩机级的下游和扩散器腔的上游。燃气涡轮发动机还包括驱动地联接到高压压缩机的高压滑阀，高压滑阀部分地形成压缩机排放压力密封件并且包括前部滑阀区段。前部滑阀区段在压缩机排放压力密封件和最后部压缩机级之间延伸，前部滑阀区段限定气流腔，用于提供从扩散器腔到最后部压缩机级的冷却气流。
在某些示例性实施例中，燃烧区段还包括支撑组件，该支撑组件的至少一部分沿着径向方向位于排放喷嘴级的内侧。
例如，在某些示例性实施例中，高压滑阀与燃烧区段的支撑组件形成压缩机排放压力密封件。
例如，在某些示例性实施例中，支撑组件包括内部排放喷嘴壳体，其中内部排放喷嘴壳体限定用于向前部滑阀区段的气流腔提供冷却气流的开口。例如，在某些示例性实施例中，内部排放喷嘴壳体包括定位在由内部排放喷嘴壳体限定的开口中的诱导轮。
例如，在某些示例性实施例中，内部排放喷嘴壳体限定了用于为前部滑阀区段的气流腔提供冷却气流的开口，并且其中高压滑阀与燃烧区段的支撑组件形成辅助密封件，辅助密封件相对于压缩机排放压力密封件与内部排放喷嘴壳体的开口相对。
在某些示例性实施例中，前部滑阀区段包括前部滑阀构件和防护构件，其中防护构件位于前部滑阀构件附近，并且其中防护构件和前部滑阀构件一起限定气流腔。例如，在某些示例性实施例中，最后部压缩机级包括边缘，并且其中防护构件从压缩机排放压力密封件延伸到最后部压缩机级的边缘。例如，在某些示例性实施例中，防护构件限定了用于接收来自扩散器腔的冷却气流的开口。
在某些示例性实施例中，最后部压缩机级包括边缘，其中边缘限定了从边缘的后端延伸的通道，其中最后部压缩机级包括压缩机转子叶片，其中压缩机转子叶片限定了内部腔和多个冷却孔，其中压缩机转子叶片的内部腔与通道气流连通，并且其中由前部滑阀区段限定的气流腔与边缘的通道气流连通。
在某些示例性实施例中，最后部压缩机级包括边缘，其中边缘限定了从边缘的后端延伸到边缘的前端的通道，并且其中由前部滑阀区段限定的气流腔与边缘的通道气流连通。
在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机还包括具有高压涡轮的涡轮区段，其中高压滑阀进一步驱动地连接至高压涡轮。
在本申请的一个示例性方面中，提供了一种冷却燃气涡轮发动机的压缩机的方法。该方法包括提供通过排放喷嘴级从压缩机区段的压缩机到扩散器腔的压缩空气流。该方法还包括提供从扩散器腔到限定在高压滑阀的前部滑阀区段中的冷却空气通道的冷却气流，高压滑阀驱动地连接到压缩机。该方法还包括提供从冷却空气通道到压缩机区段的压缩机的最后部压缩机级的冷却气流，以冷却压缩机的最后部压缩机级。
在某些示例性方面，提供从冷却空气通道到压缩机的最后部压缩机级的冷却气流包括提供从冷却空气通道到压缩机的最后部压缩机级的边缘的冷却气流。例如，在某些示例性方面中，边缘限定了从边缘的后端延伸到边缘的前端的通道，并且其中限定在前部滑阀区段中的气流腔与边缘的通道气流连通。例如，在某些示例性方面中，边缘限定了从边缘的后端延伸的通道，其中最后部压缩机级包括压缩机转子叶片，其中压缩机转子叶片限定了内部腔和多个冷却孔，并且其中提供从冷却空气通道到最后部压缩机级的边缘的冷却气流包括提供通过由边缘限定的通道从冷却空气通道到压缩机转子叶片的内部腔的冷却气流。
在某些示例性方面，提供从扩散器腔到限定在高压滑阀的前部滑阀区段中的冷却空气通道的冷却气流包括提供通过排放喷嘴壳体中的开口到限定在高压滑阀的前部滑阀区段中的冷却空气通道的冷却气流，排放喷嘴壳体支撑排放喷嘴级。例如，在某些示例性方面中，内部排放喷嘴壳体包括定位在由内部排放喷嘴壳体限定的开口中的诱导轮。
在某些示例性方面中，前部滑阀区段包括前部滑阀构件和防护构件，其中防护构件位于前部滑阀构件附近，并且其中防护构件和前部滑阀构件一起限定气流腔。例如，在某些示例性方面，防护件限定用于接收来自扩散器腔的冷却气流的开口。
技术方案1.一种燃气涡轮发动机，其限定了径向方向并且包括：压缩机区段，所述压缩机区段包括高压压缩机，所述高压压缩机包括最后部压缩机级；燃烧区段，所述燃烧区段限定了扩散器腔并且包括排放喷嘴级，所述排放喷嘴级位于所述最后部压缩机级的下游和所述扩散器腔的上游；以及高压滑阀，所述高压滑阀驱动地连接到所述高压压缩机，所述高压滑阀部分地形成压缩机排放压力密封件并且包括前部滑阀区段，所述前部滑阀区段在所述压缩机排放压力密封件和所述最后部压缩机级之间延伸，所述前部滑阀区段限定了用于提供从所述扩散器腔到所述最后部压缩机级的冷却气流的气流腔。
技术方案2.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，所述燃烧区段还包括支撑组件，所述支撑组件具有沿所述径向方向定位在所述排放喷嘴级的内侧的至少一部分。
技术方案3.根据技术方案2所述的燃气涡轮发动机，所述高压滑阀与所述燃烧区段的所述支撑组件形成所述压缩机排放压力密封件。
技术方案4.根据技术方案2所述的燃气涡轮发动机，所述支撑组件包括内部排放喷嘴壳体，所述内部排放喷嘴壳体限定了用于向所述前部滑阀区段的气流腔提供冷却气流的开口。
技术方案5.根据技术方案4所述的燃气涡轮发动机，所述内部排放喷嘴壳体包括定位在由所述内部排放喷嘴壳体限定的所述开口中的诱导轮。
技术方案6.根据技术方案2所述的燃气涡轮发动机，所述内部排放喷嘴壳体限定了用于为所述前部滑阀区段的气流腔提供冷却气流的开口，并且所述高压滑阀与所述燃烧区段的支撑组件形成辅助密封件，所述辅助密封件相对于所述压缩机排放压力密封件与所述内部排放喷嘴壳体的开口相对。
技术方案7.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，所述前部滑阀区段包括前部滑阀构件和防护构件，所述防护构件位于所述前部滑阀构件附近，并且所述防护构件和前部滑阀构件一起限定所述气流腔。
技术方案8.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，所述最后部压缩机级包括边缘，并且所述防护构件从所述压缩机排放压力密封件延伸到所述最后部压缩机级的所述边缘。
技术方案9.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，所述防护构件限定了用于接收来自所述扩散器腔的冷却气流的开口。
技术方案10.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，所述最后部压缩机级包括边缘，所述边缘限定了从所述边缘的后端延伸的通道，所述最后部压缩机级包括压缩机转子叶片，所述压缩机转子叶片限定了内部腔和多个冷却孔，所述压缩机转子叶片的内部腔与所述通道气流连通，并且由所述前部滑阀区段限定的气流腔与所述边缘的通道气流连通。
技术方案11.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，所述最后部压缩机级包括边缘，所述边缘限定了从所述边缘的后端延伸到所述边缘的前端的通道，并且由所述前部滑阀区段限定的所述气流腔与所述边缘的通道气流连通。
技术方案12.根据技术方案求1所述的燃气涡轮发动机，还包括：涡轮区段，所述涡轮区段包括高压涡轮，并且所述高压滑阀进一步驱动地连接到所述高压涡轮。
技术方案13.一种冷却燃气涡轮发动机的压缩机的方法，包括：提供通过排放喷嘴级从压缩机区段的压缩机到扩散器腔的压缩空气流；提供从所述扩散器腔到限定在高压滑阀的前部滑阀区段中的冷却空气通道的冷却气流，所述高压滑阀驱动地连接到所述压缩机；以及提供从所述冷却空气通道到所述压缩机区段的压缩机的最后部压缩机级的冷却气流，以冷却所述压缩机的最后部压缩机级。
技术方案14.根据技术方案13所述的方法，提供从所述冷却空气通道到所述压缩机的所述最后部压缩机级的冷却气流包括提供从所述冷却空气通道到所述压缩机的所述最后部压缩机级的边缘的冷却气流。
技术方案15.根据技术方案14所述的方法，所述边缘限定了从所述边缘的后端延伸到所述边缘的前端的通道，并且限定在所述前部滑阀区段中的所述气流腔与所述边缘的所述通道气流连通。
技术方案16.根据技术方案14所述的方法，所述边缘限定了从所述边缘的后端延伸的通道，所述最后部压缩机级包括压缩机转子叶片，所述压缩机转子叶片限定了内部腔和多个冷却孔，并且提供从所述冷却空气通道到所述最后部压缩机级的边缘的冷却气流包括提供通过由所述边缘限定的所述通道从所述冷却空气通道到所述压缩机转子叶片的内部腔的冷却气流。
技术方案17.根据技术方案13所述的方法，提供从所述扩散器腔到限定在所述高压滑阀的所述前部滑阀区段中的所述冷却空气通道的冷却气流包括提供通过排放喷嘴壳体中的开口到限定在所述高压滑阀的前部滑阀区段中的所述冷却空气通道的冷却气流，所述排放喷嘴壳体支撑所述排放喷嘴级。
技术方案18.根据技术方案17所述的方法，所述内部排放喷嘴壳体包括定位在由所述内部排放喷嘴壳体限定的所述开口中的诱导轮。
技术方案19.根据技术方案13所述的方法，所述前部滑阀区段包括前部滑阀构件和防护构件，其中所述防护构件位于所述前部滑阀构件附近，并且其中所述防护构件和前部滑阀构件一起限定所述气流腔。
技术方案20.根据技术方案19所述的方法，所述防护件限定了用于接收来自所述扩散器腔的冷却气流的开口。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明的完整且启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，其中：
图1是根据本发明主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的横截面示意图；
图2是图1的示例性燃气涡轮发动机的压缩机区段和燃烧区段的横截面放大示意图；
图3是图1的示例性燃气涡轮发动机的压缩机区段的后端和燃烧区段的前端的横截面放大示意图；
图4是根据本申请的另一示例性实施例的压缩机区段的后端和燃烧区段的前端的横截面放大示意图；
图5是根据本申请的另一示例性实施例的压缩机区段的后端和燃烧区段的前端的横截面放大示意图；
图6是根据本申请的另一示例性实施例的压缩机区段的后端和燃烧区段的前端的横截面放大示意图；
图7是根据本申请的另一示例性实施例的燃气涡轮发动机的滑阀的前部滑阀区段的横截面放大示意图；以及
图8是根据本申请的示例性方面的用于冷却燃气涡轮发动机的压缩机的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的当前实施例，其中的一个或多个实例示于附图中。详细描述中使用数字和字母标示来指代图中的特征。图中和描述中使用相同或类似的标记来指代本发明的相同或类似部分。
如本说明书中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，且并不在于表示个别部件的位置或重要性。
词语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机内的相对位置，其中前是指更接近发动机入口的位置，而后是指更接近发动机喷嘴或排气口的位置。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流的相对方向。举例来说，“上游”是指流体流出的方向，而“下游”是指流体流向的方向。
除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一”和“所述”包括复数指代物。
如在整个说明书和权利要求书中所用的近似语言用于修饰任何定量表示，这些定量表示可容许变化而不会导致其相关的基本功能变化。因此，由例如“约”、“大约”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的确切值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或者用于构建或制造组件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可能指的是在百分之十的余量内。在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合且可互换，这种范围是确定的且包括其中所含的全部子范围，除非上下文或语言作出其它表示。
现在参考附图，其中相同的标记贯穿附图指示相同的元件，图1是根据本发明的示例性实施例的燃气涡轮发动机的横截面示意图。更具体地说，对于图1的实施例来说，燃气涡轮发动机是高涵道比涡扇喷气发动机(high-bypass turbofan jet engine)10，所述高涵道比涡扇喷气发动机10在本说明书中被称为“涡扇发动机10”。如图1所示，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于出于参考目的而提供的纵向中心线12延伸)和径向方向R。一般来说，涡扇10包括风扇区段14和安置在风扇区段14下游的涡轮机16。
所描绘的示例性涡轮机16总体上包括大致管状的外部壳体18，所述外部壳体18限定环形入口20。外部壳体18以串联流关系包覆：压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。此外，压缩机区段、燃烧区段26和涡轮区段一起至少部分地限定延伸通过它们的核心空气流动路径37。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括可变间距风扇38，所述可变间距风扇38具有以间隔开的方式连接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘的，风扇叶片40大体上沿着径向方向R从盘42向外延伸。每个风扇叶片40能够围绕间距轴线P相对于盘42旋转，原因是风扇叶片40可操作地连接到合适的致动构件44，所述致动构件44被配置成联合地共同改变风扇叶片40的间距。风扇叶片40、盘42和致动构件44能够通过跨越动力齿轮箱46的LP轴36围绕纵向轴线12一起旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，以用于将LP轴36的旋转速度逐步降低到更高效的旋转风扇速度。
仍参考图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前部舱48覆盖，前部舱48具有空气动力学轮廓以促使空气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括周向包围风扇38和/或涡轮机16的至少一部分的环形风扇壳体或外部舱50。对于所描绘的实施例，舱50相对于涡轮机16由多个沿周向间隔开的出口导叶52支撑。此外，舱50的下游区段54在涡轮机16的外部部分上方延伸，以便在其间限定旁路空气流通道56。
在涡扇发动机10的操作期间，一定体积的空气58通过舱50的相关联入口60和/或风扇区段14进入涡扇10。当所述体积的空气58横穿风扇叶片40时，如由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或传送到旁通气流通道56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或传送到LP压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常称为涵道比。在空气的第二部分64被导引通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26时，空气的第二部分64的压力接着增加，在燃烧区段26处，空气与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导引通过HP涡轮28，在HP涡轮28处经由联接到外部壳体18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分，因此导致HP轴或转轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66接着被导引通过LP涡轮30，在LP涡轮30处经由联接到外部壳体18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和动能的第二部分，由此导致LP轴或转轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被传送通过涡轮机16的喷气排气喷嘴区段32以提供推进力。同时，当空气的第一部分62在从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排放之前被导引通过旁路空气流通道56时，空气的第一部分62的压力实质上增大，从而也提供推进力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，以用于将燃烧气体66传送通过涡轮机16。
然而，应理解，图1中仅以举例方式描绘了示例性涡扇发动机10，并且在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可以具有任何其它合适的配置。例如，在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可以是直接驱动涡扇发动机(即，可不包括动力齿轮箱46)，可包括固定间距风扇38等。另外地或可选地，本申请的各方面可以结合到任何其它合适的燃气涡轮发动机中，例如涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、用于发电的陆基燃气涡轮发动机、航改式燃气涡轮发动机，等等。
现在参考图2，提供图1的示例性涡扇发动机10的压缩机区段和燃烧区段26的一部分的横截面示意图。更具体地，图2示出了除了燃烧区段26之外的压缩机区段的HP压缩机24的后端。
如上所述，在涡扇发动机10的操作期间，当通过涡扇发动机10的核心空气流动路径37的气流流过压缩机区段时，或者更具体地，当该气流流过LP压缩机22和HP压缩机24时，该气流被连续地压缩。然后将来自压缩机区段的压缩空气提供给燃烧区段26，其中至少一部分压缩空气与燃料混合并燃烧以产生燃烧气体66。对于所示的实施例，燃烧气体66从燃烧区段26流到涡轮区段，并且更具体地，顺序地通过HP涡轮28和LP涡轮30，从而驱动HP涡轮28和LP涡轮30(参见图1)。HP滑阀34驱动地连接到HP涡轮28和HP压缩机24两者。
具体参考图2，HP压缩机24包括多个压缩机级80，每个压缩机级80包括例如多个HP压缩机转子叶片82和转子84。各个压缩机级80中的每一个驱动地连接到HP滑阀34，使得HP涡轮28可以通过HP滑阀34驱动HP压缩机24。在HP压缩机24的多个压缩机级80中，位于HP压缩机24的后端处的是最后部压缩机级80A。最后部压缩机级80A的压缩机转子叶片82各包括联接到最后部压缩机级80A的相应转子84的基部86。最后部压缩机级80A的转子84包括边缘88和孔90，孔90大体上沿着径向方向R向内延伸。
最后部压缩机级80A向燃烧区段26提供压缩空气。更具体地，对于所描绘的实施例，燃烧区段26包括排放喷嘴级92、支撑组件94和燃烧器组件96。此外，燃烧区段26限定了扩散器腔98，其中排放喷嘴级92位于HP压缩机24的最后部压缩机级80A的下游和扩散器腔98的上游，使得来自最后部压缩机级80A的空气通过排放喷嘴级92被提供到扩散器腔98。扩散器腔98内的压缩空气继而被提供给燃烧器组件96，在这里其与燃料混合并燃烧以产生燃烧气体66。如图所示，燃烧器组件96大致包括燃料喷嘴100、内衬102和外衬104，内衬102和外衬104一起形成燃烧室106。应该理解的是，燃烧器组件96可以被构造成用于涡扇发动机10的任何合适的燃烧器组件96。例如，在某些实施例中，燃烧器组件96可以被构造成环形燃烧器组件、罐式燃烧器组件或者套管式燃烧器组件。
仍然参考图2，如前所述，HP滑阀34驱动地连接到HP压缩机24。对于所描述的实施例，HP滑阀34大致包括具有中心滑阀构件108的中心滑阀区段和具有前部滑阀构件110的前部滑阀区段109。对于图示实施例，中心滑阀构件108在燃烧区段26的燃烧器组件96的径向内部的位置处大致沿着轴向方向A延伸。在某些示例性实施例中，中心滑阀构件108可限定基本上圆柱形的形状。前部滑阀构件110大致从中心滑阀构件108延伸到压缩机区段的HP压缩机24的最后部压缩机级80A。更具体地，对于所描述的实施例，HP滑阀34部分地形成压缩机排放压力密封件112，并且前部滑阀区段109的前部滑阀构件110在压缩机排放压力密封件112和最后部压缩机级80A之间延伸。
此外，如图所示，对于图2的实施例，燃烧区段26的支撑组件94也部分地形成压缩机排放压力密封件112，使得HP滑阀34与燃烧区段26的支撑组件94一起形成压缩机排放压力密封件112。如图所示，支撑组件94形成压缩机排放压力密封件112的定子部分114，而HP滑阀34形成压缩机排放压力密封件112的转子部分116(转子部分116相对于定子部分114可旋转)。定子部分114通常包括密封垫118，转子部分116通常包括多个密封齿120，所述多个密封齿120被构造成与密封垫118形成密封。然而，应当理解，在其它示例性实施例中，压缩机排放压力密封件112可以具有任何其它合适的构造。
仍然参考图2，可以理解的是，燃烧区段26的支撑组件94进一步被构造成用于支撑排放喷嘴级92，并且包括沿着径向方向R定位在排放喷嘴级92的内侧的至少一部分。更具体地，支撑组件94通常包括外部排放喷嘴壳体122和内部排放喷嘴壳体124。外部排放喷嘴壳体122从排放喷嘴级92大体沿着径向方向R向外并且沿着轴向方向A向前延伸。对于所描绘的实施例，外部排放喷嘴壳体122连接到外部燃烧器壳体126和外部压缩机壳体128。然而，在其他实施例中，外部排放喷嘴壳体122可以连接到涡扇发动机10的任何其他合适的部件。
相反，内部排放喷嘴壳体124从排放喷嘴级92沿着径向方向R大体向内延伸并沿着轴向方向A向后延伸。压缩机排放压力密封件112的定子部分114与内部排放喷嘴壳体124连接或一体地形成。
现在也参考图3，提供了压缩机区段的HP压缩机24的后部和燃烧区段26的前部的放大视图。如将更详细描述的，所描绘的示例性涡扇发动机10总体上限定了用于提供从扩散器腔98回到最后部压缩机级80A的边缘88的冷却气流130的路径。
如图所示，对于图3的实施例，前部滑阀区段109限定气流腔132，用于提供从扩散器腔98到最后部压缩机级80A的冷却气流130。更具体地，前部滑阀区段109的前部滑阀构件110至少部分地限定气流腔132，并且前部滑阀区段109还包括位于前部滑阀构件110附近的防护构件134，所述防护构件134也至少部分地限定气流腔132。前部滑阀构件110和防护构件134一起限定气流腔132。对于所描绘的实施例，防护构件134沿前部滑阀构件110的整个长度从压缩机排放压力密封件112的转子部分116延伸至最后部压缩机级80A的边缘88。同样对于所描绘的实施例，防护构件134可进一步与前部滑阀构件110一起沿周向延伸(即，可围绕轴向方向A延伸)，使得其间限定的气流腔132基本上是环形的。进一步对于所描绘的实施例，防护构件134包括沿着防护构件134的长度纵向延伸的一个或多个翅片135。翅片135可以起到使流过其中的冷却气流130变直的作用，使得其更有效地到达最后部压缩机级80A。虽然未示出，但翅片135可以沿周向间隔开。
应该理解的是，虽然对于所示的实施例，气流腔132由前部滑阀构件110和防护构件134两者限定，但是在其他示例性实施例中，HP滑阀34的前部滑阀区段109可以具有任何用于限定气流腔132的其他合适的构造。例如，在其他示例性实施例中，气流腔132可以替代地完全限定在前部滑阀构件110内。另外，应该理解的是，防护构件134可以具有用于与前部滑阀构件110一起限定气流腔132的任何合适的构造。例如，在其他示例性实施例中，防护构件134可以被构造成多个防护构件134，所述多个防护构件限定例如围绕轴向方向A周向间隔开的相应多个气流腔132。
仍然参考图3，对于所示实施例，内部排放喷嘴壳体124限定壳体开口136，用于提供从扩散器腔98到前部滑阀区段109的气流腔132的冷却气流130。更具体地，前部滑阀区段109或更确切地说是防护构件134另外限定了滑阀开口138，用于接收通过内部排放喷嘴壳体124中的壳体开口136提供的来自扩散器腔98的冷却气流130。对于所描述的实施例，内部排放喷嘴壳体124还包括位于由内部排放喷嘴壳体124限定的壳体开口136中的诱导轮140。诱导轮140可以至少部分地使得来自扩散器腔98的冷却气流130沿与HP滑阀34旋转相同的旋转方向开始旋转。例如，内部排放喷嘴壳体124的诱导轮140可以包括多个翼型构件142，该多个翼型构件被定向成使沿周向方向(即，围绕轴向方向A延伸的方向)流过的冷却气流130转向。
应进一步理解，对于所示实施例，支撑组件94和HP滑阀34进一步一起形成辅助密封件144，辅助密封件144相对于压缩机排放压力密封件112与内部排放喷嘴壳体124的壳体开口136相对地定位，并且还相对于压缩机排放压力密封件112与防护构件134的滑阀开口138相对。辅助密封件144有效地限定了内部排放喷嘴壳体124与HP滑阀34之间的通道145，通道145允许冷却气流130直接从扩散器腔98流向气流腔132。更具体地，通道145是用于冷却气流130的专用流动路径，与位于核心空气流动路径37附近的腔146分开。
如图所示，HP滑阀34的气流腔132与最后部压缩机级80A的边缘88气流连通。更具体地，HP滑阀34的气流腔132与最后部压缩机级80A的边缘88气流连通并且限定出口148，所述出口邻近于边缘88。更具体地，最后部压缩机级80A的边缘88限定前端150和后端152。HP滑阀34的气流腔132的出口148位于边缘88的后端152附近。因此，来自HP滑阀34的气流腔132的冷却气流130通常可围绕最后部压缩机级80A的边缘88流动，以冷却最后部压缩机级80A的边缘88。
这种构造可以帮助将边缘88的温度保持在期望的操作温度范围内。例如，这种构造可以降低转子84的边缘88与最后部压缩机级80A的转子84的孔90之间的温差。因此，降低温差可以减少在涡扇发动机10操作期间最后部压缩机级80A的转子84上的热应力的大小。此外，包括辅助密封件144可以降低来自最后部压缩机级80A的相对热的高压空气进入空腔146并且与提供给HP滑阀34的气流腔132的冷却气流130相互作用以加热冷却气流130并降低其有效性的可能性。
然而，应当理解，在其它实施例中，可以提供任何其它合适的构造。例如，如前所述，在其他实施例中，可以提供任何其他合适的燃气涡轮发动机。另外，在其他示例性实施例中，可以不包括本说明书描述的一个或多个组件，或者可选地，可以包括本说明书未描述的一个或多个组件。
例如，现在参考图4，提供根据本申请的另一个示例性实施例的压缩机区段的后部和燃烧区段26的前部的放大视图。图4的示例性实施例可以与上文参考图1至3所描述的示例性实施例基本上相同的方式而构造。
例如，对于图4的实施例，涡扇发动机10还限定用于提供从扩散器腔98向最后部压缩机级80A的冷却气流130的路径。更具体地，图4的燃气涡轮发动机的燃烧区段26包括限定壳体开口136的内部排放喷嘴壳体124。另外，HP滑阀34的前部滑阀区段109包括一起限定气流腔132的前部滑阀构件110和防护构件134。防护构件134限定与内部排放喷嘴壳体124的壳体开口136气流连通的滑阀开口138。气流腔132的出口148被定位为邻近最后部压缩机级80A的转子84的边缘88的后端152。
然而，对于图4的实施例，边缘88进一步限定从边缘88的后端152延伸到边缘88的前端150的通道154，其中由前部滑阀区段109限定的气流腔132与边缘88的通道154气流连通。利用这样的构造，来自气流腔132的冷却气流130可以延伸穿过边缘88，从而冷却边缘88。此外，冷却气流130然后可以重新进入核心气流路径37，降低通过核心气流路径37的气流的温度。
另外，对于图4的实施例，最后部压缩机级80A包括多个HP压缩机转子叶片82。对于所描绘的实施例，在最后部压缩机级80A处的多个HP压缩机转子叶片82被构造成冷却的HP压缩机转子叶片。更具体地，HP压缩机转子叶片82各自限定与前部滑阀区段109的气流腔132气流连通的内部腔156(以虚线示出)。更具体地，HP压缩机转子叶片82各自限定内部腔156，该内部腔通过限定在最后部压缩机级80A的转子84的边缘88中的相应通道154与前部滑阀区段109的气流腔132气流连通。例如，边缘88可以限定例如沿圆周方向(即，围绕轴向方向A延伸的方向)间隔开的多个通道154，每个通道154定位在HP压缩机转子叶片82的内侧以提供从气流腔132到HP压缩机转子叶片82的相应的内部腔156的冷却气流130。
此外，对于所描绘的实施例，多个HP压缩机转子叶片82每个进一步限定多个冷却空气孔158，以允许提供给相应HP压缩机转子叶片82的内部腔156的冷却气流130流过并在涡扇发动机10的操作期间降低相应HP压缩机转子叶片82的温度。
然而，应该认识到，在本申请的其他示例性实施例中，可以为以下部件提供任何其他合适的构造，例如HP滑阀34、燃烧区段26的支撑组件94、压缩机转子叶片82、压缩机转子84等。例如，在其他示例性实施例中，气流通道156可以不一直延伸到边缘88的前端150，而是可以仅延伸到相应HP压缩机转子叶片82的气流腔156。作为另外一种选择，在其他示例性实施例中，多个HP压缩机转子叶片82中的一个或多个可不限定内部腔156或冷却空气孔158。
此外，在其他示例性实施例中，可以提供其他构造。例如，现在参考图5至图7，描绘了另外的示例性实施例。图5至图7的示例性实施例中的每一个可以与上文参考图1至3所描述的示例性实施例基本上相同的方式而构造。例如，这些示例性涡扇发动机10中的每一个类似地限定用于提供从扩散器腔98到最后部压缩机级80A的冷却气流130的路径。更具体地，所描绘的燃气涡轮发动机的燃烧区段26每个都包括限定壳体开口136的内部排放喷嘴壳体124。另外，每个HP滑阀34的前部滑阀区段109包括前部滑阀构件110和防护构件134。而且，前部滑阀区段109各自限定气流腔132。防护构件134各自限定与内部排放喷嘴壳体124的壳体开口136气流连通的滑阀开口138。每个气流腔132的出口148被定位为与相应最后部压缩机级80A的转子84的边缘88的后端152相邻。
然而，具体参考图5的示例性实施例，前部滑阀区段109还包括一个或多个热传递特征结构，用于在操作期间降低前部滑阀区段109的温度。更具体地，前部滑阀区段109的前部滑阀构件110在与至少部分地限定气流腔132的表面相对的表面上包括一个或多个热传递特征结构。对于所描绘的实施例，这些传热特征结构被构造为多个翅片160。然而，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适的热传递特征结构。例如，在其他示例性实施例中，一个或多个热传递特征结构可以包括从前部滑阀构件110的表面延伸的销，在前部滑阀构件110的表面中限定的凹坑或其他突起，等。
另外，现在具体参照图6的实施例，前部滑阀区段109包括一个或多个隔板，以使气流腔132热绝缘和/或绝热，或者以其他方式保护前部滑阀区段109的一个或多个部件。更具体地，对于图6的实施例，前部滑阀区段109包括在防护构件134的与至少部分限定气流腔132的表面相对的表面上的环境屏障涂层162。更具体地，对于图6的实施例，前部滑阀区段109包括在暴露于腔146的防护构件134的表面上的环境屏障涂层162。在某些示例性实施例中，环境屏障涂层162可以被构造成热障涂层。
此外，现在具体参考图7的实施例，提供示例性前部滑阀区段109的特写视图，前部滑阀区段109还包括用于热隔绝或隔离通过气流腔132的气流130的附加特征结构。更具体地，对于图7的实施例，前部滑阀区段109还包括位于防护构件134的内表面上的热防护件164。因此，对于所描绘的实施例，热防护件164至少部分地限定了气流腔132。热防护件164可以是用于进一步热隔绝或隔离通过气流腔132的气流130的任何合适的部件。
此外，应当理解，在其它示例性实施例中，可以提供任何其它合适的部件或构造。
现在参考图8，提供了冷却燃气涡轮发动机的压缩机的方法200。方法200可以用于与上文参考图1至4所描述的一个或多个示例性涡扇发动机大体上相同的方式进行构造的燃气涡轮发动机。
如所描绘的，示例性方法200包括在步骤202处提供通过排放喷嘴级从压缩机区段的压缩机到扩散器腔的压缩空气流。在某些示例性方面，压缩机可以是压缩机区段的HP压缩机。
另外，示例性方法200包括在步骤204处提供从扩散器腔到限定在高压滑阀的前部滑阀区段中的冷却空气通道的冷却气流，高压滑阀驱动地连接到压缩机。更具体地，对于所描绘的实施例，在步骤204处提供从散流器腔到冷却空气通道的冷却气流包括在步骤206处提供通过排放喷嘴壳体中的开口到限定在高压滑阀的前部滑阀区段中的冷却空气通道的冷却气流。在某些示例性方面中，排放喷嘴壳体可以支撑排放喷嘴级。例如，在某些示例性方面中，排放喷嘴壳体可以构造为内部排放喷嘴壳体。
此外，示例性方法200包括在步骤208处提供从冷却空气通道到压缩机区段的压缩机的最后部压缩机级的冷却气流，以冷却压缩机的最后部压缩机级。更具体地，对于所描绘的示例性方面，在步骤208处从冷却空气通道到压缩机的最后部压缩机级的冷却气流包括在步骤210处提供从冷却空气通道到压缩机的最后部压缩机级的边缘的冷却气流。
此外，应该认识到，在某些示例性方面，方法200可以与冷却的压缩机转子叶片一起使用。例如，最后部压缩机级的转子的边缘可以限定从边缘的后端延伸的通道。此外，最后部压缩机级的压缩机转子叶片可以限定内部腔和与内部腔气流连通的多个冷却孔。对于这样的示例性实施例，在步骤210处提供从冷却空气通道到最后部压缩机级的边缘的冷却气流包括在步骤212处提供通过由边缘限定的通道从冷却空气通道到压缩机转子叶片的内部腔的冷却气流。
此书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，其限定了径向方向并且包括：
压缩机区段，所述压缩机区段包括高压压缩机，所述高压压缩机包括最后部压缩机级；
燃烧区段，所述燃烧区段限定了扩散器腔并且包括排放喷嘴级，所述排放喷嘴级位于所述最后部压缩机级的下游和所述扩散器腔的上游；以及
高压滑阀，所述高压滑阀驱动地连接到所述高压压缩机，所述高压滑阀部分地形成压缩机排放压力密封件并且包括前部滑阀区段，所述前部滑阀区段在所述压缩机排放压力密封件和所述最后部压缩机级之间延伸，所述前部滑阀区段限定了用于提供从所述扩散器腔到所述最后部压缩机级的冷却气流的气流腔。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃烧区段还包括支撑组件，所述支撑组件具有沿所述径向方向定位在所述排放喷嘴级的内侧的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述支撑组件包括内部排放喷嘴壳体，所述内部排放喷嘴壳体限定了用于向所述前部滑阀区段的气流腔提供冷却气流的开口。
4.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述内部排放喷嘴壳体限定了用于为所述前部滑阀区段的气流腔提供冷却气流的开口，并且所述高压滑阀与所述燃烧区段的支撑组件形成辅助密封件，所述辅助密封件相对于所述压缩机排放压力密封件与所述内部排放喷嘴壳体的开口相对。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述最后部压缩机级包括边缘，所述边缘限定了从所述边缘的后端延伸的通道，所述最后部压缩机级包括压缩机转子叶片，所述压缩机转子叶片限定了内部腔和多个冷却孔，所述压缩机转子叶片的内部腔与所述通道气流连通，并且由所述前部滑阀区段限定的气流腔与所述边缘的通道气流连通。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述最后部压缩机级包括边缘，所述边缘限定了从所述边缘的后端延伸到所述边缘的前端的通道，并且由所述前部滑阀区段限定的所述气流腔与所述边缘的通道气流连通。
7.一种冷却燃气涡轮发动机的压缩机的方法，包括：
提供通过排放喷嘴级从压缩机区段的压缩机到扩散器腔的压缩空气流；
提供从所述扩散器腔到限定在高压滑阀的前部滑阀区段中的冷却空气通道的冷却气流，所述高压滑阀驱动地连接到所述压缩机；以及
提供从所述冷却空气通道到所述压缩机区段的压缩机的最后部压缩机级的冷却气流，以冷却所述压缩机的最后部压缩机级。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，提供从所述冷却空气通道到所述压缩机的所述最后部压缩机级的冷却气流包括提供从所述冷却空气通道到所述压缩机的所述最后部压缩机级的边缘的冷却气流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述边缘限定了从所述边缘的后端延伸的通道，所述最后部压缩机级包括压缩机转子叶片，所述压缩机转子叶片限定了内部腔和多个冷却孔，并且提供从所述冷却空气通道到所述最后部压缩机级的边缘的冷却气流包括提供通过由所述边缘限定的所述通道从所述冷却空气通道到所述压缩机转子叶片的内部腔的冷却气流。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，提供从所述扩散器腔到限定在所述高压滑阀的所述前部滑阀区段中的所述冷却空气通道的冷却气流包括提供通过排放喷嘴壳体中的开口到限定在所述高压滑阀的前部滑阀区段中的所述冷却空气通道的冷却气流，所述排放喷嘴壳体支撑所述排放喷嘴级。
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