CN114278401A - 涡轮式发动机的涡轮机匣和涡轮式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种涡轮式发动机的涡轮机匣和涡轮式发动机，所述涡轮机匣包括：涡轮外环，用于安装至所述涡轮式发动机的涡轮工作叶片的径向外侧；冷却腔室，位于所述涡轮外环的径向外侧；引气孔，位于所述冷却腔室的腔壁上，用于向所述冷却腔室引入气体以冷却所述涡轮外环；热膨胀件，位于所述冷却腔室的腔壁的外侧，设置于所述引气孔的入口处，包括固定在所述冷却腔室的腔壁上的固定端和随温度变化伸缩的伸缩端，被配置为通过所述伸缩端的伸缩调节进入所述引气孔的气体的流量。

Description

涡轮式发动机的涡轮机匣和涡轮式发动机

技术领域

本发明涉及动力机械领域，特别涉及一种涡轮式发动机的涡轮机匣和涡轮式发动机。

背景技术

涡轮式发动机应用广泛，包括在航空发动机领域中应用的涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机和在船舶、发电等领域应用的燃气轮机等。涡轮式发动机对效率的要求越来越高，叶尖间隙是影响效率的重要因素，为了保持涡轮工作叶片与涡轮外环之间的叶尖间隙处于合适的范围，需要对涡轮工作叶片正对的涡轮外环进行冷却，常用的冷却方式是从压气机处引入气体对涡轮外环进行冷却。为了调节叶尖间隙或者为了提高气体的利用效率，在对涡轮外环进行冷却时，在不同温度下需要对涡轮外环的气体的流量进行调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在温度变化时能够自动调节引入的对涡轮外环进行冷却的气体的流量的涡轮式发动机的涡轮机匣。同时还提供一种应用该涡轮机匣的涡轮式发动机和航空发动机。

本发明第一方面公开一种涡轮式发动机的涡轮机匣，包括；

涡轮外环，用于安装至所述涡轮式发动机的所述涡轮工作叶片的径向外侧；

冷却腔室，位于所述涡轮外环的径向外侧；

引气孔，位于所述冷却腔室的腔壁上，用于向所述冷却腔室引入气体以冷却所述涡轮外环；

热膨胀件，位于所述冷却腔室的腔壁的外侧，设置于所述引气孔的入口处，包括固定在所述冷却腔室的腔壁上的固定端和随温度变化伸缩的伸缩端，被配置为通过所述伸缩端的伸缩调节进入所述引气孔的气体的流量。

在一些实施例中，所述涡轮机匣还包括固定在所述冷却腔室的腔壁上的固定凸块，所述固定凸块具有调节表面，所述调节表面从靠近所述引气孔的一侧向远离所述引气孔的一侧逐渐远离所述腔壁，所述热膨胀件的伸缩端搭接在所述调节表面上以在所述调节表面的作用下随温度变化改变与所述引气孔的入口的距离。

在一些实施例中，所述热膨胀件的伸缩端上设有与所述引气孔连通的通气孔。

在一些实施例中，所述调节表面为楔形表面，或所述调节表面为弧形表面。

在一些实施例中，所述热膨胀件的伸缩端沿所述冷却腔室的腔壁的外表面伸缩，所述热膨胀件被配置为通过所述伸缩端的伸缩调节所述热膨胀件的伸缩端遮避所述引气孔的入口的面积的大小。

在一些实施例中，所述热膨胀件的伸缩端上设有通气孔，所述热膨胀件被配置为通过所述伸缩端的伸缩调节所述通气孔与所述引气孔的入口的重合面积的大小。

在一些实施例中，所述热膨胀件被配置为在温度升高时通过所述伸缩端的伸长提高进入所述引气孔的气体的流量，在温度下降时，通过所述伸缩端的收缩减少进入所述引气孔的气体的流量。

在一些实施例中，所述涡轮机匣还包括位于所述涡轮外环的径向外侧的涡轮外机匣和连接所述涡轮外机匣与所述涡轮外环的中层机匣，所述涡轮外环与所述中层机匣之间形成所述冷却腔室，所述引气孔设于所述中层机匣上，所述热膨胀件的固定端固定于所述中层机匣上。

在一些实施例中，所述热膨胀件为金属件。

本发明第二方面公开一种涡轮式发动机，包括工作叶片和围绕所述工作叶片的所述的涡轮机匣。

在一些实施例中，所述涡轮式发动机包括燃气轮机和航空发动机。

在一些实施例中，所述航空发动机包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机。

在一些实施例中，涡轮式发动机还包括沿所述气体的流动方向位于所述引气孔上游的冷却流道，所述冷却流道与所述引气孔连通以向所述引气孔输出所述气体，所述热膨胀件位于所述冷却流道内。

基于本发明提供的涡轮式发动机的涡轮机匣，通过在冷却腔室的腔壁的引气孔的入口处设置热膨胀件，从而在温度变化时，通过热膨胀件的伸缩端的伸缩调节进入引气孔的气体的流量。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的涡轮式发动机的涡轮机匣的结构示意图；

图2为图1所示的涡轮机匣的热膨胀件的结构示意图；

图3为本发明另一实施例的涡轮机匣的部分结构示意图；

图4为本发明又一实施例的涡轮机匣的部分结构示意图；

图5为图4所示涡轮机匣的部分结构的另一视角的结构示意图；

图6为图5所示结构的另一状态的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1至图6所示，本实施例的涡轮式发动机的涡轮机匣包括涡轮外环1、冷却腔室3、引气孔32和热膨胀件4。

涡轮外环1用于安装至涡轮式发动机的涡轮工作叶片的径向外侧，涡轮外环1位于涡轮外机匣2的径向内侧。涡轮外环1包括在安装至涡轮式发动机上时与涡轮工作叶片相对的径向内侧表面11和面向涡轮外机匣2的径向外侧表面12。涡轮外环1的径向内侧表面11与涡轮工作叶片叶尖之间形成叶尖间隙。

冷却腔室3位于涡轮外环1的径向外侧。在如图1所示的实施例中，冷却腔室3位于涡轮外机匣2与涡轮外环1之间。冷却腔室3内输入气体后，气体会对涡轮外环1进行冷却。

引气孔32位于冷却腔室3的腔壁上，用于向冷却腔室3引入气体以冷却涡轮外环1。

热膨胀件4位于冷却腔室3的腔壁的外侧，设置于引气孔32的入口处，包括固定在冷却腔室3的腔壁上的固定端和随温度变化伸缩的伸缩端，热膨胀件4被配置为通过伸缩端的伸缩调节进入引气孔32的气体的流量。热膨胀件4受热膨胀，热膨胀件4一端固定，另一端可伸缩。。热膨胀件4能够接收到冷却腔室3的腔壁的温度变化和气体的温度变化，在冷却腔室3的腔壁温度升高或者气体温度升高时，热膨胀件4的伸缩端伸长，增大进入引气孔32的气体的流量，在冷却腔室3的腔壁温度下降或气体温度下降时，热膨胀件4的伸缩端收缩，减小进入引气孔32的气体的流量。

本实施例的涡轮式发动机可以根据温度变化自适应调节进入引气孔32气体的流量。从而可以提高气体的利用率，提高发动机的效率，有助于保障对涡轮外环1的冷却效果，有助于维持合适的叶尖间隙。

在一些实施例中，如图1至图3所示，涡轮机匣还包括固定在冷却腔室的腔壁上的固定凸块5。

固定凸块5具有调节表面，调节表面从靠近引气孔32的一侧向远离引气孔32的一侧逐渐远离腔壁，热膨胀件4的伸缩端搭接在调节表面上以在调节表面的作用下随温度变化改变与引气孔32的入口的距离。

涡轮式发动机包括涡轮工作叶片和围绕涡轮工作叶片的涡轮机匣，涡轮式发动机包括沿气体的流动方向位于引气孔32上游的冷却流道，冷却流道与引气孔32连通以向引气孔32输出气体，热膨胀件4位于冷却流道内。

如图1中箭头所示，冷却流道为用于通过气体的流道，从涡轮式发动机其他地方例如压气机引入的气体通过冷却流道流入引气孔32，然后流入冷却腔室3中。在图1所示的实施例中固定凸块5为楔块，调节表面为斜面，在图3所示的实施例中固定凸块5为半球块，调节表面为弧形表面，温度变化时，例如当温度升高时，热膨胀件4的伸缩端沿着调节表面伸长，由于调节表面逐渐远离腔壁，从而伸缩端在伸长时也逐渐远离腔壁，热膨胀件4会向远离腔壁的方向翘曲，从而热膨胀件4与腔壁之间的间隙逐渐增大，冷却流道中的气体从间隙中流入引气孔32中的流量也会逐渐增大；反之温度下降时，热膨胀件4翘曲变小，热膨胀件4与腔壁之间的间隙逐渐减小，从间隙流入引气孔32的气体流量较小。本实施例通过设置带调节表面的固定凸块5可以便捷可靠地自适应调节进入引气孔32中的气体的流量。

在一些实施例中，如图1至图3所示，热膨胀件4上设有与引气孔32连通的通气孔41。设置通气孔41可以进一步提高进入引气孔32的气体的流量。

在一些实施例中，如图4至图6所示，热膨胀件4的伸缩端沿冷却腔室3的腔壁的外表面31伸缩，热膨胀件4被配置为通过伸缩端的伸缩调节热膨胀件4遮避引气孔32的入口的面积的大小。温度变化时，热膨胀件4的伸缩端直接沿着外表面31伸缩，不发生翘曲，伸缩端在伸缩时遮蔽引气孔32的入口的面积大小不同，从而进入引气孔32的气体的流量不同，从而可以调节进入引气孔32的气体流量。本实施例结构紧凑、简单方便可靠。

在一些实施例中，如图4至图6所示，热膨胀件4的伸缩端上设有通气孔41，热膨胀件4被配置为通过伸缩端的伸缩调节通气孔41与引气孔32的入口的重合面积的大小。图4中的热膨胀件4的通气孔41与引气孔32的重合面积处于最大状态，此时进入引气孔32的气体流量最大。当温度下降时，热膨胀件4的伸缩端收缩，如图5所示，热膨胀件4的通气孔41与引气孔32的重合面积减小，此时进入引气孔32的气体流量减小。当温度进一步下降时，伸缩端进一步收缩，重合面积进一步减小，进入引气孔32的气体的流量进一步下降。

在一些实施例中，如图1、图3、图4所示，涡轮机匣还包括位于涡轮外环1的径向外侧的涡轮外机匣2和连接涡轮外机匣2与涡轮外环1的中层机匣6，中层机匣6用于连接涡轮外机匣2和涡轮外环1，涡轮外环1与中层机匣6之间形成冷却腔室3，引气孔32设于中层机匣6上，热膨胀件4的固定端固定于中层机匣6上。此时中层机匣6构成了冷却腔室3的腔壁，

在一些实施例中，热膨胀件4为金属件，热膨胀件4的固定端通过铆钉固定到冷却腔室3的腔壁上。

在一些实施例中，涡轮式发动机包括燃气轮机和航空发动机。

在一些实施例中，航空发动机包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (13)

1.一种涡轮式发动机的涡轮机匣，其特征在于，包括；

涡轮外环(1)，用于安装至所述涡轮式发动机的涡轮工作叶片的径向外侧；

冷却腔室(3)，位于所述涡轮外环(1)的径向外侧；

引气孔(32)，位于所述冷却腔室(3)的腔壁上，用于向所述冷却腔室(3)引入气体以冷却所述涡轮外环(1)；

热膨胀件(4)，位于所述冷却腔室(3)的腔壁的外侧，设置于所述引气孔(32)的入口处，包括固定在所述冷却腔室(3)的腔壁上的固定端和随温度变化伸缩的伸缩端，被配置为通过所述伸缩端的伸缩调节进入所述引气孔(32)的气体的流量。

2.如权利要求1所述的涡轮式发动机的涡轮机匣，其特征在于，还包括固定在所述冷却腔室(3)的腔壁上的固定凸块(5)，所述固定凸块(5)具有调节表面，所述调节表面从靠近所述引气孔(32)的一侧向远离所述引气孔(32)的一侧逐渐远离所述腔壁，所述热膨胀件(4)的伸缩端搭接在所述调节表面上以在所述调节表面的作用下随温度变化改变与所述引气孔(32)的入口的距离。

3.如权利要求2所述的涡轮式发动机的涡轮机匣，其特征在于，所述热膨胀件(4)的伸缩端上设有与所述引气孔(32)连通的通气孔(41)。

4.如权利要求2所述的涡轮式发动机的涡轮机匣，其特征在于，所述调节表面为楔形表面，或所述调节表面为弧形表面。

5.如权利要求1所述的涡轮式发动机的涡轮机匣，其特征在于，所述热膨胀件(4)的伸缩端沿所述冷却腔室(3)的腔壁的外表面(31)伸缩，所述热膨胀件(4)被配置为通过所述伸缩端的伸缩调节所述热膨胀件(4)的伸缩端遮避所述引气孔(32)的入口的面积的大小。

6.如权利要求5所述的涡轮式发动机的涡轮机匣，其特征在于，所述热膨胀件(4)的伸缩端上设有通气孔(41)，所述热膨胀件(4)被配置为通过所述伸缩端的伸缩调节所述通气孔(41)与所述引气孔(32)的入口的重合面积的大小。

7.如权利要求1至6任一所述的涡轮式发动机的涡轮机匣，其特征在于，所述热膨胀件(4)被配置为在温度升高时通过所述伸缩端的伸长提高进入所述引气孔(32)的气体的流量，在温度下降时，通过所述伸缩端的收缩减少进入所述引气孔(32)的气体的流量。

8.如权利要求1至6任一所述的涡轮式发动机的涡轮机匣，其特征在于，所述涡轮机匣还包括位于所述涡轮外环(1)的径向外侧的涡轮外机匣(2)和连接所述涡轮外机匣(2)与所述涡轮外环(1)的中层机匣(6)，所述涡轮外环(1)与所述中层机匣(6)之间形成所述冷却腔室(3)，所述引气孔(32)设于所述中层机匣(6)上，所述热膨胀件(4)的固定端固定于所述中层机匣(6)上。

9.如权利要求1至6任一所述的涡轮式发动机的涡轮机匣，其特征在于，所述热膨胀件(4)为金属件。

10.一种涡轮式发动机，其特征在于，包括涡轮工作叶片和围绕所述涡轮工作叶片的如权利要求1至9任一所述的涡轮机匣。

11.如权利要求10所述的涡轮式发动机，其特征在于，所述涡轮式发动机包括燃气轮机和航空发动机。

12.如权利要求10所述的涡轮式发动机，其特征在于，所述航空发动机包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机。

13.如权利要求10所述的涡轮式发动机，其特征在于，还包括沿所述气体的流动方向位于所述引气孔(32)上游的冷却流道，所述冷却流道与所述引气孔(32)连通以向所述引气孔(32)输出所述气体，所述热膨胀件(4)位于所述冷却流道内。

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