CN213016469U - 涡轮发动机及涡轮导叶冷却供气装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型旨在提高冷却气体周向分配的均匀性，为此提供一种涡轮发动机及涡轮导叶冷却供气装置，其中涡轮导叶冷却供气装置包括多个引气管和集气腔，所述引气管用于从压气机引入冷却气体，所述集气腔在涡轮机匣的周向安装，具有多个进气口和多个出气口，所述多个进气口与所述多个引气管的末端分别连接，所述多个出气口用于向涡轮机匣内的多个静叶提供冷却气体；所述引气管的末端和所述进气口限定的气体通道的出气方向相对所述出气口的出气方向倾斜。

Description

涡轮发动机及涡轮导叶冷却供气装置

技术领域

本实用新型涉及涡轮发动机及涡轮导叶冷却供气装置。

背景技术

发动机从压气机叶尖引气到涡轮处对涡轮导向器叶片等部件进行冷却，需要通过若干引气管引出，引气管沿径向连接到涡轮机匣上的集气腔安装座，安装座径向向内连接环形件，形成集气腔。集气腔下游为涡轮导叶，或者为涡轮级间机匣整流叶片，集气腔下游对应涡轮静叶。引气管周向一般均布，涡轮导叶和整流叶片周向均是离散结构，周向分布若干数量。冷气经引气管和安装座进入集气腔，然后进入涡轮导向器叶片或者整流叶片，冷却叶片后进入发动机内部进行进一步冷却。

集气腔的作用是搜集引气管的气流，通过一定程度的稳压后进入下游冷却涡轮叶片或者整流叶片。理想情况下是气流在集气腔中动压完全耗散，气流可以均匀进入下游。但发明人发现因集气腔尺寸有限，引气管周向数量有限，引气管出来气流为射流状态并不能完全耗散；且集气腔下游的涡轮叶片和整流叶片等结构也是周向离散的，且数量一般大于引气管数量，必然会存在正对管路出口的叶片因管路出口射流影响压力高，周向上各叶片冷却流量分配不均匀的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种涡轮导叶冷却供气装置，其能提供均匀分配的冷却气体，以使涡轮静叶受热变形均匀。

本实用新型的另一目的是提供一种涡轮发动机，其包括所述涡轮导叶冷却供气装置。

为实现所述目的，在一实施方式中，涡轮导叶冷却供气装置包括多个引气管和集气腔，所述引气管用于从压气机引入冷却气体，所述集气腔在涡轮机匣的周向安装，具有多个进气口和多个出气口，所述多个进气口与所述多个引气管的末端分别连接，所述多个出气口用于向涡轮机匣内的多个静叶提供冷却气体；所述引气管的末端和所述进气口限定的气体通道的出气方向相对所述出气口的出气方向倾斜。

在一实施方式中，所述出气口的出气方向设置成所述涡轮机匣的径向，所述气体通道的出气方向在所述涡轮机匣的周向倾斜。

在一实施方式中，所述引气管的末端和所述进气口在所述涡轮机匣的周向倾斜设置。

在一实施方式中，所述引气管的末端在所述涡轮机匣的径向设置，而所述进气口在所述涡轮机匣的周向倾斜设置。

在一实施方式中，所述倾斜的角度为大于0°小于90°。

在一实施方式中，所述倾斜的角度为大于等于45°小于90°。

在一实施方式中，所述多个进气口在涡轮机匣的周向以发动机轴心呈中心对称分布。

在一实施方式中，一种涡轮发动机包括压气机和涡轮机，还包括任一所述的涡轮导叶冷却供气装置，所述引气管从所述压气机的叶尖引气到所述涡轮机的所述集气腔。

气流从引气管出来后，经引气管末端和进气口的导流效果，在集气环腔内产生一定的周向运动，消除了叶片受到的冲击，并极大地改善了原来远离引气管进气口的叶片进气压力，消除了因引气径向射流的冲击效应导致的部分叶片冷气流量显著高于其他叶片的情况，降低了周向冷却不均匀性，相应的机匣周向变形不均匀性也可以缓解。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是一种作为比较例的涡轮导叶冷却供气装置。

图2是该比较例的冷却分配示意图。

图3是第一实施方式的涡轮导叶冷却供气装置的示意图。

图4是第二实施方式的涡轮导叶冷却供气装置的示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

图1和图2给出了作为比较例的涡轮导叶冷却供气装置。图1和图2示意性地给出了周向4个引气管1，12个涡轮静叶5的实施方式。气流从图中未示出的压气机引出，经由引气管1，再经过引气管1的末端2进入到集气腔8，集气腔8提供环形空间6，其包括涡轮机匣4上的集气腔安装座3，以及在安装座3的径向内侧连接的环形件7。气流从环形空间6，然后进入涡轮静叶5，进行涡轮静叶5的冷却，集气腔安装座3提供集气腔8的进气口，而环形件7与涡轮静叶5相邻的位置设置集气腔8的出气口。在周向上的气流分配如图2所示，由于引气管1的末端2以及集气腔安装座3的通孔中心线方向为径向向内，气流径向向内产生冲击，正对着引气管1出口的涡轮静叶5获得的冷却流量远大于其余叶片，导致冷却不均匀，从而导致变形不均匀的后果。涡轮静叶5可以是涡轮导叶或者整流叶片。

图3示出了第一实施方式，相比于前述对比例，引气管1的末端2以及安装座3上的通孔，即二者共同限定的气体通道在周向做了倾斜，倾斜角度为α。该角度如图3所示，角度范围为0°<α<90°，其中45°≤α<90°为佳。引气管1的末端2和安装座3的倾斜角度相同，引气管末端2的作用是增加导流长度，确保气流充分导流。周向上各安装座3和引气管1的末端2倾斜角度相同，并沿发动机轴心呈中心对称分布。

采用第一实施方式后，气流经引气管1的末端2和安装座3上的气体通道后按照与径向呈α角度进入集气腔8，不再直接冲击涡轮静叶，射流速度在周向具备较大分量，使集气腔中气流获得周向速度，在周向旋转，气流可以更好地输运至离引气管远的涡轮静叶处。且由于主要速度为周向速度，周向上各涡轮静叶获得的进口压力基本相当，提高了涡轮静叶冷却流量均匀性，从而提高了温度场和变形的均匀性，防止因冷却不均匀导致变形不均匀而发生转静子碰磨等后果。

图4示出了第二实施方式，相比于前述对比例，安装座3上的通孔在周向做了倾斜，倾斜角度为α。角度范围为0°<α<90°，其中45°<α<90°为佳。相比于第一实施方式，引气管1的末端2仍保持径向向内的方向，有利于发动机外部管路的布置和装配。周向上各安装座倾斜角度相同，并沿发动机轴心呈中心对称分布。

采用第二实施方式后，气流与传统设计方案一致在引气末端2径向向内进入安装座3上的通孔(气体通道)，由通孔的导流作用按照与径向呈α角度进入集气腔8，不再直接冲击涡轮静叶，射流速度在周向具备较大分量，使集气腔中气流获得周向速度，在周向旋转，气流可以更好地输运至离引气管远的涡轮静叶处；且由于主要速度为周向速度，周向上各涡轮静叶获得的进口压力基本相当，提高了涡轮静叶冷却流量均匀性，从而提高了温度场和变形的均匀性，防止因冷却不均匀导致变形不均匀而发生转静子碰磨等后果。

值得说明的是，图3给出的示例为4个引气管和安装座，12个涡轮导叶的实施方式，显然本发明的发明点与引气管和安装座数目以及相关的涡轮静叶的数目无关。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (8)

1.涡轮导叶冷却供气装置，包括多个引气管和集气腔，所述引气管用于从压气机引入冷却气体，所述集气腔在涡轮机匣的周向安装，具有多个进气口和多个出气口，所述多个进气口与所述多个引气管的末端分别连接，所述多个出气口用于向涡轮机匣内的多个静叶提供冷却气体；其特征在于，

所述引气管的末端和所述进气口限定的气体通道的出气方向相对所述出气口的出气方向倾斜。

2.如权利要求1所述的涡轮导叶冷却供气装置，其特征在于，所述出气口的出气方向设置成所述涡轮机匣的径向，所述气体通道的出气方向在所述涡轮机匣的周向倾斜。

3.如权利要求1所述的涡轮导叶冷却供气装置，其特征在于，所述引气管的末端和所述进气口在所述涡轮机匣的周向倾斜设置。

4.如权利要求1所述的涡轮导叶冷却供气装置，其特征在于，所述引气管的末端在所述涡轮机匣的径向设置，而所述进气口在所述涡轮机匣的周向倾斜设置。

5.如权利要求1所述的涡轮导叶冷却供气装置，其特征在于，所述倾斜的角度为大于0°小于90°。

6.如权利要求1所述的涡轮导叶冷却供气装置，其特征在于，所述倾斜的角度为大于等于45°小于90°。

7.如权利要求1所述的涡轮导叶冷却供气装置，其特征在于，所述多个进气口在涡轮机匣的周向以发动机轴心呈中心对称分布。

8.涡轮发动机，包括压气机和涡轮机，其特征在于，还包括如权利要求1至7中任一项所述的涡轮导叶冷却供气装置，所述引气管从所述压气机的叶尖引气到所述涡轮机的所述集气腔。

Images