TWI475152B - 用於氣渦輪引擎定子之隔熱罩片段 - Google Patents

Description

用於氣渦輪引擎定子之隔熱罩片段

本發明係有關用於氣渦輪引擎定子之隔熱罩片段。

氣渦輪引擎之渦輪轉子通常藉由一殼體在徑向上圍繞，該殼體係通常已知之隔熱罩。隔熱罩可包括許多隔熱罩片段，藉此隔熱罩形成沿著渦輪葉片之熱氣流的外界限。隔熱罩亦防止熱燃燒氣體透入隔熱罩和徑向外部渦輪殼體之間充滿冷空氣的空間。隔熱罩可具有許多不同的形式，且其內剖面定義渦輪中之熱氣流的流動橫剖面。渦輪轉子之渦輪葉片在其徑向外側上通常具有一周圍平臺，取決於所要求之流動條件，該周圍平臺係形成為通常是圓柱形的或通常是圓錐形的。該平臺一般具有兩密封翼肋，密封翼肋是從其徑向外側而徑向朝外延伸。蜂窩構造被配置在隔熱罩上分別相對於密封翼肋。該等蜂窩構造用來密封位於密封翼肋和隔熱罩之間的間隙。在第一區段中的隔熱罩之內剖面具有沿著平行於渦輪之軸向的蜂窩構造。在第一平坦區段上游之第二區段中，內剖面成一角度延伸至渦輪之軸向。因為隔熱罩易受熱氣流之高溫及受熱氣之流動方向中的高壓梯度，在第一和第二區段之間的彎曲區段之區域中可能出現高應力集中。該等應力可顯著地降低隔熱罩之耐久性。

本發明解決該等問題。本發明欲提供具有改良設計之用 於氣渦輪定子之隔熱罩片段，其降低在隔熱罩之彎曲區域中之應力。

因此，此問題是藉由提供具有請求項1之特徵的用於氣渦輪定子之隔熱罩片段來解決。根據本發明之隔熱罩片段之有益的實施例可在附屬請求項中得知。

根據本發明，隔熱罩片段包括在氣渦輪之軸向的剖面之至少一區域中的一彎曲區段，藉此在彎曲區段之區域中及在隔熱罩之周緣方向的第一端部區域中之隔熱罩片段之徑向外表面具有一凸起物，此凸起物在氣渦輪之周緣方向延伸。在使用時，在隔熱罩片段中之彎曲區段的區域內之應力係予以降低，且因此顯著地增加隔熱罩之耐久性。

在本發明之一較佳實施例中，在周緣方向之凸起物的長度係短於隔熱罩片段在周緣方向之總長度的四分之一。以此方式可在無需提供一翼肋的狀況下提供足夠的加強，而此翼肋是在隔熱罩的端部區域之間延伸隔熱罩的長度。這避免使用過多的材料，使得隔熱罩之重量可保持在最小值。

當結合附加圖示，本發明之上述及其他目的、特徵和優點將可由其中若干較佳實施例之以下述描述而變得更加清楚。

圖4顯示一先前技術隔熱罩片段1。一隔熱罩可包括許多這種隔熱罩片段1，其形成沿著該等渦輪葉片2之熱氣流的外界限(對照圖3)。隔熱罩片段1之剖面匹配通常為圓錐形 之渦輪轉子且具有一階梯形的橫剖面，其可由圖3中所見。附接元件3、4係配置在隔熱罩片段之徑向外側上，用於在徑向及周緣方向定位此隔熱罩片段1。

圖3顯示穿過具有一先前技術之隔熱罩的一渦輪部分之剖面圖。渦輪轉子之渦輪葉片2具有圍繞葉片2之徑向外部圓柱形平臺5。在平臺5之徑向外側上提供兩徑向延伸之翼肋6。蜂窩構造7固定至分別相對於兩翼肋6之靜止的隔熱罩片段1上。這些蜂窩構造7用來封住翼肋6和隔熱罩片段1之端部之間的間隙。隔熱罩之內剖面8在大體平行於渦輪之軸向的第一區段9中延伸。隔熱罩片段1之內剖面8的第一平坦區段9之上游在第二區段11中與渦輪之軸向成一定角度地延伸，而熱空氣之流動方向如箭頭10所示。當隔熱罩1遭遇熱氣流之高溫及在流動方向中之高壓梯度，在第一區段9和第二區段11之間的隔熱罩片段1之彎曲區域12中可能出現高應力，尤其是在隔熱罩在周緣方向上的端部區域13中。這些應力可顯著限制隔熱罩片段之使用壽命。

圖1顯示根據本發明之一較佳實施例的一隔熱罩片段1。類似元件具有類似的參考標號。根據本發明，在渦輪之周緣方向在隔熱罩區段1的彎曲區段12之區域中及在至少一端部區域13中之隔熱罩片段1之徑向外側15具有一凸起物14或一加高部分，其在渦輪之周緣方向延伸。該凸起物14或加高部分降低在隔熱罩1之此區域中的應力集中。凸起物14或加高部分可提供於隔熱罩片段1的各端部13上。

凸起物14或加高部分最好是配置在渦輪之軸向上第一區 段9和第二區段11相交之處的位置上。

在周緣方向之凸起物14的長度最好短於在周緣方向之隔熱罩片段1之總長度的四分之一。以此方式，由於沒有需要提供大體在隔熱罩片段1的端部之間延伸的翼肋，因此，額外的金屬使用可保持在最小量。因此，隔熱罩片段1之重量可保持在最低。

在圖1之較佳實施例中，隔熱罩1之徑向外表面15最好具有兩翼肋16，各至少部分地沿著隔熱罩片段1之周緣端部在渦輪之軸向延伸。渦輪14或加高部分在周緣方向突出各翼肋16外。隔熱罩區段1之剖面在渦輪之周緣方向上且在凸起物14之區域內可因而具有兩階梯形狀，其可由圖2所見。在渦輪之周緣方向的凸起物之長度與在渦輪之軸向的凸起物之寬度的比率最好是介於1：2至3：1之間的比率。

在另一實施例中(未顯示)，隔熱罩片段1在渦輪之軸向上具有至少兩點，彎曲區段即隔熱罩之橫剖面大體具有兩階梯形狀。在此狀況中，隔熱罩片段之徑向外側具有一凸起物14，此凸起物14在彎曲區段之各別區域內並在隔熱罩之周緣方向之第一及/或第二端部區域中，各凸起物14在周緣方向延伸。

一隔熱罩可包含一些根據本發明之隔熱罩片段，其形成沿著渦輪葉片2的熱氣流之外界限(對照圖3)。隔熱罩片段1在其端部側具有沿渦輪之軸向延伸的凹槽17，如可由圖2所見。兩相鄰隔熱罩片段1之凹槽17容納一密封板(未顯示)，其防止熱燃燒氣體進入充滿冷空氣的隔熱罩和渦輪 殼體19之間的空間18內。

根據本發明之該等實施例的以上描述僅作例示之目的，且不應視為限制本發明之範圍。

尤其係，鑒於該等較佳實施例，熟習此項技術者在不脫離本發明之範圍的情況下可做形式和細節上的不同改變及修改。因此，本發明之揭示不應被限制。反而，本發明之揭示應該用來闡明在以下請求項中所提出之本發明的範圍。

1‧‧‧隔熱罩片段

2‧‧‧渦輪葉片

3‧‧‧附接元件

4‧‧‧附接元件

5‧‧‧平臺

6‧‧‧翼肋

7‧‧‧蜂窩構造

8‧‧‧內剖面

9‧‧‧第一區段

10‧‧‧流動方向

11‧‧‧第二區段

12‧‧‧彎曲區域

13‧‧‧端部區域

14‧‧‧凸起物

15‧‧‧外側

16‧‧‧翼肋

17‧‧‧凹槽

18‧‧‧間隙

19‧‧‧渦輪殼體

本發明係參閱在圖式中示意地繪示之一實施例予以描述，並將參考以下更詳細之圖式描述本發明。

圖式示意地顯示：圖1係根據本發明之一實施例的一隔熱罩片段之透視圖，圖2係穿過圖1之隔熱罩在凸起物之區域中沿著線A－A之剖面圖，圖3係為穿過具有一先前技術隔熱罩片段之一渦輪部分的剖面圖，圖4係為一先前技術隔熱罩片段之透視圖。

1‧‧‧隔熱罩片段

3‧‧‧附接元件

4‧‧‧附接元件

8‧‧‧內剖面

9‧‧‧第一區段

11‧‧‧第二區段

13‧‧‧端部區域

14‧‧‧凸起物

15‧‧‧徑向外側

16‧‧‧翼肋

Claims (14)

1. 一種氣渦輪，其包含：一渦輪殼體；一可旋轉的渦輪轉子，其具有複數個渦輪葉片；及用於一定子之至少一隔熱罩片段，其徑向設置在該轉子及該殼體之間，並附接於該殼體，該至少一隔熱罩片段具有一剖面，該剖面具有在該氣渦輪之一軸向方向之至少一區域內的一彎曲區段，並具有一徑向外側表面且包括：一第一凸起物，其在該彎曲區段之一區域內，及在設置於該徑向外側表面上之該氣渦輪之一周緣方向的一第一端部區域內，在該周緣方向延伸；一翼肋，其設置於該第一端部區域至少部分地在該氣渦輪之一縱向方向延伸，其中該第一凸起物自設置於該徑向外側表面上之該翼肋在該周緣方向突出；且一第二凸起物，其在該彎曲區段之一區域內，及在相對於設置於該徑向外側表面上之該第一端部區域之一第二區域內，在該周緣方向延伸，其中該剖面包括在該第一凸起物之一區域中之該周緣方向的一兩階梯形狀，其中一第一階梯自該徑向外側表面延伸至該第一凸起物，及一第二階梯自該第一凸起物延伸至該翼肋。
2. 如請求項1之氣渦輪，其中該第一凸起物在該周緣方向的一長度係小於該至少一隔熱罩片段在該周緣方向之一總長度的四分之一。
3. 如請求項1之氣渦輪，其中該第一凸起物在該周緣方向的一長度與該至少一凸起物在該軸向方向的一寬度之比率係介於1：2至3：1之間。
4. 如請求項1之氣渦輪，其中該剖面包括在該軸向方向之一第二彎曲區段，其中該第二彎曲區段包括另一第一凸起物及另一第二凸起物之至少一個，該另一第一凸起物在該徑向外側表面上之該周緣方向之一第一端部區域，並在該周緣方向延伸，該另一第二凸起物在該徑向外側表面上設置於該周緣方向之一第二端部區域，並在該周緣方向延伸。
5. 如請求項1之氣渦輪，其中該至少一隔熱罩片段之一內剖面包括平行於該軸向方向延伸之一第一區段，及一第二區段位於該第一區段之上游，其與該軸向方向成一角度延伸，其中該第一凸起物係設置於該第一區段及第二區段在該軸向方向相交的一位置。
6. 如請求項1之氣渦輪，其中該至少一隔熱罩片段包括設置於該第一凸起物之一區域，及在該至少一隔熱罩片段之一徑向延伸側中，並沿該軸向方向延伸的一凹槽。
7. 如請求項1之氣渦輪，其中該至少一隔熱罩片段包括複數個隔熱罩片段，形成沿著該等渦輪葉片之一熱氣流之外界限的一隔熱罩。
8. 一種用於一氣渦輪之一定子的隔熱罩片段，其徑向設置於一渦輪轉子及一渦輪殼體之間，並附接於該殼體，該隔熱罩片段具有一剖面，該剖面具有在該氣渦輪之一軸 向方向之至少一區域內的一彎曲區段，並具有一徑向外側表面且包括：一第一凸起物，其在該彎曲區段之一區域內，及在設置於該至少一隔熱罩片段的該徑向外側表面上之該氣渦輪之一周緣方向的一第一端部區域內，在該周緣方向延伸；一翼肋，其設置於該第一端部區域至少部分地在該氣渦輪之一縱向方向延伸，其中該第一凸起物自設置於該徑向外側表面上之該翼肋在該周緣方向突出；且一第二凸起物，其在該彎曲區段之一區域內，及在相對於設置於該徑向外側表面上之該第一端部區域之一第二區域內，在該周緣方向延伸，其中該剖面包括在該第一凸起物之一區域中之該周緣方向的一兩階梯形狀，其中一第一階梯自該徑向外側表面延伸至該第一凸起物，及一第二階梯自該至少一凸起物延伸至該翼肋。
9. 如請求項8之隔熱罩片段，其中該第一凸起物在該周緣方向的一長度係小於該隔熱罩片段在該周緣方向之一總長度的四分之一。
10. 如請求項8之隔熱罩片段，其中該第一凸起物在該周緣方向的一長度與該至少一凸起物在該軸向方向的一寬度之比率係介於1：2至3：1之間。
11. 如請求項8之隔熱罩片段，其中該剖面包括在該軸向方向之一第二彎曲區段，其中該第二彎曲區段包括另一第一凸起物及另一第二凸起物之至少一個，該另一第一凸 起物在該徑向外側表面上之該周緣方向之一第一端部區域，並在該周緣方向延伸，該另一第二凸起物在該徑向外側表面上設置於該周緣方向之一第二端部區域，並在該周緣方向延伸。
12. 如請求項8之隔熱罩片段，其中該剖面包括一內剖面，其具有平行於該軸向方向延伸之一第一區段，及一第二區段位於該第一區段之上游，其與該軸向方向成一角度延伸，其中該第一凸起物係設置於該第一區段及第二區段在該軸向方向相交的一位置。
13. 如請求項8之隔熱罩片段，更進一步包含設置於該第一凸起物之一區域，及在該隔熱罩片段之一徑向延伸側中，並沿該軸向方向延伸的一凹槽。
14. 如請求項8之隔熱罩片段，其中該至少一隔熱罩片段包括複數個隔熱罩片段，形成沿著該等渦輪葉片之一熱氣流之外界限的一隔熱罩。