通过转子的轴向移动的轴流式压缩机末端空隙控制制造技术

在涡轮发动机中，轴流式压缩机配备有一种系统，该系统在运行期间轴向地移动转子以影响悬臂式翼型件的末端空隙。转子的轴向移动能够减小一个悬臂式转子叶片和一个悬臂式定子静叶的末端空隙。压缩机的径向向内流动路径边界成形为使得其半径沿流动方向在其轴向延伸部的一部分上增加，至少在其轴向延伸部的40％的下游部分上增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过转子的轴向移动的轴流式压缩机末端空隙控制关于联邦资助研究或研发的声明本专利技术的研发部分地受到美国能源部的合约号为DEFC26-05NT42644的先进涡轮研发项目的支持。因此，美国政府具有对本专利技术的某些权力。
本专利技术总体上涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及用于减小涡轮发动机中的压缩机翼型件末端与径向相邻部件之间的间隙以便通过减少泄漏来改善涡轮发动机效率的系统。
技术介绍
通常，燃气涡轮发动机由定位在涡轮叶片组件上游的燃烧室构成。压缩机由联接至能够绕纵向轴线旋转的盘形件的多个压缩机叶片级构成。每个压缩机叶片级均由绕盘形件的周向径向延伸的多个叶片构成。压缩机叶片的末端定位成紧密接近涡轮发动机的压缩机壳体的内表面。通常在涡轮发动机的叶片末端与压缩机壳体之间存在间隙，使得叶片能够在不撞击压缩机壳体的情况下旋转。同样地，对于未被遮盖的压缩机静叶而言，通常在静叶末端与内部可旋转的压缩机叶片和盘组件之间存在间隙，使得可旋转的压缩机叶片和盘组件能够在压缩机静叶不与可旋转的压缩机叶片和盘组件接触的情况下旋转。在运行期间，气体经过压缩机叶片和静叶并压缩成具有高温和高压。这些气体还加热压缩机壳体、叶片、静叶以及盘形件，从而使得每个部件均由于热膨胀而膨胀。在涡轮发动机已经以满负荷状态运行一段时间之后，部件达到发生最大热膨胀的最大工况。在这种状态下，理想的是涡轮发动机的叶片末端与压缩机壳体之间的间隙以及压缩机静叶与可旋转的压缩机叶片和盘组件之间的间隙尽可能小，以限制经过翼型件的末端的泄漏。然而，减小间隙不能通过简单地将部件定位成使得间隙在满负荷条件下最小来实现，这是因为形成间隙的部件的构型必须考虑热重启条件，在该热重启条件下，质量比压缩机叶片和盘组件更小的压缩机壳体和压缩机静叶承载件比压缩机叶片和盘组件冷却得更快。在热重启期间，在壳体开始升温和膨胀之前，盘形件由于离心力而膨胀并且空隙收紧。因此，除非部件已经定位成使得在工况下已经在压缩机叶片与压缩机壳体之间以及在压缩机静叶与可旋转的压缩机叶片和盘组件之间建立了足够的间隙，否则，压缩机翼型件可能撞击压缩机壳体或可旋转的压缩机叶片和盘组件，因为形成压缩机壳体的部件的直径还没有升温和膨胀。压缩机叶片与压缩机壳体或压缩机静叶与可旋转的压缩机叶片和盘组件之间的碰撞通常引起剧烈的翼型件末端摩擦并且可能导致损坏。因此，存在对用于在考虑热启动条件下的必要空隙的同时减小满负荷工况下压缩机叶片末端与压缩机壳体之间以及压缩机静叶与可旋转的压缩机叶片和盘组件之间的间隙的系统的需求。
技术实现思路
本专利技术涉及用于减小涡轮发动机的压缩机叶片的末端与径向相邻部件之间的间隙的压缩机翼型件末端空隙优化系统。该涡轮发动机能够包括径向向内的ID流动路径边界和OD流动路径边界，该ID流动路径边界和OD流动路径边界构造成与一个或更多个空隙减小系统配合以使在涡轮发动机运行期间压缩机叶片末端空隙最小，该一个或更多个空隙减小系统构造成轴向移动转子组件以减小末端空隙。ID流动路径边界和向外流动路径边界的构型增强了转子组件的轴向移动的有效性，该轴向移动包括ID流动路径边界的移动。在涡轮发动机的运行期间，转子组件能够轴向地移动以增大涡轮发动机的效率。涡轮发动机中存在间隙，使得在涡轮发动机运行时末端不接触压缩机壳体。在涡轮发动机运行期间减小间隙减少了能够经过压缩机叶片末端而不在叶片上施加载荷的热气的量，从而增大了涡轮发动机的效率。压缩机翼型件末端空隙优化系统能够包括一个或更多个大致细长的叶片，所述一个或更多个大致细长的叶片具有前缘、后缘、位于第一端部处的末端部段以及根部，该根部在与第一端部大致相反的端部处联接至叶片，以便支撑该叶片并将该叶片联接至转子组件的盘形件。该系统还能够包括一个或更多个大致细长的压缩机静叶，所述一个或更多个大致细长的压缩机静叶附接至固定部件，使得压缩机静叶在涡轮发动机运行期间不随转子组件旋转。该系统包括从压缩机的大致上游端部处延伸至压缩机的大致下游端部处的径向向里的ID流动路径边界，其中，该ID流动路径边界能够部分地由压缩机转子组件构成。该系统还能够包括从压缩机的大致上游端部处延伸至压缩机的大致下游端部处的OD流动路径边界，其中，该OD流动路径边界能够部分地由压缩机壳体构成。该系统能够包括一个或更多个空隙减小系统，该一个或更多个空隙减小系统构造成轴向地移动转子组件以减小大致细长的叶片的末端空隙。在至少一个实施方式中，当沿从上游端部至下游端部的方向向下游轴向移动时，ID流动路径边界距纵向轴线的径向向外的距离能够增大。轴向下游向内部段的上游处的ID流动路径边界能够为大致线性的。当在向内流动路径边界的轴向下游部段中沿从上游端部朝向下游端部的方向向下游轴向移动时，ID流动路径边界的径向向外的距离能够增大，向内流动路径边界的该轴向下游部段由压缩机的轴向长度的小于40%构成，从压缩机的下游端部向上游延伸。在一个实施方式中，OD流动路径边界在轴向方向上能够与压缩机的纵向轴线大致对齐。在另一实施方式中，当在OD流动路径边界的轴向下游部段中沿从上游端部至下游端部的方向向下游轴向移动时，OD流动路径边界的径向向外的距离也能够增大，OD流动路径边界的该轴向下游部段由压缩机的轴向长度的小于40%构成，从压缩机的下游端部向上游延伸。在又一实施方式中，轴向下游部段的上游处的OD流动路径边界能够为大致线性的。当在OD流动路径边界的轴向上游部段中沿从上游端部至下游端部的方向向下游轴向移动时，OD流动路径边界的径向向外的距离能够减小，OD流动路径边界的该轴向上游部段由压缩机的轴向长度的小于60 %构成，从压缩机的上游端部向下游延伸。在另一实施方式中，当在OD流动路径边界的轴向上游部段中沿从上游端部至下游端部的方向向下游轴向移动时，OD流动路径边界的径向向外的距离能够减小，OD流动路径边界的该轴向上游部段由压缩机的轴向长度的小于20%构成，从压缩机的上游端部向下游延伸。另外，当在ID流动路径边界的轴向上游部段中沿从上游端部朝向下游端部的方向向下游轴向移动时，ID流动路径边界的径向向外的距离能够减小，ID流动路径边界的该轴向上游部段由压缩机的轴向长度的小于20%构成，从压缩机的上游端部向下游延伸。压缩机翼型件末端空隙优化系统能够构造成轴向地移动转子组件以减小叶片和静叶的末端与相邻涡轮部件之间的间隙，从而增大涡轮发动机的效率。压缩机翼型件末端空隙优化系统能够包括任何必要的部件以有助于转子组件的移动。压缩机翼型件末端空隙优化系统能够包括构造成轴向地移动转子组件以减小大致细长的叶片的末端空隙的一个或更多个空隙减小系统。在运行期间，空隙减小系统被操作以大致沿着纵向轴线轴向地移动转子组件。转子组件能够大致向上游移动以通过减小间隙来增大涡轮发动机的效率。在涡轮发动机的关闭期间，空隙减小系统能够向下游移动转子组件以防止末端损坏。本专利技术的优势在于叶片与相邻涡轮部件之间的间隙在涡轮发动机运行期间减小，从而增大了涡轮发动机的效率。这些和其他实施方式将在下面进行更加详细地描述。【附图说明】结合到本说明书中并形成本说明书的一部分的附图示出了当前公开的专利技术的实施方式，并与本说明书一起公开了本专利技术的原理。图1为涡轮发动机的横截面侧视图。图2为具有径向向外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压缩机翼型件末端空隙优化系统，所述压缩机翼型件末端空隙优化系统用于通过减小涡轮发动机的压缩机翼型件的末端与径向相邻部件之间的空隙来增大所述涡轮发动机的效率，所述压缩机翼型件末端空隙优化系统包括：至少一个大致细长的叶片，所述至少一个大致细长的叶片具有前缘、后缘、位于第一端部处的末端部段以及根部，所述根部在与所述第一端部大致相反的端部处联接至所述叶片，以便支撑所述叶片并将所述叶片联接至转子组件的盘形件；至少一个大致细长的压缩机静叶，所述至少一个大致细长的压缩机静叶附接至固定部件，使得所述至少一个大致细长的压缩机静叶在涡轮发动机运行期间不随转子组件旋转；ID流动路径边界，所述ID流动路径边界从压缩机的大致上游端部处延伸至所述压缩机的大致下游端部处，其中，所述ID流动路径边界部分地由压缩机转子组件构成；OD流动路径边界，所述OD流动路径边界从所述压缩机的大致所述上游端部处延伸至所述压缩机的大致所述下游端部处，其中，所述OD流动路径边界部分地由压缩机壳体构成；至少一个空隙减小系统，所述至少一个空隙减小系统构造成轴向地移动所述转子组件以减小所述至少一个大致细长的叶片和所述至少一个大致细长的压缩机静叶的末端空隙；其中，当沿从所述上游端部至所述下游端部的方向向下游轴向移动时，所述ID流动路径边界距纵向轴线的径向向外的距离增大。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.15 US 13/326,3991.一种压缩机翼型件末端空隙优化系统，所述压缩机翼型件末端空隙优化系统用于通过减小涡轮发动机的压缩机翼型件的末端与径向相邻部件之间的空隙来增大所述涡轮发动机的效率，所述压缩机翼型件末端空隙优化系统包括: 至少一个大致细长的叶片，所述至少一个大致细长的叶片具有前缘、后缘、位于第一端部处的末端部段以及根部，所述根部在与所述第一端部大致相反的端部处联接至所述叶片，以便支撑所述叶片并将所述叶片联接至转子组件的盘形件； 至少一个大致细长的压缩机静叶，所述至少一个大致细长的压缩机静叶附接至固定部件，使得所述至少一个大致细长的压缩机静叶在涡轮发动机运行期间不随转子组件旋转； ID流动路径边界，所述ID流动路径边界从压缩机的大致上游端部处延伸至所述压缩机的大致下游端部处，其中，所述ID流动路径边界部分地由压缩机转子组件构成； OD流动路径边界，所述OD流动路径边界从所述压缩机的大致所述上游端部处延伸至所述压缩机的大致所述下游端部处，其中，所述OD流动路径边界部分地由压缩机壳体构成； 至少一个空隙减小系统，所述至少一个空隙减小系统构造成轴向地移动所述转子组件以减小所述至少一个大致细长的叶片和所述至少一个大致细长的压缩机静叶的末端空隙； 其中，当沿从所述上游端部至所述下游端部的方向向下游轴向移动时，所述ID流动路径边界距纵向轴线的径向向外的距离增大。2.根据权利要求1所述的压缩机翼型件末端空隙优化系统，其中，所述OD流动路径边界与所述压缩机的所述纵向轴线在轴向方向上大致对齐。3.根据权利要求1所述的压缩机翼型件末端空隙优化系统，其中，当在所述OD流动路径边界的轴向下游部段中沿从所述上游端部至所述下游端部的方向向下游轴向移动时，所述OD流动路径边界的径向向外的距离增大，所述OD流动路径边界的所述轴向下游部段由所述压缩机的轴向长度的小于40%构成，从所述压缩机的所述下游端部向上游延伸。4.根据权利要求3所述的压缩机翼型件末端空隙优化系统，其中，所述OD流动路径边界在所述轴向下游部段的上游为大致线性的。5.根据权利要求3所述的压缩机翼型件末端空隙优化系统，其中，当在所述OD流动路径边界的轴向上游部段中沿从所述上游端部至所述下游端部的方向向下游轴向移动时，所述OD流动路径边界的径向向外的距离减小，所述OD流动路径边界的所述轴向上游部段由所述压缩机的轴向长度的小于60%构成，从所述压缩机的所述上游端部向下游延伸。6.根据权利要求3所述的压缩机翼型件末端空隙优化系统，其中，当在所述OD流动路径边界的轴向上游部段中沿从所述上游端部至所述下游端部的方向向下游轴向移动时，所述OD流动路径边界的径向向外的距离减小，所述OD流动路径边界的所述轴向上游部段由所述压缩机的轴向长度的小于20%构成，从所述压缩机的所述上游端部向下游延伸。7.根据权利要求6所述的压缩机翼型件末端空隙优化系统，其中，当在所述ID流动路径边界的轴向上游部段中沿从所述上游端部朝向所述下游端部的方向向下游轴向移动时，所述ID流动路径边界的径向向外的距离减小，所述ID流动路径边界的所述轴向上游部段由所述压缩机的轴向长度的小于20%构成，从所述压缩机的所述上游端部向下游延伸。8.根据权利要求6所述的压缩机翼型件末端空隙优化系统，其中，所述至少一个空隙减小系统为液压空隙减小系统。9.一种压缩机翼型件末端空隙优化系统，所述压缩机翼型件末端空隙优化系统用于通过减小涡轮发动机的压缩机翼型件的末端与径向相邻部件之间的空隙来增大所述涡轮发动机的效率，所述压缩机翼型件末端空隙优化系统包括: 至少一个大致细长的叶片，所述至少一个大致细长的叶片具有前缘、后缘、位于第一端部处的末端部段以及根部，所述根部在与所述第一端部大致相反的端部处联接至所述叶片，以便支撑所述叶片并将所述叶片联接至转子组件的盘形件； 至少一个大致细长的压缩机静叶，所述至少一个大致细长的压缩机静叶附接至固定部件，使得所述至少一个大致细长的压缩机静叶在涡轮发动机运行期间不随转子组件旋转； ID流动路径边界，所述ID流动路径边界从压缩机的大致上游端部处延伸至所述压缩机的大致下游端部处，其中，所述ID流动路径边界部分地由压缩机转子组件构成； OD流动路径边界，所述OD流动路径边界从所述压缩机的大致所述上游端部处延伸至所述压缩机的大致所述下游端部处，其中，所述OD流动路径边界部分地由压缩机壳体构成； 至少一个空隙减小系统，所述至少一个空隙减小系统构造成轴向地移动所述转子组件，以减小所述至少一个大致细长的叶片和所述至少一个大致细长的压缩机静叶的末端空隙， 其中，当沿从所述上游 端部至所述下游端部的方向向下游轴向移动时，所述ID流动路径边界距纵向轴线的径向向外的距离增大； 其中，当在所述OD流动路径边界的轴向下游部段中沿从所述上游端部...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·A·利特勒，濮正翔，
申请(专利权)人：西门子能源有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US