具有斜孔的燃气涡轮发动机预旋流器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及一种具有构造成用于冷却下游构件的斜孔的预旋流器。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧室和涡轮部。燃气涡轮发动机的各部分经受高温。具体地，涡轮部的第一级经受这种高温，因此利用从压缩机中被引导经过内部冷却通道的空气使第一级冷却。在一个这种通道中，引导空气经过燃气涡轮发动机的隔板进入预旋流器。不受控制的冷却空气会导致效率损失和不适当的冷却。
[0003]授予J.Montgomery的美国专利第7，341，429号公开一种制造燃气祸轮发动机的方法，该方法包括设置涡轮中框架、将多个转子叶片联接到转子盘，该转子盘从涡轮中框架轴向地向后联接，使得在转子盘和涡轮中框架之间限定空腔，并且形成延伸通过涡轮中框架以便于将冷却空气引导进入所述间隙的至少一个开口，该开口能够为从开口中释放出的冷却空气赋予高的相对切向速度。
[0004]本发明旨在解决由发明人所发现的问题中的一个或多个。
【发明内容】
[0005]燃气涡轮发动机预旋流器包括外环和内环。内环包括多个斜孔。每个斜孔沿着在至少一个平面中倾斜的矢量。该矢量的一分量位于垂直于自预旋流器的轴线延伸的径向线的平面上。该角度的所述分量相对于预旋流器的轴向而倾斜。
[0006]本发明还提供一种用于形成预旋流器的方法。该方法包括相对于预旋流器的轴向成20至85度的角度地形成通过预旋流器的斜孔。该方法还包括与斜孔相邻地形成第一应力解除区。第一应力解除区构造成与斜孔流体连通。
【附图说明】
[0007]图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。
[0008]图2是燃气涡轮发动机的涡轮第一级的一部分的剖视图。
[0009]图3是预旋流器的上部的正视图。
[0010]图4是具有由箭头所指的视线方向的、沿直线4-4所截取的图3的预旋流器的一部分的剖视图。
[0011]图5是预旋流器的透视图。
[0012]图6是用于在预旋流器中形成具有应力解除区的冷却孔的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013]本文中所公开的系统和方法包括具有斜孔的燃气涡轮发动机预旋流器。在实施例中，该预旋流器可构造成为在预旋流器后部的下一级涡轮转子盘和减震器提供可预测量的冷却空气。这些斜孔可构造成使冷却空气旋流，使得冷却空气的角速度与下一级涡轮转子盘的角速度相匹配。使冷却空气的角速度与涡轮转子盘的角速度匹配可以减小冷却空气中的任何温度升高或压力下降，由此可以促成效率的提高。
[0014]图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。燃气涡轮发动机100通常包括压缩机200、燃烧室300、涡轮400和轴120。燃气涡轮发动机100可具有单轴或双轴配置。就本发明中的惯例而言，除非另有说明，关于径向、轴向和圆周方向以及量度(尺寸)的所有引述参照中心轴线95。中心轴线95通常可由轴120的纵向轴线所限定。中心轴线95可以是其它燃气涡轮发动机同心构件共有的或者共用的。
[0015]空气10作为“工作流体”进入进气口 15并且被压缩机200压缩。将燃料35添加到在燃烧室300中的压缩空气中，然后将该燃料点燃以产生高能燃烧气体。通过涡轮400从燃烧的燃料/空气混合物中提取能量并且通常可通过动力输出联接器5利用该能量。图中显示动力输出联接器5是在燃气涡轮发动机100的前侧，但在其它配置中，可将动力输出联接器5设置在燃气涡轮发动机100的后端。排气90可离开所述系统或者被进一步处理(例如，以减少有害的排放物或者从排气90中回收热量)。
[0016]压缩机200包括压缩机转子组件210和压缩机静止叶片(“定子”)250。压缩机转子组件210机械地联接到轴120。如图所示，压缩机转子组件210是轴向流动转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机盘组件220。每个压缩机盘组件220包括周向地组装有压缩机转子叶片的压缩机转子盘。定子250轴向地位于每个压缩机盘组件220的前面。
[0017]涡轮400包括涡轮转子组件410和涡轮喷嘴组件450。涡轮转子组件410机械地联接到轴120。如图所示，涡轮转子组件410是轴向流动转子组件。涡轮转子组件410包括一个或多个涡轮盘组件420。每个涡轮盘组件420包括轴向地组装有涡轮转子叶片425 (示于图2)的涡轮转子盘。涡轮喷嘴组件450轴向地位于每个涡轮盘组件420的前面。涡轮喷嘴组件450具有周向分布的涡轮喷嘴叶片。涡轮喷嘴叶片使被输送至涡轮转子叶片425的燃烧气体成螺旋状重新取向，其中燃烧气体中的能量转换成机械能并使轴120旋转。
[0018]涡轮喷嘴组件450与位于其后的涡轮盘组件420配对，二者被认为是燃气涡轮发动机100的涡轮级。涡轮第一级415是与燃烧室300轴向地相邻的级。涡轮第一级415包括第一级涡轮喷嘴组件451和第一级涡轮盘组件421。第一级涡轮喷嘴组件451包括隔板460、预旋流器470和涡轮喷嘴455 (示于图2)。
[0019]压缩机200的各种构件被容纳在大致呈圆柱形的压缩机外壳201中。燃烧室300和涡轮400的各种构件被分别容纳在燃烧室外壳301和涡轮外壳401中。
[0020]图2是图1的涡轮第一级415的一部分的剖视图。关于预旋流器470的各元件的径向、轴向和圆周方向以及量度的所有引述参照预旋流器470的轴线，该轴线与中心轴线95是同心的。预旋流器470的轴向99 (示于图4)是沿着与预旋流器470的轴线同心或平行的通道从预旋流器470的前侧或上游侧行进到预旋流器470的后侧或下游侧的方向。第一级涡轮喷嘴组件451与燃烧室310相邻。来自压缩机200的冷却空气沿着用于冷却空气的通道50行进到第一级涡轮喷嘴组件451、通过隔板460进入预旋流器470。预旋流器470使冷却空气改变方向并且为冷却空气的速度赋予切向分量。赋予冷却空气速度的切向分量可与第一级涡轮盘组件421的角速度相匹配。所描述的布置方式也可用于其它级。
[0021]预旋流器470包括外环471和内环472，这两个环之间限定用于冷却空气的通道53。外环471可包括外凸缘473和外圆柱形部480。外凸缘473可增厚并且可构造成包括第一孔482 (在图2中仅可看见I个孔；参见图3和图5)。外圆柱形部480可从外凸缘473的后端向后延伸。
[0022]图3是第一级涡轮喷嘴组件451的预旋流器470的上部的正视图。现在参照图2和图3，内环472从外环471径向地向内定位。如图2中所示，预旋流器470的内环472可包括内凸缘474、内圆柱形部481和背部475。内环472还可包括斜孔490和第一应力解除区491(如图3中所示)以及第二应力解除区492 (示于图4)。内凸缘474可与外凸缘473相互间隔。内凸缘474可变厚(如图2中所示)并且可构造成包括第二孔483 (在图2中仅可看到一个孔；参见图3和图5)。在图3所示的实施例中，内环472包括凸部476。每个凸部476包括第二孔483。
[0023]再次参照图2，内圆柱形部481可径向向内定位并且位于外圆柱形部480的内部。内圆柱形部481和外圆柱形部480可限定在这两者之间的径向间隙54。旋流叶片可从内圆柱形部481跨越径向间隙54到达外圆柱形部480。旋流叶片可相对于预旋流器470的轴线而倾斜。背部475可从内凸缘474的后端径向地向外延伸到内圆柱形部481的前端。背部475也可从内凸缘474轴向地向后延伸到内圆柱形部481。
[0024]可在预旋流器470的内环472中形成斜孔490。在图2所示的实施例中，在背部475中形成斜孔490。
[0025]隔板460具有包括隔板冷却通道的安装部468。安装部468包括外直径孔465和内直径孔46