本發(fā)明涉及燃氣輪機高溫部件渦輪領域，更具體的說，涉及一種新型燃氣渦輪導向器前緣安裝邊結構，用以改變二次空氣系統(tǒng)的流路，可以通過更有效的方式利用冷卻氣流，從而達到更高的冷卻效率和更少的冷氣流量，提高發(fā)動機整體性能。

背景技術：

為了提高燃氣輪機的性能，高壓渦輪前溫度不斷提高。先進航空渦扇發(fā)動機的渦輪進口燃氣溫度已經(jīng)達到1800k～2050k，遠遠超過了現(xiàn)有高溫合金的許用溫度。為保證高壓渦輪的安全運行，必須實施有效的冷卻來降低高壓渦輪導向器的金屬壁溫。

在設計航空發(fā)動機時，燃燒室的出口部分通常與高壓渦輪導向器的前緣搭接，因此在燃燒室與高壓渦輪導向器的流道壁面之間形成縫隙。為防止燃燒室出口高溫燃氣從該縫隙中間倒灌，通常引高壓二次冷卻氣流實施封嚴。同時，高壓二次冷卻氣流可以通過該結構對高壓渦輪導向器內(nèi)外環(huán)道壁面進行冷卻。但是，燃燒室和高壓渦輪導向器之間的縫隙是由于安裝配合造成的，冷氣的出流形式受到兩者配合的限制，不能很好的貼附金屬壁面。同時，在渦輪導向器葉片前緣存在橫向壓力梯度，葉片壓力側(cè)壓力高于相鄰葉片吸力側(cè)的壓力。受其影響，在葉片前緣壓力面區(qū)域冷氣量減小，而靠近葉片前緣吸力面區(qū)域冷氣量增加。結果導致更需要冷卻的葉片前緣以及靠近壓力面的大片區(qū)域內(nèi)冷卻不足，而對于冷卻需求相對較弱的葉片吸力面以及靠近吸力面的通道中間位置，反而冷卻過強。使得葉片通道內(nèi)，端壁附近的溫度場分布更加不均勻。因此，合理的組織冷卻氣流的出流形式，對提高高壓渦輪導向器內(nèi)外環(huán)端壁的冷卻效果尤為重要。在以往的航空發(fā)動機設計中，為了保證發(fā)動機的安全運行，通常的做法是增加冷氣流量，確保整個葉片前緣及通道區(qū)域內(nèi)均滿足冷卻的需求。但是這種做法勢必極大地增加冷卻氣流量，對于發(fā)動機的性能是極其不利的。為了進一步提高發(fā)動機的性能和競爭力，迫切需要一種新的結構實現(xiàn)渦輪前緣的高效冷卻的前提下，減少冷卻空氣用量。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺點和不足，本發(fā)明旨在提供一種用于現(xiàn)代燃氣輪機高溫部件，尤其是燃氣渦輪導向器安裝邊的冷卻布局方式，通過采用新型結構，優(yōu)化二次空氣系統(tǒng)流路，改進燃氣渦輪導向器內(nèi)外環(huán)燃氣側(cè)端壁的冷卻效果，減少了冷卻空氣的使用量，從而提高發(fā)動機性能和競爭力。

為實現(xiàn)該目標，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種燃氣渦輪導向器前緣安裝邊結構，所述燃氣渦輪導向器前緣安裝邊設置在燃燒室出口部的下游，且所述燃氣渦輪導向器前緣安裝邊與所述燃燒室出口部的末端搭接，其特征在于，

所述燃氣渦輪導向器前緣安裝邊的內(nèi)側(cè)流道表面沿其周向設置有若干間隔分布的凸臺，各所述凸臺位于所述燃氣渦輪導向器的葉片通道前緣靠近吸力面的一側(cè)；所述燃氣渦輪導向器前緣安裝邊通過各所述凸臺搭接在所述燃燒室出口部末端的外側(cè)壁面上，且所述燃燒室出口部末端的外側(cè)壁面延伸到各所述凸臺的下游；相鄰兩所述凸臺之間形成周向不連續(xù)分布的氣流槽縫；

所述燃氣渦輪導向器前緣安裝邊的外側(cè)壁面上搭接一輔助環(huán)形彎板的下表面，所述輔助環(huán)形彎板的上表面固定連接在所述燃燒室出口部的外側(cè)壁面上，所述環(huán)形彎板、燃燒室出口部的外側(cè)壁面以及燃氣渦輪導向器前緣安裝邊圍成一環(huán)形冷卻腔室，

所述燃氣渦輪導向器前緣安裝邊沿其周向設置有若干氣流孔，所述氣流孔的外側(cè)連通空氣系統(tǒng)的冷卻氣體，所述氣流孔的內(nèi)側(cè)連通所述環(huán)形冷卻腔室。

較優(yōu)的，各所述凸臺周向均勻地布置在所述燃氣渦輪導向器的葉片通道前緣靠近吸力面一側(cè)。

進一步地，所述凸臺的周向?qū)挾日妓鋈細鉁u輪導向器的葉片通道寬度的約二分之一，且所述凸臺的數(shù)量與所述燃氣渦輪導向器中葉片的數(shù)量相當。

可選擇的，所述凸臺的形狀可設計為矩形、平行四邊形、梯形或者任意其他形式。

較優(yōu)的，所述凸臺的內(nèi)側(cè)表面為光滑曲面，且該光滑曲面與所述燃燒室出口部末端的外側(cè)壁面滿足一定的配合精度要求，以保證氣流主要經(jīng)過各所述凸臺之間的氣流槽縫流出。

較優(yōu)的，所述凸臺位于所述燃氣渦輪導向器葉片通道前方，所述燃燒室出口部末端外側(cè)壁面與各所述凸臺間的氣流槽縫位于導流葉片前緣的前方。

較優(yōu)的，所述燃燒室出口部末端外側(cè)壁面與各所述凸臺在冷態(tài)下具有一定間隙，間隙的大小根據(jù)燃氣渦輪導向器工作溫度條件下金屬的膨脹量而定。

較優(yōu)的，所述燃燒室出口部末端的外側(cè)壁面繼續(xù)延伸至各所述凸臺下游，可以阻擋冷卻氣流過早的同高溫燃氣的摻混，提高氣膜冷卻的有效性。

可選擇的，所述氣流孔周向均勻布置且數(shù)量不少于3個，為提高冷卻效果，可以多個氣流孔一組且周向均勻分布或者其他任意形式。

較優(yōu)的，所述氣流孔周向分布在所述渦輪導向器導流葉片的前緣區(qū)域。

較優(yōu)的，所述氣流孔布置在所述凸臺之間的氣流槽縫處，所述氣流孔的軸線與所述燃氣渦輪導向器的圓周方向和軸向方向具有一定的偏轉(zhuǎn)角度，其圓周方向的偏轉(zhuǎn)角度可以產(chǎn)生冷卻氣流的圓周速度，其軸向的偏轉(zhuǎn)角度可以實現(xiàn)對燃燒室壁面的沖擊冷卻。

較優(yōu)的，所述氣流孔與所述燃氣渦輪導向器的圓周方向的夾角根據(jù)通道內(nèi)橫向壓力梯度選取，通常不超過60°。

較優(yōu)的，所述氣流孔與所述燃氣渦輪導向器的軸向的角度，可使冷卻氣流沖擊到靠近燃氣渦輪導向器前緣的燃燒室內(nèi)壁面上。

較優(yōu)的，來自空氣系統(tǒng)的二次冷卻氣流通過渦輪導向器安裝邊的所述氣流孔沖擊到燃燒室出口部的外側(cè)壁面，經(jīng)過各所述凸臺之間的氣流槽縫后，沖擊到所述燃氣渦輪導向器的導流葉片前緣區(qū)域，沿燃氣渦輪導向器內(nèi)外環(huán)壁面流向下游。

較優(yōu)的，所述輔助環(huán)形彎板的上表面通過焊接的方式固定在所述燃燒室壁面上，所述輔助環(huán)形彎板的下表面與導向器安裝邊搭接，其表面為光滑表面，且該光滑表面與導向器安裝邊有一定的同軸度要求，以保證導向器的裝配以及冷氣不會從該處泄露。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種具有上述燃氣渦輪導向器前緣安裝邊結構的燃氣輪機。

本發(fā)明的燃氣渦輪導向器前緣安裝邊結構與燃燒室壁面搭接配合，改善了燃氣渦輪內(nèi)外環(huán)端壁的冷卻效果，與現(xiàn)有的結構形式相比，具有以下優(yōu)勢：(1)冷卻氣流經(jīng)氣流孔射流沖擊到燃燒室壁面的背面，降低了燃燒室壁面金屬溫度，從而降低了其附近燃氣溫度，進而降低了燃氣渦輪導向器進口內(nèi)外環(huán)端壁附近的燃氣溫度；

(2)燃氣渦輪導向器前緣區(qū)域，換熱條件惡劣，冷卻氣流經(jīng)設計優(yōu)化的槽縫流出，主要冷卻該區(qū)域，提高了該區(qū)域的冷卻效率；

(3)由于冷卻氣流通過槽縫出流，氣流射流流出，增大了冷卻氣流的速度，因此提高了冷卻氣流貼附壁面和抵抗通道內(nèi)端區(qū)二次流的影響的能力；

(4)冷卻氣流流經(jīng)氣流孔后，氣流流出槽縫時帶有一定的預旋，可以更好的組織氣流的出流形式，實現(xiàn)對葉片前緣和壓力面角區(qū)換熱惡劣區(qū)域的有效冷卻；

(5)燃燒室壁面在與凸臺搭接的地方繼續(xù)向前延伸，可以阻擋冷卻氣流過早的與高溫燃氣摻混，有效的保護燃氣渦輪導向器內(nèi)外環(huán)壁面不受燃氣的侵蝕；

(6)由于對燃氣渦輪導向器內(nèi)外環(huán)壁面實施有效的冷卻，降低了金屬的熱應力，保證了足夠的機械強度，從而提高了發(fā)動機的可靠性和安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的燃氣渦輪導向器前緣安裝邊結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的燃氣渦輪導向器前緣安裝邊結構的a向視圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結合具體實例對發(fā)明進一步詳細說明，以下實例是對本發(fā)明的解釋，而本發(fā)明并不局限于以下實例。

如圖1、2所示，本發(fā)明的燃氣渦輪導向器前緣安裝邊結構中，1為燃氣渦輪導向器前緣安裝邊，2為燃燒室出口部末端壁面，3為輔助環(huán)形彎板，4為環(huán)形冷卻腔室，5為燃氣渦輪導向器。燃氣渦輪導向器前緣安裝邊1設置在燃燒室出口部的下游，且燃氣渦輪導向器前緣安裝邊1與燃燒室出口部末端壁面2搭接。燃氣渦輪導向器前緣安裝邊1上設有周向間隔分布的多個凸臺101和氣流孔102，各凸臺101位于燃氣渦輪導向器5的葉片通道前緣靠近吸力面的一側(cè)；燃氣渦輪導向器前緣安裝邊1通過各凸臺101搭接在燃燒室出口部末端的外側(cè)壁面201上，且燃燒室出口部末端的外側(cè)壁面201延伸到各凸臺101的下游；并且各凸臺101的內(nèi)環(huán)端面保持良好的粗糙度要求，與燃燒室壁面的外側(cè)壁面201配合。相鄰兩凸臺101之間形成周向不連續(xù)分布的氣流槽縫。在發(fā)動機運行狀態(tài)下，燃燒室壁面2溫度遠高于燃氣渦輪導向器安裝邊1，膨脹更加明顯，使得該配合間隙進一步減少，保證冷卻空氣主要經(jīng)過凸臺101之間的氣流槽縫流出，提高冷卻效果。

燃氣渦輪導向器前緣安裝邊1的外側(cè)壁面上搭接一輔助環(huán)形彎板3的下表面，輔助環(huán)形彎板3的上表面固定連接在燃燒室出口部2的外側(cè)壁面201上，輔助環(huán)形彎板3、燃燒室壁面201和燃氣渦輪導向器安裝邊1圍成一個環(huán)形冷卻腔室4，提供下游燃氣渦輪導向器內(nèi)外環(huán)冷卻氣體，通過焊接的方式連接輔助環(huán)形彎板3與燃燒室壁面201，與燃氣渦輪導向器安裝邊1搭接，防止冷卻氣體泄露進入到環(huán)形冷卻腔室4。

燃氣渦輪導向器前緣安裝邊1沿其周向設置的氣流孔102，其外側(cè)連通空氣系統(tǒng)的冷卻氣體，內(nèi)側(cè)連通環(huán)形冷卻腔室4。氣流孔102周向均勻布置且數(shù)量不少于3個，為提高冷卻效果，可以多個氣流孔102一組且周向均勻分布或者其他任意形式。并且，氣流孔102周向分布在燃氣渦輪導向器5的導流葉片的前緣區(qū)域。較優(yōu)的，氣流孔102布置在凸臺101之間的氣流槽縫處，氣流孔102的軸線與燃氣渦輪導向器5的圓周方向和軸向方向具有一定的偏轉(zhuǎn)角度，其圓周方向的偏轉(zhuǎn)角度可以產(chǎn)生冷卻氣流的圓周速度，其軸向的偏轉(zhuǎn)角度可以實現(xiàn)對燃燒室壁面的沖擊冷卻。氣流孔102與燃氣渦輪導向器5的圓周方向的夾角根據(jù)通道內(nèi)橫向壓力梯度選取，通常不超過60°。氣流孔102與燃氣渦輪導向器5的軸向的角度，可使冷卻氣流沖擊到靠近燃氣渦輪導向器前緣的燃燒室內(nèi)壁面上。

來自空氣系統(tǒng)的二次冷卻氣流通過渦輪導向器安裝邊的氣流孔102沖擊到燃燒室出口部的外側(cè)壁面201，經(jīng)過各凸臺101之間的氣流槽縫后，沖擊到燃氣渦輪導向器5的導流葉片前緣區(qū)域，沿燃氣渦輪導向器內(nèi)外環(huán)壁面流向下游。

圖2是燃氣渦輪導向器的a向視圖，示出了前緣安裝邊凸臺101的結構和周向位置。圖中凸臺101的結構是矩形結構，也可以設計成平行四邊形或梯形等任意其他形式。凸臺101的周向?qū)挾日既細鉁u輪導向器5的葉片通道寬度的約二分之一，且凸臺101的數(shù)量與燃氣渦輪導向器中葉片的數(shù)量相當。凸臺101位于燃氣渦輪導向器5的葉片通道前方，燃燒室出口部末端的外側(cè)壁面201與各凸臺101間的氣流槽縫位于導流葉片前緣的前方。燃燒室出口部末端的外側(cè)壁面201與各凸臺101在冷態(tài)下具有一定的間隙，間隙的大小根據(jù)燃氣渦輪導向器5工作溫度條件下金屬的膨脹量而定。燃燒室出口部末端的外側(cè)壁面201繼續(xù)延伸至各凸臺101下游，可以阻擋冷卻氣流過早的同高溫燃氣的摻混，提高氣膜冷卻的有效性。

圖1中帶箭頭的實線代表的是燃氣輪機中主流燃氣的流動路線，帶箭頭的虛線是冷卻氣流的流動路線。燃燒室產(chǎn)生的高溫燃氣流經(jīng)高壓渦輪導向器5加速膨脹，導致燃氣渦輪導向器安裝邊1和內(nèi)外環(huán)壁面工作環(huán)境惡劣，常常需要通過冷卻的方式降低其金屬溫度。來自空氣系統(tǒng)的冷卻氣體流經(jīng)氣流孔102沖擊到燃燒室壁面201背面，降低了燃燒室的金屬壁溫，同時也降低了壁面附近主流燃氣溫度。冷卻氣體流經(jīng)氣流孔102后進入到環(huán)形冷卻腔室4中，然后經(jīng)過凸臺101之間的槽縫射流高壓渦輪導向器5的前緣區(qū)域，對熱負荷較大的該區(qū)域?qū)嵤└咝У睦鋮s。燃燒室出口部的末端外側(cè)壁面201延伸到凸邊101的下游，阻擋了冷卻氣流過早的與主流燃氣的摻混，有效的利用了冷卻氣流。

綜上，本發(fā)明的燃氣渦輪導向器前緣安裝邊的結構，改變了冷卻方式，大大提高了對導向器內(nèi)外環(huán)的冷卻效果，降低了冷卻氣體的使用量，對提高發(fā)動機的性能和效率有積極的幫助作用。

此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構思的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。