用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪噴嘴和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請和所得的專利大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及渦輪噴嘴和用于冷卻高操作溫度下的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪噴嘴的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，熱燃燒氣體大體上從一個(gè)或更多個(gè)燃燒器穿過過渡件且沿?zé)釟怏w路徑流動(dòng)。多個(gè)渦輪級(jí)通常可沿?zé)釟怏w路徑串聯(lián)地設(shè)置，以便燃燒氣體流過第一級(jí)噴嘴和動(dòng)葉，且隨后流過渦輪的后續(xù)級(jí)的噴嘴和動(dòng)葉。以此方式，噴嘴可朝相應(yīng)的動(dòng)葉引導(dǎo)燃燒氣體，從而導(dǎo)致動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)且驅(qū)動(dòng)負(fù)載(如發(fā)電機(jī)等)。燃燒氣體可由包繞動(dòng)葉的周向圍帶容納，其還可有助于沿?zé)釟怏w路徑引導(dǎo)燃燒氣體。以此方式，渦輪噴嘴、動(dòng)葉和圍帶可經(jīng)歷由沿?zé)釟怏w路徑流動(dòng)的燃燒氣體引起的高溫，這可導(dǎo)致在這些構(gòu)件中形成熱點(diǎn)和高熱應(yīng)力。由于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率取決于其操作溫度，故始終需要定位在熱氣體路徑內(nèi)和沿?zé)釟怏w路徑定位的構(gòu)件諸如渦輪噴嘴、動(dòng)葉和圍帶能夠在沒有退化、故障或使用壽命縮短的情況下耐受越來越高的溫度。
[0003]某些渦輪噴嘴(具體是中間和后續(xù)的渦輪級(jí)中的那些)可包括限定在噴嘴內(nèi)以用于冷卻目的的一個(gè)或更多個(gè)通路或腔。例如，冷卻通路可取決于噴嘴的特定冷卻需求而限定在內(nèi)平臺(tái)、外平臺(tái)和/或渦輪噴嘴的導(dǎo)葉內(nèi)，這可從渦輪的級(jí)到級(jí)而不同。根據(jù)某些構(gòu)造，冷卻通路可限定在渦輪噴嘴的熱氣體路徑表面附近。以此方式，冷卻通路可穿過渦輪噴嘴輸送冷卻流體(諸如，壓縮機(jī)放出空氣)來用于換熱，以便將熱氣體路徑表面附近區(qū)域的溫度保持在可接受范圍內(nèi)?；谑估鋮s覆蓋區(qū)域最大化的期望，冷卻通路可較長且可具有復(fù)雜形狀，諸如卷繞或曲折形狀，包括多個(gè)圈或彎曲。然而，具有復(fù)雜形狀的長冷卻通路制造起來可能是復(fù)雜且昂貴的，且還可導(dǎo)致沿冷卻通路的非期望的壓力降。此外，此類冷卻通路的熱傳遞性能可顯著不同，且因此優(yōu)化適用的渦輪級(jí)的冷卻通路可能是特別復(fù)雜的。
[0004]因此，期望改善的渦輪噴嘴，其包括用于冷卻高操作溫度下渦輪噴嘴的冷卻通路構(gòu)造。具體而言，此種冷卻通路構(gòu)造應(yīng)使冷卻覆蓋區(qū)域最大化，同時(shí)使冷卻通路的長度和復(fù)雜度最小化。以此方式，此種冷卻通路構(gòu)造應(yīng)當(dāng)使制造渦輪噴嘴的成本和復(fù)雜度最小化，且還應(yīng)當(dāng)使沿冷卻通路的壓力降最小化。此外，此種冷卻通路構(gòu)造應(yīng)當(dāng)使冷卻通路的熱傳遞性能的變化最小化，且因此應(yīng)當(dāng)使用于適用的渦輪級(jí)的冷卻通路的優(yōu)化容易。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本申請和所得的專利因此提供了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪噴嘴。渦輪噴嘴可包括第一噴嘴導(dǎo)葉、第二噴嘴導(dǎo)葉和連接第一噴嘴導(dǎo)葉和第二噴嘴導(dǎo)葉的平臺(tái)。平臺(tái)可包括限定在其中的第一冷卻通路和分開的第二冷卻通路。第一冷卻通路可構(gòu)造成沿第一方向引導(dǎo)第一冷卻流體流，且第二冷卻通路可構(gòu)造成沿與第一方向大致相反的第二方向引導(dǎo)第二冷卻流體流。
[0006]本申請和所得的專利還提供了一種用于冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪噴嘴的方法。該方法包括以下步驟:提供渦輪噴嘴，其包括第一噴嘴導(dǎo)葉、第二噴嘴導(dǎo)葉和連接第一噴嘴導(dǎo)葉和第二噴嘴導(dǎo)葉的平臺(tái)，平臺(tái)包括限定在其中的第一冷卻通路和分開的第二冷卻通路。該方法還包括使第一冷卻流體流沿第一方向穿過第一冷卻通路的步驟。該方法還可包括使第二冷卻流體流沿與第一方向大致相反的第二方向穿過第二冷卻通路的步驟。
[0007]本申請和所得的專利還提供了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可包括壓縮機(jī)、與壓縮機(jī)連通的燃燒器，以及與燃燒器連通的渦輪。渦輪可包括以周向陣列布置的多個(gè)渦輪噴嘴。渦輪噴嘴中的各個(gè)可包括第一噴嘴導(dǎo)葉、第二噴嘴導(dǎo)葉，以及連接第一噴嘴導(dǎo)葉和第二噴嘴導(dǎo)葉的平臺(tái)。平臺(tái)可包括限定在其中的第一冷卻通路和分開的第二冷卻通路。第一冷卻通路可構(gòu)造成沿第一方向引導(dǎo)第一冷卻流體流，且第二冷卻通路可構(gòu)造成沿與第一方向大致相反的第二方向引導(dǎo)第二冷卻流體流。
[0008]在連同若干附圖和所附權(quán)利要求時(shí)閱讀以下詳細(xì)描述之后，本申請和所得的專利的這些和其他特征和改善對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得清楚。
【附圖說明】
[0009]圖1為包括壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
[0010]圖2為如可用于圖1中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪的一部分的示意圖，示出了多個(gè)渦輪級(jí)。
[0011]圖3為如可用于圖2的渦輪中的渦輪噴嘴的示意圖。
[0012]圖4為如本文所述且如可用于圖2的渦輪中的渦輪噴嘴的實(shí)施例的示意圖，示出了由陰影線示出的冷卻通路。
[0013]圖5為如本文所述且如可用于圖2的渦輪中的渦輪噴嘴的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，示出了由陰影線示出的冷卻通路。
[0014]圖6為如本文所述且如可用于圖2的渦輪中的渦輪噴嘴的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，示出了由陰影線示出的冷卻通路。
[0015]圖7為如本文所述且如可用于圖2的渦輪中的渦輪噴嘴的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，示出了由陰影線示出的冷卻通路。
[0016]部件列表
[0017]10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
[0018]15壓縮機(jī)
[0019]20空氣流
[0020]25燃燒器
[0021]30燃料流
[0022]35燃燒氣流
[0023]40 渦輪
[0024]45 軸
[0025]50外部負(fù)載
[0026]52渦輪級(jí)
[0027]54熱氣體路徑
[0028]56 第一級(jí)
[0029]58第一級(jí)噴嘴
[0030]60第一級(jí)動(dòng)葉
[0031]62第一級(jí)圍帶
[0032]64 第二級(jí)
[0033]66第二級(jí)噴嘴
[0034]68第二級(jí)動(dòng)葉
[0035]70第二級(jí)圍帶
[0036]72第三級(jí)
[0037]74第三級(jí)噴嘴
[0038]76第三級(jí)動(dòng)葉
[0039]78第三級(jí)圍帶
[0040]80渦輪噴嘴
[0041]82噴嘴導(dǎo)葉
[0042]84內(nèi)平臺(tái)
[0043]86外平臺(tái)
[0044]88冷卻腔
[0045]92冷卻倉室
[0046]100渦輪噴嘴
[0047]102第一噴嘴導(dǎo)葉
[0048]104第二噴嘴導(dǎo)葉
[0049]106內(nèi)平臺(tái)
[0050]108 前緣
[0051]110 后緣
[0052]111 側(cè)緣
[0053]112第一冷卻通路
[0054]114第二冷卻通路
[0055]122第一冷卻腔
[0056]124第二冷卻腔
[0057]132第一冷卻流體流
[0058]134第二冷卻流體流
[0059]140徑向外表面
[0060]142 排氣孔口
[0061]144 排氣孔口
[0062]200渦輪噴嘴
[0063]202第一噴嘴導(dǎo)葉
[0064]204第二噴嘴導(dǎo)葉
[0065]206內(nèi)平臺(tái)
[0066]208 前緣
[0067]210 后緣
[0068]211側(cè)緣
[0069]212第一冷卻通路
[0070]214第二冷卻通路
[0071]222第一冷卻腔
[0072]224第二冷卻腔
[0073]232第一冷卻流體流
[0074]234第二冷卻流體流
[0075]240徑向外表面
[0076]242排氣孔口
[0077]244排氣孔口
[0078]300渦輪噴嘴
[0079]302第一噴嘴導(dǎo)葉
[0080]304第二噴嘴導(dǎo)葉
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