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CN106801626B - 具有冷却通道冷却剂排出气室的涡轮喷嘴 - Google Patents

具有冷却通道冷却剂排出气室的涡轮喷嘴 Download PDF

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CN106801626B
CN106801626B CN201610889215.2A CN201610889215A CN106801626B CN 106801626 B CN106801626 B CN 106801626B CN 201610889215 A CN201610889215 A CN 201610889215A CN 106801626 B CN106801626 B CN 106801626B
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CN
China
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coolant discharge
turbine nozzle
band
airfoil
inner band
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B.P.莱西
G.M.伊策尔
S.P.瓦辛格
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General Electric Co
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Abstract

涡轮喷嘴(100)包括翼型件(400)，翼型件(400)沿翼展从内带(200)延伸到外带(300)，其中内带(200)和外带(300)限定涡轮喷嘴(100)的内流边界和外流边界。内带(200)和外带(300)中的至少一个限定形成的多个冷却通道(214，314)，以及在对应的内带(200)或外带(300)的气体侧表面(218，318)的下方限定冷却剂排出气室(216，316)，冷却剂排出气室(216，316)与冷却通道(214，314)处于流体连通。冷却剂排出气室(216，316)在冷却通道(214，314)的下游和多个冷却剂排出端口(226，326)的上游形成于内带(200)或外带内。

Description

具有冷却通道冷却剂排出气室的涡轮喷嘴
技术领域
本发明大体涉及用于燃气涡轮的涡轮喷嘴。更特别地，本发明涉及涡轮喷嘴，其具有冷却通道和限定在涡轮喷嘴的内带或外带内的冷却剂排出气室。
背景技术
诸如工业燃气涡轮、航空或航海燃气涡轮的燃气涡轮大体包括成连续流顺序的压缩机、燃烧器和涡轮。涡轮具有多个级，各个级包括成排的涡轮喷嘴和设置在涡轮喷嘴下游的成相邻排的涡轮转子叶片。涡轮喷嘴在涡轮内保持固定，并且涡轮转子叶片随转子轴旋转。各种涡轮级限定通过涡轮的热气路径。
在运行期间，压缩机对燃烧器提供压缩空气。压缩空气在限定在燃烧器内的燃烧室或反应区中与燃料混合，并且燃烧，以产生高速热气流。热气通过涡轮入口从燃烧器流到涡轮的热气路径中。随着热气流过各个连续的级，来自高速热气的动能传递到成排的涡轮转子叶片，从而使转子轴旋转且产生机械功。
涡轮效率可至少部分地与流过涡轮热气路径的热气的温度有关。例如，热气的温度越高，涡轮的整体效率就越高。热气的最高温度至少部分地受各种涡轮构件(诸如涡轮喷嘴和涡轮转子叶片)的材料属性的限制，而且受各种冷却回路和循环通过冷却回路以对各种涡轮构件提供冷却的冷却介质的有效性的限制。
涡轮喷嘴大体包括翼型件，翼型件沿翼展在内带或护罩和外带或护罩之间延伸。内带和外带限定热气路径的内流边界和外流边界且暴露于热气。可通过使诸如压缩空气的冷却介质传送通过中心或核心冷却通道来冷却内带和/或外带，中心或核心冷却通道沿径向延伸通过涡轮喷嘴的翼型件部分。冷却介质的一部分流过沿着翼型件限定的各种膜孔，从而对翼型件提供膜冷却。
发明内容
下面在以下描述中阐述本发明的各方面和优点，或者根据该描述，本发明的各方面和优点是明显的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。
本发明的一个实施例是涡轮喷嘴。涡轮喷嘴包括翼型件，翼型件沿翼展从内带延伸到外带，其中内带和外带限定涡轮喷嘴的内流边界和外流边界。内带限定多个冷却通道和形成于内带的气体侧表面的下方的冷却剂排出气室，其中冷却剂排出气室与冷却通道处于流体连通。冷却剂排出气室在冷却通道的下游和多个冷却剂排出端口的上游形成于内带内。
本发明的另一个实施例是涡轮喷嘴。涡轮喷嘴包括翼型件，翼型件沿翼展从内带延伸到外带，其中内带和外带限定涡轮喷嘴的内流边界和外流边界。外带限定多个冷却通道和形成于外带的气体侧表面的下方的冷却剂排出气室，其中冷却剂排出气室与冷却通道处于流体连通。冷却剂排出气室在冷却通道的下游和多个冷却剂排出端口的上游形成于外带内。
技术方案1. 一种涡轮喷嘴，包括：
翼型件，其沿翼展从内带延伸到外带，其中，所述内带和所述外带限定所述涡轮喷嘴的内流边界和外流边界；
其中，所述内带限定多个冷却通道和与所述冷却通道处于流体连通的冷却剂排出气室，其中，所述多个冷却通道和所述冷却剂排出气室形成于所述内带的气体侧表面的下方，其中，所述冷却剂排出气室形成于所述冷却通道的下游和至少一个冷却剂排出端口的上游。
技术方案2. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述多个冷却通道包括第一组冷却通道和第二组冷却通道，其中，所述第一组冷却通道和所述第二组冷却通道在冷却剂供应的下游和所述冷却剂排出气室的上游。
技术方案3. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述内带的前壁和后壁之间延伸，并且设置在所述翼型件的吸力侧壁和所述内带的吸力侧壁之间。
技术方案4. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述内带的前壁和后壁之间延伸，并且设置在所述翼型件的压力侧壁和所述内带的压力侧壁之间。
技术方案5. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述内带的吸力侧壁和压力侧壁之间，在所述翼型件的前缘部分的前方延伸。
技术方案6. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述内带的气体侧表面形成。
技术方案7. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口在所述翼型件的前缘部分的上游沿着所述内带的气体侧表面形成。
技术方案8. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述内带的前缘部分，沿着所述内带的气体侧表面形成。
技术方案9. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述内带的压力侧形成。
技术方案10. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述内带的吸力侧形成。
技术方案11. 一种涡轮喷嘴，包括：
翼型件，其沿翼展从内带延伸到外带，其中，所述内带和所述外带限定所述涡轮喷嘴的内流边界和外流边界；
其中，所述外带限定多个冷却通道和与所述冷却通道处于流体连通的冷却剂排出气室，其中，所述多个冷却通道和所述冷却剂排出气室形成于所述外带的气体侧表面的下方，其中，所述冷却剂排出气室形成于所述冷却通道的下游和至少一个冷却剂排出端口的上游。
技术方案12. 根据技术方案11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述多个冷却通道包括第一组冷却通道和第二组冷却通道，其中，所述第一组冷却通道和所述第二组冷却通道在冷却剂供应的下游和所述冷却剂排出气室的上游。
技术方案13. 根据技术方案11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述外带的前壁和后壁之间延伸，并且设置在所述翼型件的吸力侧壁和所述外带的吸力侧壁之间。
技术方案14. 根据技术方案11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述外带的前壁和后壁之间延伸，并且设置在所述翼型件的压力侧壁和所述外带的压力侧壁之间。
技术方案15. 根据技术方案11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述外带的吸力侧壁和压力侧壁之间，在所述翼型件的前缘部分的前方延伸。
技术方案16. 根据技术方案11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述外带的气体侧表面形成。
技术方案17. 根据技术方案11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口在所述翼型件的前缘部分的上游沿着所述外带的气体侧表面形成。
技术方案18. 根据技术方案11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述外带的前缘部分，沿着所述外带的气体侧表面形成。
技术方案19. 根据技术方案11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述外带的压力侧形成。
技术方案20. 根据技术方案11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述外带的吸力侧形成。
本发明还涉及以下技术方面：
技术方面1. 一种涡轮喷嘴100，包括：
翼型件400，其沿翼展从内带200延伸到外带300，其中，所述内带200和所述外带300限定所述涡轮喷嘴100的内流边界和外流边界；
其中，所述内带200限定多个冷却通道214和与所述冷却通道214处于流体连通的冷却剂排出气室216，其中，所述多个冷却通道214和所述冷却剂排出气室216形成于所述内带200的气体侧表面218的下方，其中，所述冷却剂排出气室216形成于所述冷却通道214的下游和至少一个冷却剂排出端口226的上游。
技术方面2. 根据技术方面1所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述多个冷却通道214包括第一组冷却通道214a和第二组冷却通道214b，其中，所述第一组冷却通道214a和所述第二组冷却通道214b在冷却剂供应的下游和所述冷却剂排出气室216的上游。
技术方面3. 根据技术方面1所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述冷却剂排出气室216在所述内带200的前壁206和后壁208之间延伸，并且设置在所述翼型件400的吸力侧壁406和所述内带200的吸力侧壁210之间。
技术方面4. 根据技术方面1所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述冷却剂排出气室216在所述内带200的前壁206和后壁208之间延伸，并且设置在所述翼型件400的压力侧壁408和所述内带200的压力侧壁212之间。
技术方面5. 根据技术方面1所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述冷却剂排出气室216在所述内带200的吸力侧壁210和压力侧壁212之间，在所述翼型件400的前缘部分402的前方延伸。
技术方面6. 根据技术方面1所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口226中的至少一个冷却剂排出端口226沿着所述内带200的气体侧表面218形成。
技术方面7. 根据技术方面1所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口226中的至少一个冷却剂排出端口226在所述翼型件400的前缘部分402的上游沿着所述内带200的气体侧表面218形成。
技术方面8. 根据技术方面1所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口226中的至少一个冷却剂排出端口226沿着所述内带200的前缘部分228，沿着所述内带200的气体侧表面218形成。
技术方面9. 根据技术方面1所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口226中的至少一个冷却剂排出端口226沿着所述内带200的压力侧形成。
技术方面10. 根据技术方面1所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口226中的至少一个冷却剂排出端口226沿着所述内带200的吸力侧210形成。
技术方面11. 一种涡轮喷嘴100，包括：
翼型件400，其沿翼展从内带200延伸到外带300，其中，所述内带200和所述外带300限定所述涡轮喷嘴100的内流边界和外流边界；
其中，所述外带300限定多个冷却通道314和与所述冷却通道314处于流体连通的冷却剂排出气室316，其中，所述多个冷却通道314和所述冷却剂排出气室316形成于所述外带300的气体侧表面318的下方，其中，所述冷却剂排出气室316形成于所述冷却通道314的下游和至少一个冷却剂排出端口326的上游。
技术方面12. 根据技术方面11所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述多个冷却通道314包括第一组冷却通道314a和第二组冷却通道314b，其中，所述第一组冷却通道314a和所述第二组冷却通道314b在冷却剂供应的下游和所述冷却剂排出气室316的上游。
技术方面13. 根据技术方面11所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述冷却剂排出气室316在所述外带300的吸力侧310壁和压力侧壁312之间，在所述翼型件400的前缘部分402的前方延伸。
技术方面14. 根据技术方面11所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口326中的至少一个冷却剂排出端口326沿着所述外带300的气体侧表面318形成。
技术方面15. 根据技术方面11所述的涡轮喷嘴100，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口326中的至少一个冷却剂排出端口326在所述翼型件400的前缘部分402的上游沿着所述外带300的气体侧表面318形成。
在阅读说明书之后，本领域普通技术人员将更好地理解这样的实施例和其它实施例的特征和方面。
附图说明
在说明书的其余部分中更特别地阐述本发明的对本领域技术人员来说完整和能够实施的公开，包括本发明的最佳模式，说明书参照了附图，其中：
图1是可结合本发明的各种实施例的示例性燃气涡轮的示意图；
图2是可结合在本发明的各种实施例中的燃气涡轮的示例性涡轮区段的横截面侧视图；
图3是可结合本发明的一个或多个实施例的示例性涡轮喷嘴的透视侧视图；
图4是根据本发明的至少一个实施例的沿着截面线4-4得到的涡轮喷嘴的一部分的横截面俯视图，涡轮喷嘴包括图3中显示的内带；
图5是根据本发明的一个或多个实施例的图4中显示的内带的一部分的放大简化横截面侧视图；
图6是根据本发明的至少一个实施例的图4中显示的涡轮喷嘴的俯视图；
图7是根据本发明的至少一个实施例的沿着截面线7-7得到的涡轮喷嘴的一部分的横截面俯视图，涡轮喷嘴包括图3中显示的内带；
图8是根据本发明的一个或多个实施例的图7中显示的内带的一部分的放大简化横截面侧视图；以及
图9是根据本发明的至少一个实施例的图7中显示的涡轮喷嘴的俯视图。
部件列表
10燃气涡轮
12压缩机区段
14入口
16压缩机
18燃烧区段
20燃烧器
22涡轮区段
24涡轮
26转子轴
28轴向中心线
30(a)第一涡轮级
30(b)第二涡轮级
30(c)第三涡轮级
32(a)涡轮喷嘴
32(b)涡轮喷嘴
32(c)涡轮喷嘴
34(a)涡轮转子叶片
34(b)涡轮转子叶片
34(c)涡轮转子叶片
36壳体/壳
38压缩空气
40燃烧气体流
100涡轮喷嘴
102一级冷却通路
200内带
202气体侧
204背侧
206前壁/前面
208后壁/后面
210吸力侧壁/吸力侧面
212压力侧壁/压力侧面
214冷却通道
214(a)第一组冷却通道
214(b)第二组冷却通道
216冷却剂排出气室
218气体侧表面
220板/涂层
222入口通路
222(a)第一入口通路
222(b)第二入口通路
226冷却剂排出端口
228前缘部分–内带
230冷却剂
232用过的冷却剂
300外带
302气体侧
304背侧
306前壁/前面
308后壁/后面
310吸力侧壁/吸力侧面
312压力侧壁/压力侧面
314冷却通道
314(a)第一组冷却通道
314(b)第二组冷却通道
316冷却剂排出气室
318气体侧表面
320板/涂层
322入口通路
322(a)第一入口通路
322(b)第二入口通路
326冷却剂排出端口
328前缘部分–内带
330冷却剂
332用过的冷却剂
400翼型件
402前缘部分
404后缘部分
406吸力侧壁
408压力侧壁。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的目前的实施例，在附图中示出实施例的一个或多个示例。详细描述使用数字和字母名称来引用图中的特征。图和描述中的相同或相似名称已经用来引用本发明的相同或相似部件。
如本文所用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地用来区分一个构件与另一个构件，并且不意于表示单独的构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体流出的方向，而“下游”指的是流体流往的方向。用语“沿径向”指的是基本垂直于特定构件的轴向中心线的相对方向，而用语“沿轴向”指的是基本平行于特定构件的轴向中心线和/或同轴地与其对齐的相对方向。
本文使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，而不意于限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一种”和“该”意于还包括复数形式，除非上下文明确地另有指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，用语“包括”和/或“包含”规定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。
以解释本发明而非限制本发明的方式提供各个示例。实际上，对本领域技术人员明显的将是，可对本发明作出修改和变型，而不偏离本发明的范围或精神。例如，被示为或描述成一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因而，意于的是本发明覆盖落在所附权利要求和它们的等效方案的范围内的这样的修改和变型。
虽然为了说明目的将大体在用于基于陆地的产生功率的燃气涡轮的涡轮喷嘴的语境中描述本发明的示例性实施例，本领域普通技术人员将容易地理解，本发明的实施例可适用于任何种类或类型的燃气涡轮，并且不局限于基于陆地的产生功率的燃气涡轮，除非在权利要求中特别地叙述。
现在参照附图，图1示出可结合本发明的各种实施例的示例性燃气涡轮10的示意图。如显示的那样，燃气涡轮10大体包括压缩机区段12，压缩机区段12具有入口14，入口14设置在轴向压缩机16的上游端处。燃气涡轮10进一步包括：燃烧区段18，其具有定位在压缩机16下游的一个或多个燃烧器20；以及涡轮区段22，其包括涡轮24，诸如设置在燃烧区段18下游的膨胀涡轮。轴26沿轴向延伸通过压缩机16，并且涡轮24沿着燃气涡轮10的轴向中心线28延伸。
图2提供可结合本发明的各种实施例的示例性涡轮24的横截面侧视图。如图2中显示的那样，涡轮24可包括多个涡轮级。例如，涡轮24可包括三个涡轮级，包括第一级30(a)、第二级30(b)和第三级30(c)。涡轮级的总数可为超过三个或不到三个，并且本发明的实施例不应局限于三个涡轮级，除非权利要求中另有叙述。
如图2中显示的那样，各个级30(a-c)包括成连续流顺序的成对应排的涡轮喷嘴32(a)、32(b)和32(c)和成对应排的涡轮转子叶片34(a)、34(b)和34(c)，它们沿轴向沿着轴26(图1)间隔开。壳或壳体36沿周向包围涡轮喷嘴32(a-c)和涡轮转子叶片34(a-c)的各个级30(a-c)。涡轮喷嘴32(a-c)在燃气涡轮10的运行期间相对于涡轮转子叶片34(a-c)保持固定。例如，涡轮喷嘴32可连接到壳36或喷嘴环(未显示)。
在运行中，如图1和2中共同显示的那样，将来自压缩机16的压缩空气38提供给燃烧器20，压缩空气38在燃烧器20中与燃料混合且燃烧，以提供热燃烧气体流40，热燃烧气体流40从燃烧器20流到涡轮24中。压缩空气38的至少一部分可用作冷却介质，以冷却涡轮的各种构件，诸如涡轮喷嘴32(a-c)和涡轮转子叶片34(a-c)。
图3提供可结合到图2中显示的涡轮24中且可结合本发明的各种实施例的示例性涡轮喷嘴100的透视图。涡轮喷嘴100可对应于任何涡轮喷嘴32(a-c)，或者安装在它们中。在特定实施例中，涡轮喷嘴100对应于第一级30(a)的涡轮喷嘴32(a)，涡轮喷嘴32(a)也可在行业中称为第一级喷嘴或S1N。
如图3中显示的那样，涡轮喷嘴100包括内带200、沿径向与内带200间隔开的外带300和沿翼展从内带200延伸到外带300的翼型件400。内带200包括气体侧202和背侧204，背侧204定向在气体侧202的径向内侧。外带300包括气体侧302和背侧304，背侧304定向在气体侧302的径向外侧。如图2和3中共同地显示的那样，外带300的气体侧302和内带200的气体侧202限定以高速从燃烧器20流过涡轮24的热燃烧气体流40的内部径向流边界和外部径向流边界。如图3中显示的那样，翼型件400包括前缘部分402、后缘部分404、吸力侧壁406和压力侧壁408。
图4提供沿着截面线4-4得到的、图3中显示的涡轮喷嘴100的一部分的横截面俯视图，并且包括根据本发明的一个实施例的翼型件400和内带200的一部分。如图4中显示的那样，内带200包括在翼型件400的前缘部分402的前方或上游的前壁206、在后缘部分404的后方或下游的后壁208、吸力侧壁210和压力侧壁212。在特定布置中，涡轮喷嘴100包括和/或至少部分地限定一级冷却通道102。在一个实施例中，一级冷却通道102沿径向或基本沿径向延伸通过外带300、翼型件400和内带200。
图5提供根据本发明的至少一个实施例的图4中显示的内带200的一部分的简化横截面图。在一个实施例中，如图4和5中共同显示的那样，内带200限定多个冷却通道214(图4中以虚线显示)和在冷却通道214的下游形成于内带200的气体侧表面218下方的冷却剂排出气室216(图5)。可在内带200的气体侧表面218下方机加工、铸造或以别的方式形成多个冷却通道214。在特定实施例中，如图5中显示的那样，气体侧表面218可至少部分地由一个或多个板和/或涂层220形成，一个或多个板和/或涂层220覆盖和/或密封多个冷却通道214。如图4和5中显示的那样，多个冷却通道214可包括多组冷却通道214。例如，在一个实施例中，如图5中显示的那样，多个冷却通道214包括至少第一组冷却通道214(a)和第二组冷却通道214(b)。
多个冷却通道214可在各种位置上设置在气体侧表面218下方，这取决于内带200的特定冷却要求。例如，如图4中显示的那样，多个冷却通道214中的至少一些可布置或定向成以便遵从或基本遵从翼型件400的前缘部分402、吸力侧壁406、后缘部分404和压力侧壁408中的一个或多个的曲率或轮廓。至少一些冷却通道214可设置成紧邻吸力侧壁210或内带200的后壁208，以及/或者在吸力侧壁210和压力侧壁212之间紧邻内带200的前壁206。
在特定实施例中，如图5中显示的那样，内带200限定至少一个入口通路222，其在冷却剂供应(诸如压缩机16(图2))和冷却通道214之间提供流体连通。在特定实施例中，入口通路(一个或多个)222可延伸通过内带200的背侧204。在燃气涡轮10的运行期间，诸如来自压缩机16的压缩空气38的一部分的冷却剂可发送通过入口通路(一个或多个)222且发送到多个冷却通道214中。在一个实施例中，第一组冷却通道214(a)与第一入口通路222(a)处于流体连通，并且第二组冷却通道214(b)与第二入口通路222(b)处于流体连通。
在各种实施例中，如图5中显示的那样，限定在内带200内和/或由内带200限定的至少一个内部通路在冷却通道214或成组的冷却通道214(a-b)和冷却剂排出气室216之间提供流体连通。内部通路(一个或多个)可形成限定在内带200内的成网络的内部通路，其将来自多个冷却通道214的冷却剂流提供到冷却剂排出气室216中。
图6提供根据本发明的一个或多个实施例的涡轮喷嘴100的一部分(包括内带200)和图4中显示的翼型件400的一部分的俯视图或径向内侧图，其中冷却通道214隐藏在气体侧表面218下面。如图6中显示的那样，冷却剂排出气室216(以虚线显示)可沿着内带200在气体侧表面218下方定位在各种位置处。例如，冷却剂排出气室216可在内带200的前壁206和后壁208之间延伸，可设置在翼型件400的吸力侧壁406和内带200的吸力侧壁210之间，可设置在翼型件400的压力侧壁408和内带200的压力侧壁212之间，或者可在内带200的吸力侧壁210和压力侧壁212之间在翼型件400的前缘部分402的前方延伸。在特定实施例中，内带200可限定多个冷却剂排出气室216，它们设置在沿着内带200的各种位置处。
在各种实施例中，如图5中显示的那样，冷却剂排出气室216在一个或多个冷却剂排出端口226的上游设置和/或限定在内带200内。在特定实施例中，如图5和6中显示的那样，冷却剂排出端口(一个或多个)226可延伸通过气体侧表面218，以对它提供膜冷却。排出端口(一个或多个)226可设置在沿着气体侧表面218的任何位置处，这至少部分地取决于冷却剂排出气室216的冷却要求和/或定位。例如，在图6中显示的一个实施例中，至少一个冷却剂排出端口226可在翼型件400的前缘部分402的上游沿着内带200的气体侧表面218形成或设置。在一个实施例中，至少一个冷却剂排出端口226可沿着内带200的气体侧表面218沿着内带200的前缘部分228形成或设置。在特定实施例中，如图5中显示的那样，至少一个冷却剂排出端口226可延伸通过内带200的吸力侧壁210。在特定实施例中，如图5中显示的那样，至少一个冷却剂排出端口226可延伸通过内带200的压力侧壁212。
在运行中，诸如压缩空气38的冷却剂230流到入口通路222中且流过冷却通道214，从而对内带的气体侧表面218提供对流冷却。然后用过的冷却剂232通过内部通路发送到冷却剂排出气室216，冷却剂排出气室216的压力低于冷却通道214。然后用过的冷却剂232发送通过冷却剂排出端口(一个或多个)226，例如，为了对内带200的气体侧表面218提供膜冷却，并且冷却相邻涡轮喷嘴100的相邻内带200和/或帮助在相邻涡轮喷嘴100的相邻内带200之间形成热气密封。
图7提供沿着截面线7-7得到的图3中显示的涡轮喷嘴100的一部分的横截面俯视图，并且包括根据本发明的一个实施例的翼型件400和外带300的一部分。如图7中显示的那样，外带300包括在翼型件400的前缘部分402的前方或上游的前壁306、在后缘部分404的后方或下游的后壁308、吸力侧壁310和压力侧壁312。在一个实施例中，一级冷却通道102沿径向或基本沿径向延伸通过内带200、翼型件400和外带300。
图8提供根据本发明的至少一个实施例的图7中显示的外带300的一部分的简化横截面。在一个实施例中，如图7和8中共同显示的那样，外带300限定多个冷却通道314(在图7中以虚线显示)和在冷却通道314的下游形成于外带300的气体侧表面318下方的冷却剂排出气室316(图8)。可在外带300的气体侧表面318下方机加工、铸造或以别的方式形成多个冷却通道314。在特定实施例中，如图8中显示的那样，气体侧表面318可至少部分地由一个或多个板和/或涂层320形成，一个或多个板和/或涂层320覆盖和/或密封多个冷却通道314。如图7和8中显示的那样，多个冷却通道314可包括多组冷却通道314。例如，在一个实施例中，如图8中显示的那样，多个冷却通道314包括至少第一组冷却通道314(a)和第二组冷却通道314(b)。
多个冷却通道314可在各种位置上设置在气体侧表面318下方，这取决于外带300的特定冷却要求。例如，如图7中显示的那样，多个冷却通道314中的至少一些可布置或定向成以便遵从或基本遵从翼型件400的前缘部分402、吸力侧壁406、后缘部分404和压力侧壁408中的一个或多个的曲率或轮廓。至少一些冷却通道314可设置成紧邻吸力侧壁310或外带300的后壁308，并且/或者在吸力侧壁310和压力侧壁312之间紧邻外带300的前壁306。
在特定实施例中，如图8中显示的那样，外带300限定至少一个入口通路322，至少一个入口通路322在冷却剂供应(诸如压缩机16(图2))和冷却通道314之间提供流体连通。在特定实施例中，入口通路(一个或多个)322可延伸通过外带300的背侧304。在燃气涡轮10的运行期间，诸如来自压缩机16的压缩空气38的一部分的冷却剂可发送通过入口通路(一个或多个)322且发送到多个冷却通道314中。在一个实施例中，第一组冷却通道314(a)与第一入口通路322(a)处于流体连通，并且第二组冷却通道314(b)与第二入口通路322(b)处于流体连通。
在各种实施例中，如图8中显示的那样，限定在外带300内以及/或者由外带300限定的至少一个内部通路在冷却通道314或成组的冷却通道314(a-b)和冷却剂排出气室316之间提供流体连通。内部通路(一个或多个)可形成限定在外带300内的成网络的内部通路，成网络的内部通路将来自多个冷却通道314的冷却剂流提供到冷却剂排出气室316中。
图9提供根据本发明的一个或多个实施例的涡轮喷嘴100的一部分(包括外带300)和图7中显示的翼型件400的一部分的俯视图或径向内侧图，其中冷却通道314隐藏在气体侧表面318下面。在各种实施例中，如图9中显示的那样，冷却剂排出气室316(以虚线显示)可在气体侧表面318下方定位在沿着外带300的各种位置上。例如，冷却剂排出气室316可在外带300的前壁306和后壁308之间延伸，可设置在翼型件400的吸力侧壁406和外带300的吸力侧壁310之间，可设置在翼型件400的压力侧壁408和外带300的压力侧壁312之间，或者可在吸力侧壁310和外带300的压力侧壁312之间在翼型件400的前缘部分402的前方延伸。在特定实施例中，外带300可限定多个冷却剂排出气室316，它们设置在沿着外带300的各种位置处。
在各种实施例中，如图8中显示的那样，冷却剂排出气室316在一个或多个冷却剂排出端口326的上游设置和/或限定在外带300内。在特定实施例中，如图8和9中显示的那样，冷却剂排出端口(一个或多个)326可延伸通过气体侧表面318，以对其提供膜冷却。排出端口(一个或多个)326可设置在沿着气体侧表面318的任何位置处，这至少部分地取决于冷却剂排出气室316的冷却要求和/或定位。例如，在图9中显示的一个实施例中，至少一个冷却剂排出端口326可在翼型件400的前缘部分402的上游沿着外带300的气体侧表面318形成或设置。在一个实施例中，至少一个冷却剂排出端口326可沿着外带300的气体侧表面318沿着外带300的前缘部分328形成或设置。在特定实施例中，如图8中显示的那样，至少一个冷却剂排出端口326可延伸通过外带300的吸力侧壁310。在特定实施例中，如图8中显示的那样，至少一个冷却剂排出端口326可延伸通过外带300的压力侧壁312。在特定实施例中，内带200和外带300两者相应地包括入口通路222、322、冷却通道214、314、内部通路、冷却剂排出气室216、316和冷却排出端口226、326。
在运行中，诸如压缩空气38的冷却剂330流到入口通路322中，流过冷却通道314，从而对外带300的气体侧表面318提供对流冷却。然后用过的冷却剂332通过内部通路发送到冷却剂排出气室316，冷却剂排出气室316的压力低于冷却通道314。然后用过的冷却剂332发送通过冷却剂排出端口(一个或多个)326，例如，为了对外带300的气体侧表面318提供膜冷却，并且冷却相邻涡轮喷嘴100的相邻外带300和/或帮助在相邻涡轮喷嘴100的相邻外带300之间形成热气体密封。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种涡轮喷嘴，包括：
翼型件，其沿翼展从内带延伸到外带，其中，所述内带和所述外带限定所述涡轮喷嘴的内流边界和外流边界；
其中，所述内带限定至少一个入口通路、多个冷却通道和与所述冷却通道处于流体连通的冷却剂排出气室，其中，所述多个冷却通道和所述冷却剂排出气室形成于所述内带的气体侧表面的下方，其中，所述冷却剂排出气室形成于所述冷却通道的下游和至少一个冷却剂排出端口的上游，其中，所述多个冷却通道布置成遵从所述翼型件的前缘部分、吸力侧壁、后缘部分和压力侧壁中的一个或多个的曲率，所述多个冷却通道平行于所述内带的气体侧表面而定向，所述至少一个入口通路从所述内带的背侧沿径向向外延伸到所述多个冷却通道。
2.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述多个冷却通道包括第一组冷却通道和第二组冷却通道，其中，所述第一组冷却通道和所述第二组冷却通道在冷却剂供应的下游和所述冷却剂排出气室的上游。
3.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述内带的前壁和后壁之间延伸，并且设置在所述翼型件的吸力侧壁和所述内带的吸力侧壁之间。
4.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述内带的前壁和后壁之间延伸，并且设置在所述翼型件的压力侧壁和所述内带的压力侧壁之间。
5.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述内带的吸力侧壁和压力侧壁之间，在所述翼型件的前缘部分的前方延伸。
6.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述内带的气体侧表面形成。
7.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口在所述翼型件的前缘部分的上游沿着所述内带的气体侧表面形成。
8.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述内带的前缘部分，沿着所述内带的气体侧表面形成。
9.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述内带的压力侧形成。
10.根据权利要求1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述内带的吸力侧形成。
11.一种涡轮喷嘴，包括：
翼型件，其沿翼展从内带延伸到外带，其中，所述内带和所述外带限定所述涡轮喷嘴的内流边界和外流边界；
其中，所述外带限定至少一个入口通路、多个冷却通道和与所述冷却通道处于流体连通的冷却剂排出气室，其中，所述多个冷却通道和所述冷却剂排出气室形成于所述外带的气体侧表面的上方，其中，所述冷却剂排出气室形成于所述冷却通道的下游和至少一个冷却剂排出端口的上游，其中，所述多个冷却通道布置成遵从所述翼型件的前缘部分、吸力侧壁、后缘部分和压力侧壁中的一个或多个的曲率，所述多个冷却通道平行于所述外带的气体侧表面而定向，所述至少一个入口通路从所述外带的背侧沿径向向内延伸到所述多个冷却通道。
12.根据权利要求11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述多个冷却通道包括第一组冷却通道和第二组冷却通道，其中，所述第一组冷却通道和所述第二组冷却通道在冷却剂供应的下游和所述冷却剂排出气室的上游。
13.根据权利要求11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述外带的前壁和后壁之间延伸，并且设置在所述翼型件的吸力侧壁和所述外带的吸力侧壁之间。
14.根据权利要求11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述外带的前壁和后壁之间延伸，并且设置在所述翼型件的压力侧壁和所述外带的压力侧壁之间。
15.根据权利要求11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述冷却剂排出气室在所述外带的吸力侧壁和压力侧壁之间，在所述翼型件的前缘部分的前方延伸。
16.根据权利要求11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述外带的气体侧表面形成。
17.根据权利要求11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口在所述翼型件的前缘部分的上游沿着所述外带的气体侧表面形成。
18.根据权利要求11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述外带的前缘部分，沿着所述外带的气体侧表面形成。
19.根据权利要求11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述外带的压力侧形成。
20.根据权利要求11所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述至少一个冷却剂排出端口中的至少一个冷却剂排出端口沿着所述外带的吸力侧形成。
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