CN101328814A - 相互冷却的涡轮喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相互冷却的涡轮喷嘴。涡轮喷嘴(20)包括结合到外部和内部带(40、42)上的第一和第二轮叶(36、38)。轮叶(36、38)包括限定包括轴向分离线(44)的外侧流动通道(60)的外侧(50、52)以及限定没有轴向分离线的内侧流动通道(58)的相对内侧(50、52)。两个涡轮轮叶(36、38)包括不同的冷却回路(62、64)以便不同地冷却内侧和外侧轮叶侧(50、52)。

Description

相互冷却的涡轮喷嘴

技术领域

本发明总体涉及一种燃气涡轮发动机，并且更特别是本发明涉及其中的涡轮。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机内加压，并且在燃烧器内与燃料混合，以便产生热燃烧气体。在为压缩机供能的高压涡轮(HPT)内的气体提取能量。

同时，另外的能量在航空涡轮风扇航空发动机应用中驱动上游风扇或者在海洋和工业应用中驱动外部驱动的低压涡轮(LPT)中提取。

现代燃烧器是环形的，并且包括从向前拱形向下游延伸的径向外部和内部燃烧衬里，以便限定环形燃烧区域。一排燃料注射器和协作的空气漩流盖安装在拱形内以便排出适于点燃以产生燃烧气体的空气雾化燃料射流。

燃料注射器通常以均匀分布的方式相互周向隔开，并且相应地实现向下游流到环形燃烧器出口的相对热的燃烧气体条带。

沿着每个热条带的中心可以具有最大燃烧气体温度，并且燃烧气体温度相应地从每个热条带的中心线径向向外减小，该中心线各自径向位于外部和内部燃烧器衬里之间，以及在周向隔开的热条带之间周向围绕燃烧器。

在环形燃烧器出口处的燃烧气体的所得温度图案在外部和内部衬里之间径向变化，以及在热条带之间周向变化，其中热条带之间的较低温度气体通常指的是冷条带。热和冷条带之间的温度差可以是几百度，并且影响下游涡轮部件的性能和操作。

更特别是，从燃烧器出口排出的燃烧气体首先通过将气体引导到随后安装在支承转子盘的周边上的涡轮转子叶片的第一级排列的第一级HPT涡轮喷嘴接收。涡轮喷嘴包括径向安装在相应外部和内部带之间的一排中空喷嘴轮叶。

喷嘴通常在具有整体安装在相应的外部和内部带分段内的两个轮叶的喷嘴偶对(doublet)的公共构造中周向分段。

环形喷嘴因此通过喷嘴偶对的外部和内部带的相应端表面内的轴向分离线周向划分。并且，端表面通常包括用于在其中安装花键密封件的细槽，以便保持涡轮喷嘴的周向连续性，并且从中密封内部冷却空气损失。

整个排列中喷嘴轮叶的数量基本上大于燃烧器内的燃料注射器的数量，并且通常不是其整数倍数。因此，在燃烧器相对于涡轮喷嘴的组装过程中，燃料注射器的相对周向位置随着该排喷嘴轮叶的导前边缘而变化。

在操作过程中从燃料注射器产生的热条带因此从轮叶到轮叶不同或随机地周向对准或者定位(clocked)，并因此在操作过程中使得轮叶置于不同的热载荷下。热条带在最高温度燃烧气体中掠过喷嘴轮叶，而周向断开的冷条带在相对冷却的燃烧气体中掠过轮叶。

因此，涡轮喷嘴通常设计成具有周向均匀性，例如在通常的偶对构造中具有大致相同的喷嘴轮叶和带分段。因此在偶对喷嘴构造中具有偶数的喷嘴轮叶，每个偶对中具有两个相同的轮叶。

喷嘴轮叶具有典型的月牙形型面，具有在相对的导前和拖尾边缘之间的弦长上周向延伸的总体凹入的压力侧和总体突出的抽吸侧。每个偶对中的轮叶限定其中的内侧流动通道，其中偶对之间的轮叶限定包括各自轴向分离线的外侧流动通道。

内侧和外侧喷嘴通道在下游方向上汇合到最小流动区域，该最新流动区域通常限定在一个轮叶的垂直于相邻轮叶的抽吸侧的拖尾边缘处。

燃烧气体通常以倾斜周向角度排出到相对于叶片压力侧在叶片抽吸侧的方向上转动支承转子盘的下游涡轮转子叶片排。

每个喷嘴偶对因此包括在转动过程中涡轮叶片首先经过其上的导前轮叶以及涡轮叶片随后经过其上的拖尾轮叶。

来自于燃烧器的冷和热条带轴向引导经过涡轮喷嘴的流动通道，并且因此类似地在交替的热和冷条带中掠过涡轮转子叶片，这同样影响其操作过程的性能。

因此，对于不同环境来说，各自排中的喷嘴定子轮叶和涡轮转子叶片通常是相同的，并且通常其中包括相同的冷却回路。轮叶和叶片使用从压缩机泄漏的一部分压力空气，以便冷却其相应的翼面，从而实现发动机在操作过程中所需使用寿命。

由于从压缩机泄漏的空气没有用于燃烧器，发动机的总体效率降低。从压缩力泄漏的冷却空气量因此应该最小，使得发动机效率最大。

但是，在传统实践中，轮叶和叶片必须针对每排中相同的冷却进行设计，以便保护翼面不受到最大温度和来自于燃烧器产生的热条带的热载荷的影响，而不管在操作过程中与热条带交替的冷条带的显著较低的温度。

因此，希望的是提供一种改进的涡轮喷嘴，该涡轮喷嘴适用于燃烧气体中的热和冷条带，以便改善燃气涡轮发动机的性能。

发明内容

一种涡轮喷嘴包括连接在外部和内部带上的第一和第二轮叶。轮叶包括限定含有轴向分离线的外侧流动通道的外侧以及限定没有轴向分离线的内侧流动通道的相对内侧。两个轮叶包括不同的冷却，以便不同地冷却内侧和外侧轮叶侧。

附图说明

按照优选和示例性实施例，结合附图，在以下详细的描述中更加特别地描述本发明及其另外目的和优点，附图中：

图1是燃气涡轮发动机的涡轮部分的轴向截面图；

图2是沿着线2-2截取的图1所示的高压涡轮的径向截面平面图；

图3是图1和2所示的涡轮喷嘴中的示例性喷嘴偶对的分解立体图；

图4是图2所示的燃烧器和涡轮的示意图，包括与其协作的不同的冷却回路构造。

附图标记列表

燃料注射器的数量A、轮叶的数量B、间距P、发动机10、压缩机12、空气14、燃烧器16、燃烧气体18、涡轮喷嘴20、转子叶片22、内部衬里24、拱形28、燃料注射器30、漩流盖32、出口34、第一轮叶36、第二轮叶38、外部带40、内部带42、轴向分离线44、端表面46、花键密封件48、压力侧50、抽吸侧52、导前边缘54、拖尾边缘56、内侧流动通道58、外侧流动通道60、第一冷却回路62、第二冷却回路64、冲击挡板66、冲击挡板68、冲击挡板70、冲击挡板72、冲击挡板74、薄膜冷却孔76、热阻挡涂层(TBC)78。

具体实施方式

在图1中表示的是燃气涡轮发动机10的围绕纵向或轴向中心线轴向对称的部分。发动机包括多级轴向压缩机12以便加压空气14。

环形燃烧器16安装在压缩机的下游，并且将加压空气14与燃料混合，以便点燃产生热燃烧气体18。

燃烧气体从燃烧器排出到HPT内的环形第一级涡轮喷嘴20，继而将气体引导到喷嘴之后的一排第一级涡轮转子叶片22。叶片适当安装在支承转子盘的周边上，支承转子盘继而连接到在操作过程中通过涡轮叶片供能的压缩机12的转子上。

LPT位于HPT下游，并且部分表示，而且包括通常在涡轮的航空器发动机构造中为下游风扇(未示出)供能的另外的转子叶片。在可选择实施例中，LPT可为海洋和工业应用的外部驱动轴供能。

图1所示的燃烧器包括限定环形燃烧区域的径向外部燃烧器衬里24和同轴径向内部燃烧器衬里26。衬里从环形拱形28向下游延伸，并且适当地安装在环绕燃烧器壳体的内侧。

燃烧拱形28包括延伸穿过协作的空气漩流盖32的一排燃料注射器30，漩流盖在燃烧器内提供燃料和空气的雾化混合物，混合物接着被点燃以便在操作过程中产生热燃烧气体18。

图1所示的环形燃烧器16包括位于下游的环形出口34，在操作过程中热燃烧气体18经过其后端排出。该排注射器20布置在燃烧器的上游或前拱形端处，单个注射器围绕拱形周向均匀隔开。

因此，燃烧器内产生的燃烧气体18在操作中将经历单个燃料注射器30的直接轴向后面的相对热的条带，而相对冷的燃烧器冷条带周向布置其之间。热和冷条带因此将向下游流过涡轮喷嘴20，并且接着流过第一排涡轮转子叶片22，从而提取能量，以便转动支承盘并为压缩机供能。

最初在图1中表示的环形涡轮喷嘴20在图2和3中与上游燃烧器和下游涡轮叶片一起更加详细表示。喷嘴20包括一排交替的第一和第二定子轮叶36、38，定子轮叶最好成对布置在喷嘴偶对内。每个偶对的两个轮叶在外部和内部带40、42之间径向延伸，带是周向弧形的，并且总体限定喷嘴的整个周边。

两个轮叶和带分段整体形成整体铸件，或者可以分开制造并通过例如铜焊适当结合在一起，以便形成整体的喷嘴部件。

环形喷嘴通过通过每个偶对中的外部和内部带40、42的相对周向端处的相应端表面46限定的相应轴向分离线44周向分段。

图3表示其中具有轴向细槽的两个端表面46，细槽中布置图2组件中表示的传统的花键密封件48。因此，整排喷嘴偶对和轮叶限定通过其中具有花键密封件48的相应分离线在外部和内部带内分段的整个环形涡轮喷嘴，以便保持喷嘴的周向连续性。

图2所示的该排交替的第一和第二轮叶36、38具有相同的空气动力型面，并且其中限定大致相同的流动通道。例如，每个轮叶36、38具有在相对的导前和拖尾边缘54、56之间的弦长上轴向延伸的总体凹入压力侧50和周向相对的总体突出抽吸侧52。每个轮叶的相对侧横跨延伸在外部和内部带40、42之间的喷嘴径向高度之上。

图2所示的每个喷嘴偶对只包括与其各自弧形带40、42整体结合的两个轮叶36、38。同样图2所示的该排涡轮叶片22在操作过程中以其相应的突出抽吸侧比其相对的凹入压力侧超前的方式转动。

以此方式，每个偶对中的第一喷嘴轮叶36限定在转动过程中首先在其之上经过涡轮叶片的导前或引导轮叶，而第二喷嘴轮叶38限定每个喷嘴分段中的尾部或拖尾轮叶。

第一轮叶36的压力侧50直接面向第二轮叶38的相对抽吸侧52，并且和带一起在其中限定没有分离线的内侧流动通道58。限定内侧通道58的两个相对的轮叶侧因此同样指的是内侧轮叶侧。

相应地，第一轮叶36的抽吸侧52和第二轮叶38的压力侧50朝着各自端表面46和下一个相邻喷嘴偶对的轴向分离线44周向面向向外或外侧。以此方式，第一轮叶36的抽吸侧52与下一个偶对的第二轮叶38的压力侧50相互协作，以便与带一起限定位于每个喷嘴偶对之间的相应的外侧流动通道60，从而在其中包括各自的轴向分离线44。

因此每个偶对中的第一轮叶的抽吸侧52和第二轮叶的压力侧50限定外侧轮叶侧，以及相应的外部和内部带限定相应一个外侧流动通道，该流动通道包括分离线44，而每个喷嘴偶对内侧的内侧流动通道58，其中没有任何轴向分离线。

图2所示涡轮喷嘴20的性能的显著改进可以通过将来自于燃烧器的单独燃料注射器30与相应一个外侧流动通道60周向对准或定位来获得。相应地，燃料注射器30没有与整排喷嘴偶对中的任何的内侧流动通道58周向对准或定位。

在操作过程中产生热条带的该排燃料注射器30和该排喷嘴轮叶36、38之间的这种定位构造使得具有不同性能的单个轮叶优选冷却，以便更好地利用从压缩机泄漏的有限数量的加压冷却空气。

更特别是，每个第一和第二轮叶36、38具有各自第一和第二冷却回路62、64以便优选地冷却轮叶侧。两个冷却回路62、64可具有公共特征，但是适当地进行不同的调整，以便与邻近喷嘴分段之间并具有轴向分离线44的外侧流动通道60的外侧轮叶侧相比，对于邻近没有轴向分离线的内侧流动通道的不同第一和第二轮叶的不同侧进行不同的冷却。

更特别是，不同的第一和第二冷却回路62、64最好构造成与相同轮叶的内侧50、52相比，有效地相互冷却轮叶36、38的外侧50、52。

为了改善与来自于燃烧器的热和冷条带的相互协作，第一和第二冷却回路62、64最好构造成与每个喷嘴分段或偶对的内侧相比，沿着喷嘴轮叶的外侧实现更多冷却。特别是，与第二冷却回路64在第二轮叶38的内侧抽吸侧52上提供的冷却相比，第一冷却回路62适当构造成在邻近端表面46和分离线的第一轮叶36的外侧抽吸侧52提供更多冷却。

相应地，与第一冷却回路62在第一轮叶36的内侧压力侧50上提供的冷却相比，第二冷却回路64最好构造成在靠近相应端表面46和分离线的第二轮叶38的外侧压力侧50上提供更多冷却。

例如如图2所示，与在导前和拖尾边缘之间沿着内侧50、52相比，第一和第二回路62、64从导前边缘54到拖尾边缘54沿着各自外侧50、52在单个轮叶36、38中实现更多冷却。

除了与导前轮叶36和拖尾轮叶38相对应的不同的第一和第二冷却回路62、64适当调整之外，图2和3所示的涡轮喷嘴的示例性实施例可另外是传统的构造和操作。

例如，基本冷却回路62、64在通过相对轮叶侧之间的不穿孔桥接件分开的每个轮叶的前后部分内包括两个径向流动通道。加压冷却空气14适当地从压缩机泄漏，并且引导经过每个偶对的两个轮叶内的外部和内部带。

第一轮叶36可具有布置在相应一个前后流动通道内的第一对冲击挡板66、68。并且，第二轮叶38在其前后通道内具有相应的第二对冲击挡板70、72。

除了其流动特性之外，前部冲击挡板66、70可相同。并且，除了其流动特性之外，后部挡板68、72也可相同。冲击挡板具有相应图案的小冲击孔74，冲击孔可适当调整以便在第一和第二轮叶36、38中获得不同的冷却性能。

另外，每个第一和第二轮叶36、38还包括穿过每个轮叶两侧50、52的相应图案的传统薄膜冷却孔76，这些孔也可用来有利地调整每个轮叶的冷却性能。

另外，外部和内部带40、42的暴露表面和第一和第二轮叶36、38的压力侧和抽吸侧50、52可覆盖传统热阻挡涂层(TBC)78，也可适当调整以便控制轮叶36、38的热隔离和相关冷却。

图4示意表示用于两种形式轮叶36、38的不同的第一和第二冷却回路63、64的多种优选实施例。由于轮叶冷却通过多种机构实现，所述多种机构可以调整以便实现用于互补热和冷条带的所需差别，在围绕环形涡轮喷嘴的周边排放时，热和冷条带围绕燃烧器周边反复变化。

两个冷却回路62、64可构造成在每个喷嘴偶对中的两个轮叶36、38中实现不同的薄膜冷却构造。

两个回路62、64也可以调整以便在两个轮叶36、38中实现不同的冲击冷却。

并且，两个冷却回路62、64也可调整以便在两个轮叶36、38的相对侧上实现不同的热阻挡涂层78。

图2和3表示不同冷却回路62、64的示例性构造，与图4所示的示意图相对应。

第一和第二冷却回路62、64可适当构造成在轮叶的压力侧和抽吸侧50、52上实现相互薄膜冷却，以便与面向内侧通道58的内侧轮叶侧相比，沿着面向外侧通道60的外侧叶片侧进行更大或更多地冷却。

在一个构造中，穿过第一和第二轮叶36、38的相对压力和抽吸侧50、52的薄膜冷却孔76的图案可以最好是不同的，以便与经过内侧50、52相比，将更多的冷却空气经过外侧轮叶侧50、52排出。

在图2中，与相应的内侧相比，轮叶的外侧具有每单位面积更大的密度或数量的薄膜冷却孔76。注意到与第二轮叶38的内侧抽吸侧52相比，第一轮叶36的外侧抽吸侧52具有更多排的第一冷却孔76。

相应地，与第一轮叶36的内侧压力侧50相比，第二轮叶38的外侧压力侧50具有更大密度或更多排的薄膜冷却孔76。

与不同密度的薄膜冷却孔分开或相结合，与其内侧相比，薄膜冷却孔76的尺寸或直径在轮叶36、38的外侧更大。典型的薄膜冷却孔具有大约15-20密耳(0.38-0.51mm)的标定直径，并且在传统设计中通常是一个尺寸。但是，大和小薄膜冷却孔可有选择地用于喷嘴，使得较大薄膜冷却孔可位于此范围的上端，而较小薄膜冷却孔位于此范围的下端。

此构造中的薄膜冷却孔可在每个轮叶36、38的相对压力和抽吸侧上适当分布，以便提供围绕每个轮叶的导前边缘的增强的直接冷却，以及与内侧表面相比，沿着外侧表面提供更大冷却。由于热条带特别在轴向定位，以便只流过外侧流动通道60，可以在邻近外侧流动通道60的轮叶侧上使用增强的薄膜冷却。

相应地，由于冷条带特别在周向上定位，以便流过内侧流动通道58，从两个轮叶36、38的内侧表面需要较少的冷却，并且薄膜冷却孔的构造可以适当调节。

对于从压缩机泄漏的给定量的压力冷却流来说，流动可最好更多地重新分布到外侧表面上，而不是轮叶36、38的内侧表面，以便与热和冷条带的不同热载荷匹配。受限数量的冷却空气因此更加有效地利用，并且减小涡轮喷嘴的不同部件内的温度差。

使用从压缩机泄漏的给定数量的空气可以更加有效地冷却喷嘴，或者考虑到轮叶的优选冷却，可以减小从压缩机泄漏的空气数量。

每个喷嘴轮叶36、38的实际结构和冷却构造不再相同，但是现在包括传统部件的不同的构造，以便特别满足来自于热和冷条带的不同热载荷。现在可以显著减小由于传统实践造成喷嘴轮叶的某些部分的过度冷却，并且受到限制数量的空气更好利用以便特别满足热条带围绕涡轮喷嘴的周边不再随机的反复定位。

第一和第二冷却回路62、64可以在图2和3中有选择地调整，以便在轮叶压力侧和抽吸侧50、52上实现相互冲击冷却，与沿着内侧通道58相比，沿着外侧通道60提供更多或更大地冲击冷却。

两个轮叶36、38的每个具有实际相同的前部冲击挡板66、70，以及实际上相同的后部冲击挡板68、72，其具有对于所需不同性能不同构造的冲击孔74的各自图案。多个挡板内的冲击孔74面向每个轮叶36、38的压力侧和抽吸侧50、52的相应内表面，该图案是适当不同的，以便与贴靠其相应的内侧的情况相比，贴靠轮叶的外侧50、52经过挡板排出更多的冲击冷却空气流。

特别是，与其相应的内侧相比，冲击挡板的外侧可具有适当的更大密度或更多每单位面积的数量的冲击孔74。在图2中，与沿着抽吸侧52的第二轮叶38内的挡板内侧相比，第一轮叶36的抽吸侧52内的冲击挡板的外侧具有更大密度的冲击孔。

相应地，与沿着压力侧50的第一轮叶36内的挡板内侧相比，沿着压力侧50的第二轮叶38内的挡板的外侧具有更大密度的冲击孔。

冲击挡板其中具有适当的图案的冲击孔，以便使得受到来自于流入燃烧气体的局部高热载荷的轮叶36、38的导前边缘之后的冷却效率最大。并且，冲击孔的图案可以调节，以便与沿着其相应内侧相比，沿着第一和第二轮叶36、38的外侧52、50提供从导前边缘54到拖尾边缘56的更大冲击冷却。

另外受到限制的冷却空气在轮叶对内重新分布，以便与沿着受到冷条带影响的轮叶的内侧相比，沿着受到热条带影响的轮叶的外侧利用更多的冲击冷却。

如上所述，涡轮喷嘴的暴露表面通常覆盖TBC 78。因此，第一和第二冷却回路62、64可以调整以便在轮叶压力侧和抽吸侧50、52上包括一定程度或数量的TBC 78，从而与沿着内侧通道58相比，沿着外侧通道60实现更多或更大的热隔离和冷却。

热阻挡涂层78基本上提供与燃烧气体的热载荷的热隔离，并且补充每个轮叶的冷却效率。TBC 78的厚度可以适当变化以改变其隔离效果和有效冷却能力，从而相对于其内侧更好地保护和冷却轮叶38的外侧。

图4示意表示围绕每个喷嘴偶对内的两个轮叶36、38的相对侧具有不同厚度的TBC 78的示例性构造。例如，TBC 78可从导前边缘54到拖尾边缘56沿着第一轮叶36的外侧抽吸侧52相对厚并且均匀，从导前边缘到拖尾边缘沿着第二轮叶38的外侧压力侧50类似地均匀和厚。

相应地，TBC 78可在导前和拖尾边缘之间沿着第一轮叶36的内侧压力侧50相对均匀和薄，并且在导前和拖尾边缘之间沿着第二轮叶38的抽吸侧53类似地均匀和薄。

厚TBC 78可以是比传统施加的TBC略微厚的大约15-20密耳(0.38-0.51mm)。相对薄的TBC可以是大约5-10密耳(0.13-0.25mm)厚。

通过将燃料注射器20与喷嘴轮叶周向对准或定位，可以在空间上固定热和冷条带的相对位置，并且不再是随机或可变的，使得喷嘴轮叶更好冷却，其中不再具有差别。

在所述的示例性实施例中，使用轮叶36、38的两种不同的构造，并且在整排轮叶内可选择地重复，并且优选地配置成对。图4示意表示燃料注射器30围绕燃烧器的周边均匀隔开例如特定的数量A、17。

相应地，具有相应成对的轮叶36、38以及外部和内部带分段40、42的偶对分段的数量与该排中的燃料喷嘴的数量相同。

因此，例如完整涡轮喷嘴内的两种轮叶36、38的总数B、34等于围绕燃烧器的燃料注射器30的数量A(2×17)的两倍。

图2和4示意表示其数量是燃料注射器30两倍的轮叶36、38，现在燃料注射器30的周向位置或定位在喷嘴轮叶之间准确固定在重复位置上。

在优选实施例中，燃料注射器30在相邻喷嘴偶对中的第一和第二轮叶36、38之间周向中间定位，与包括轴向分离线44的相应外侧流动通道60对准。燃料注射器因此特别有利地与轴向分离线对准。

首先，涡轮喷嘴的某些冷却空气沿着分离线44围绕花键密封件48泄漏，有助于稀释经过外侧流动通道60引导的燃烧气体的热条带。

与沿着内侧表面相比，较厚的TBC 78可更加有效地施加，而在两个轮叶36、38的外侧表面上没有障碍物。沿着外侧表面的较厚TBC增强热保护，而不受到经过外侧通道引导的热条带的影响。

另外，两个冷却回路62、64的薄膜冷却和冲击冷却构造也可如上所述调整，以便实现相互冷却，并且与沿着轮叶的内侧表面相比，沿着轮叶的外侧表面偏移更多冷却，并相应地与来自于热和冷条带的不同热载荷匹配。

图4所示的示例性轮叶36、38围绕涡轮喷嘴的周边具有大致均匀周向间距P。燃料注射器30可在相邻喷嘴偶对之间中间定位，而中间的冷条带可相应地在每个偶对的两个轮叶36、38之间中间定位。

因此，冷条带限定为只流过内侧流动通道58，而热条带限定为只流过外侧通道60。并且，第一和第二回路62、64的不同冷却性能可有效地用来在限定热条带的外侧流动通道上提供更多冷却，而围绕限定冷条带的内侧流动通道58进行较少冷却。

另外，由于热和冷条带的密度差别，在热和冷条带如图2所示接近下游涡轮叶片22时，冷条带在叶片突出表面上局部积累，而热条带在叶片凹入表面上局部积累。这种现象在计算分析中以及在使用的发动机硬件中已经发现，并且不利地影响了涡轮叶片的空气动力性能。

但是，外侧流动通道优于内侧流动通道的冷却将围绕热和冷条带不同地排出用过的冷却空气，并且增加热条带的稀释，以便在它们向下游排出到该排涡轮叶片时，相应地减小热和冷条带之间的温度变化。

减小燃烧气体温度的周向变化减小了热和冷条带在涡轮转子叶片的相应侧上的局部积累，并且改善其空气动力性能。

更特别是，该排第一级涡轮叶片22直接跟随涡轮喷嘴，并且每个涡轮叶片是中空的，其中具有传统的冷却回路，如图1和2所示。加压空气从压缩机泄漏并经过叶片引导以便在其侧部内的多排传统薄膜冷却孔内排出。

在发动机的操作过程中，上游喷嘴轮叶36、38的薄膜冷却孔76经由外侧流动通道60排出用过的冷却空气，并由此实现来自于燃烧器16并向下游流到涡轮叶片22的热条带的稀释冷却。

由于热条带因此更冷，涡轮叶片上的热载荷因此减小。第一级涡轮叶片的冷却需要接着减小，并且可以减小任何的叶片冷却流，以便进一步增加性能和效率，或者冷却流可保持相同，以便更大的叶片冷却，并增加叶片寿命。

另外，过多的冷却空气可以经由轮叶36、38引导，其数量大于或多于正常冷却所需的数量，以便对抗所需热载荷。

这继而造成过度轮叶冷却空气排出到外侧流动通道60，以便进一步增加热条带的稀释。这种过度轮叶冷却在垂直于下一个相邻抽吸侧的轮叶拖尾边缘处出现在具有最小流动面积的喷嘴喉部的上游。过多轮叶空气不能填充到操作循环，并不使得性能退化。

相应地，可以实现流到涡轮叶片的冷却空气进一步减小，使得增加的轮叶流与减小的叶片流同时出现。叶片冷却流可填充到操作循环中，并且其减小改善了发动机的性能。

由于热条带从燃烧器经由多个涡轮级继续向下游，来自于有选择稀释的操作和性能优点可在具有内部冷却回路的喷嘴轮叶和涡轮叶片的下游级中以及在周围涡轮叶片罩中组合。

因此，有选择冷却第一级喷嘴轮叶的能力在轮叶本身内以及在与下游涡轮叶片以及随后涡轮级的协作中具有组合的优点。

不同轮叶在每个喷嘴分段中的优选冷却在冷却性能、空气动力性能以及热应力中具有许多优点。受到限制数量的冷却空气与来自于热和冷条带的不同热载荷更好地匹配，以便增强冷却性能并减小轮叶部件的温度差别。热应力减小，并可因此增加叶片寿命。

如果需要，所述的优选冷却可用来进一步减小冷却空气到喷嘴的总体流动；或者保持给定数量的冷却空气；或者甚至增加整体冷却流速，以便优选地增加随后承载到随后级的热条带的稀释。这种优选冷却的不同优点包括增加冷却、发动机性能和部件寿命。

虽然这里描述了认为是本发明的优选和示例性实施例，本领域的普通技术人员从其中的教导中将明白本发明的其他变型，并且因此希望在所附权利要求中包括落入本发明的真实精神和范围内的所有变型。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机设备，包括：

涡轮喷嘴(20)，包括在外部和内部带(40、42)之间径向成对配置的一排交替的第一和第二轮叶(36、38)，其中具有轴向分离线(44)；以及

所述第一和第二轮叶(36、38)具有不同的第一和第二冷却回路(62、64)，以便与包括所述分离线(44)的外侧流动通道(60)相比，在所述第一和第二轮叶(36、38)之间不同地冷却邻近没有所述分离线的内侧流动通道(58)的侧部

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，与其内侧相比，所述第一和第二冷却回路(62、64)在所述轮叶对的外侧(50、52)上进行更多冷却。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，与所述导前和拖尾边缘(5、56)之间沿着所述内侧(50、52)相比，所述第一和第二冷却回路(62、64)从所述轮叶(36、38)的导前边缘(54)到其拖尾边缘(56)沿着所述外侧(50、52)进行更多冷却。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一和第二冷却回路(62、64)包括不同的薄膜冷却构造。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，与穿过所述内侧(50、52)相比，所述第一和第二冷却回路(62、64)包括穿过所述外侧(50、52)密度更大的薄膜冷却孔的图案。

6.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一和第二冷却回路(62、64)包括不同的冲击冷却构造。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第一和第二冷却回路(62、64)包括所述轮叶(36、38)内侧的冲击挡板(66-72)，与所述内侧(50、52)相比，具有面向所述外侧(50、52)的内表面的更大密度的冲击孔(74)的图案。

8.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一和第二冷却回路(62、64)包括所述外侧和内侧(50、52)上的不同的热阻挡涂层(78)。

9.如权利要求3所述的设备，其特征在于，还包括：

布置在所述轮叶(36、38)上游的环形燃烧器(16)；以及

所述燃烧器(18)包括各自与外侧通道(60)对准的一排燃料注射器(30)。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述排的轮叶(36、38)的数量是所述燃料注射器(30)排的数量的两倍，并且所述注射器(30)与所述分离线(44)对准。

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