本發(fā)明總體涉及靜止輪葉(stationary blades)，并且更具體地，涉及用于靜止輪葉的冷卻結(jié)構(gòu)(cooling structure)。

背景技術(shù)：

靜止輪葉在渦輪機(jī)應(yīng)用中用于將熱氣體流引導(dǎo)至移動(dòng)輪葉(moving blades)以發(fā)電。在蒸汽和燃?xì)鉁u輪機(jī)應(yīng)用中，靜止輪葉被稱(chēng)為噴嘴(nozzles)，并且通過(guò)端壁(endwall)安裝于諸如殼體和/或內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)之類(lèi)的外部結(jié)構(gòu)。每個(gè)端壁都聯(lián)結(jié)到靜止輪葉的翼型件的相應(yīng)端部。靜止輪葉還能夠包括通道或其它特征，以用于使從渦輪機(jī)的操作性部件吸收熱的冷卻流體循環(huán)。

為了在極端溫度設(shè)定下操作，需要對(duì)翼型件和端壁進(jìn)行冷卻。例如，在一些設(shè)定中，冷卻流體被從輪空間(wheel space)拉出并且被引導(dǎo)至靜止輪葉的內(nèi)部端壁(internal endwalls)以用于冷卻。相比之下，在多種燃?xì)鉁u輪機(jī)應(yīng)用中，可以向靠后級(jí)的噴嘴供給冷卻流體，例如從燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)提取的空氣。外徑端壁(Outer diameter endwalls)可以直接接收冷卻流體，而內(nèi)徑端壁(inner diameter endwalls)可以在冷卻流體從外徑被引導(dǎo)通過(guò)翼型件之后接收冷卻流體。除了冷卻的有效性，靜止輪葉及其部件的結(jié)構(gòu)也能夠影響諸如渦輪機(jī)的可制造性、檢查便利性、和耐久性之類(lèi)的其它因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方面提供一種用于靜止輪葉的冷卻結(jié)構(gòu)，該冷卻結(jié)構(gòu)包括：翼型件(airfoil)，該翼型件中具有冷卻回路(cooling circuit)；端壁，該端壁相對(duì)于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸線聯(lián)接到翼型件的徑向端；室 (chamber)，該室定位在端壁內(nèi)以用于從冷卻回路接收冷卻流體(cooling fluid)并且該室包括在其中的上游區(qū)域(upstream region)和下游區(qū)域(downstream region)，其中冷卻流體從端壁吸收熱，并且上游區(qū)域中的冷卻流體的溫度低于下游區(qū)域中的冷卻流體的溫度；位于端壁內(nèi)的第一通道(first passage)，該第一通道將室的上游區(qū)域流體連接到定位在端壁和渦輪轉(zhuǎn)輪(turbine wheel)之間的輪空間，其中上游區(qū)域中的冷卻流體的第一部分通過(guò)第一通道；和位于端壁內(nèi)的第二通道，該第二通道將室的下游區(qū)域流體連接到輪空間，其中下游區(qū)域中的冷卻流體的第二部分通過(guò)第二通道，并且冷卻流體的剩余部分(remainder portion)繞過(guò)(bypass)第一通道和第二通道而不進(jìn)入輪空間。

較佳地，所述冷卻結(jié)構(gòu)還包括位于所述室內(nèi)的導(dǎo)熱固定件(thermally conductive fixture)以用于從所述端壁向冷卻流體傳熱。

較佳地，所述第一通道定位在所述導(dǎo)熱固定件的上游，并且所述第二通道定位在所述導(dǎo)熱固定件的下游。

較佳地，所述第一通道將所述室的上游區(qū)域流體連接到所述輪空間中的第一位置，并且所述第二通道將所述室的下游區(qū)域流體連接到所述輪空間中的第二位置。

較佳地，所述室的上游區(qū)域定位成接近所述翼型件的前緣(leading edge)，并且所述室的下游區(qū)域定位成接近所述翼型件的后緣(trailing edge)。

較佳地，所述室還包括定位在所述端壁內(nèi)的前室(fore chamber)和后室(aft chamber)，其中所述前室定位成接近所述翼型件的前緣，所述后室定位成接近所述翼型件的后緣，所述上游區(qū)域定位在所述前室內(nèi)，并且所述下游區(qū)域定位在所述后室內(nèi)。

較佳地，所述冷卻結(jié)構(gòu)還包括第三通道，所述第三通道將所述室流體連接到所述輪空間，其中所述第三通道中的冷卻流體的溫度與所述室的所述上游區(qū)域中的冷卻流體的溫度和所述室的所述下游區(qū)域 中的冷卻流體的溫度不同。

較佳地，所述翼型件包括從所述端壁延伸的多個(gè)翼型件，并且所述多個(gè)翼型件中的一個(gè)包括與所述室流體連通的冷卻回路。

本發(fā)明的第二方面提供一種用于靜止輪葉的冷卻結(jié)構(gòu)，所述冷卻結(jié)構(gòu)包括：翼型件，所述翼型件中具有冷卻回路；端壁，所述端壁相對(duì)于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸線聯(lián)接到所述翼型件的徑向端；第一室，所述第一室定位在所述端壁內(nèi)以用于接收冷卻流體，其中所述第一室中的冷卻流體從所述端壁的第一部分吸收熱，并且其中來(lái)自所述冷卻回路的冷卻流體的第一部分進(jìn)入所述第一室；位于所述端壁內(nèi)的第一通道，所述第一通道將所述第一室流體連接到定位在所述端壁和渦輪轉(zhuǎn)輪之間的輪空間；第二室，所述第二室定位在所述端壁內(nèi)以用于接收冷卻流體，其中所述第二室中的冷卻流體從所述端壁的第二部分吸收熱，并且其中來(lái)自所述冷卻回路的冷卻流體的第二部分進(jìn)入所述第二室；和位于所述端壁內(nèi)的第二通道，所述第二通道將所述第二室流體連接到定位在所述端壁和所述渦輪轉(zhuǎn)輪之間的輪空間。

較佳地，所述冷卻結(jié)構(gòu)還包括位于所述第一室和所述第二室中的至少一個(gè)內(nèi)的導(dǎo)熱固定件，以用于從所述端壁的第一部分和第二部分中的至少一個(gè)向冷卻流體傳熱。

較佳地，所述第一通道中的冷卻流體的溫度和壓力中的一個(gè)與所述第二通道中的冷卻流體的相應(yīng)溫度和相應(yīng)壓力中的一個(gè)不同。

較佳地，所述第一室還包括定位在所述端壁的第一部分內(nèi)的前室和后室，并且其中所述前室定位成接近所述翼型件的前緣，并且所述后室定位成接近所述翼型件的后緣。

較佳地，所述翼型件包括從所述端壁延伸的多個(gè)翼型件中的一個(gè)，并且所述多個(gè)翼型件中的一個(gè)包括與所述第一室和所述第二室流體連通的冷卻回路。

較佳地，所述冷卻結(jié)構(gòu)還包括定位在所述第一室和所述第二室中的一個(gè)中的第三通道，并且所述第三通道將相應(yīng)的室流體連接到所述 輪空間，其中所述第三通道中的冷卻流體的溫度與所述第一通道中的冷卻流體的溫度和所述第二通道中的冷卻流體的溫度均不同。

較佳地，所述第一通道將所述第一室流體連接到所述輪空間中的第一位置，并且所述第二通道將所述第二室流體連接到所述輪空間中的第二位置。

本發(fā)明的第三方面提供一種用于靜止輪葉的冷卻結(jié)構(gòu)，該冷卻結(jié)構(gòu)包括：翼型件，該翼型件中具有冷卻回路；端壁，該端壁相對(duì)于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸線聯(lián)接到翼型件的徑向端部；室，該室定位在端壁內(nèi)以用于接收冷卻流體并且該室在其中包括上游區(qū)域和下游區(qū)域，其中冷卻流體從端壁吸收熱，并且上游區(qū)域中的冷卻流體的溫度低于下游區(qū)域中的冷卻流體的溫度；位于端壁內(nèi)的第一通道，該第一通道將室的上游區(qū)域流體連接到定位在端壁和渦輪護(hù)罩之間的護(hù)罩空間，其中上游區(qū)域中的冷卻流體的第一部分通過(guò)第一通道；和位于端壁內(nèi)的第二通道，該第二通道將室的下游區(qū)域連接到護(hù)罩空間，其中下游區(qū)域中的冷卻流體的第二部分通過(guò)第二通道，并且冷卻流體的剩余部分繞過(guò)第一通道和第二通道以進(jìn)入翼型件的冷卻回路。

較佳地，所述冷卻結(jié)構(gòu)還包括位于所述室內(nèi)的導(dǎo)熱固定件，以用于從所述端壁向冷卻流體傳熱。

較佳地，所述室還包括定位在所述端壁內(nèi)的前室和后室，其中所述前室定位成接近所述翼型件的前緣，所述后室定位成接近所述翼型件的后緣，所述上游區(qū)域定位在所述前室內(nèi)，并且所述下游區(qū)域定位在所述后室內(nèi)。

較佳地，所述翼型件包括從所述端壁延伸的多個(gè)翼型件，并且所述多個(gè)翼型件中的一個(gè)包括與所述室流體連通的冷卻回路。

較佳地，所述第一通道將所述室的上游區(qū)域流體連接到所述護(hù)罩空間中的第一位置，并且所述第二通道將所述室的下游區(qū)域流體連接到所述護(hù)罩空間中的第二位置。

本發(fā)明的第四方面提供一種靜止輪葉，包括：翼型件，該翼型件 中具有冷卻回路；第一端壁，該第一端壁相對(duì)于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸線聯(lián)接到翼型件的徑向端；第一室，該第一室定位在第一端壁內(nèi)以用于接收冷卻流體，第一室與冷卻回路連通，其中冷卻流體從第一端壁吸收熱，并且冷卻流體的溫度在第一室內(nèi)升高；位于第一端壁內(nèi)的多個(gè)護(hù)罩通道，該等多個(gè)護(hù)罩通道將第一室流體連接到定位在第一端壁和渦輪護(hù)罩之間的護(hù)罩空間，其中多個(gè)護(hù)罩通道中的至少一個(gè)中的冷卻流體的溫度低于多個(gè)護(hù)罩通道中的另一個(gè)中的冷卻流體的溫度，并且其中冷卻流體的剩余部分繞過(guò)多個(gè)護(hù)罩通道中的每一個(gè)以進(jìn)入翼型件的冷卻回路；第二端壁，該第二端壁聯(lián)接到翼型件的相對(duì)徑向端；第二室，該第二室定位在第二端壁內(nèi)以用于從翼型件的冷卻回路接收冷卻流體，其中冷卻流體從第二端壁吸收熱，并且冷卻流體的溫度在通過(guò)第二室內(nèi)時(shí)升高；和位于第二端壁內(nèi)的多個(gè)輪通道，該等多個(gè)輪通道將第二室流體連接到定位在第二端壁和渦輪轉(zhuǎn)輪之間的輪空間，其中多個(gè)輪通道中的至少一個(gè)中的冷卻流體的溫度低于多個(gè)輪通道中的另一個(gè)中的冷卻流體的溫度。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的各個(gè)方面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它的特征將更容易理解，附圖示出了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，其中：

圖1示出了傳統(tǒng)渦輪機(jī)的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的定位在兩個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子輪葉之間的翼型件的剖視圖。

圖3是位于渦輪機(jī)的渦輪部段中的翼型件、一對(duì)端壁、輪、和護(hù)罩的剖視圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于靜止輪葉的冷卻結(jié)構(gòu)的透視局部視圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的輪或護(hù)罩空間的另一個(gè)剖視圖，其 中通道連接到冷卻結(jié)構(gòu)的室。

圖6提供了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的冷卻結(jié)構(gòu)內(nèi)的導(dǎo)熱固定件的放大剖視圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于靜止輪葉的冷卻結(jié)構(gòu)中的示例性室的剖視圖。

應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明的附圖不必成比例。附圖旨在僅示出本發(fā)明的典型方面，并且應(yīng)此不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制。在附圖中，相似的附圖標(biāo)記在附圖之間代表相似元件。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例大體涉及用于靜止輪葉的冷卻結(jié)構(gòu)。具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例提供徑向地定位在靜止輪葉和渦輪機(jī)的護(hù)罩(shroud)以及/或者靜止輪葉和渦輪機(jī)系統(tǒng)的輪之間的空間的受控冷卻和加壓(也被稱(chēng)為“調(diào)節(jié)(tuning)”)。例如，本發(fā)明的實(shí)施例提供定位在位于翼型件的徑向端處的端壁內(nèi)的室。該室能夠包括延伸穿過(guò)端壁的兩個(gè)或多個(gè)通道，該端壁將該室連接到輪空間或護(hù)罩空間。室中的冷卻流體的一部分能夠流過(guò)通道，以進(jìn)一步冷卻輪或護(hù)罩空間。

如本文中所討論的，本發(fā)明的方面總體涉及用于靜止輪葉的冷卻結(jié)構(gòu)。具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例能夠包括相對(duì)于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸線(a rotor axis of a turbomachine)基本徑向地定位在兩個(gè)端壁之間的翼型件。接著，每個(gè)端壁可以將翼型件與渦輪機(jī)的護(hù)罩或渦輪機(jī)的輪分開(kāi)。該翼型件能夠包括冷卻回路，該冷卻回路與定位在端壁內(nèi)的室流體連通。冷卻流體能夠通過(guò)室流入翼型件的冷卻回路中(例如，用于定位在徑向外端壁內(nèi)的室)或者流出翼型件的冷卻回路之外(例如，用于定位在徑向內(nèi)端壁內(nèi)的室)。該室能夠包括第一通道，該第一通道將室的上游區(qū)域連接到渦輪機(jī)的輪空間或護(hù)罩空間。在到達(dá)將室的下游區(qū)域連接到輪空間或護(hù)罩空間的第二通道之前，一部分繞過(guò)第一通道的冷卻流體能夠例如通過(guò)外周壁和/或室內(nèi)的導(dǎo)熱固定件從端壁 吸收熱能。不同部分的冷卻流體能夠進(jìn)入第二通道并且向輪或護(hù)罩空間提供冷卻，使得第二通道提供相對(duì)于通過(guò)第一通道的冷卻流體具有不同的溫度和壓力的冷卻流體。其余部分的冷卻流體能夠繞過(guò)第一通道和第二通道以到達(dá)其它的下游室和/或需要冷卻的部件。

本文中為了易于描述而使用諸如“內(nèi)”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”、“入口”、“出口”等之類(lèi)的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，以描述一個(gè)元件或特征相對(duì)于附圖中所示的另一個(gè)元件(多個(gè)元件)或特征(多個(gè)特征)的關(guān)系?？臻g相對(duì)術(shù)語(yǔ)可以旨在包括除了附圖中所示取向之外的使用或操作中裝置的其它取向。例如，如果附圖中的裝置反轉(zhuǎn)，被描述成位于其它元件或特征“下方”或“之下”的元件將定向成位于其它元件或特征“上方”。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“下方”能夠包括之上和之下的取向。該裝置可以以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其它取向)并且對(duì)本文中所使用的空間相對(duì)描述做出相應(yīng)解釋。

如上所述，本發(fā)明提供了用于渦輪機(jī)的靜止輪葉的冷卻結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻結(jié)構(gòu)可以從定位在端壁內(nèi)的室向位于靜止輪葉和渦輪機(jī)的護(hù)罩或輪之間的空間引導(dǎo)空氣。圖1示出了渦輪機(jī)100，該渦輪機(jī)100包括壓縮機(jī)部分102，該壓縮機(jī)部分102通過(guò)共享的壓縮機(jī)/渦輪軸106可操作地聯(lián)接到渦輪部分104。壓縮機(jī)部分102還通過(guò)燃燒器組件108流體連接到渦輪部分104。燃燒器組件108包括一個(gè)或多個(gè)燃燒器110。燃燒器110可以通過(guò)范圍廣泛的配置(其中包括但不限于布置成環(huán)筒形陣列)安裝于渦輪機(jī)100。壓縮機(jī)部分102包括多個(gè)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子輪112。轉(zhuǎn)子輪112包括具有多個(gè)第一級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子輪葉116的第一級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子輪114，每一個(gè)第一級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子輪葉116均具有相關(guān)的翼型件部分118。類(lèi)似地，渦輪部分104包括具有第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)輪122的多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子輪120，該第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)輪122具有多個(gè)第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子輪葉124。根據(jù)示例性實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有冷卻結(jié)構(gòu)的靜止輪葉200(圖3)能夠向例如位于渦 輪部段104中的端壁和翼型件提供冷卻。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本文中所描述的靜止輪葉200和各個(gè)冷卻結(jié)構(gòu)的實(shí)施例可以定位在渦輪機(jī)100的其它部件或區(qū)域中。

參照?qǐng)D2，其中示出了用于操作流體的具有流動(dòng)路徑130的翼型件150的橫截面。翼型件150能夠是靜止輪葉200(圖3)的部件，并且還能夠包括本文中所描述的部件和/或參考點(diǎn)。圖2中所示出和本文中所討論的翼型件150的位置作為例子被提供并且不意在對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于翼型件150的可能的位置和/或幾何形狀構(gòu)成限制。各個(gè)子部件的放置、布置、和取向能夠基于其中使用根據(jù)本發(fā)明的冷卻結(jié)構(gòu)的發(fā)電系統(tǒng)的用途和類(lèi)型而發(fā)生改變。翼型件150的形狀、曲率、長(zhǎng)度、和/或其它幾何特征也能夠基于特定渦輪機(jī)100(圖1)的應(yīng)用發(fā)生變化。翼型件150能夠定位在諸如渦輪機(jī)100之類(lèi)的發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)渦輪轉(zhuǎn)子輪葉124(圖1)之間。

翼型件150能夠沿操作性流體的流動(dòng)路徑定位在一個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子輪葉124(圖1)的下游和另一個(gè)后續(xù)渦輪轉(zhuǎn)子輪葉124(圖1)的上游。流體能夠例如沿(多個(gè))路徑F流動(dòng)跨過(guò)翼型件150，同時(shí)從一個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子輪葉124(圖1)行進(jìn)到另一個(gè)。翼型件150的前緣152能夠定位在流動(dòng)路徑130和翼型件150中的操作性流體的初始接觸點(diǎn)處。相比之下，后緣154能夠定位在翼型件150的相對(duì)側(cè)。此外，翼型件150能夠包括由橫向線(transverse line)分開(kāi)的壓力側(cè)表面156和/或吸力側(cè)表面158，該橫向線基本平分前緣152并且延伸到后緣154的頂端。壓力側(cè)表面156和吸力側(cè)表面158還能夠基于流動(dòng)路徑130中的流體相對(duì)于翼型件150施加正壓還是負(fù)壓來(lái)彼此區(qū)分?；谙鄬?duì)于翼型件150的其它表面在該區(qū)域中以較高速度流動(dòng)的流體，鄰近吸力側(cè)表面158和后緣154定位的流動(dòng)路徑130的一部分能夠已知為且被稱(chēng)為翼型件150的“高馬赫區(qū)域”。

參照?qǐng)D3，示出了通過(guò)定位在渦輪部分104內(nèi)的靜止輪葉200的流動(dòng)路徑130的橫截面。操作性流體(例如，熱燃燒氣體、蒸汽等) 能夠流動(dòng)(例如，沿流動(dòng)線路F)通過(guò)流動(dòng)路徑130，以隨著靜止輪葉200的位置和輪廓的引導(dǎo)到達(dá)其它的渦輪轉(zhuǎn)子輪葉124。渦輪部分104圖示為沿渦輪轉(zhuǎn)輪122的轉(zhuǎn)子軸線Z(例如，與軸106(圖1)共軸)延伸，并且具有從其向外延伸的徑向軸線R。靜止輪葉200能夠包括基本沿(即，沿平行于或者相對(duì)于其最多大約10度的方向延伸)徑向軸線R定向的翼型件150。盡管圖3的剖視圖中示出了一個(gè)靜止輪葉200，但是應(yīng)當(dāng)理解，多個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子輪葉124和靜止輪葉200能夠從渦輪轉(zhuǎn)輪122徑向延伸，例如側(cè)向地延伸到紙面平面中和/或之外。靜止輪葉200的翼型件150能夠包括兩個(gè)端壁204、205。一個(gè)端壁204能夠聯(lián)接到定位在渦輪隔膜(turbine diaphragm)206上的翼型件150的內(nèi)部徑向端，并且另一個(gè)端壁205能夠聯(lián)接到翼型件150的外部相對(duì)徑向端。

徑向內(nèi)部端壁204能夠通過(guò)其間的間距與渦輪轉(zhuǎn)輪122或隔膜206分開(kāi)。具體而言，端壁204與渦輪轉(zhuǎn)輪122之間的間距能夠被已知為“渦輪轉(zhuǎn)輪空間”，而端壁204與隔膜206之間的間距能夠被已知為“隔膜空間”。這些間距區(qū)域在本文中被統(tǒng)稱(chēng)為輪空間208，并且能夠表示間距區(qū)域(即，端壁204與渦輪轉(zhuǎn)輪122之間或者端壁204與隔膜206之間)中的任意一個(gè)或兩個(gè)。具體而言，輪空間208能夠例如從大致端壁204的位置徑向地延伸到隔膜206附近和/或下方的空間。護(hù)罩212能夠定位在靜止輪葉200的徑向端部處。護(hù)罩空間214能夠與靜止輪葉200和護(hù)罩212分開(kāi)。在操作期間，沿流動(dòng)線路F流動(dòng)的熱燃燒氣體流能夠向渦輪轉(zhuǎn)輪122和/或護(hù)罩212傳熱。此外，輪空間208和/或護(hù)罩空間214的溫度能夠在操作期間升高，原因是從靜止輪葉200或者直接從進(jìn)入輪空間208和/或護(hù)罩空間214的轉(zhuǎn)向操作流體傳遞的熱。

靜止輪葉200的翼型件150中能夠包括冷卻回路216。能夠呈沖擊腔形式的冷卻回路216能夠使冷卻流體循環(huán)通過(guò)靜止輪葉200的兩個(gè)端壁204、205之間的翼型件150的部分中空內(nèi)部。沖擊冷卻回路通 常指其結(jié)構(gòu)能夠圍繞被冷卻部件(例如，翼型件150的橫向徑向構(gòu)件)的一部分產(chǎn)生冷卻流體膜的冷卻回路，由此減少?gòu)谋焕鋮s部件外側(cè)的物質(zhì)(substance)向被冷卻部件的內(nèi)部體積傳遞熱能。冷卻回路216中的冷卻流體能夠起源于并且/或者流向定位在一個(gè)端壁204和/或兩個(gè)徑向分開(kāi)的端壁204、205內(nèi)的室218(本文中被標(biāo)為兩個(gè)室218A、218B中的一個(gè))。未行進(jìn)通過(guò)冷卻回路216的室(多個(gè)室)218中的冷卻流體能夠被已知為“預(yù)沖擊”冷卻流體，而先前行進(jìn)通過(guò)冷卻回路216的室(多個(gè)室)218中的冷卻流體能夠被已知為“后沖擊”冷卻流體。尤其是，本發(fā)明的實(shí)施例允許在冷卻流體被引導(dǎo)至輪空間208和/或護(hù)罩空間214時(shí)的多種溫度和壓力下使用和/或再利用室(多個(gè)室)218中的冷卻空氣。

參照?qǐng)D4，示出了其中具有四個(gè)室(兩個(gè)前室218A、兩個(gè)后室218B)的靜止輪葉200中的一個(gè)端壁204的剖視圖。盡管圖4中以舉例的方式示出徑向內(nèi)部端壁204，但是應(yīng)當(dāng)理解，本文中所描述的各個(gè)特征和部件也能夠存在于靜止輪葉200的徑向外部端壁205中。即，這兩個(gè)備選形式之間的唯一實(shí)質(zhì)區(qū)別在于它們相對(duì)于靜止輪葉200(圖3)的徑向位置。盡管四個(gè)室218A、218B在圖4中以舉例的方式示出并且與聯(lián)接到一個(gè)端壁204的兩個(gè)翼型件150的冷卻回路216流體連通，但是應(yīng)當(dāng)理解，能夠使用任何可構(gòu)想出的數(shù)量的翼型件150和/或室218。在實(shí)施例中，靜止輪葉200的端壁204能夠包括一個(gè)或多個(gè)前室218A，可選地定位成接近翼型件150的前緣152。靜止輪葉200的端壁204還能夠包括一個(gè)或多個(gè)后室218B，該一個(gè)或多個(gè)后室均定位在前室(多個(gè)前室)218A的下游并且可選地接近翼型件150的后緣154。前室(多個(gè)前室)218A和后室(多個(gè)后室)218B能夠沿徑向軸線R相對(duì)于翼型件150移位(即，“徑向移位”)，使得室218A、218B中的冷卻流體通過(guò)翼型件150下方。

此外，如圖4中所示，翼型件150能夠被設(shè)置成從端壁204基本徑向延伸的一對(duì)翼型件，該對(duì)翼型件中的一個(gè)或兩個(gè)中能夠包括冷卻 回路(多個(gè)冷卻回路)216。盡管兩個(gè)翼型件150以例舉的方式被圖示為在圖4中聯(lián)接到端壁204(即，在成對(duì)渦輪噴嘴構(gòu)型中)，但是應(yīng)當(dāng)理解，任何期望數(shù)量的翼型件150可以聯(lián)接到端壁204，以適應(yīng)不同的渦輪機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用。每個(gè)室(多個(gè)室)218A、218B都能夠與一對(duì)翼型件150中的一個(gè)流體連通。室218A、218B能夠與一個(gè)冷卻回路216或者任何其它能夠構(gòu)想的冷卻回路(多個(gè)冷卻回路)216與室(多個(gè)室)218A、218B之間的流體連接流體連通。開(kāi)口220能夠提供冷卻回路(多個(gè)冷卻回路)216與室(多個(gè)室)218A、218B之間的熱連通(thermal communication)，以允許冷卻流體在操作期間作為入口或出口流入或流出室(多個(gè)室)218。室(多個(gè)室)218A、218B能夠定位在端壁204內(nèi)，該端壁接著能夠由導(dǎo)熱材料(例如，金屬、導(dǎo)熱合成材料、復(fù)合材料等)構(gòu)成，使得行進(jìn)通過(guò)室(多個(gè)室)218A、218B的冷卻流體從端壁204吸收熱。從端壁204向室(多個(gè)室)218A、218B內(nèi)的冷卻流體傳熱能夠造成冷卻流體在穿過(guò)其中時(shí)溫度和壓力逐漸增大。更具體地，定位在其它區(qū)域或室下游的室(多個(gè)室)218A、218B的區(qū)域中的冷卻流體能夠具有較高的溫度和較低的壓力，原因在于通過(guò)端壁204從操作流體向冷卻流體傳熱。

在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)室(多個(gè)室)218A、218B中都能夠包括上游區(qū)域222和下游區(qū)域224?？傮w而言，術(shù)語(yǔ)“上游”指的是沿與其中冷卻流體通過(guò)室(多個(gè)室)218A、218B的合成方向相反的方向延伸的參考路徑。術(shù)語(yǔ)“下游”指的是沿與其中冷卻流體通過(guò)室(多個(gè)室)218A、218B的合成方向相同的方向延伸的參考路徑。下游區(qū)域224由于其中具有明顯更暖的冷卻流體與上游區(qū)域224大體區(qū)分開(kāi)，并且可以僅由于其在端壁204內(nèi)的物理位置而部分地區(qū)分開(kāi)。在前室(多個(gè)前室)218A流體連接到后室(多個(gè)后室)218B的備選實(shí)施例中，前室(多個(gè)前室)218A能夠起到至少一個(gè)上游區(qū)域222的作用并且后室(多個(gè)后室218B)能夠起到至少一個(gè)下游區(qū)域224的作用。此外，應(yīng)當(dāng)理解，前室(多個(gè)前室)218A能夠流體連接到后室(多個(gè)后 室)218B，其中每個(gè)室(多個(gè)室)218A、218B中都具有相應(yīng)的上游區(qū)域222和下游區(qū)域224。每個(gè)上游區(qū)域222都能夠基于其中冷卻流體的溫度和壓力之間的差異而與相應(yīng)的下游區(qū)域224區(qū)分開(kāi)。此外，如圖4中所示，上游區(qū)域222能夠定位成接近翼型件150的前緣152(例如，與前緣分開(kāi)的距離小于其與后緣154分開(kāi)的距離)，并且下游區(qū)域224能夠定位成接近翼型件150的后緣154。

每個(gè)室218中的冷卻流體的初始溫度(即，在上游區(qū)域(多個(gè)上游區(qū)域)222中的)能夠處于大約例如315攝氏度(℃)與大約427℃之間。后續(xù)室218或一個(gè)室218的后續(xù)區(qū)域(即，下游區(qū)域(多個(gè)下游區(qū)域)224中)的冷卻流體的溫度能夠處于例如大約815℃與大約870℃之間。上游區(qū)域(多個(gè)上游區(qū)域)222中的冷卻流體能夠具有例如大約1,000千帕(kPa)至大約1,380kPa之間的壓力，并且下游區(qū)域(多個(gè)下游區(qū)域)224中的流體能夠具有大約860kPa至大約1,200kPa之間的壓力。無(wú)論特定應(yīng)用中的壓力值的大小，下游區(qū)域(多個(gè)下游區(qū)域)224中的冷卻流體的壓力能夠處于其在上游區(qū)域(多個(gè)上游區(qū)域)222中的壓力的大約5％至大約20％之間。當(dāng)在本文中使用時(shí)，與特定數(shù)值相關(guān)的術(shù)語(yǔ)“大約”(其中包括基本數(shù)值的百分比)能夠包括特定數(shù)值或百分比的10百分點(diǎn)(即，之上或之下)，和/或者不導(dǎo)致修改值與列舉值之間的實(shí)質(zhì)性操作差異的所有其它值。術(shù)語(yǔ)大約還能夠包括本文中具體說(shuō)明的其它的特定值或范圍。

共同參照?qǐng)D4和圖5，端壁204、205能夠包括定位在其中的一個(gè)或多個(gè)第一通道226，該第一通道中的每一個(gè)都能夠?qū)⑾鄳?yīng)的上游區(qū)域222連接到輪空間208或護(hù)罩空間214(圖3)。盡管圖5示出了定位在渦輪轉(zhuǎn)輪122與端壁204、205之間的輪空間208，應(yīng)當(dāng)理解，第一通道226能夠除此之外或備選地將室(多個(gè)室)218A、218B的相應(yīng)的上游區(qū)域(多個(gè)上游區(qū)域)222連接到護(hù)罩空間214。在操作期間，位于室(多個(gè)室)218的上游區(qū)域222中的冷卻流體的第一部分能夠流入第一通道(多個(gè)第一通道)226中，以進(jìn)入輪空間208或護(hù)罩空 間214。每個(gè)第一通道226的尺寸都僅能夠使室(多個(gè)室)218中的冷卻流體的一部分(例如，達(dá)到大約50％)轉(zhuǎn)向，使得室(多個(gè)室)218中大部分冷卻流體都繞過(guò)第一通道(多個(gè)第一通道)226并且行進(jìn)至下游區(qū)域(多個(gè)下游區(qū)域)224。

除了第一通道(多個(gè)第一通道)226之外，端壁204、205還能夠包括定位在其中的一個(gè)或多個(gè)第二通道228。每個(gè)第二通道228都能夠?qū)⑾鄳?yīng)的下游區(qū)域224連接到輪空間208(圖3)或護(hù)罩空間214。當(dāng)渦輪機(jī)100(圖1)操作時(shí)，先前繞過(guò)第一通道(多個(gè)第一通道)226的室(多個(gè)室)218的下游區(qū)域224中的冷卻流體的第二部分能夠進(jìn)入第二通道(多個(gè)第二通道)228并且由此行進(jìn)到輪空間208或護(hù)罩空間214。進(jìn)入第二通道(多個(gè)通道)228的冷卻流體的該部分例如能夠是流過(guò)室(多個(gè)室)218的全部冷卻流體的50％或更多。還能夠理解，在備選實(shí)施例中，大部分冷卻空氣(例如，大約50％或更多)能夠流過(guò)第一通道(多個(gè)第一通道)226，同時(shí)在備選實(shí)施例中，小部分冷卻空氣(例如，最多大約50％)能夠流過(guò)第二通道228。(多個(gè))第二通道228能夠?qū)?多個(gè))下游區(qū)域224流體連接到輪空間208(圖3)或護(hù)罩空間214的不同位置處，第一通道(多個(gè)第一通道)226從該些不同位置將輪空間208或護(hù)罩空間214流體連接到(多個(gè))上游區(qū)域222。在輪空間208的情況下，不同位置能夠包括例如定位在端壁204和渦輪轉(zhuǎn)輪122(圖1、圖3)之間或者端壁204和隔膜206(圖3)之間的輪空間208的區(qū)域。在任何情況下，每個(gè)第一通道226和第二通道228的位置都能夠允許輪空間208或護(hù)罩空間214被可變地冷卻，其中經(jīng)受溫度較高流體的位置接收來(lái)自(多個(gè))第一通道226的溫度較低的冷卻流體。類(lèi)似地，具有較低冷卻要求的(多個(gè))輪空間208或(多個(gè))護(hù)罩空間214內(nèi)的位置能夠從(多個(gè))第二通道228接收溫度較高的冷卻流體。

每個(gè)第二通道228的尺寸還能夠僅使(多個(gè))室218中的冷卻流體的一部分通過(guò)其轉(zhuǎn)向，使得(多個(gè))室218中的冷卻流體的剩余部 分繞過(guò)(多個(gè))第一通道226和(多個(gè))第二通道228。繞過(guò)(多個(gè))第一通道226和(多個(gè))第二通道228的剩余部分的冷卻流體能夠繼續(xù)到達(dá)其它的下游室218和/或與靜止輪葉200的(多個(gè))室218或者端壁204、205流體連通的其它部件。在任何情況下，該些剩余部分的冷卻流體都能夠流向下游部件、室、固定件等，而不進(jìn)入輪空間208或護(hù)罩空間214。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明能夠提供再進(jìn)一步的實(shí)施例。例如，靜止輪葉200能夠包括兩個(gè)端壁204、205，每個(gè)該等端壁中均包括通過(guò)翼型件150的冷卻回路216彼此流體連接的室(多個(gè)室)218。在作為沖擊流體通過(guò)冷卻回路216之前，來(lái)自外部源的冷卻流體能夠首先通過(guò)徑向外部端壁205的室(多個(gè)室)218，并且隨后進(jìn)入徑向內(nèi)部端壁204的室(多個(gè)室)218。每個(gè)室218中的一部分冷卻流體能夠通過(guò)第一通道226和第二通道228，以進(jìn)入輪空間208或護(hù)罩空間214。更具體地，來(lái)自徑向外部端壁205的第一通道226和第二通道228能夠起到護(hù)罩空間通道的作用，而來(lái)自徑向內(nèi)部端壁204的第一通道226和第二通道228能夠起到輪空間通道的作用。靜止輪葉200的每個(gè)室218還能夠包括需要時(shí)在本文中另有描述的一個(gè)或多個(gè)額外的結(jié)構(gòu)和/或特征，例如在同樣的兩個(gè)端壁204、205之間徑向延伸的額外的翼型件150、分別接近前緣152和后緣154使用前室218A和后室218B等。

一起參照?qǐng)D4和圖6，本發(fā)明的實(shí)施例能夠包括位于室(多個(gè)室)218內(nèi)(例如，前部段222或后部段224內(nèi))的任何數(shù)量的導(dǎo)熱固定件(“固定件”)230(例如底座)，以用于從靜止輪葉200向室(多個(gè)室)218內(nèi)的冷卻流體傳熱。更具體地，每個(gè)固定件230都能夠通過(guò)增大通過(guò)室(多個(gè)室)218的冷卻流體與端壁(多個(gè)端壁)204、205的材料組成之間的接觸區(qū)域來(lái)從端壁204向其中的冷卻流體傳熱。固定件230能夠被設(shè)置成任何能夠構(gòu)想的固定件，以用于增大冷卻流體與導(dǎo)熱表面之間的接觸區(qū)域，并且作為例子能夠呈底座(pedestals)、凹入部(dimples)、突出部(protrusions)、銷(xiāo)、壁、和/或其它形狀 和尺寸的其它固定件的形式。此外，固定件230能夠具有多種形狀，其中包括具有圓柱幾何形狀、基本錐體幾何形狀、具有四個(gè)或多個(gè)表面的不規(guī)則幾何形狀等的形狀。在任何情況下，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)熱固定件230能夠定位在室(多個(gè)室)218中、位于上游區(qū)域(多個(gè)上游區(qū)域)222和第一通道(多個(gè)第一通道)226下游、和下游區(qū)域(多個(gè)下游區(qū)域)224和第二通道(多個(gè)第二通道)228上游的冷卻流體流動(dòng)路徑的位置中。導(dǎo)熱固定件230在第一通道226(多個(gè)第一通道)和第二通道228(多個(gè)第二通道)之間的定位能夠改進(jìn)端壁(多個(gè)端壁)204、205與其中的冷卻流體之間的熱連通并且使得通過(guò)第一通道(多個(gè)第一通道)226和第二通道(多個(gè)第二通道)228傳輸?shù)睦鋮s空氣的溫度之間的溫度差更大。

參照?qǐng)D7，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例示出了靜止輪葉200中的室218的簡(jiǎn)化剖面圖。如在本文中另有討論的，后部室(多個(gè)后部室)218B的上游區(qū)域222能夠包括使上游區(qū)域222流體連接到輪空間208(圖3、圖5)或者護(hù)罩空間214(圖3)的一組第一通道226。室(多個(gè)室)218的下游區(qū)域224能夠類(lèi)似地包括使下游區(qū)域224流體連接到輪空間208或護(hù)罩空間214(圖3)的一組第二通道228。此外，室(多個(gè)室)218能夠可選地包括終端區(qū)域232以及使終端區(qū)域232流體連接到輪空間208、護(hù)罩空間214、或者從靜止輪葉200接收冷卻流體的另一個(gè)部件的多個(gè)第三通道234。終端區(qū)域232和第三通道234中的冷卻流體的溫度能夠大于上游區(qū)域222和下游區(qū)域224二者中的冷卻流體的溫度，其中比上游區(qū)域222和下游區(qū)域224中的冷卻流體的相應(yīng)壓力更低。終端區(qū)域232能夠例如定位成接近翼型件150的后緣154和/或壓力側(cè)表面156。增加第三通道234例如能夠通過(guò)將端壁(多個(gè)端壁)204、205(圖3至圖5)內(nèi)的溫度最高的冷卻流體提供給需要的冷卻量最少的位置處來(lái)提供輪空間208和護(hù)罩空間214的冷卻溫度的較大的可變性。第三通道234還能夠提供這樣的路徑：該等路徑使剩余部分的冷卻空氣從室(多個(gè)室)218通向渦輪機(jī)的其它區(qū)域(例 如，段間間隙、護(hù)罩部件等)。

本發(fā)明的實(shí)施例能夠提供若干技術(shù)和商業(yè)方面的優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明的實(shí)施例提供將多種溫度和壓力下的冷卻流體引導(dǎo)至渦輪機(jī)的輪或護(hù)罩空間內(nèi)的多個(gè)位置處，并且不限于引導(dǎo)處于一種溫度下的預(yù)沖擊流體和處于另一種溫度下的后沖擊流體。更大數(shù)量的溫度允許精確調(diào)節(jié)輪空間和護(hù)罩空間中的冷卻要求，由此減少冷卻這些部件所需的冷卻空氣的量。本文中所描述的冷卻結(jié)構(gòu)所獲得的益處尤其是能夠包括基于這些改善來(lái)減少余熱潛能、通常與壓力較高的冷卻空氣相關(guān)的泄漏較低、以及渦輪機(jī)效率較高。

本發(fā)明的裝置和方法不限于任何一個(gè)特定的燃?xì)鉁u輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電系統(tǒng)或者其它系統(tǒng)，并且可以與其它的發(fā)電系統(tǒng)和/或多個(gè)系統(tǒng)(例如，聯(lián)合循環(huán)、簡(jiǎn)單循環(huán)、核反應(yīng)堆等)一起使用。此外，本發(fā)明的裝置可以與本文中并未描述的其它系統(tǒng)一起使用，該其他系統(tǒng)可以受益于本文中所描述的裝置的提高的操作范圍、效率、耐久性和可靠性。此外，多個(gè)噴射系統(tǒng)能夠在單個(gè)噴嘴、或者在單個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的不同部分中的不同噴嘴上/與該等不同噴嘴一起使用。當(dāng)需要時(shí)，能夠增加或一起使用任何數(shù)量的不同的實(shí)施例，并且本文中通過(guò)舉例的方式描述的實(shí)施例不意在彼此相互排斥。

本文中所使用的術(shù)語(yǔ)僅僅是為了描述特定實(shí)施例的目的并且不期望對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。當(dāng)在本文中使用時(shí)，除非上下文另有清楚說(shuō)明，否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”時(shí)，特別指存在所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、和/或部件，但是并不排除存在或另有一個(gè)或多個(gè)其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件、和/或其組。

本書(shū)面描述使用例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了公開(kāi)(其中包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明(其中包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行所包含的任何方法)。本發(fā)明的可專(zhuān)利范圍通過(guò) 權(quán)利要求書(shū)進(jìn)行限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其它的例子。如果該等其它的例子具有與權(quán)利要求書(shū)的字面語(yǔ)言沒(méi)有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果該等其它的例子包括與權(quán)利要求書(shū)的字面語(yǔ)言沒(méi)有實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則期望該等其它的例子落入權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。