渦輪發(fā)動機及渦輪機噴嘴輪葉段的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型總體上涉及改進渦輪發(fā)動機的效率和/或運行。具體但不限定地說，本實用新型涉及改進渦輪機噴嘴輪葉或葉片的冷卻。
【背景技術(shù)】
[0002]燃氣渦輪發(fā)動機通常包括壓縮機、一個或多個燃燒器以及至少一個渦輪機部分。所述壓縮機和渦輪機部分通常包括軸向堆疊在各級中的多行輪葉和動葉。每一級可以包括多行交替的周向隔開的定子輪葉，所述定子輪葉是固定的，以及周向隔開的動葉，所述動葉安裝在固定到渦輪機轉(zhuǎn)子的輪上。運行中，壓縮機中的轉(zhuǎn)子葉片隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，以壓縮供應到壓縮機的空氣流。大多數(shù)經(jīng)壓縮的空氣與一個或多個燃燒器中的氣體或液體燃料混合并且點燃，以提供高溫氣體流，所述氣體流膨脹穿過發(fā)動機的渦輪機部分，致使渦輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。因此，燃料中所含的能量被轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的機械能，用于旋轉(zhuǎn)壓縮機的轉(zhuǎn)子葉片，從而產(chǎn)生燃燒所需的壓縮空氣供應，同時，所述機械能還用于旋轉(zhuǎn)發(fā)電機的線圈，從而發(fā)電。
[0003]運行中，由于高溫氣體通道中的極端溫度、工作流體的速度以及發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度，因此旋轉(zhuǎn)動葉(或翼片)以及固定定子輪葉均由于機械和熱載荷而變得高度受壓。
[0004]所屬領域中的普通技術(shù)人員將認識到，一種減輕熱應力的策略是冷卻噴嘴輪葉和/或動葉，以便輪葉和/或動葉承受的溫度小于高溫氣體通道的溫度。例如，通過有效冷卻，這些高溫氣體通道部件能夠承受更高點火溫度、在高工作溫度下承受較大熱-機械應力并且/或者延長使用壽命，這些均能夠使渦輪發(fā)動機變得更成本有效和高效。一種在運行期間冷卻輪葉和動葉的方法是使用內(nèi)部冷卻通道或環(huán)路。通常，這包括將可以通過壓縮機供應的較低溫度空氣輸送穿過輪葉或翼片內(nèi)的內(nèi)部冷卻環(huán)路。
[0005]但是，仍然需要對暴露于高溫燃燒氣體中的固定噴嘴輪葉的前緣等提供更有效且高效的冷卻，尤其是在第一渦輪機級中，在該級中，經(jīng)歷的溫度和熱應力最大。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于提供一種渦輪發(fā)動機及渦輪機噴嘴輪葉段，其具有冷卻增強作用的燃氣渦輪機翼片，以提供高效冷卻。
[0007]在一個示例性但非限定性實施例中，提供了一種渦輪機噴嘴輪葉段，所述渦輪機噴嘴輪葉段包括:一個或多個噴嘴輪葉，所述噴嘴輪葉延伸在徑向內(nèi)側(cè)壁與徑向外側(cè)壁之間，每個噴嘴輪葉具有邊緣壁，所述邊緣壁包括前緣和后緣；以及至少一個大體徑向定向的冷卻通路，所述冷卻通路形成于外圍邊緣壁中，具有位于所述內(nèi)側(cè)壁和所述外側(cè)壁其中一個側(cè)壁處的入口。
[0008]如該實施例中的渦輪機噴嘴輪葉段，其中所述至少一個徑向定向的冷卻通路包括多個徑向定向的冷卻通路，所述多個徑向定向的冷卻通路包括位于所述前緣的最前部的一個冷卻通路；
[0009]其中所述噴嘴輪葉中空，并且其中徑向定向的肋提供在所述外圍邊緣壁的內(nèi)表面上，鄰接所述至少一個徑向定向的冷卻通路并且沿其延伸；
[0010]其中所述噴嘴輪葉中空，并且其中徑向定向的肋提供在所述外圍邊緣壁的內(nèi)表面上，鄰接所述多個徑向定向的冷卻通路中的每個冷卻通路并且沿其延伸；
[0011]其中所述徑向定向的肋位于所述噴嘴輪葉中的內(nèi)部冷卻腔內(nèi)；
[0012]其中所述至少一個徑向定向的冷卻通路包括多個冷卻通路，所述多個冷卻通路位于所述前緣與后緣之間所述外圍邊緣壁周圍的隔開位置處，并且其中徑向定向的肋提供在所述外圍邊緣壁的內(nèi)表面上，鄰接所述多個冷卻通路中的每個冷卻通路并且沿其延伸；
[0013]其中所述多個徑向定向的冷卻通路具有出口，位于所述內(nèi)側(cè)壁與外側(cè)壁之間的不同徑向位置處；
[0014]其中每個所述輪葉包括內(nèi)部冷卻環(huán)路，所述內(nèi)部冷卻回路與所述至少一個徑向定向的冷卻通路獨立并且不連接，并且所述至少一個通路的出口位于所述內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁中的另一個側(cè)壁中；
[0015]其中所述至少一個徑向定向的冷卻通路具有圓形、矩形或跑道形截面形狀；
[0016]其中至少一個徑向定向的冷卻通路沿徑向長度尺寸具有多個不同直徑的部分。
[0017]在另一個非限定性方面中，本實用新型提供了一種渦輪發(fā)動機，所述渦輪發(fā)動機包括壓縮機、至少一個燃燒器和至少一個渦輪機級，所述渦輪機級包括一行固定噴嘴輪葉，所述固定噴嘴輪葉延伸在徑向內(nèi)側(cè)壁與徑向外側(cè)壁之間，每個噴嘴輪葉具有外圍邊緣壁，所述外圍邊緣壁包括前緣和后緣；以及至少一個大體徑向定向的冷卻通路，所述冷卻通路形成于外圍邊緣壁中，具有位于所述內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁其中一個側(cè)壁處的入口。
[0018]如該實施例中的渦輪發(fā)動機，其中所述至少一個徑向定向的冷卻通路包括多個徑向定向的冷卻通路，所述多個徑向定向的冷卻通路包括位于所述前緣的最前部的一個冷卻通路；
[0019]其中所述噴嘴輪葉中空，并且其中徑向定向的肋提供在所述外圍邊緣壁的內(nèi)表面上，鄰接所述至少一個徑向定向的冷卻通路并且沿其延伸；
[0020]其中所述噴嘴輪葉中空，并且其中徑向定向的肋提供在所述外圍邊緣壁的內(nèi)表面上，鄰接所述多個徑向定向的冷卻通路中的每個冷卻通路并且沿其延伸；
[0021]其中所述徑向定向的肋位于所述噴嘴輪葉中的內(nèi)部冷卻腔內(nèi)；
[0022]其中所述至少一個徑向定向的冷卻通路包括多個冷卻通路，所述多個冷卻通路位于所述前緣與后緣之間所述外圍邊緣壁周圍的隔開位置處，并且其中徑向定向的肋提供在所述外圍邊緣壁的內(nèi)表面上，鄰接所述多個冷卻通路中的每個冷卻通路并且沿其延伸；
[0023]其中所述至少一個徑向定向的冷卻通路具有連接到所述內(nèi)部冷卻腔的出口 ；
[0024]其中所述輪葉包括內(nèi)部冷卻環(huán)路，所述內(nèi)部冷卻回路與所述至少一個徑向定向的冷卻通路獨立并且不連接，并且所述至少一個通路的出口位于所述內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁中的另一個側(cè)壁中；
[0025]其中所述至少一個徑向定向的冷卻通路具有圓形、矩形或跑道形截面形狀。
[0026]本實用新型的另一個特征是在噴嘴輪葉的內(nèi)腔中提供了加強肋，所述加強肋與所述外圍邊緣壁中的所述通路相鄰并且至少部分沿所述通路延伸。因此，在另一個示例性方面中，提供了一種渦輪發(fā)動機，所述渦輪發(fā)動機包括壓縮機、至少一個燃燒器和至少一個渦輪機級，所述渦輪機級包括:一行固定噴嘴輪葉，所述固定噴嘴輪葉延伸在徑向內(nèi)側(cè)壁與外側(cè)壁之間，每個噴嘴輪葉具有外圍邊緣壁，所述外圍邊緣壁包括前緣和后緣；以及多個大體徑向定向的冷卻通路，所述冷卻通路包括在所述前緣處，圍繞所述外圍邊緣壁形成，所述多個大體徑向定向的冷卻通路至少部分沿所述內(nèi)側(cè)壁與外側(cè)壁之間的徑向長度延伸，并且具有入口，所述入口位于所述內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁其中一個側(cè)壁的內(nèi)部或鄰接位置處；以及加強肋，所述加強肋在鄰近所述多個大體徑向定向的冷卻通路中的每個冷卻通路處沿所述外圍邊緣的內(nèi)表面延伸。
[0027]本實用新型的有益效果在于能夠提供更加高效的冷卻。
【附圖說明】
[0028]圖1是傳統(tǒng)燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖；
[0029]圖2是傳統(tǒng)燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪機部分的局部側(cè)視圖；
[0030]圖3是根據(jù)本實用新型一個示例性但非限制性實施例的燃氣渦輪機噴嘴輪葉組的透視圖；
[0031]圖4是根據(jù)本實用新型一個示例性但非限定性實施例的前緣冷卻通路的局部剖視圖；
[0032]圖5和圖6是截自圖4中的放大細節(jié)圖；
[0033]圖7是根據(jù)一個實施例的示例性冷卻通路的局部透視圖；
[0034]圖8是根據(jù)另一個實施例的示例性冷卻通路的局部透視圖；
[0035]圖9是根據(jù)另一個實施例的示例性冷卻通路的局部透視圖；
[0036]圖10是根據(jù)另一個示例性但非限定性實施例的設有冷卻通路的噴嘴輪葉的局部俯視圖；
[0037]圖11是根據(jù)另一個示例性實施例的具有不同直徑的冷卻通路的噴嘴輪葉的局部剖視圖；以及
[0038]圖12是根據(jù)另一個示例性實施例的噴嘴輪葉的局部剖視圖，所述噴嘴輪葉具有鄰近所述輪葉的前緣的冷卻通路陣列。
【具體實施方式】
[0039]圖1是燃氣渦輪機系統(tǒng)10的示意圖，如本說明書中進一步所述，所述燃氣渦輪機系統(tǒng)包括可以設有內(nèi)部冷卻環(huán)路的固定輪葉和旋轉(zhuǎn)葉片或動葉。在這種其他方面屬傳統(tǒng)技術(shù)的布置中，通過入口 12供應的空氣在壓縮機14中增壓并且在一個或多個燃燒器16中與燃料混合并點燃，從而產(chǎn)生高溫燃燒氣體。在安置在所述燃燒器下游的一個或多個燃氣渦輪機部分18中提取燃燒氣體中的能量，以驅(qū)動用于發(fā)電的發(fā)電機20。提取的能量還可以用于驅(qū)動壓縮機14，同時請注意，渦輪機轉(zhuǎn)子22可以是壓縮機、渦輪機級和發(fā)電機所共有的。但是，本說明書中所述的本實用新型并不僅限于圖示的燃氣渦輪機系統(tǒng)。另外就這方面而言，本說明書中所述的冷卻環(huán)路完全適用于使用流過冷卻環(huán)路通道或腔的空氣的各種薄膜冷卻構(gòu)造。
[0040]另外參見圖2，在典型的燃氣渦輪機構(gòu)造中，多個燃燒器16可以圍繞渦輪機轉(zhuǎn)子呈環(huán)狀安置，同時具有多個過渡件24，所述過渡件將高溫燃燒氣體從相應的燃燒器輸送到燃氣渦輪機部分18。
[0041]如圖2中所示的燃氣渦輪機部分18包括三個單獨的級。每一級包括一組動葉26、28、30，其分別連接到相應的轉(zhuǎn)子輪32、34和36，所述轉(zhuǎn)子輪以傳統(tǒng)方式附接到渦輪機轉(zhuǎn)子或軸(未圖示)。軸向隔開的多行動葉之間分別設有固定葉片或輪葉38、40、42的環(huán)形陣列，所述固定葉片或輪葉包括渦輪機噴嘴，所述渦輪機噴嘴固定到周圍的渦輪機定子(未圖示)，并且在圖2中標記為S1N、S2N和S3N。
[0042]所述行噴嘴具有內(nèi)側(cè)壁46和外側(cè)壁48，所述標記僅適用于所述行的輪葉38，但是類似的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁也與每個噴嘴級的輪葉相關。所述側(cè)壁通常以弓形段的形式設置，以便每段可以支撐一個、兩個或更多個輪葉。
[0043]圖3示出了根據(jù)本實用新型的第一示例性但非限定性實施例的輪葉段。兩個輪葉50,52分別具有外圍邊緣壁51、53，其圍繞所述輪葉延伸，將相應的前緣54、56和后緣(一個圖示為55)連接。所述輪葉支撐在所述段的內(nèi)側(cè)壁46與外側(cè)壁48之間。噴嘴輪葉50、52的前緣54、56暴露于從過渡件24流入第一渦輪機級中的高溫燃燒氣體中。由于輪葉50、52大體相同，因此只需詳細描述一個即可，應了解，SlN噴嘴中的所有輪葉38均可具有下述的冷卻增強作用。
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