一种燃气涡轮发动机的喷嘴环的喷嘴段及燃气涡轮发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型总体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及包括翼面中用于冷却喷嘴端壁的薄膜冷却小孔的喷嘴段。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮部段。涡轮部段易受高温。具体地，涡轮部段的第一级易受此类高温使得第一级通常用从压缩机引出并且尤其引入喷嘴段和涡轮叶片中的空气冷却。
[0003]引入至喷嘴段中的空气的一部分可被引导穿过喷嘴段翼面的壁并且沿壁的压力侧表面通过以薄膜冷却壁。授予J.Butkiewicz的美国专利申请N0.2011/0038708公开了包括翼面主体的翼面，所述翼面主体具有可在径向端部延伸的压力表面和限定在其中的翼面内部中的流体路径。为了冷却径向端部的表面上的一部分，压力表面形成为进一步沿压力表面的圆周方向限定通道，冷却剂可从翼面内部中的流体路径通过该通道传送。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供了一种燃气涡轮发动机的喷嘴环的喷嘴段，目的在于克服由本发明人发现的或本领域中已知的现有技术存在的问题中的一个或多个。
[0005]本实用新型涉及包括翼面中用于冷却喷嘴端壁的薄膜冷却小孔的喷嘴段。公开了燃气涡轮发动机的喷嘴环的喷嘴段。喷嘴段包括上端壁、下端壁和翼面。翼面在上端壁和下端壁之间延伸。翼面包括前缘、后缘、压力侧壁、吸力侧壁、多个内冷却孔和多个外冷却孔。前缘从上端壁延伸至下端壁。后缘从上端壁延伸至远离前缘的下端壁。压力侧壁从前缘延伸至后缘。吸力侧壁从前缘延伸至后缘。多个内冷却孔延伸穿过压力侧壁并且布置在前缘和后缘之间相邻于下端壁的第一行中。多个外冷却孔延伸穿过压力侧壁并且布置在前缘和后缘之间相邻于上端壁的第二行中。
[0006]所述第一行平行于所述下端壁并且所述第二行平行于所述上端壁。
[0007]所述多个内冷却孔的每个内冷却孔与所述多个内冷却孔中相邻的内冷却孔间隔开3至5个直径间距，并且所述多个外冷却孔的每个外冷却孔与所述多个外冷却孔中相邻的外冷却孔间隔开3至5个直径间距。
[0008]所述多个内冷却孔的每个内冷却孔和所述多个外冷却孔的每个外冷却孔具有至少0.5毫米的直径。
[0009]所述多个内冷却孔的每个内冷却孔和所述多个外冷却孔的每个外冷却孔包括15度到50度范围的喷射角。
[0010]还包括:
[0011]多个喷洒冷却孔，所述多个喷洒冷却孔延伸穿过所述前缘并且布置在所述上端壁和所述下端壁之间延伸的第一组中；以及
[0012]多个成角度的冷却孔，所述多个成角度的冷却孔延伸穿过所述压力侧壁并且布置在所述多个内冷却孔和所述多个外冷却孔之间延伸的第二组中，所述多个成角度的冷却孔的每个成角度的冷却孔包括15度到45度范围的复合角。
[0013]所述多个喷洒冷却孔的每个喷洒冷却孔包括20度到45度范围的喷洒复合角，并且其中所述多个喷洒冷却孔和所述多个成角度的冷却孔在方向性上可替换，使得所述喷洒复合角和所述复合角在相反的径向方向上。
[0014]所述多个内冷却孔的每个内冷却孔与所述下端壁间隔，最大间隔距离是所述内冷却孔的所述直径的7倍，并且所述多个外冷却孔的每个外冷却孔与所述上端壁间隔，最大间隔距离是所述外冷却孔的所述直径的7倍。
[0015]还包括:
[0016]第二翼面，所述第二翼面在所述上端壁和与所述翼面周向偏置的所述下端壁之间径向延伸，所述第二翼面包括
[0017]第二前缘，所述第二前缘从所述上端壁延伸至所述下端壁，
[0018]第二后缘，所述第二后缘从所述上端壁延伸至与所述第二前缘轴向偏置的所述下端壁，
[0019]第二压力侧壁，所述第二压力侧壁从所述第二前缘延伸至带有第二凹面形状的所述第二后缘并且从所述上端壁延伸至所述下端壁，
[0020]第二吸力侧壁，所述第二吸力侧壁从所述第二前缘延伸至带有第二凸面形状的所述第二后缘并且从所述上端壁延伸至所述下端壁，
[0021]第二多个内冷却孔，所述第二多个内冷却孔延伸穿过所述第二压力侧壁并且布置在所述第二前缘和所述第二后缘之间延伸的第三行中，所述第二后缘沿所述下端壁的径向向外分布，且距离为所述第二多个内冷却孔之一的第三直径3至7倍，以及
[0022]第二多个外冷却孔，所述第二多个外冷却孔延伸穿过所述第二压力侧壁并且布置在所述第二前缘和所述第二后缘之间的第四行中，所述第二后缘沿所述上端壁的径向向内分布，且距离为所述第二多个外冷却孔之一的第四直径的3至7倍。
[0023]一种燃气涡轮发动机，包括上述的喷嘴段的技术方案，所述喷嘴段位于所述燃气涡轮发动机的第一级涡轮喷嘴中。
[0024]本实用新型的上述技术方案减少了有效地冷却每个喷嘴段所需要的冷却空气的量。
【附图说明】
[0025]图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。
[0026]图2是图1的燃气涡轮发动机的喷嘴段的透视图。
[0027]图3是图2的翼面的横截面。
[0028]图4是图2的翼面的一部分的详细视图。
【具体实施方式】
[0029]本文所公开的系统和方法包括燃气涡轮发动机的喷嘴环的喷嘴段。在实施例中，喷嘴段包括上端壁、下端壁和它们之间的一个或多个翼面。每个翼面包括分别穿过相邻于上端壁和下端壁的翼面的压力侧壁的第一行冷却孔和第二行冷却孔。每一行中的冷却孔水平地与相邻端壁成一定角度。从冷却孔行排出的冷却空气可以由二次流引向相邻端壁，以冷却端壁并且具体地冷却靠近压力侧根部和后缘的端壁部分。
[0030]图1是示例性燃气涡轮发动机100的示意图。为了清晰和易于说明起见，已经省去或放大了一些表面(在此图和其他附图中)。另外，本实用新型可参考向前方向和向后方向。通常，除非另外指明，否则对“向前”和“向后”的所有提及都与一次空气(即，在燃烧过程中使用的空气)的流动方向有关。例如，向前是相对于一次空气流动的“上游”，而向后是相对于一次空气流动的“下游”。
[0031]此外，本实用新型通常可参考燃气涡轮发动机旋转的中心轴线95，其通常可以由其轴120 (由多个轴承组件150支撑)的纵向轴线限定。各种其他发动机同心部件可以共用或共享中心轴线95。除非另外指明，否则对径向、轴向和周向方向以及测量的所有参考都是指中心轴线95，并且术语诸如“内”和“外”通常指示离中心轴线95较小或较大的径向距离，其中径向96可以是在垂直于中心轴线95和从中心轴线95向外辐射的任何方向上。
[0032]燃气涡轮发动机100包括入口 110、轴120、压缩机200、燃烧器300、涡轮400、排气装置500和功率输出接合装置600。燃气涡轮发动机100可以具有单轴或双轴配置。
[0033]压缩机200包括压缩机转子组件210、压缩机固定式机叶(定子)250和入口导向机叶255。压缩机转子组件210机械地接合至轴120。如图所示，压缩机转子组件210是轴流式转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机盘组件220。每个压缩机盘组件220包括周向地组装有压缩机转子叶片的压缩机转子盘。定子250轴向地位于压缩机盘组件220中的每一个之后。与位于压缩机盘组件220之后的相邻定子250配对的每个压缩机盘组件220被认为是压缩机级。压缩机200包括多个压缩机级。入口导向机叶255轴向地位于压缩机级之前。
[0034]燃烧器300包括一个或多个燃料喷射器310并且包括一个或多个燃烧室390。
[0035]涡轮400包括涡轮转子组件410和涡轮喷嘴450。涡轮转子组件410机械地耦接至轴120。如图1所示，涡轮转子组件410是轴流式转子组件。涡轮转子组件410包括一个或多个涡轮盘组件420。每个涡轮盘组件420包括周向地组装有涡轮叶片的涡轮盘。涡轮喷嘴450诸如喷嘴环轴向地位于每个涡轮盘组件420之前。每个涡轮喷嘴450包括组合在一起以形成环的多个喷嘴段451。与位于涡轮盘组件420之前的相邻涡轮喷嘴450配对的每个涡轮盘组件420被认为是涡轮级。涡轮400包括多个涡轮级。
[0036]涡轮400也可以包括涡轮外壳430和涡轮导流片440。涡轮外壳430可以位于涡轮转子组件410和涡轮喷嘴450的径向向外处。涡轮外壳430可以包括一个或多个圆柱形状。每个喷嘴段451可以被配置成附接、接合至涡轮外壳430或从涡轮430悬挂。每个涡轮导流片440可以轴向地位于涡轮盘组件420之前并且可以相邻于涡轮盘。每个涡轮导流片440也可位于涡轮喷嘴450的径向向内处。每个喷嘴段451也可以被配置成附接或接合至涡轮导流片440。
[0037]排气管500包括排气扩散器510和排气收集器520。功率输出接合装置600可位于轴120的端部处。
[0038]图2是图1的燃气涡轮发动机100的喷嘴段451的透视图。喷嘴段451包括上护罩452、下护罩456、翼面460和第二翼面470。在其他实施例中，喷嘴段451可以包括更多或更少的翼面。当喷嘴段451安装在燃气涡轮发动机100中时，上护罩452可以位于涡轮外壳430的相邻并径向向内处。上护罩452包括上端壁453。上端壁453可以是环形形状的一部分，诸如扇形。例如，扇形可以是圆环的扇形(圆环扇形)或空心圆柱扇形。圆环形状可以由带有包括凸